畢業(yè)設(shè)計(論文)外文翻譯-Areviewofalternativematerialsforreplacingexistingtimbersleepers

1、大連交通大學(xué)2015屆本科畢業(yè)設(shè)計（論文）外文翻譯現(xiàn)有木枕替代材料綜述A. Manalo, T. Aravinthan, W. Karunasena, A. Ticoalu摘要：木材是最廣泛使用的鐵路軌枕材料，然而作為一種軌枕材料隨時間老化需要合適的替代品。近年來，鐵路枕木所需的硬木變得更加昂貴和更加難獲得，木材的質(zhì)量卻比以前的要差。還有，各種環(huán)境化學(xué)浸漬木材枕木。這使得大多數(shù)鐵路行業(yè)尋找能替換現(xiàn)有的木枕的替代材料。本文介紹了枕木近期發(fā)展并提出一項著眼于纖維復(fù)合材料作為鐵路枕木的替代材料的舉措。纖維復(fù)合材料正在成為一種可行的替代施工材料，正在進行鐵路軌枕的研究和開發(fā)創(chuàng)新的纖維復(fù)合材料。關(guān)鍵詞：

2、鐵路軌枕；更換軌枕；硬木木材；替代材料；纖維復(fù)合材料1.引言鐵路軌枕是鐵路軌道系統(tǒng)最重要的元素之一。他們是鋪設(shè)在鋼軌下面來支撐軌道1。其功能是傳布所述荷載到道床，橫向固定剛軌保持正確的軌距寬度和抵抗切割承載板和道床磨損的材料2。軌枕還抵抗軌道系統(tǒng)橫向和縱向的位移。軌道系統(tǒng)的主要成分在圖1所示。圖1.典型的鐵路軌道系統(tǒng)構(gòu)件。硬木木材是最廣泛使用的軌枕材料。目前，全世界有超過25億個木材軌枕安裝在鐵路軌道3。在澳大利亞昆士蘭州就有800萬個枕木4。大多數(shù)這些枕木都在惡化，只有少數(shù)枕木能夠滿足性能要求。為了保持軌道質(zhì)量到指定的使用水平，并確保軌道安全運營，損壞和劣化枕木要用新的替換。目前，澳大利亞的

3、鐵路線每年超過250萬個木枕枕木需要維修5。在美國，鐵路行業(yè)每年需要替換7億木枕枕木中的26。 此外，還要從印度進口700萬個木枕用來解決鐵路維修問題5。德國鐵路行業(yè)需要1100萬枕木進行更換7。這個數(shù)字還不包括鐵路幾乎完全使用的木枕枕木的其他歐洲國家和中國。澳大利亞鐵路行業(yè)花費約25-35養(yǎng)路年度預(yù)算在鐵路8。根據(jù)Hagaman和麥卡爾平9，軌枕更換成為鐵路最大的和獨有的維護成本。每年花費了美國鐵路行業(yè)超過十億美元10。因此，一些鐵路行業(yè)都采用了木枕替代戰(zhàn)略，用來減少維護的費2,8,11。替換策略是用新的枕木更換損壞的枕木，保持木材枕木鐵路軌道的運營。這也是大多數(shù)澳大利亞鐵路行業(yè)12實行的維

4、護計劃。此維護方法的條件是更換枕木應(yīng)具有與現(xiàn)有的木材枕木相容。此外，安裝在原位的方法也要相對容易。但是，由于鐵路軌道上日益惡化的廣大木材枕木和限制供應(yīng)的新木材枕木，使取代劣化木材枕木需求不能被滿足。此外，因為的各種越來越嚴(yán)重的環(huán)境問題也限制使用耐用的硬木樹種作為軌枕，這些問題都導(dǎo)致在世界各地許多鐵路公司研究替代木材枕木的材料。在不久的將來，鐵路公司將停止使用原生木材而使用到像種植木材，混凝土，鋼材或復(fù)合材料來替換。一些研究嘗試使用最耐用，最堅固和最經(jīng)濟有效的材料來更換變質(zhì)和損壞的木材枕木。其中的一些方法是試圖使用優(yōu)化的現(xiàn)有材料的枕木，如種植園木材，鋼材和預(yù)應(yīng)力混凝土13-16。另一種方法是利用

