摘  要：完成系統(tǒng)功能是無砟軌道的主要目標(biāo),不同的結(jié)構(gòu)型式和部件組成,其功能實現(xiàn)方式各異。從系統(tǒng)功能設(shè)計的角度建立無砟軌道的理論體系,有利于分析結(jié)構(gòu)如何服務(wù)于功能,明確各部件的功能需求,識別結(jié)構(gòu)體系可
存在的主要問題,建立科學(xué)的分析方法。
關(guān)鍵詞：無砟軌道；系統(tǒng);功能；設(shè)計
從系統(tǒng)的角度認(rèn)識并分析無砟軌道典型的層狀體系和復(fù)雜的功能實現(xiàn),是建立科學(xué)合理的無砟軌道設(shè)計理論與方法的基礎(chǔ)。通過深入分析無砟軌道的功能需求、結(jié)構(gòu)特征和組件的功能定位,實現(xiàn)無砟軌道系統(tǒng)功能模塊化,組件設(shè)計功能化,可以為結(jié)構(gòu)設(shè)計和選材、結(jié)構(gòu)優(yōu)化奠定基礎(chǔ)。
1 無砟軌道功能設(shè)計的主要內(nèi)容
①分析無砟軌道的功能需求,明確設(shè)計條件為列車提供安全、可靠的運行平臺,實現(xiàn)承載、傳力和限位要求是無砟軌道的基本功能。功能需求分析通過研究運營條件和應(yīng)用環(huán)境,確定修建的必要性,提出功能指標(biāo)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)不同的線路要求和環(huán)境條件,可以確定主要技術(shù)指標(biāo),如軌道剛度、耐久性和可維修性、適應(yīng)性、可施工性和減振降噪要求等。
②無砟軌道功能設(shè)計。在明確功能需求和設(shè)計條件的基礎(chǔ)上,分承力傳力、變形控制與調(diào)節(jié)、穩(wěn)定性與耐久性要求、特殊功能要求和接口技術(shù)等功能模塊,初步確定結(jié)構(gòu)型式和功能實現(xiàn)方式。某一功能可能由多個部件協(xié)同完成,同一個部件也可出現(xiàn)在不同的功能模塊中。功能模塊化后,各結(jié)構(gòu)部件將有較明確的功能定位,為進(jìn)一步的參數(shù)選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計等提供依據(jù)。
③結(jié)構(gòu)分析與參數(shù)選擇。功能設(shè)計后,需要建立合適的計算模型,驗證和考察功能設(shè)計的可行性與合理性,修改和確定相關(guān)技術(shù)參數(shù),優(yōu)化軌道結(jié)構(gòu)。這是一個需要反復(fù)調(diào)整功能模塊的劃分和部件功能設(shè)計的過程。
④結(jié)構(gòu)定型及材料選擇。結(jié)構(gòu)定型和材料選擇是結(jié)構(gòu)分析和參數(shù)選擇的結(jié)果,標(biāo)志著無砟軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計基本完成。在定型和選材過程中可能需要一定量的實驗室或現(xiàn)場試驗驗證是否達(dá)到功能要求,必要時修改和完善設(shè)計。
2無砟軌道的主要功能模塊
根據(jù)無砟軌道的承力與傳力、變形控制與軌道幾何調(diào)整(軌向、高低、軌距和水平等)、穩(wěn)定性和耐久性、特殊條件和相關(guān)接口等可以劃分主要的功能模塊。
2.1承力、傳力模塊
承力與傳力是軌道結(jié)構(gòu)最基本、最重要的功能,主要有垂向、水平荷載的傳遞。
①垂向荷載的傳遞。列車活載是主要的垂向荷載,一般按從上至下逐層擴(kuò)散傳遞。德國和日本在設(shè)計理念上略有區(qū)別。
德國沿用有砟的“單枕承載”理念。各層剛度由上至下逐層遞減,確保垂向荷載由扣件、軌枕至道床板逐層擴(kuò)散傳遞。鋼軌支點力以“單枕”的形式傳至道床,應(yīng)力流影響范圍較小(只影響到應(yīng)力擴(kuò)散角作用范圍內(nèi)),各支點間的道床板應(yīng)力梯度較大,結(jié)構(gòu)部件主要承受壓力,屬于低應(yīng)力設(shè)計,只需采用單層配筋控制裂紋寬度,保證結(jié)構(gòu)的耐久性。
日本板采用了“整板承載”的設(shè)計理念。板下CA砂漿層提供了適當(dāng)?shù)膹椥?垂向荷載從扣件傳至軌道板后,由整個軌道板分布傳遞,應(yīng)力流影響范圍較大,枕跨間應(yīng)力梯度較小。CA砂漿有效調(diào)整了軌道板的變形,協(xié)調(diào)了軌道板與底座的變形差,保證了軌道板整板受力和應(yīng)力均布。
