0引言
扣件系统是轨道结构中的重要部件，是联结钢轨与支撑结构的重要部件[1]，扣件系统应能长期地保证钢轨与轨枕可靠连接、保持轨距，起到缓冲和减振作用。扣件系统性能的好坏，直接影响到轨道结构整体的稳定性及养护维修工作量[2]。
我国城市轨道交通常用扣件系统类型有单趾弹簧扣件、DT-Ⅲ型扣件、DT-Ⅵ2型扣件、DT-Ⅲ2型扣件、WJ-2型扣件、Lord扣件、先锋扣件、减振扣件[3]、双层非线性扣件等。普通分体式减振扣件一般应用于减振要求较低的地段，且长期使用后弹性垫板容易发生窜出，引起减振效果失效等问题。硫化一体式减振扣件由金属和橡胶硫化粘结而成，具有结构简单、安装便利等优点，能充分利用橡胶的压缩或剪切变形达到中级减振要求[4-5]，减振降噪效果明显，在国内外城市轨道交通中得到了大量的应用。
由于减振扣件自身的结构限制，现有城市轨道交通硫化一体式减振扣件仅适用于无承轨槽混凝土轨枕上，本文所介绍的是一种适用于有承轨槽轨枕的新型压缩型减振扣件。
1设计原则
（1）满足有承轨槽混泥土轨枕的安装需求，结构简单，便于安装与维护[6]；可直接替换原扣件系统，无需改动轨枕[7]。
（2）具有可靠的轨距保持能力，保证行车安全；应有一定的钢轨位置调整能力，便于后期维护。
（3）具有适量的弹性，减振效果不低于5dB，实现中等减振效果。
2减振扣件结构设计
有挡肩减振扣件（以下简称减振扣件）结构组成如图1所示，由顶板、橡胶圈和钢套通过高温高压硫化而成。减振扣件的组装如图2所示，组装部件包括螺旋道钉、弹簧垫圈、盖板、减振扣件、器下垫板、预埋套管、螺母、弹条、T型螺栓、绝缘轨距块、轨下垫板，并设置轨下、器下调高垫板。
减振扣件结构的主要特点为：
（1）外形轮廓为上宽下窄的楔形，与混凝土轨枕承轨槽的形状相匹配；
（2）传统减振扣件结构包括顶板、底板及橡胶，此款减振扣件结构无底板，轮廓尺寸及安装孔距显著减小，对安装空间要求低；
（3）钢轨与顶板固定，而顶板与钢套之间通过橡胶柔性连接，此结构可使钢轨获得较小的垂向刚度；
（4）盖板结构限制减振扣件向上位移，防止列车侧翻，横向载荷由挡肩承担，可有效防止轨距扩张；
（5）水平调整量：0 mm ~ +30 mm，轨距调整量：-12mm ~ +8 mm，钢轨具备一定的横、垂向调整能力，满足线路维护需求。
图1 减振扣件的结构示意
图2 组装示意
3 理论分析
3.1有限元分析
采用ABAQUS软件对减振扣件顶板、套筒及橡胶的结构进行有限元分析。顶板及套筒采用球墨铸铁QT450-10材料，抗拉强度为450 MPa，弹性模量为209 GPa，泊松比为0.3，单元类型为C3D8R。橡胶采用天然橡胶，单元类型为C3D8H。在不影响计算精度前提下，对模型中的某些小细节进行了几何简化。
3.1.1垂向静刚度分析
减振扣件垂向静刚度在载荷区间（10 ~ 45）kN内的设计值为（15 ~ 20）kN/mm。通过有限元分析结果表明，减振扣件的垂向静刚度为17.16 kN/mm，满足性能指标要求。
3.1.2强度校核
为保证行车安全，对顶板及套筒的强度进行校核。最大垂向载荷选取疲劳试验载荷45 kN，减振扣件垂向静刚度取3.1.1节中的计算结果。分析结果表明，顶板与套筒最大应力为73.43 MPa，相对材料的抗拉强度450 MPa，有较大的安全储备，满足材料的安全使用要求。
3.2减振效果分析
本文通过建立车辆+轨道+整体道床+隧道耦合系统动力学仿真模型，分析了该减振扣件的减振效果。分析中采用地铁A型车，通过在左右钢轨垂向、横向施加美国六级谱轨道不平顺，计算了相对DT-III型扣件减振效果，其计算结果如下：DT-III型扣件与有挡肩减振扣件扣件隧道壁铅锤向振动Z计权加速度总振级分别为74.1dB，67.7dB，减振效果为6.4dB。
4组装性能试验
