床罩优化出料

沿道岔的几何不连续会导致上部结构荷载的强烈局部变化。通过使用不同刚度的枕木垫(USP)，可以优化垫层条件，从而使道岔区域变得平滑。

现代铁路轨道需要通过轨道、轨道座和轨枕尽可能均匀地承受来自轨道车辆的荷载，并将这些荷载分配到轨道上部结构和路基上。通过充分分配这些负载，上层建筑元件上的应力可以保持尽可能低，有助于减少维护费用，从而增加轨道系统的使用寿命。

尽管我们可以借鉴一些可靠的计算方法，如Zimmermann对弹性基础上的梁在荷载分布效应方面的计算方法，但在结果方面存在局限性。由于其单独的几何形状，道岔是一种不规则的，即使其他边界条件保持不变，也会导致不同区域内不同程度的轨道偏转。

沿舌形和蛙形区域的刚度变化，以及压载上层建筑中枕木的承载面积不断变化，导致轨道系统的不连续。

道岔长度上的荷载分布差异是一个三维问题，可以用有限元方法来把握和分析。通过安装附加的具有确定刚度的弹性元件，可以增加钢轨的荷载分布效果。同时，可以优化轨道车架的承载特性。达到这一目标的一种经济有效的方法是使用不同硬度的垫垫(USP)。

下面的段落描述了层理模量的基本影响，通过USP可能增加上部结构的弹性，并提供了一个用于优化USP布置的三维有限元道口模型。

床上用品模量

轨道交通对轨道上部结构的荷载主要取决于轨道床的性能，以及轨道框架的几何和刚度特性。对于传统的有碴轨道，其弹性主要来源于砟床和路基的柔性。一般用层理模量C来表示，表示了表面压力与相应轨挠度的关系。

p =轨枕与镇流器间压力[N/mm2]
Y =导轨挠度[mm]

简而言之，层理模量表示在[N/mm2]中有多少压力会导致1mm的挠度。不同类型有碴轨道的层理模量平均从大约0.05 N/mm3(非常软)到超过0.40 N/mm3(非常硬)不等，具体取决于安装条件1。对于新建铁路线路，较高的刚度主要是由于下部结构和防冻层的施工压实所致。此外，动态轨道稳定器(DGS)在有碴轨道上的使用也会导致固结。虽然这类措施增加了轨道床的承载能力，但同时降低了钢轨作为负载分配元件的功能，这可能会对轮轨接触的动力效应产生负面影响，并可能导致对压舱物的应力增加。

由于固结压载物和承载能力较强的路基造成的层理刚度较高，可以通过安装层理模量较低的弹性元件来调节。

对于有碴轨道的柔韧性，标准轨距轨道的顺层模量的设置应考虑到轨道和道岔的荷载分布效应，使轨道有足够的挠度，约为1.2 ~ 1.5mm。限制因素通常是轨道脚张力的最大允许量。

增加上层建筑的弹性与下卧垫

USPs是一种经济有效的方法，可以增加上部结构的弹性，减少压舱物的磨损。它们由位于轨枕和镇流器之间的附加弹性元件组成，目前可用于标准产品的连续模量范围从大约0.02 N/mm3到比0.30 N/mm3更硬(根据BN 918 145 - 01在带有镇流器轮廓的规定负载板上测定垫层模量2)。

由钢轨和混凝土轨枕组成的轨道框架，通过钢轨扣件刚性连接成承重结构，可以保持其传统的作用。这也适用于轨道的升级，因为这类工作所涉及的费用也相对较低。

使用有碴轨道，弹性usp不仅允许更长的轨道弯曲线，从而减少镇流器的负载，还有助于防止接触磨损，因为镇流器的顶层可以嵌入垫。减少了轨枕底部与道砟之间的硬接触点，轨道安装更加均匀。护垫还有助于防止因空化而导致睡眠者突然下沉。

由于上层压载层的稳定，由动力引起的压载岩迁移转移到下层，这对上层建筑的长期质量有良好的影响。

即使假设在铁路的生命周期内有效性下降，USPs仍然不会对轨道上层结构造成任何有害影响。在这方面，它们可以被视为故障安全元素。履带上部结构总是比没有任何USPs的结构表现出更有利的特性。

有许多方法可以确保垫子与枕木的充分粘合。一种可能性是将垫块粘合到固化混凝土上，但未来的总体趋势是，作为制造过程的一部分，垫块将直接集成到枕木中。使用塑料网可以实现紧密连接，其中一半集成到枕木垫中，另一半可以振动到枕木的湿混凝土中。

在德国进行的测试表明，与传统的有砟轨道相比，使用轨枕垫可以显著改善轨道性能和动态振动性能。在奥地利，自2002年以来已经安装了USP的投票箱，测量表明在40 Hz-50 Hz频率范围内振动减少。此外，即使与使用可移动的过桥蛙相比，使用刚性过桥蛙的构筑物的沉降也少得多。USP在投票率方面的积极经验导致了奥地利联邦铁路标准化设计的发展。

有限元道岔模型

有必要了解整个系统，以便能够将填充物枕木获得的积极经验转移到涉及投票率的应用中。进一步平衡几何决定的垂直荷载分布差异。有限元法(FEM)可以帮助我们掌握这一系统。

