地鐵彈性長(cháng)枕的技術(shù)優(yōu)勢及研究現狀論文
截至2013 年底，我國開(kāi)通軌道交通的城市達到19 個(gè)，累計運營(yíng)里程2746 公里， 2020 年線(xiàn)路規劃里程甚至超過(guò)一萬(wàn)公里。軌道交通的蓬勃發(fā)展，給人們的出行提供了極大的方便，促進(jìn)了經(jīng)濟與社會(huì )的發(fā)展。但是由列車(chē)運行產(chǎn)生的振動(dòng)與噪聲，嚴重影響著(zhù)沿線(xiàn)居民的工作和生活。對城市軌道交通進(jìn)行振動(dòng)與噪聲的研究，對于軌道交通的健康發(fā)展具有重要意義。文章對傳統中等減振措施與彈性長(cháng)枕進(jìn)行對比分析，并對近年來(lái)取得的一些理論成果進(jìn)行了闡述。
1 彈性長(cháng)枕軌道結構形式及減振機理
1.1 彈性長(cháng)枕軌道結構形式
彈性長(cháng)枕無(wú)砟軌道是在彈性支承塊的基礎上發(fā)展起來(lái)的，彈性長(cháng)枕的結構形式為：采用的特殊預應力混凝土枕增強了軌距保持能力;包裹支承塊的套靴被被包裹預應力軌枕的兩端開(kāi)啟式的橡膠靴替代，可以排除進(jìn)入箱內的雨水，并有利于結構的施工和后期維護。
1.2 彈性長(cháng)枕軌道減振機理
在彈性長(cháng)枕軌道結構中，較低剛度的彈性墊層布設在軌枕底部，并置于橡膠套靴之上，實(shí)現了把長(cháng)軌枕與道床隔離開(kāi)的目的。當列車(chē)通過(guò)彈性長(cháng)軌枕時(shí)，垂直方向被壓縮一定的距離，但由于起緩沖作用的彈性墊層的存在，從而達到了減振的目的。
2 傳統地鐵常用中等軌道減振措施所面臨的問(wèn)題
國內傳統地鐵常用中等軌道減振措施主要有軌道減振器扣件及彈性短軌枕。
2.1 軌道減振器
軌道減振器又稱(chēng)科隆蛋，最早由德國設計并實(shí)際應用，隨后被許多國家所采用。我國也在上海和廣州地鐵中采用了該扣件。軌道減振器扣件良好的減振性能在開(kāi)通運營(yíng)后得到完美體現，滿(mǎn)足了對減振降噪預期的設計要求。但是，軌道減振器在我國的應用并不理想，主要是存在著(zhù)以下幾個(gè)缺點(diǎn)：其減振性能在運營(yíng)一年以后衰減較快，減振性能約衰減20%;一旦橡膠失效，需成套更換;長(cháng)時(shí)間運營(yíng)后，誘發(fā)嚴重的鋼軌波磨。
2.2 彈性短軌枕
彈性短軌枕軌道結構得到廣泛應用并具有良好的減振降噪性能，但有以下幾個(gè)缺點(diǎn)：施工質(zhì)量對彈性軌枕減振效果影響較大;套靴中夾入雜物或短軌枕與套靴綁扎不密貼，會(huì )導致病害的出現，且減振性能也會(huì )大打折扣;彈性層失效后不易被檢測發(fā)現，即使發(fā)現后，更換也很麻煩;軌距和軌底坡調整困難;在曲線(xiàn)地段鋼軌產(chǎn)生嚴重的波浪磨耗。
3 中等減振措施中彈性長(cháng)枕存在的優(yōu)勢
彈性長(cháng)枕軌道的雛形，最早由日本于20 世紀70 年代提出。彈性長(cháng)枕軌道作為一種新型減振降噪軌道結構，廣泛的應用于很多國家。彈性長(cháng)枕軌道主要存在以下幾點(diǎn)技術(shù)優(yōu)勢：彈性長(cháng)枕軌道的軌枕設計成長(cháng)枕，增強了軌排結構的整體性，提高了軌枕穩定性;在道床上設計了中央排水溝，便于橡膠套靴中的積水盡快排出;檢查和更換彈性墊層方便。
4 我國彈性長(cháng)枕式無(wú)砟軌道的應用及研究現狀
4.1 我國彈性長(cháng)枕無(wú)砟軌道的應用
相對其他國家對彈性長(cháng)枕軌道結構的廣泛應用，我國的應用較少。僅在北京地鐵機場(chǎng)線(xiàn)、蘭新二線(xiàn)的'烏鞘嶺隧道、上海地鐵7 號線(xiàn)、北京地鐵9 號線(xiàn)有少量鋪設。
4.2 我國彈性長(cháng)枕無(wú)砟軌道的研究現狀
