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目前在我國鋼析梁橋上大量使用木枕作為軌道結(jié)構(gòu)的一部分。木枕主要是彈性好；易加工；運(yùn)輸、鋪設(shè)、養(yǎng)護(hù)維修方便；與鋼軌連接比較簡(jiǎn)單；有較好的絕緣性等。但木枕要消耗大量?jī)?yōu)質(zhì)木材，資源有限，不利于環(huán)保，此外木枕易腐朽、磨損，使用壽命短，強(qiáng)度、彈性不完全一致。針對(duì)木枕的一些缺點(diǎn)，一些國家嘗試研究以高分子為原材料的合成軌枕，并取得了一定的成果。其中日本鐵路使用鋪設(shè)合成軌枕比較廣泛，且運(yùn)營(yíng)效果良好；我國一些城市地鐵也有鋪設(shè)合成軌枕的先例。合成軌枕的主要優(yōu)點(diǎn)有：質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、不易腐蝕；施工方便、易于維修；使用壽命長(zhǎng)且環(huán)保。缺點(diǎn)主要有：價(jià)格高、國內(nèi)產(chǎn)品尚未成熟；應(yīng)用于不同運(yùn)營(yíng)條件下的扣件系統(tǒng)需要再開發(fā)等。國內(nèi)已經(jīng)有廠家對(duì)合成軌枕進(jìn)行了一系列的研究，并已經(jīng)生產(chǎn)出成品。國內(nèi)生產(chǎn)的樹脂合成軌枕。對(duì)于以高分子材料為主的合成軌枕的研究有著重要、深遠(yuǎn)的意義。本文是論文結(jié)論在鋼析梁上鋪設(shè)樹脂合成軌枕的合理尺寸為：長(zhǎng)度3000 mm、寬度取值范圍為260-300 mm、厚度取值范圍為220-280 mm (以下簡(jiǎn)稱論文結(jié)論)與《中華人民共和國城鎮(zhèn)建設(shè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)-聚氨酷泡沫合成軌枕》相關(guān)實(shí)驗(yàn)規(guī)范基礎(chǔ)上，根據(jù)圣維南原理簡(jiǎn)化模型；并基于結(jié)構(gòu)力學(xué)有限元分析法對(duì)國內(nèi)某廠家新開發(fā)的以玻璃纖維合成樹脂為主要材料的合成軌枕的強(qiáng)度分析，作為合成軌枕在鋼析梁橋上推廣使用的一個(gè)參照。
合成軌枕材料參數(shù)見表，定義X方向?yàn)檠夭ＡЮw維的方向，Y方向?yàn)楹铣绍壵淼臋M向，Z為合成軌枕的垂直方向；合成軌枕強(qiáng)度限值見表。由合成軌枕材料的參數(shù)列表可以看出：合成軌枕材料屬性為各向異性；其X方向與Y,Z方向的彈性模量、泊松比及剪切彈性模量均不同；Y,Z方向上具有相同的屬性。在進(jìn)行合成軌枕各工況下強(qiáng)度理論分析時(shí)，要分別對(duì)合成軌枕順玻璃纖維方向(X方向)和垂直玻璃纖維方向(Y或Z方向)的應(yīng)力強(qiáng)度進(jìn)行分析(對(duì)合成軌枕材料的X,Y,Z方向分別進(jìn)行理論應(yīng)力強(qiáng)度分析)。由表可以看出，合成軌枕沿玻璃纖維方向的極限強(qiáng)度要比垂直玻璃纖維方向的極限強(qiáng)度大得多，尤其是其沿玻璃纖維方向的抗拉性能遠(yuǎn)大于混凝土軌枕與木枕。
采用有限單元法建立合成軌枕與螺栓的實(shí)體模型。其中，合成軌枕與螺栓均采用實(shí)體單元solid45模擬。采用合成軌枕上配套設(shè)計(jì)的一種小阻力扣件系統(tǒng)作為模型的實(shí)際原型，扣件系統(tǒng)組成為：彈條、軌距擋板、擋板座、軌下墊板、鐵墊板、調(diào)高墊板、T型螺栓及錨固螺栓等。依據(jù)實(shí)際情況與合理的簡(jiǎn)化，建立4個(gè)螺栓錨固在合成軌枕上的計(jì)算模型，據(jù)此模型采用不同的荷載工況并改變模型尺寸，分別分析合成軌枕的橫向強(qiáng)度、縱向強(qiáng)度及其抗拔強(qiáng)度隨著軌枕尺寸變化的規(guī)律。合成軌枕的計(jì)算模型見圖。模型中，合成軌枕與螺栓的接觸面共面，即合成軌枕與螺栓間采用glue命令粘接。
根據(jù)結(jié)論，在軌枕合理尺寸范圍內(nèi)分別改變合成軌枕的寬度與厚度，分析其各向強(qiáng)度隨寬度和厚度變化的規(guī)律；荷載工況均采用實(shí)際情況下可能會(huì)發(fā)生的最不利荷載；根據(jù)實(shí)際情況模擬軌枕受到的約束，全約束軌枕底面。由于合成軌枕有無底槽對(duì)本文所研究的軌枕強(qiáng)度沒有影響，所以本模型中忽略了軌枕底槽的影響，模型中軌枕沒有底槽。鋼析梁橋上合成軌枕長(zhǎng)度較長(zhǎng)，建模時(shí)建立一半的軌枕進(jìn)行受力分析；經(jīng)過檢算，對(duì)合成軌枕底面全約束與同時(shí)全約束合成軌枕底面和兩端面；兩種約束方法對(duì)應(yīng)的計(jì)算結(jié)果值相差均小于0.5 MPa，因此取一半的合成軌枕進(jìn)行受力分析較為合理，這也說明了全約束合成軌枕底面較為合理。
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