5、纖維復(fù)合材料作為加固現(xiàn)有鐵路枕木17-20。其他方法集中在聚合物混凝土，纖維增強塑料，橡膠和纖維復(fù)合材料材料6,21-24 替代材料來更換使用惡化的木材枕木。本文提供了在使用現(xiàn)有這些材料更換鐵路枕木以及隨之而來的問題的概述。本文目的是提供給研究人員和工程師在不同材質(zhì)被用于鐵路枕木的信息和在世界各地正在開展針對尋找替換現(xiàn)有木材枕木合適的替代品的研究。在本文中突出了正在研究和發(fā)展的纖維復(fù)合枕木。2.鐵路枕木的現(xiàn)有的材料自從鐵路出現(xiàn)枕木材料已經(jīng)有了龐大的研究和開發(fā)工作。木材枕木仍然是最常見的，但是，采用預(yù)應(yīng)力混凝土和鋼材枕木也越來越多。這些鐵路物資優(yōu)點和缺點將在下面部分討論。2.1木材木材枕木有有效

6、和可靠的性能悠久的歷史在鐵路環(huán)境25。木材枕木的主要優(yōu)點是它們的適應(yīng)能力。木材軌枕可以裝上所有類型的鐵路軌道，易于操作，更換方便，不需要復(fù)雜的組裝設(shè)備3。因此，局部問題的地方進行維修或更換不需要人員以外的設(shè)備支持。這對高速或高海拔的那些限制封閉時間和大型施工機械的密集線特別有吸引力。木材枕木的主要缺點是它們對機械使用和生物降解的敏感性導(dǎo)致失效17。在昆士蘭州，霉菌腐爛木材枕木是枕木最主要的失效形式9。鐵路枕木由于非常大的橫向剪切載荷導(dǎo)致木材兩端分裂也是常見的失效形式26。木材枕木最常見的故障模式如圖2。然而，鐵路行業(yè)現(xiàn)在面對最困難的問題是鐵路枕木可用的優(yōu)質(zhì)木材不斷減少.圖。2.常見的枕木失效類

7、型。 （a）霉菌腐爛，（b）兩端分。另外越來越多關(guān)注使用化學(xué)防腐劑的木材枕木對環(huán)境和人體健康的影響。在歷史上鐵路行業(yè)幾乎全部采用木餾油浸漬木材枕木27。這個仍然將是枕木在沒有令人滿意的替代品的情況下所使用的方法28。在不久的將來，它更可能的是藥劑浸泡木材枕木都需要通過特定的程序逐漸被拆除，并與更換新的。此外，新的研究表明，許多木材枕木超過歐盟環(huán)保法規(guī)定的雜酚限值，應(yīng)被作為危險廢物處置 29。因此，必須努力使各個國家限制使用雜酚油浸漬木材枕木和加強對生產(chǎn)過程中的管理。由于環(huán)境問題27，里斯30報告說，有必要設(shè)定一組規(guī)則，關(guān)于如何存儲和處理浸漬的軌枕，以防止?jié)撛诘慕】滴：?。世界各地的報告顯示，防腐

8、處理的木材枕木填埋是目前可以接受的辦法27。防腐劑處理的木枕的堆填區(qū)的增加對環(huán)境沒有影響這是不可能的。環(huán)保局需要對填滿防腐劑處理的木軌的填滿場設(shè)計滲流液管理系統(tǒng)。盡管有重復(fù)使用軌枕的選項存在，例如在家里花園應(yīng)用這些經(jīng)處理的木材枕木。但因為工人的安全和流程昂貴行業(yè)也不愿回收。化學(xué)浸漬木材制品32燃燒或焚燒，也由于灰33的毒性成為不可接受的選項。顯然，一個環(huán)境友好型材料應(yīng)該被開發(fā)作為一種替代化學(xué)浸漬木材枕木。2.2軟木木材軟木木材不能像硬木軌枕分散阻力和防止釘洞擴大34。此外，軟木軌枕并不能像硬木軌枕那樣有效的傳遞荷載到道岔，因此軟木軌枕不可混合使用在硬木軌枕的軌道上。然而，由于軟木木材是一種主要

9、來源來自人工林的可再生資源，昆士蘭科技大學(xué)正在進行一項研究關(guān)于改造軟木木材讓軟木木枕適合鐵路 14 。一系列測試完成證明軟木材適合成為鐵路枕木。但是，應(yīng)該指出的是，該測試僅在不常使用二級鐵路網(wǎng)絡(luò)上進行的。2.3混凝土預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕已成為廣泛使用的鐵路軌枕尤其是在高速線路上。使用周期長是其經(jīng)濟和技術(shù)優(yōu)勢，并降低維護成本。在高速線路預(yù)應(yīng)力混凝土因為巨大的自重，持久的保持軌枕最佳位置和穩(wěn)定性。事實上，許多預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕的技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)被開發(fā)和測試成功。整體式預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕是其中最常用的34。另一方面，雙翼軌枕也越來越受歡迎，因為它的重量比整體式軌枕要小。雙翼軌枕是由2個鋼筋混凝土部分構(gòu)成。然而，

