地铁车辆段岔枕的使用及受力分析

摘　要： 介绍目前国内道岔枕木的类型及相关特点，同时对轨枕道床进行受力分析,结合实例,对广州地铁使用的岔枕进行探讨,为地铁用岔枕的设计和施工、养护维修提供参考。

关键词：地铁；受力分析
1 前 言
　　目前国内道岔使用的枕木有木枕.合成轨枕和混凝土枕木三种类型，各种枕木类型都有各自的特点，木枕特点：木枕弹性好，宜于加工，运输.铺设.养护及修理方便等优点；缺点是容易腐朽.不环保，受气候影响枕木开裂，性价比较低。混凝土枕木特点：混凝土枕尺寸统一，轨道弹性均匀，提高轨道的整体稳定性，不受气候影响；缺点是弹性差，连接零件复杂，绝缘性能低，重量大更换比较困难。合成轨枕特点：不受天气气候.腐朽的影响，重量轻，易于加工，运输.铺设.养护和维修；缺点是价格较高，废弃后无法处理。
　　技术经济比较详见下表（7号单开道岔为例）。

    2.受力分析
　　与普通混凝土枕木不同，岔枕有多根钢轨同时作用在上面，转辙器部分岔枕较短，其受力情况类似普通轨枕；导曲线部分岔枕逐渐增长，直股与侧股钢轨交叉布置，受力轨与非受力轨之间间隔较大，同时，非受力轨与纵向岔枕连接，具有较大的抗弯性，因而对岔枕弯曲产生较大的抵抗，在辙叉后部分，岔枕的长度逐渐增长，直股和侧股钢轨已完全分开，并且间隔也逐渐加大，非受力轨的影响也逐渐减弱。
　　道岔.岔枕结构视为一个整体来分析其受力情况,可以把握每根岔枕的受力特点,为岔枕设计以及养护维修提供参考。
　　（1）岔枕受力,需要考虑钢轨.轨枕.扣件与道床为一体的整个道岔结构,通过作用在钢轨上的移动荷载来实现。基于有限元理论,以扣件节点来划分钢轨与岔枕单元,以线性簧作为联结件,岔枕下道床采用弹性支承结构来建立模型。
　　（2）有砟轨道道床是散体材料，其力学性能为非线性，在不同的使用阶段，其弹性也随之改变，道床刚度与道碴的弹性模量有关，并且道床的密实度对道床的弹性模量和内摩擦角也有较大影响，因此将道床模拟为均匀支撑弹性结构。
　　（3）受力分析的设计参数
　　设计轴重：140kN
　　枕上动压力：为保证轨枕强度，承载面的枕上动压力采用0.86~1.2P0（P0为静轮载），即              （详见陈秀芳主编《轨道工程》第199页）。
　　（4）计算模型
　　将轨枕下道床简化为只能承受压力的均匀支承弹簧，道床支刚度取70 KN/m（有砟，见《铁路轨道设计规范》第11页）。建立有限元计算模型如下：
　
　　　　　　　　　　　　　　图1 计算模型
　　　（5）计算结果弯矩图


　　　　 ①轨下截面正弯矩7.379kN.m。
　　　　　②枕中截面负弯矩3.119kN.m。
3.结语
    地铁车辆段为保证每天的行车安排，车辆段内行车.调车频繁，道岔使用频率很高，因此需要严格控制道岔精度及结构尺寸。广州地铁车辆段道岔全部采用有砟道岔，实际使用中发现采用木枕由于天气温高.湿度大，木枕在施工阶段部分已出现开裂现象，运行两年后发现部分木枕螺栓受力不满足，需要更换木枕。因此从道岔维修.工程经济造价及环境保护等综合考虑，建议地铁车辆段采用混凝土岔枕。
参考文献：
【1】铁路轨道设计规范(TB10082-2005)
【2】陈秀芳编著《轨道工程》 本文链接：http://www.qk112.com/lwfw/jingjilunwen/gongyejingji/259211.html