地铁车辆段库内预留立柱钢轨固定支架结构力学性能分析.pdfVIP

地铁车辆段库内预留立柱钢轨固定支架结构

力学性能分析

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摘要：针对地铁车辆段库内预留立柱施工难度大、效率低、时间长等这一现状，开发

了一种新的钢轨固定技术，实现钢轨精准固定和支撑。采用有限元法对钢轨固定支架结构力

学性能进行了三维数值模拟分析，结果表明：（1）支撑架在支撑钢轨时不会发生材料屈服

现象；（2）支撑架不会发生细长杆屈曲现象；（3）支撑架在受力时不会发生倾覆失稳。通

过力学性能分析研制了钢轨固定支架结构的可靠性和可行性。

关键词：地铁车辆段；预留线轨道；库内立柱检查坑；钢轨固定支架

0前言

众所周知，城市轨道交通工程车辆段建设考虑长远运营情况会在车辆段库内预留股道，

一般情况下预留立柱检查坑立柱由土建完成，预留的主要内容有系统工程安装，如轨道、供

电、信号等，在库内立柱检查坑整体道床范围内预留立柱，后期进行轨道、供电、信号等系

统工程施工。由于城市发展需要需增加运营车辆数量，为了保证运营车辆在不运营情况下有

位置停放，建设单位需进行预留工程施工,预留库内轨道施工由于无现有钢轨固定方式，即

需开发钢轨固定技术并对支架进行受力结构性能分析。

1有限元分析模型的建立

根据地铁预留轨道施工要求，采用SolidWorks软件对施工工况模型进行三维建模和有

限元分析，对凿除预留立柱混凝土前后的钢轨进行自然受力分析，主要以静应力分析为主，

同时对凿除预留立柱混凝土后的钢轨固定支撑架进行稳定性分析，包括静应力分析、屈曲分

析和倾覆力矩计算。

2钢轨自然受力分析

根据地铁车辆段预留立柱检查坑图纸，建立使用预留立柱支撑钢轨的简化模型。

2.1预留立柱混凝土凿除前

以凿除预留立柱混凝土前的钢轨作为研究对象，分析其自然状态下的受力状况：取25m

长的单根60kg/m钢轨为分析对象，钢轨在自然状态下仅受自身重力载荷影响，其两端截面

视为固定约束，钢轨底部与扣件接触的部分视为滑动约束。

采用SolidWorks静应力分析，对钢轨模型基于曲率和4点雅克比结构划分网格，生成

节点总数281953、单元总数154572的有限元分析模型。

经求解器迭代计算后，钢轨受力分析的节点其最大节点应力为3.463X105Pa，相比远远

小于钢轨屈服应力450MPa。钢轨受力分析的节点位移最大节点位移约为0.001mm。经选取随

机连续两立柱间的悬空钢轨底部中心节点作为探测对象，位移平均值为0.001mm。

综上所述，地铁车辆段预留立柱混凝土凿除前钢轨自然受力不会发生材料屈服现象。

2.2预留立柱混凝土凿除后

当预留立柱混凝土凿除后，采用钢轨固定支架和对称斜拉装置固定钢轨在立柱上，钢轨

固定支架由两个支撑架和一根方木组成，每间隔3根预留立柱位置放置一副，即：每副固定

支架间距4.2m。

在凿除预留立柱混凝土后，垫板、弹条、螺旋道钉等扣件仍然固定在钢轨上，钢轨采用

支撑架和方木支撑固定，两钢轨间距依靠轨距拉杆来保证，由于整体结构对称，可以取单根

25米长的钢轨作为研究对象，钢轨受到自身重力载荷、方木重量和垫板、弹条、螺旋道钉

等扣件重量影响，设置钢轨两端为固定约束，轨距拉杆位置为滑动约束，钢轨与固定支架接

触的方木位置视为滑动约束。

采用SolidWorks静应力分析，对钢轨模型基于曲率和4点雅克比结构划分网格，生成

节点总数322236、单元总数178864的有限元分析模型。

经求解器迭代解算后，钢轨的节点应力，其中最大应力为3.612X106Pa，相比远远小于

钢轨屈服应力450MPa，最大节点位移约为0.088mm。选取各固定支架上的方木与钢轨底部接

触面计算支反力，其中固定支架所受最大支反力为2640N，

综上所述，地铁车辆段预留立柱混凝土凿除前钢轨自然受力不会发生材料屈服现象。

3支架结构力学性能分析

当预留立柱混凝土凿除后，钢轨采用固定支架和轨距拉杆进行固定，其中固定支架由两

个支撑架和一根方木组成，支撑架主材料采用45钢，支撑架结构如图1所示，固定支架如

图2所示，固定支架间距4.2m，其施工简化模型，如图3所示。

图1支撑架结构示意图

图2固定支架结构示意图