利用有限元法和高性能计算机，可以产生一个完整的有垫枕木的道岔，并对其承重功能进行分析。与根据Zimmermann的经典计算方法相比，不需要通过对整个结构(纵向轨枕上部结构中的横向轨枕，几个弹性水平的合成刚度)进行转换来实现理想化。但为了减少计算时间，各个组件被基本元素简化为其相关的功能和必要的自由度。该模型的另一个优点是，可以为导轨元件(舌形、过叉形、校核导轨等)的所有几何形状和刚度分配可变参数。轨枕参数和钢轨扣件的非线性特性(钢轨板/底板在压力载荷下起作用-扣件在张力载荷下起作用)也是如此。此外，垫层(枕木垫和镇流器)的行为可以使用任何所需的非线性挠度曲线进行建模。

由于单个弹性水平没有被形成的弹簧刚度“叠加”，因此可以模拟枕木上方和下方水平的灵活性划分。因此，也可以单独观察变形变量。

模型的参数化允许任何标准道岔产生定义的特征和计算与移动的负荷集体，对应于转向架的负荷影响。因此，可以得到整个结构的所有垂直变形(沉降和上升);应变是由结构部件的运动条件和参数决定的。这种性质的整体模型有助于掌握由有碴轨道上的弹性安装道岔组成的系统，并为其进一步发展做出有针对性的调整。

承载性能分析

在模拟计算的框架内，对整个道岔区域的道砟和路基的刚度进行了均匀的逐步减小，以了解顺层对垂直轨道挠度的影响。因此，根据典型转向架(轴载220 kN，间距3m)的载荷集合，可以计算每个负载位置的最大轨道挠度。图1所示的挠度模式代表了相关钢轨最大垂直变形的包络线。

从曲线中可以看出，顺层模量的降低会导致钢轨挠度的增加。但与此同时，沿道岔路径也可以看到刚度的各种差异。变形曲线的差异被放大。层理模量越低，差异越明显。在这方面，由于较高水平的钢轨刚度和枕木的大表面积，而在最后一个长枕木之后，交叉蛙的挠度最小。

通过优化具有不同刚度程度的USPs的排列，可以消除这些差异。图2(第82页)显示了使用不同类型USP改进的刚度安排的比较。

第一条曲线显示为没有任何额外USPs的偏转曲线的示例。正常轨道上0.8mm的轨道挠度完全是由规定的道砟和路基的层理模量0.2 N/mm3引起的。如果通过均匀安装额外的USPs来增加垂直变形，则产生的层理模量大约为0.10 N/mm3，导致道岔前后挠度增加到1.3mm。垂直轨道偏转的差异可以通过安装不同的USPs来消除，在相同的初始水平的情况下。这允许实现更均匀的偏转模式(使用不同的USP类型)。道岔作为承重部件的作用是平滑的。

图3显示了与没有USP的道岔相比，轨道座椅力的减少。即使在这种情况下使用相对坚硬的衬垫(> 0.2 N/mm3)，传递到上部结构的力也可以减少10%到30%，具体取决于道口的部分。

总结

使用USPs可以以较低的投资成本增加轨道上部结构的弹性。与此同时，作为轨道不稳定潜在来源的压载石被稳定，因为单个压载石可能嵌入USP的表层。轨枕的均匀安装减少了上层结构的载荷，提高了轨道的稳定性。

此外，在结果中，几何上确定的刚度差异可以被平滑化。为了实现这一目标，可以使用不同刚度程度的usp，其定位方式可以改善整个结构的承重条件。因此，可以减轻因投票率而导致的赛道不规则性，并减少振动。

使用基于有限元法的道岔模型，可以分析结构的承载行为。由于数据可以根据不同的参数而变化，因此可以分析非常广泛的几何边界条件和刚度条件。所涉及的挑战是要考虑非线性层理性质。

利用有限元道岔模型，可以计算出任何情况下Sylomer®USP的优化排列。

图1:层理模量逐步均匀降低时，相关钢轨通过整个道岔的挠度图

图2:沿道岔使用USP类型的优化解决方案的轨道偏转模式的比较

图3:通过优化的USP解决方案减少道岔沿线的轨道座椅力

参考文献

1. 艾森曼，J.和朗普，R.: Ein Schotteroberbau f R. hohe Geschwindigkeiten。ETR - Eisenbahntechnische rundscher 46，(1997)，第3卷，S.99…108。
2. DB Systemtechnik: BN 918145-01: Technische Lieferbedingungen - Spannbetonschwellen mit elastischer solhle - Elastische Schwellensohlen，(2004年1月)
3. m . ller- borutau, F.， Kleinert, U.:弹性力学与弹性力学，2005,50(2001)。3 . 90-98。
4. 莱考夫，G.，斯塔尔，W.:《人类与人类的关系》。工业机械学报(55)6/2004,S. 8-16。
5. Schilder, R.:《睡眠垫下的USP》- Ein Bericht ber bisherige Erfahrungen， ÖVG萨尔茨堡大会，第65期，2004年9月