CRTSⅢ型板式无砟轨道具有结构简单、施工便捷、稳定耐久等特点，近年已在我国高速铁路和客运专线上采用。随着高速铁路与城市轨道交通的发展，对减振降噪的要求越来越高。因此，开展CRTSⅢ型板式无砟轨道减振方法研究，提出减振措施。1 CRTSⅢ型板式无砟轨道结构的减振措施

CRTSⅢ型板式无砟轨道的减振措施是在原有轨道结构基础上铺设减振垫层，并进行合理结构调整。其轨道结构从上至下由钢轨、WJ-8C扣件、承轨台、轨道板、自密实混凝土、减振垫层、C40钢筋混凝土底座构成。在振动传播过程中，水平方向振动比铅垂方向振动衰减快，因此对地面的影响主要是铅垂方向振动。其中，轨道结构（包括基础）所产生的振动量约占全部振动的35%。轨道结构既是振源，也是传播中的重要环节，直接影响最终的振动效应。轨道隔振的主要措施是在轨下、枕下铺设弹性垫层。在CRTSⅢ减振型板式无砟轨道结构中，在自密实混凝土板与底座板间铺置弹性减振层来吸收或隔离振动，从而达到削弱振动传播能量的目的，减振效果较为明显。

CRTSⅢ型板式无砟轨道减振层合理弹性模量研究

解 鹏：西南交通大学高速铁路线路工程教育部重点实验室，硕士研究生，四川 成都，610031徐 坤：西南交通大学高速铁路线路工程教育部重点实验室，硕士研究生，四川 成都，610031任 勃：西南交通大学高速铁路线路工程教育部重点实验室，硕士研究生，四川 成都，610031任娟娟：西南交通大学高速铁路线路工程教育部重点实验室，副教授，四川 成都，610031

摘 要：阐述CRTSⅢ型板式无砟轨道结构的减

振措施，运用有限元软件ABAQUS建立CRTSⅢ型

减振板式无砟轨道系统垂向静力计算模型。从

轨道板拉应力变化、底座板拉应力变化和橡胶

垫层应力变化分析模型计算参数；分析CRTSⅢ

减振型板式无砟轨道减振层合理弹性模量的取

值范围；建议选取弹性模量大于100 MPa、小于

300 MPa，可兼顾轨道板、底座板、减振层等各

项力学性能指标。

关键词：CRTSⅢ型板式轨道；减振层；弹性模

量；减振措施

基金项目：国家自然基金（51208438）；高校基本科研业务费专项资金科技创新项目

（A0920502051308-46）；中国铁路总公司科技开发重点项目（2013G008-C）。

CRTSⅢ型板式无砟轨道减振层合理弹性模量研究 解鹏 等

2 模型及计算参数

2.1 CRTSⅢ减振型板式无砟轨道有限元模型

采用ABAQUS的CAE建模功能建立路基上CRTSⅢ减振型板式无砟轨道有限元分析模型（见图1），为消除边界效应影响，选取3块轨道板长度的轨道结构进行计算，主要分析中间位置的轨道结构应力。轨道结构考虑承受列车静荷载的垂向作用，列车荷载为单轴双轮荷载，轴重30 t。模型中钢轨采用梁单元B31模拟，轨道板、自密实混凝土层、减振橡胶垫层和底座板均采用实体单元C3D8R 模拟，以边界条件设置代替自密实混凝土凸形挡台作用，各层之间接触采用TIE 约束，可很好地实现变形协调。钢轨与承轨台间的扣件连接采用线性弹簧单元（SPING）模拟，底座板底面为路基结构，考虑为弹性地基，底座板底面加上弹性地基（ELASTIC FOUNDATION）约束，刚度为76 MPa/m。钢轨两端固定约束，底座板两端面纵横向位移和转动约束。

2.2 模型计算参数

参考国内外减振型轨道及成渝线CRTSⅢ型板式无砟轨道相关文献，路基上CRTSⅢ减振型板式无砟轨道参数见表1。

2.3 CRTSⅢ减振型板式无砟轨道减振层合理弹性模量研究

依据相关资料取减振橡胶垫层的泊松比为0.2，弹性模量为100 MPa、300 M P a、500 M P a、1 000 M P a、5 000 MPa、10 000 MPa，并进行计算。钢筋混凝土材料的抗压强度远大于其抗拉强度，在计算过程中主要考虑轨道板和底座板的拉应力，以及钢轨的位移变化。

（1）轨道板拉应力的变化。当减振橡胶垫层弹性模量为100 MPa 时，轨道板的拉应力分布云图见图2（为其他弹性模量时应力分布雷同）。列车静荷载作用于扣件上时，引起应力集中，为保证结果的可信度剔除不可靠的应力集中单元。在列车荷载作用下，轨道板拉应力随减振橡胶垫层弹性模量增大变化，其拉应力变化规律见图3。

从图2中可以看出，列车荷载作用于轨道结构中部时，轨道板所受横纵向最大应力出现在轨道板两边。从图3中可以看出，随着减振橡胶垫层弹性模量的增加，轨道板的横纵向拉应力呈递减趋势。当弹性模量小于1 000 MPa时，轨道板的应力递减速率较大，其中横向拉应力下降趋势最为显著；当弹性模量大于1 000 MPa时,