10、當(dāng)雙翼軌枕被抬起的時候由于扭曲很難被放置。梯形軌枕的是另一個發(fā)展 21 。這些軌枕的12米長的縱向預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件被橫向鋼管約束就像一個梯子。該導(dǎo)軌上的混凝土構(gòu)件連續(xù)地支撐分配縱向荷載，從而減少了對道床的維修。在混凝土軌枕的技術(shù)的進一步發(fā)展，后來看到引進薄型混凝土軌枕。在昆士蘭大學(xué)的研究人員設(shè)計了世界上第一個預(yù)應(yīng)力混凝土鐵路軌枕15用來取代木軌枕。不同于現(xiàn)有的混凝土軌枕的設(shè)計，新的軌枕也有木材軌枕類似的尺寸。這是那些想用長期效益的混凝土的鐵路基礎(chǔ)設(shè)施所有者但不能（因為大小限制）使用傳統(tǒng)設(shè)計混凝土軌枕的鐵路基礎(chǔ)設(shè)施所有者帶來了一個好處。這些軌枕是類似于圖3示出的部分更換軌枕圖。這種軌枕是專門設(shè)計

11、為在現(xiàn)有的軌道更換開裂的木材軌枕或已達到其使用壽命木材軌枕。然而，這種軌枕因為特定的軌距規(guī)格僅限于主線軌枕的替換。 圖3.局部更換枕木20混凝土軌枕的問題是它們的重量重，鋪設(shè)和安裝過程中需要專門機械?；炷淋壵淼某跏纪顿Y成本幾乎是硬木木材枕木兩倍。由科胡特克35進行的研究證實，混凝土軌枕施工和這些木材制成軌枕是不同的?；炷淋壵砭哂懈邉偠忍匦院驮O(shè)計深度比現(xiàn)有木材枕木深?；炷淋壵碛捎跊]有一個彈性的軌墊和混凝土36容易導(dǎo)致軌座腐蝕。此外，該薄型混凝土軌枕試用也是不好的結(jié)果，因為其相對不靈活，并且它需要良好的標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌和壓載來減少振幅，避免道床損壞12。2.4鋼材 澳大利亞在鐵路的鋼枕木的性能和設(shè)計

12、上已經(jīng)有了世界范圍的技術(shù)口碑。莫納什大學(xué)的鐵路技術(shù)研究所從事減少成本，并確保鋼枕木的性能優(yōu)越的工作16。目前，鋼枕木使用超過澳大利亞軌枕的13。鋼枕木可以分散在現(xiàn)有軌道但有固定的規(guī)格，以減少在軌道的幾何變化，并防止軌枕過早失效。鋼軌枕的重量比枕木輕這使得它易于施工以及已知壽命可超過50年。然而，鋼軌枕只被認(rèn)為用于速度160km/h或更慢的客運軌道是合適的37。 一個現(xiàn)代化的Y形鋼軌枕（圖4）正在被開發(fā)取代傳統(tǒng)的鋼軌枕38。從本身的名稱意味著Y鋼軌枕的形狀像一個“Y”，相比于通常的鋼軌枕,Y鋼軌枕由于在Y型叉兩部分之間有大量的道碴從而對交叉運動有更大阻力。然而，由于它的形式，鋪設(shè)Y鋼軌枕在高頻率

13、運行火車的線路上應(yīng)遵循嚴(yán)格的準(zhǔn)則。實際經(jīng)驗已經(jīng)證明，可能通過一個簡單的鋪設(shè)設(shè)備調(diào)整陷入道床的枕木。 圖4. Y型鋼材軌枕鋼枕木安裝和夯實過程中需要格外小心因為它們倒置的外輪廓使得它們難以在道床上鋪設(shè)。觀察鐵路在車輪荷載的作用下的變形量證明剛枕木比木枕木的形變量要大在承受相同車輪荷載，表明鋼枕木和相鄰的木枕木不能均布車輪荷載39。此外，鋼材軌枕因為價格昂貴和考慮到腐蝕問題使用很少。另一個問題鋼枕木通過移動列車導(dǎo)致金屬疲勞使固定孔開裂36。1. 替代品的需求很多鐵路基建公司很長時間一直在嘗試用混凝土和鋼材替代木材枕木在現(xiàn)有鐵路軌道。但是，這種維護策略只獲得有限的成功。這些材料并沒有被證明是一種可行