4.1垂向静刚度试验
试验设备为MTS 500 kN 四柱式322弹性体动静刚度试验机。试验方法为在钢轨顶面中心施加垂直于钢轨底面的载荷，施加载荷至70 kN，计算（10~45）kN载荷下的割线刚度。
试验显示，垂向静刚度试验结果为18.82 kN/mm。与分析结果相差1.66 kN/mm，误差8.82%。故减振扣件垂向静刚度满足性能指标要求。
4.2动静刚度比试验
按4.1状态，继续动静刚度比试验。施加载荷（10～45）kN，频率4 Hz，循环1000次。记录最后100次循环的荷载和位移，取其中10个循环的数据分别计算出最大荷载、最小荷载、最大位移、最小位移的平均值，然后计算动静刚度比。动刚度试验结果为24.84 kN/mm，故动静刚度比计算结果为1.32，满足性能指标要求。
4.3疲劳试验
试验设备为富力通达12通道组合试验系统。试验方法为在钢轨轨头施加垂向与横向的周期载荷，垂向载荷范围（8~45）kN/件产品，横向荷载为垂向荷载的0.6倍，荷载循环3×106次，加载频率4 Hz。试验结果显示：外观，减振扣件1#和减振扣件2#均无破坏；轨头横向位移，减振扣件1#为1.90mm，减振扣件2#为2.05mm；垂向静刚度变化率，减振扣件1#为5.63%，减振扣件2#为2.56%。试验结果满足性能指标要求。
5在线测试
为确定该减振扣件的减振性能，在上海地铁某条线路采用原位更换并跟踪测试的方案对减振效果进行评价，更换前为DT-III型扣件。内、外轨轨底和轨腰布置4个测点，道床中心布置2个测点，在外轨侧隧道壁布置2个测点。
按照《浮置板轨道技术规范》（CJJ/T191-2012）[8]规定，在1Hz~200Hz范围内进行减振效果分析，计算得出外轨隧道壁的减振效果为6.67dB，满足中等减振性能要求。
6结论
本文针对城市轨道交通中有承轨槽混凝土轨枕的安装使用要求进行减振扣件设计研究，包含结构设计、理论分析、组装性能试验和在线测试等。主要结论如下：
（1）本减振扣件为有挡肩硫化一体式结构，接口与现有成熟扣件产品一致，可直接替换既有线普通扣件；
（2）结构简单，外形轮廓小，成本低，且便于安装和维护；金属件绝大部分表面被橡胶包裹，具有良好的防腐性能；
（3）采用弹条分开式布置，无预紧，垂向刚度小；减振扣件两端与挡肩结构贴合，有效限制钢轨轨头的横向位移；
（4）通过有限元分析，其垂向刚度和强度均满足性能要求；通过减振效果分析得出减振效果可达6.4dB，满足中等减振需求。
（5）对减振扣件的垂向静刚度、动静刚度比、疲劳进行组装性能测试，均满足技术指标要求；
（6）通过在线测试表明，该减振扣件可达6.67dB，满足中等减振性能要求，且与仿真误差在5%以内。
参考文献
[1]理论与工程应用[M]. 北京：科学出版社，2011.赵汝康.铁路钢轨扣件［M］.北京：中国铁道出版社，2018.
[2]吴建忠，李湘久，武江虹.高架线DTⅦ2型扣件的设计研究[J].地铁与轻轨，2003（03）：24-28.
[3]孙洪强.简析城市轨道交通减振降噪措施[J].现代城市轨道交通，2012（04）：60-63.
[4]郭建平，刘衍峰.城市轨道交通在8~12dB范围轨道减振降噪措施比较[J].铁道标准设计，2008（03）：59-62.
[5]张晓娟.地铁轨道减振技术综述[J].市政技术，2014，32（02）：90-93.
[6]李子睿，方杭玮，刘伟明，等.客货共线无砟轨道用扣件系统的研究与设计[J].铁道建筑，2016（07）：109-113.
[7]宿国英，邓娇，孙照亮，等.小安装尺寸剪切型减振扣件的设计与应用[J].铁道建筑，2012（04）：116-118.
[8]中华人民共和国住房和城乡建设部. 浮置板轨道技术规范:CJJ/T191-2012[S].北京:中国建筑工业出版社,2013.