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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；運輸、鋪設(shè)、養(yǎng)護維修方便；與鋼軌連接比較簡單；有較好的絕緣性等。但木枕要消耗大量優(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，強度、彈性不完全一致。針對木枕的一些缺點，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，且運營效果良好；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)點有：質(zhì)量輕、強度高、不易腐蝕；施工方便、易于維修；使用壽命長且環(huán)保。缺點主要有：價格高、國內(nèi)產(chǎn)品尚未成熟；應(yīng)用于不同運營條件下的扣件系統(tǒng)需要再開發(fā)等。國內(nèi)已經(jīng)有廠家對合成軌枕進行了一系列的研究，并已經(jīng)生產(chǎn)出成品。國內(nèi)生產(chǎn)的樹脂合成軌枕。對于以高分子材料為主的合成軌枕的研究有著重要、深遠的意義。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 (以下簡稱論文結(jié)論)與《中華人民共和國城鎮(zhèn)建設(shè)行業(yè)標準-聚氨酷泡沫合成軌枕》相關(guān)實驗規(guī)范基礎(chǔ)上，根據(jù)圣維南原理簡化模型；并基于結(jié)構(gòu)力學(xué)有限元分析法對國內(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度分析，作為合成軌枕在鋼析梁橋上推廣使用的一個參照。
合成軌枕材料參數(shù)見表，定義X方向為沿玻璃纖維的方向，Y方向為合成軌枕的橫向，Z為合成軌枕的垂直方向；合成軌枕強度限值見表。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。在進行合成軌枕各工況下強度理論分析時，要分別對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)力強度進行分析(對合成軌枕材料的X,Y,Z方向分別進行理論應(yīng)力強度分析)。由表可以看出，合成軌枕沿玻璃纖維方向的極限強度要比垂直玻璃纖維方向的極限強度大得多，尤其是其沿玻璃纖維方向的抗拉性能遠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體模型。其中，合成軌枕與螺栓均采用實體單元solid45模擬。采用合成軌枕上配套設(shè)計的一種小阻力扣件系統(tǒng)作為模型的實際原型，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)實際情況與合理的簡化，建立4個螺栓錨固在合成軌枕上的計算模型，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度、縱向強度及其抗拔強度隨著軌枕尺寸變化的規(guī)律。合成軌枕的計算模型見圖。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，分析其各向強度隨寬度和厚度變化的規(guī)律；荷載工況均采用實際情況下可能會發(fā)生的最不利荷載；根據(jù)實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本文所研究的軌枕強度沒有影響，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度較長，建模時建立一半的軌枕進行受力分析；經(jīng)過檢算，對合成軌枕底面全約束與同時全約束合成軌枕底面和兩端面；兩種約束方法對應(yīng)的計算結(jié)果值相差均小于0.5 MPa，因此取一半的合成軌枕進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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