14、的木材枕木的替代品。格魯伯40表示，90以上的維護和建設(shè)中鐵路軌道仍然使用木材枕木，盡管替代品的可靠性和有效性日益增加，像鋼鐵和水泥。它往往是更經(jīng)濟可行或方便在短期內(nèi)更換新的枕木18。僅在2006年，在澳大利亞的昆士蘭鐵路（QR）購買80000木材枕木用于軌道維護和發(fā)展4。在北美，傳統(tǒng)木軌枕也有近似的91.5市場份額。相比，2008一月的水泥，鋼材和塑料的復(fù)合枕木市場份額一共約8.537。表1現(xiàn)有鐵路枕木材料比較屬性硬木軟木混凝土鋼適應(yīng)性可加工性搬運安裝耐久性維護費更換可用性成本扣件道床適配導(dǎo)電性緊貼性重量 ，kg使用壽命，年易容易容易低高容易低高好很好低高60-7020-30難容易容易低高容

15、易高低差好低高60-7020難難難高低難高非常高非常好差高低28560難難難低高難高非常高差很好非常高中等70-8050混凝土軌枕比木材枕木提供了更好的線路能力和保持軌距的特性。但它們比較昂貴和相當(dāng)重，并且通常不能提供預(yù)計50年使用壽命41。軌枕由鋼制成，另一方面，可以提供比木材和混凝土優(yōu)良的強度，但鋼材枕木因為它們的成本高只被使用在適度的數(shù)量。頻繁更換和擰緊扣件的也是必需的。同樣，用混凝土或鋼枕木替代木材枕木會既困難又費錢17?；炷梁弯撜砟镜臋C械性能與現(xiàn)有木材枕木不相容的?；炷恋妮^高的結(jié)構(gòu)剛度使更大的荷載被傳遞到混凝土軌枕中可以導(dǎo)致更大的惡化，產(chǎn)生彎曲裂縫42。同樣，因為不均勻沉降鋼材枕

16、木不能與木材枕木混合43。鋼材枕木的形狀和大小造成的傾向的速度比木材枕木快。這個問題只能通過用混凝土或鋼枕木完全替代木材枕木來克服，但這種做法是比較昂貴。另一個值得關(guān)注的是，制造混凝土和鋼材軌枕需要相當(dāng)多的能量，是一個大氣中碳的最大制作者。澳大利亞溫室氣體辦公室報道44，生產(chǎn)混凝土和鋼的二氧化碳的排放量是硬木木材10-200倍。顯而易見的是，木材被選擇為鐵路的枕木材料，尤其用于更換損壞和劣化木材枕木。然而，木枕木主要問題是他們?nèi)菀赘癄€，特別是在導(dǎo)軌的附近。木材需要進行防腐處理;其中一些是是被各環(huán)保部門認(rèn)為是有毒的化學(xué)物質(zhì)25。同樣，由于硬木軌枕的質(zhì)量下降導(dǎo)致木軌的理想替代品不斷減少，有些品種較

17、差的抗衰減和更容易受到機械性能的退化17。這些問題導(dǎo)致了更多的提前失效和木材枕木較高替代率。此外，優(yōu)質(zhì)硬木的供應(yīng)量不能滿足需要現(xiàn)有的木材枕木更換的的需求。表1總結(jié)目前使用的材料作為鐵路枕木的優(yōu)點和缺點。替代材料更換枕木降低了維修費用，并克服使用木材枕木所遇到的問題，因此是可取和必要的。4.纖維復(fù)合材料 纖維復(fù)合材料的最新進展已允許其作為鐵路枕木的替代材料使用。這些發(fā)展可分為組合纖維復(fù)合材料與其它材料作為新的鐵路軌枕和用纖維復(fù)合包裹軌枕加強現(xiàn)有的軌枕。4.1與其他材料的組合 早期的發(fā)展已經(jīng)表明高分子材料與纖維復(fù)合材料組合可以提高鐵路枕木物理和機械性能。Pattamapron45已經(jīng)研究了使用天然