近幾年，我國學(xué)者才開(kāi)始關(guān)注彈性長(cháng)枕這一新型軌道結構型式，并對其進(jìn)行了一些理論和實(shí)驗研究。以下介紹我國彈性長(cháng)枕無(wú)砟軌道研究現狀。
吳曾等人建立無(wú)砟軌道彈性長(cháng)枕梁-梁-板模型，分析了行車(chē)速度與垂向位移、加速度的關(guān)系;行車(chē)速度與扣件瞬時(shí)上拔力的關(guān)系;垂向位移、加速度分別與軌道結構剛度和質(zhì)量的關(guān)系;進(jìn)一步分析了不同軌道結構剛度和質(zhì)量下彈性長(cháng)枕的動(dòng)力響應;找出了軌道結構剛度和質(zhì)量與垂向速度、加速度等的關(guān)系;最后計算了不同列車(chē)速度下的動(dòng)力響應。
王偉華等人對彈性長(cháng)枕無(wú)砟軌道進(jìn)行了穩定性分析。通過(guò)建立彈性長(cháng)枕模態(tài)分析及抗翻轉剛度模型，得出結論：軌枕的埋深對抗翻轉剛度的影響更大;得出了彈性長(cháng)枕支承剛度及埋深的合理取值。趙信洋運用ANSYS 軟件建立彈性長(cháng)枕垂向受力模型，分析了彈性長(cháng)枕軌下及枕中彎矩在不同枕長(cháng)和不同支撐長(cháng)度下的數值，得出以0.4 作為彈性長(cháng)枕枕長(cháng)與支撐長(cháng)度的合理比例關(guān)系。
范志材利用ANSYS/LS-DYNA 軟件和落軸試驗原理，對橋上彈性長(cháng)枕無(wú)砟軌道的枕下、軌下剛度進(jìn)行分析，并給出了合理的取值范圍;利用SIMPACK 軟件建立車(chē)輛-軌道-線(xiàn)路模型，分別分析了列車(chē)各輪軌力在同一速度和不同速度條件下的變化規律;利用ANSYA 建立橋上彈性長(cháng)枕無(wú)砟軌道模型進(jìn)行模態(tài)分析，并分析不同速度的軌下剛度、枕下剛度和輪軌力對結構動(dòng)力響應的影響。
焦雷建立車(chē)輛-軌道-下部基礎空間耦合動(dòng)力學(xué)模型，分別從直線(xiàn)與曲線(xiàn)地段分析了結構的動(dòng)力響應;從頻域分析的角度，采用模態(tài)分析、荷載沖擊數值模擬和行車(chē)過(guò)程仿真分析三種方法對地鐵彈性長(cháng)枕軌道結構減振效果進(jìn)行分析;針對軌道結構參數的變化，分別對地鐵直線(xiàn)段和曲線(xiàn)段軌道結構的動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行研究。
趙磊等人建立了預應力配筋彈性長(cháng)枕并考慮實(shí)際截面尺寸的新型計算模型。分兩種情況分析了枕下套靴硬化對軌枕強度的影響，分析出了枕中裂紋產(chǎn)生原因，并對套靴硬化給出限制建議。
姜浩等人建立彈性長(cháng)枕三維有限元模型，對不同參數的軌道結構進(jìn)行模態(tài)分析，得出結構參數的合理匹配。并對三種減振型軌枕進(jìn)行穩定性對比分析，得出結論;彈性長(cháng)枕的結構最優(yōu)。
綜上所述，相比軌道減振器和彈性短軌枕，彈性長(cháng)枕軌道結構擁有明顯的技術(shù)優(yōu)勢、減振效果較好。結構參數的選擇和匹配對充分發(fā)揮減振效果至關(guān)重要。
5 結束語(yǔ)
作為一種新型且具有中等減振功能的軌道結構，相對傳統中等減振措施，彈性長(cháng)枕有相當多的優(yōu)點(diǎn)。隨著(zhù)傳統中等減振措施所暴露出的缺陷，以及彈性長(cháng)枕軌道結構在我國的逐步應用，彈性長(cháng)枕軌道必將會(huì )被越來(lái)越多的設計、施工、運營(yíng)單位所認可。雖然我國學(xué)者對彈性長(cháng)枕進(jìn)行了一些研究，但是彈性長(cháng)枕的一些結構和性能參數尚未很明確，這就要求科研工作者對其進(jìn)行進(jìn)一步的理論和試驗研究，進(jìn)而創(chuàng )造更好的經(jīng)濟和社會(huì )效益，造福全人類(lèi)。
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