軌道結構理論與軌道力學(軌枕)

1、1 軌道結構理論與軌道力學軌道結構理論與軌道力學（軌枕）（軌枕）2第一節(jié)我國主型軌枕的設計技術條件3一、軌枕分類及各類軌枕的特點41.按軌枕材質分類鋼枕預應力鋼筋混凝土枕普通鋼筋混凝土枕混凝土枕油枕素枕木枕軌枕52.按結構型分類框架式梯子形Y 形其他縱向軌枕寬軌枕埋入式彈性枕普通長枕雙 塊塊彈性短枕支承塊短木枕短枕橫向軌向軌枕63.按使用地點分普通軌枕岔枕橋枕7二、混凝土枕發(fā)展的原因及優(yōu)缺點81.混凝土枕發(fā)展的原因n優(yōu)質木材的缺乏n預應力技術的發(fā)展n橡膠技術的發(fā)展92.混凝土枕的優(yōu)缺點n使用壽命n軌道穩(wěn)定性n質量均衡性n線路彈性10三、我國混凝土枕的發(fā)展過程n1953年，開始n1957年，首批

2、使用n1961年，弦61An1965年，弦61n1969年，弦69，筋69，型枕定型11n1981年，弦81，筋81n1984年，型枕定型n1995年，TK型n2000年，型枕定型12四、我國混凝土枕的設計技術條件1.型軌枕（1）使用條件：n建設型機車，軸重210kN；運行速度85km/h；n50kg/m軌道，鋪設密度1840根/km。（2）技術條件（缺）132.型軌枕（1）使用條件n韶山型電力機車，軸重230kN，最高運行速度120km/h；n年運量60100MTn50、60kg/m軌道，17601840根/km。14（2）設計技術條件n采用可靠度設計方法，設計壽命50年。n50年內，接頭區(qū)

3、軌枕損壞不超過50%，非接頭區(qū)損壞不超過10%。15n設計枕上壓力108kN。n軌枕中間截面承載能力140kN、軌下截面承載能力185kN。n軌下截面設計正彎矩12.4kN.m、中間截面設計負彎矩9.6kN.m163.型軌枕（1）使用條件n機車最大軸重25t，貨車最大軸重23t，旅客列車最高速度為160km/h。n年通過總重60100Mt。n60kg/m和75kg/m鋼軌軌道。n軌枕長度2600mm，1680根/km。17（2）設計技術條件n容許應力法設計。n枕上動壓力150kN。n軌枕中截面承載能力170kN、軌下截面承載能力210kN。n軌下截面正彎矩180kN.m、中間截面正彎矩7.2k

4、n.m、中間截面負彎矩14kN.m。18五、預應力混凝土軌枕的試驗方法191.軌枕靜承載能力試驗（三點彎試驗）P60cm軌下截面：每1000根軌枕抽樣3根。加載速度不大于3kN/s，加至規(guī)定值后穩(wěn)定3min。承載時用5倍放大鏡觀察受拉區(qū)有無裂紋。20n中間截面：P60cm212.軌枕疲勞試驗n試驗加載方法與靜載三點彎相同。n試件6根軌枕，3根做軌下截面疲勞、3根做中間截面疲勞。n最大加載為靜承力的80%，荷載循環(huán)系數(shù)0.2。疲勞加載次數(shù)2百萬次。n試驗結束時殘余裂紋寬度不超過0.05mm。22第二節(jié)我國主型混凝土軌枕結構特點23一、 型預應力鋼筋混凝土軌枕型預應力鋼筋混凝土軌枕24型混凝土枕包

5、括：n弦61A、弦61、筋61n弦65Bn弦79、筋79型，84年定名為S1型（型枕）n1981年停止生產(chǎn)。25n型枕即為79型枕，配筋與69型枕相同，外形與81型（型枕）相同，強度與69型枕相同。1/40螺栓孔距21417020015512060cm掏空250cm69型軌枕側面26型軌枕側面1/40螺栓孔距21423020416512060cm掏空250cm端頭變平，170變?yōu)?30軌下厚度由200變?yōu)?04中間厚度由155變?yōu)镾1的165，J1的175C50混凝土27型軌枕底面294.5244.5枕底總面積6588cm2,有效支承面積5178cm228軌下、中間斷面及配筋204280165

6、1501108047.54根高強熱處理低合金鋼筋J12 .836根高強碳素鋼絲S1329n因型混凝土枕不能適應鐵路的發(fā)展，因此在正線上已不宜再鋪設，既有正線的型混凝土枕目前正以每年約300萬根的進度淘汰下道。30二、二、型預應力鋼筋混凝土枕型預應力鋼筋混凝土枕31n型混凝土枕包括型混凝土枕包括1984年以后設計的：年以后設計的：S-2型、型、J-2型、型、Y-F型、型、TKG-型、型、新新型等。型等。32n與與型枕相比，型枕相比， 型枕的改變：型枕的改變：（1）外型尺寸不變；）外型尺寸不變；（2）J2型的鋼筋由型的鋼筋由4根根8.2mm增加至增加至6根，預應力根，預應力鋼筋由鋼筋由4.24kg

