弹性分开式扣件板下组合刚度理论模型设计方法

为探究弹性分开式扣件系统板下组合刚度的科学设计方法,明确传统计算模型(简称传统模型)的设计误差并提高设计精度,提出了一种基于非线性弹性地基梁的板下组合刚度理论计算模型(简称理论模型).首先,将弹性垫板非线性弹性引入地基梁系统中,并将梁段划分为多个计算单元,从而建立反映铁垫板实际变形特征与板下支承特征的板下组合刚度理论模型,并采用中点刚度法求解锚固螺栓紧固扭矩与列车荷载施加过程中铁垫板的变形曲线与板下组合刚度;其次,采用力学试验机测试DZⅢ型扣件系统在真实服役状态下铁垫板的变形与组合刚度,验证本文理论模型的正确性;最后,分析传统模型与理论模型在不同安装状态(螺栓扭矩)、铁垫板设计参数(铁垫板厚度、锚固螺栓间距)下的板下组合刚度,明确传统模型设计误差在不同铁垫板设计参数下的变化规律.对比分析表明:由于未考虑铁垫板变形与板下垫板非线性弹性的影响,传统模型在安装扭矩范围(150~250 N·m)内的设计误差范围为37.75%~94.27%,已无法满足工程设计的误差要求;本文提出的理论模型最大误差仅为2.91%,符合工程设计要求;铁垫板厚度较低或螺栓间距较宽时,铁垫板实际变形状态与传统模型中的计算假设差异将被放大,传统模型的设计误差也将进一步变大.

弹性分开式扣件板下组合静刚度设计影响因素分析

以弹性分开式扣件为研究对象,通过测试不同紧固扭矩情况下扣件板下组合静刚度,并与板下垫板静刚度传统设计对比,证明了铁垫板翘曲变形与板下垫板超弹性是扣件板下组合静刚度设计的关键因素。然后,建立扣件板下组合结构非线性有限元模型,在试验验证基础上,计算分析了铁垫板翘曲变形与板下垫板超弹性对扣件板下组合静刚度设计的影响规律。研究表明:当紧固扭矩从150 N·m增至250 N·m时,板下组合静刚度传统设计误差从37.8%增至94.3%;若仅考虑板下垫板超弹性,几乎不提高板下组合静刚度的设计精度;若仅考虑铁垫板翘曲变形,设计误差虽有所减小,但仍会随着紧固扭矩的提高逐渐增大,最大可达28.3%;若同时考虑以上两个因素,设计误差将减至1.8%~2.4%。