轨道板的应力递减速率减慢。相

图1 CRTSⅢ减振型板式无砟轨道有限元模型

（a）横向应力

表1 无砟轨道基本参数

（b）纵向应力

图2 轨道板拉应力分布云图

P2 钢轨 扣件

轨道板

自密实混凝土 减振垫层

底座板 下部路基支承

CRTSⅢ型板式无砟轨道减振层合理弹性模量研究 解鹏 等

同条件下，减振橡胶垫层弹性模量越低，相同荷载作用下的轨道板变形越大，其下部挠度相应增大，底部拉应力增大，轨道板所受横向拉应力大于所受纵向拉应力。减振橡胶垫层弹性模量为100 MPa时，轨道板所受横向拉应力是弹性模量为10 000 MPa时所受横向拉应力的9.74倍，增大.73%。此时轨道板底部第一主拉应力值超过轨道板所能承受的拉应力限值2.85 MPa。

（2）底座板拉应力的变化。当减振橡胶垫层弹性模量为100 MPa时，底座板拉应力分布云图见图4（为其他弹性模量时应力分布雷同）。在列车荷载作用下，底座板拉应力随减振橡胶垫层弹性模量增大变化，其应力变化规律见图5。

从图4可以看出，列车荷载作用于轨道结构中部时，底座板所受应力对称分布，最大拉应力出现在底座板两边，最大压应力出现在列车荷载作用下方。从图5可以看出，底座板拉应力随减振橡胶垫层弹性模量增大而增大。当弹性模量小于1 000 MPa时，拉应力上升速率较快；当弹性模量大于1 000 MPa时，拉应力上升速率较缓慢，底座板第一主拉应力与其纵向拉应力变化趋势基

本接近，底座板所受纵向拉应力大于所受横向拉应力。当减振橡胶垫层弹性模量为1 00 MPa时，底座板所受纵向拉应力是所受横向拉应力的7.92倍；当减振橡胶垫层弹性模量为10 000 MPa时，底座板纵向拉应力取得峰值，是弹性模量100 MPa时所受纵向拉应力的1.96倍。

（3）减振橡胶垫层应力的变化。在列车荷载作用下，弹性模量不同时，减振橡胶垫层应力见表2、应力

变化规律见图6。从图6可以看出，减振橡胶垫层的应力总体呈增大趋势，最大拉应力变化较明显。当弹性模量小于1 000 MPa时，最大拉应力上升速率较快；当弹性模

量大于1 000 MPa时，最大拉应力上升速率放缓，最大压应力变化不大；当减振橡胶垫层弹性模量为5 000 MPa时，最大拉应力和压应力取得峰值，最大拉应力绝对值大于最大压应力绝对值；当减振橡胶垫层弹性模量为1 00 MPa时，最大拉应力绝对值是最大压应力绝对值得的2.08倍。

综上所述，随着减振橡胶垫层弹性模

量增加，轨道板拉应力逐渐降低，底座板

图3 轨道板拉应力变化规律（a）横向应力

表2 减振橡胶垫层应力

（b）纵向应力

图4 底座板拉应力分布云图

图5 底座板拉应力变化规律

轨道板应力/M P a

底座板应力/M P a

3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0

0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1

0.0

0 2 000 4 000 6 000 8 000 10 000

0 2 000 4 000 6 000 8 000 10 000

减振垫层弹性模量/MPa

减振垫层弹性模量/MPa

横向拉应力

纵向拉应力 第一主应力

横向拉应力 纵向拉应力 第一主应力

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拉应力逐渐上升。钢筋混凝土材料的抗压强度远大于其抗拉强度，起控制作用的是其抗拉强度，应以轨道板或底座板的拉应力作为控制条件，同时考虑减振橡胶垫层的受力。因此，减振橡胶垫层弹性模量应有一个合理的取值范围，应满足轨道板、底座板、减振橡胶垫层等各项力学性能指标要求。

3 结论

随着减振橡胶垫层弹性模量增大，相同荷载作用下的轨道板下部挠度呈递减趋势，轨道板纵、横向拉应力相应逐步减小，且减幅明显，轨道板所受横向拉应力大于纵向拉应力。由于弹性模量增大，减振橡胶垫层本身刚度得以提高，其各向应力呈增大趋势，最大拉应力增幅较为明显。

考虑到列车荷载的反复作用，保持减振橡胶垫层较低的应力水平十分重要，因其有一定的延展性，底座板实际受力小一些。当减振橡胶垫层弹性模量增大时，底座板拉应力逐步增大，但增幅不大。底座板第一主拉应力与其纵向拉应力变化趋势基本接近，所受纵向拉应力大于所受横向拉应力。为使底座板受力不超限（2.39 MPa），减振橡胶垫层弹性模量不应太大，建议选取弹性模量大于100 MPa、小于300 MPa，可兼顾轨道板、底座板、减振橡胶垫层等各项力学性能指标。

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责任编辑 葛化一收稿日期 2013-12-16

图6 减振橡胶垫层应力变化规律

橡胶垫层应力/M P a

0.14 0.13 0.12 0.11 0.10 0.09 0.08 0.07 0.06 0.05 0.04

0 2 000 4 000 6 000 8 000 10 000

减振垫层弹性模量/MPa

最大拉应力

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