18、橡膠為鐵路枕木的可能性。天然橡膠有更好的壓縮模量和硬度。然而，工程化的橡膠過于堅硬而無彈性。在日本，硬聚乙烯泡沫和玻璃纖維做成合成枕木是一種獨特的發(fā)展方向21。這些枕木設(shè)計使用壽命長（60年以上），同時保留了木材軌枕的物理性質(zhì)。但是，合成枕木在鐵路區(qū)段的維修或更換是困難的。此外，Hoger 22研究了使用批量回收塑料為原料的鐵路枕木。此材料強度增加但價格上沒有優(yōu)勢。 許多公司正在銷售使用再生塑料材料和纖維復(fù)合材料制造的鐵路枕木。這些軌枕和相同重量的木枕相比更加堅固和耐久。在阻尼方面，沖擊載荷，橫向穩(wěn)定性和吸聲和木材軌枕相似。在美國用回收的塑料瓶生產(chǎn)玻璃纖維制造增強木枕已被引入，在過去10年6。

19、這些枕木擁有的物理和機械性能媲美木材枕木。在該領(lǐng)域的軌枕的性能正在研究中。印度鐵路使用這些材料作為橋梁軌枕46。在南非，復(fù)合聚合物枕木使用在地下工程以支持地鐵線47。由長玻璃纖維增強的泡沫狀聚氨酯枕木已在奧地利Zollant大橋的裝修項目中使用23，如圖5。這軌枕是輕量級的，可被擰在了一起，并可以使用傳統(tǒng)的木工工具鋸開。另一種是英國交通研究實驗室開發(fā)的再生塑料軌枕（圖6）24。該軌枕表現(xiàn)出類似軟木枕木的剛度，但擁有更大的強度。它也顯示出更好的抗螺絲釘松動。在德國，Woidasky 在進行一項持續(xù)的研究關(guān)于通過進行從玻璃纖維廢物和其它輔助劑混合塑料廢棄物（MPW）生產(chǎn)鐵路枕木。7所述MPW軌枕機

20、械性能預(yù)計比優(yōu)質(zhì)的木材枕木的要好。然而，這些復(fù)合產(chǎn)品只獲得了鐵路行業(yè)有限的支持因為其高昂的成本和缺乏長期性能測試，如疲勞，抗沖擊性和耐久性。表2總結(jié)了全世界國家的纖維復(fù)合材料鐵路枕木最新發(fā)展。圖5安裝在奧地利Zollant橋復(fù)合枕木23圖6.測試塑料鐵路軌枕24 表2纖維復(fù)合枕木的最新發(fā)展國家 參考文獻 描述 應(yīng)用類型 發(fā)展水平美國 6 玻璃纖維增強塑料的回收利用 標(biāo)準(zhǔn)軌枕道岔  實際應(yīng)用奧地利 23 硬聚氨酯泡沫塑料和玻璃纖維 標(biāo)準(zhǔn)軌枕 試用應(yīng)用德國  7 混合塑料廢料 標(biāo)準(zhǔn)軌枕 研發(fā)英國 24 再生塑料軌枕 標(biāo)準(zhǔn)軌枕 研發(fā)日本 21 硬聚氨酯泡沫塑料和玻璃纖維 標(biāo)準(zhǔn)軌枕

21、 實際應(yīng)用澳大利亞5,20,42 聚合物混凝土與玻璃纖維復(fù)合 標(biāo)準(zhǔn)軌枕橫梁道岔 試用申請材料夾持用玻璃纖維膜包裹的LVL印度 39 玻璃鋼枕木和復(fù)合塑料軌枕 標(biāo)準(zhǔn)軌枕和橋梁橫梁 試用應(yīng)用南非 40 復(fù)合聚合物 地鐵 試用應(yīng)用泰國 38 設(shè)計的天然橡膠 標(biāo)準(zhǔn)軌枕 研發(fā)4.2加強現(xiàn)有軌枕鐵路纖維復(fù)合材料是又一個成功維護加強現(xiàn)有軌枕的應(yīng)用。 Quaio參考文獻17評價包裹在玻璃纖維增強的聚合物或玻璃鋼的木材軌枕的性能（圖7）。結(jié)果他們的研究表明，GFRP-木梁性能顯著改善。復(fù)合材料加固增加了枕木的剛度和極限載荷容量，同時降低應(yīng)力，并提供一個抵抗板切割和道床磨損表面。在GFRP包裝軌枕還改進了的耐潮濕

22、。圖7包裹在GFRP的木材枕木17。 圖8.用纖維復(fù)合材料加強混凝土軌枕19在美國科羅拉多州的運輸技術(shù)中心48，評估了玻璃纖維織物包裹固實木枕木的性能，發(fā)現(xiàn)玻璃纖維包裹后改善了木材枕木的耐久性。但是，要使用金屬蓋板防止玻璃纖維包裹在高負(fù)載損壞。此外，澳大利亞的Humpreys和Francey18對纖維增強材料修復(fù)木材鐵路枕木的初步研究。他們的研究結(jié)果表明，如果碳的分層沒有過早的出現(xiàn)，用碳強化表面的枕木的荷載有明顯的提升。在另一研究中，Shokrieh和Rahmat19研究了碳和玻璃的復(fù)合材料對混凝土的加強（圖8）。根據(jù)研究結(jié)果，兩層玻璃纖維加強混凝土軌枕比一層碳更經(jīng)濟，纖維增加混凝土軌枕的負(fù)載

23、能力與碳和玻璃纖維增強的幾乎相等。 Ticoalu 20開始調(diào)查道岔的纖維復(fù)合材料的開發(fā)。在她的作品，單板層積材（LVL）與碳纖維層壓板的頂部和底部，包裹著三軸玻璃纖維（圖9）的制備和測試。雖然結(jié)果認(rèn)為更換鐵路枕木這概念是可行的，使用LVL有一些維護問題未解決。木材是一種可生物降解的材料，所以需要持續(xù)的維護。雖然包裝纖維復(fù)合材料的LVL增強結(jié)構(gòu)和保護環(huán)境，孔釘?shù)你@孔使得濕氣和表面的水滲透和可能導(dǎo)致LVL的降解。纖維復(fù)合材料更換軌枕的發(fā)展是降低維護成本的希望。圖9.包裹三軸玻璃纖維的光纖復(fù)合材料的LVL枕木205. 研發(fā)創(chuàng)新纖維復(fù)合枕木 鐵路行業(yè)最近的發(fā)展集中于利用纖維復(fù)合材料的替代品進行創(chuàng)新鐵

24、路枕木。在昆士蘭州南部的圖文巴的大學(xué)的卓越的工程纖維復(fù)合材料中心（CEEFC），在與澳大利亞的鐵路行業(yè)的合作中，曾有參與多項涉及在現(xiàn)有的鐵路線用創(chuàng)新纖維復(fù)合枕木更換惡化的硬木枕木研發(fā)項目。一個最早由CEEFC開發(fā)的技術(shù)是用復(fù)合鐵路軌枕（圖10）作為現(xiàn)有或新的鐵路木材，鋼和混凝土軌枕的替代品5。該軌枕是由聚合物混凝土和玻璃纖維鋼筋構(gòu)成，重量只有61公斤。該軌枕具有良好的電絕緣性能，并且可以裝配標(biāo)準(zhǔn)緊固件。軌枕變革性的形狀為它提供了優(yōu)異的抵抗橫向移動性。軌道的試驗段被制造，以確定是否可以在生產(chǎn)試驗又足夠的精度安裝在導(dǎo)軌壓道板 。初步試驗已經(jīng)表明，該軌枕在實際使用條件下表現(xiàn)良好。然而，這種

25、復(fù)合軌枕到目前為止還沒有進入市場因為其成本和現(xiàn)有的軌枕材料比沒有競爭力。另一個發(fā)展是纖維復(fù)合材料（FC）的鐵路橫梁（圖11），目前正在試用在澳大利亞49一座鐵路橋上。在FC鐵路橫梁是由的一個新型額外纖維材料增強的纖維復(fù)合材料夾層板組成。廣泛的研究和測試方案已經(jīng)表明，對FC橫梁具有類似的，甚至比硬木橫梁更好的性能。初步試驗也證實了很好的固定鐵路扣件的能力。在2007年11月首個FC橫梁被安裝在位于一個大型繁忙運輸線的鋼鐵路橋的頂部。該試驗調(diào)查證了正在被使用FC橫梁達到了預(yù)期目標(biāo)和估計其允許使用壽命應(yīng)該是遠遠超過50年。 圖10.聚合物混凝土和纖維復(fù)合材料制成的軌枕22 圖 11.纖維復(fù)合鐵路橫梁

26、49在不斷提供創(chuàng)新的方案解決鐵路行業(yè)的問題的努力下，一個發(fā)展優(yōu)化纖維復(fù)合鐵路軌枕的研究項目正在由CEEFC會同澳大利亞鐵路產(chǎn)業(yè)實施。在Ticoalu進行的研究初始階段是20以評估澳大利亞鐵路上使用的現(xiàn)有木材枕木的強度和剛度特性。實驗結(jié)果證實，彈性木材軌枕的彈性模量變化從9000MP到26000MP。然而，與彈性模量為10000MP的軌枕未見顯著差異彎矩，剪切和彎曲。這個信息是為纖維復(fù)合材料的鐵路枕木建立了重要設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。進一步的開發(fā)正在進行中，以開發(fā)和測試?yán)w維復(fù)合材料枕木的性能為目的。6.面臨的挑戰(zhàn)與可能的解決方案土木工程的主要挑戰(zhàn)是發(fā)展經(jīng)濟競爭力和適宜強度結(jié)構(gòu)用來滿足可維護行業(yè)的需求，可維護行

27、業(yè)的要求的是耐久性，便于維護和施工。為了纖維復(fù)合枕木成為一個合適的木材枕木替代品，這些挑戰(zhàn)都需要被克服。材料和幾何特性有顯著的影響在設(shè)計和枕木的性能。在澳大利亞鐵路系統(tǒng)，木材枕木需要滿足特定的要求，如強度，耐用性和剛度特性基于AS1720.1-199750。此外，它應(yīng)列出指定尺寸，以滿足鐵路標(biāo)準(zhǔn)軌道的木材51。纖維復(fù)合材料可能是理想的材料鐵路枕木的發(fā)展方向。該復(fù)合材料通常由嵌入在輕聚合物基質(zhì)高強纖維提供高強度，重量輕，耐用性和低生命周期維護費用，并且可以提供一種合適的材料更換惡化木材枕木。其中一個方法，只更換損壞和惡化的木材枕木（現(xiàn)場更換）以降低鐵路維護的成本。因此，適合的替代材料的強度和性能

28、的特征類似木材枕木。纖維復(fù)合材料是非常合適的，因為這種材料可以基于所需的用途進行結(jié)構(gòu)改造。枕木從纖維復(fù)合材料的生產(chǎn)可與制造幾乎同樣大小/深度和重量的硬木木材。它具有優(yōu)良的耐久性，需要較少的維護。如木材枕木，纖維復(fù)合材料鐵路枕木可插入軌道中，并提供靈活地鉆出原位的附件導(dǎo)軌板。重量輕，可方便安裝和建設(shè)的極大靈活性。纖維復(fù)合枕木結(jié)合的特性是高強度和低重量，從而使得比其它材料更具有競爭力。大多數(shù)纖維復(fù)合軌枕的發(fā)展仍然有較高的成本相比傳統(tǒng)的軌枕材料。然而，在具體的應(yīng)用如橫梁和道岔，要更大和更長木材的檔次要求較高的。這些特殊的木材枕木成本比主線軌枕高。采用預(yù)應(yīng)力混凝土和鋼軌枕對這些特殊軌枕處理更加昂貴和困

29、難。每一個更換的軌枕都要封裝。更換軌枕需要在線路上進行預(yù)先測量，然后在工廠制造準(zhǔn)確螺栓孔。纖維復(fù)合鐵路枕木可能制作到特定長度，但基本上具有相同的生產(chǎn)成本。高比例更換軌枕的橋的橫梁和道岔可以從纖維復(fù)合鐵路枕木發(fā)展中獲益更多。此外，獨有的纖維復(fù)合軌枕的好處將使這一材料替代現(xiàn)有的木材軌枕是可行的。在大多數(shù)建成至今的示范項目，纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的設(shè)計考慮硬度，而不是強度52。此纖維復(fù)合材料的缺點已被發(fā)展中創(chuàng)新的材料和結(jié)構(gòu)利用這種材料的固有優(yōu)勢克服。這種有效的結(jié)構(gòu)例子就是復(fù)合材料夾層。使用夾心概念的結(jié)構(gòu)部件的主要優(yōu)點是它的高彎曲剛度和高強度重量比53。這顯著改善了澳大利亞正在開發(fā)的一個創(chuàng)新的纖維復(fù)合材料夾

30、層的核心結(jié)構(gòu)的強度54從而增加使用這種材料作為一個理想的民用工程應(yīng)用的機會。這種纖維復(fù)合材料的夾層軌枕的應(yīng)用的可能行正在探索。.它與纖維材料的最優(yōu)安排,預(yù)計整體結(jié)構(gòu)將實現(xiàn)高抗彎和抗剪剛度，在使用荷載下發(fā)生最小的偏轉(zhuǎn)。目前還沒有得到廣泛認(rèn)可的復(fù)合枕木標(biāo)準(zhǔn)和現(xiàn)有軌枕材料標(biāo)準(zhǔn)正在用于確定鐵路枕木設(shè)計所需要的載荷。這是很重要的確定傳遞到軌枕的力的測量值和更清楚地了解枕木如何應(yīng)對這些力量從而有效的設(shè)計纖維復(fù)合枕木。更嚴(yán)格的設(shè)計過程可能是必要的，以便有效地設(shè)計的纖維復(fù)合枕木。作為鐵路軌枕可以看作彈性地基上的縱向梁被分析，支撐纖維復(fù)合軌枕的道床和路基的彈性模量的變化對纖維復(fù)合軌枕性能的影響應(yīng)詳細(xì)分析。這些可

31、能對復(fù)合軌枕的彎矩的，剪切力和的偏轉(zhuǎn)有作用。評估這些纖維復(fù)合軌枕的整體性能可能導(dǎo)致一個有效截面優(yōu)化的和成本降低。纖維復(fù)合軌枕相比更傳統(tǒng)的硬木，水泥或鋼軌枕一個相對較新的技術(shù)。大多數(shù)纖維復(fù)合軌枕的開發(fā)和試用都是試用階段（表2）。因此，為了提供的必要指導(dǎo)在設(shè)計，制造和使用纖維復(fù)合鐵路枕木，不斷完善這種新材料的規(guī)范。該規(guī)范應(yīng)包含這種創(chuàng)新材料最低性能要求。這些新材料的性能測試應(yīng)該連續(xù)地進行，以確保它們能承受要求的荷載和解決木材軌枕的維護問題。7.結(jié)論在全國范圍內(nèi)大多數(shù)木材軌枕的普遍惡化和更換軌枕的優(yōu)質(zhì)木材供應(yīng)下降導(dǎo)致許多鐵路行業(yè)在鐵路使用壽命期間依靠軌枕替代材料更換維護。然而，材料像混凝土和鋼尚未證明

32、是現(xiàn)有的木材軌枕可靠的替代品。研究和開發(fā)主要集中在模擬纖維復(fù)合材料作為當(dāng)前使用的軌枕軌枕材料還有許多問題。 纖維復(fù)合材料的諸多優(yōu)點支持發(fā)展輕質(zhì)，高強度，更耐用的軌枕取代木材軌枕。纖維復(fù)合軌枕有更長的使用壽命，需要最少的維護。它們具有和木材枕木相似的安裝要求這些降低勞動力成本。最重要的是，纖維復(fù)合材料的使用較少能量和釋放少量的溫室氣體。在地方鐵路產(chǎn)業(yè)會發(fā)現(xiàn)纖維復(fù)合軌枕。對這種材料有一個龐大的研究興趣，然而，潛在的最終用戶仍不愿使用這種材料由于如供應(yīng)安全，缺料材料設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和經(jīng)批準(zhǔn)的性能要求的問題。需要持續(xù)努力，以提高其性能，并進一步創(chuàng)新。應(yīng)進行試驗，為這些軌枕材料提供合適的解決方案，并具有替代現(xiàn)有

33、木材軌枕的成本效益的。鐵路軌枕纖維復(fù)合材料的替代品有能力與傳統(tǒng)的軌枕材料競爭。幾個光纖復(fù)合軌枕的研究和發(fā)展顯示出這種替代材料具有的物理和機械特性和木材軌枕相媲美，甚至更好。然而，這些新材料的性能記錄比起木材軌枕還是要短。不斷的研究發(fā)展是開拓市場和增加使用這種替代材料信心必不可少的?，F(xiàn)場試驗和使用性能評估將是非常有價值對于實現(xiàn)目標(biāo)。最后，制定國家標(biāo)準(zhǔn)和國際標(biāo)準(zhǔn)將鼓勵采用纖維復(fù)合材料作為替代鐵路軌枕材料。參考文獻1 Ellis DC. Track terminology. In: British railway track. England: The Permanent Way, Institut

34、ion, 2001.2 Zhao J, Chan AHC, Burrow MPN. Reliability analysis and maintenance decision for railway sleepers using track condition information. 3 Ets Rothlisberger. History and development of wooden sleeper. 4 Miller R. Rail and tramway sleepers: product recognition, identification and presentation.

35、 5 Van Erp G, Cattell C, Huang D. Fibre composite innovations in Australias construction industry. CRC for construction innovation, Australia; 2006. Lampo R. Recycled plastic composite railroad crossties. 6 Woidasky J. Railwaste production of railway sleepers by mixed plastic waste. SUSPRISE joint call evaluation workshop. Berlin, Germany; 2008.7 Yun WY, Ferreira L. Prediction of the demand of the railway sleepers: a simulation model for the replacement strategies. Int J Prod Econ 2003; 8182:58995.8 Hagaman BR, McAlphine RJ. ROA timber sleeper develop