7、增加至增加至6.17kg?？傤A張力由?？傤A張力由222kN增增加至加至330kN。（3）S2型的鋼弦由型的鋼弦由36根根3mm增加至增加至44根，預應力根，預應力鋼弦由鋼弦由4.995kg增加至增加至6.105kg。總預張力由。總預張力由267kN增加至增加至327kN。33（4）軌下斷面承載能力提高）軌下斷面承載能力提高13%，枕中斷面負彎矩，枕中斷面負彎矩承載能力提高承載能力提高40%。（6）軌枕中段不需要再掏空，但不搗固。）軌枕中段不需要再掏空，但不搗固。（5）混凝土強度由）混凝土強度由C50提高至提高至C60（7）道床橫向阻力約為）道床橫向阻力約為9kN/枕，縱向阻力約為枕，縱向阻力約

8、為15kN/枕。枕。34n型混凝土枕基本適應次重型及以下的軌道。隨型混凝土枕基本適應次重型及以下的軌道。隨著鐵路運輸條件的變化，著鐵路運輸條件的變化，型混凝土枕原有的某型混凝土枕原有的某些參數(shù)已不能滿足軌道結構的發(fā)展要求。些參數(shù)已不能滿足軌道結構的發(fā)展要求。n釘孔縱裂嚴重釘孔縱裂嚴重 n枕中承載力不足枕中承載力不足n通過現(xiàn)行的靜載檢驗值困難通過現(xiàn)行的靜載檢驗值困難 35nS-2型枕：采用型枕：采用83mm鋼絲配筋的鋼絲配筋的S-2型混凝土枕，型混凝土枕，因鋼絲的工藝性能欠佳，軌枕質量不穩(wěn)定，已停止因鋼絲的工藝性能欠佳，軌枕質量不穩(wěn)定，已停止生產(chǎn)。生產(chǎn)。nY-F型軌枕：采用型軌枕：采用87mm配

9、筋，由于布筋不合理，配筋，由于布筋不合理，軌枕難于通過性能檢驗。軌枕難于通過性能檢驗。nTKG-型混凝土枕：布筋合理，提高了型混凝土枕：布筋合理，提高了型枕的型枕的使用性能，但上排鋼筋混凝土保護層略顯不足。使用性能，但上排鋼筋混凝土保護層略顯不足。 36n設計承載能力滿足荷設計承載能力滿足荷載彎矩的要求；載彎矩的要求；n軌下和枕中的承載能軌下和枕中的承載能力分別提高力分別提高6.9%和和14%；單根軌枕的計；單根軌枕的計算底面積增加算底面積增加125mm2；單根軌枕；單根軌枕質量增加約質量增加約22kg；1 0 02 4 4 . 4 438282828431651 6 1新新型軌枕：型軌枕：n

10、主要截面的混凝土最主要截面的混凝土最大預壓應力值略有下大預壓應力值略有下降；降；n混凝土保護層、預應混凝土保護層、預應力鋼筋凈距均滿足要力鋼筋凈距均滿足要求。求。37n在不改變在不改變型枕截面和型枕截面和配筋率前提下，采用配筋率前提下，采用10根根6.25mm的螺旋鋼的螺旋鋼筋，按梅花狀排列。筋，按梅花狀排列。76262646361262936165204.5161Y-T型枕：型枕：n鋼筋分布均勻，鋼筋附鋼筋分布均勻，鋼筋附近的混凝土壓應力小，近的混凝土壓應力小，混凝土收縮徐變引起的混凝土收縮徐變引起的預應力損失減小。軌枕預應力損失減小。軌枕斷面高應力區(qū)不易連通，斷面高應力區(qū)不易連通，對軌枕受

11、力有利。對軌枕受力有利。n增加了增加了12%握裹面積，握裹面積，軌下承載能力提高軌下承載能力提高6%，枕中承載能力提高枕中承載能力提高3%。38三、三、型預應力鋼筋混凝土枕型預應力鋼筋混凝土枕39型軌枕側面250、260cm由230增加至260由204增加至230由165增加至18540型軌枕底面枕底有效面積由5178cm2增加至7720cm2由294.5增加至320由244.5增加至32041n混凝土采用混凝土采用C60級混凝土，與級混凝土，與型枕相型枕相同。同。n預應力鋼筋用預應力鋼筋用107mm壓痕鋼筋，重量壓痕鋼筋，重量7.85kg/根（根（J2型型6.17）。）。 n預應力鋼筋總預張

12、力預應力鋼筋總預張力422kN（J2型型330kN）。）。 42n與與型枕相比，軌下和中間截面的承載型枕相比，軌下和中間截面的承載力分別提高了力分別提高了43%和和65%。n重量重量340kg/根（根（型型250kg）。）。 n道床橫向阻力道床橫向阻力15kN（型型9kN）、縱向）、縱向阻力阻力24 kN（型型15kN） 。 43n型枕分有擋肩和無擋肩兩種形式，分別型枕分有擋肩和無擋肩兩種形式，分別簡稱為簡稱為A和和B型混凝土枕。型混凝土枕。n與與、型枕一樣，型枕一樣，A型采用有螺栓扣件，型采用有螺栓扣件，與彈條與彈條型扣件配套使用；型扣件配套使用；B型枕采用預型枕采用預埋鐵座，與彈條埋鐵座，

13、與彈條型扣件配套使用。型扣件配套使用。n長度為長度為2.6m時為時為A、B型，型，2.5m時為時為a、b型。型。 44第三節(jié)我國其他混凝土軌枕結構特點45n除主型的、型混凝土枕外，我國還有各類較多的其他型式的混凝土軌枕，主要有：用于區(qū)間的混凝土寬軌枕用于道岔的混凝土岔枕用于橋梁的混凝土橋枕46一、預應力鋼筋混凝土寬軌枕47n自1957年試制試鋪混凝土寬軌枕，至1982年終止。n目前在線路上使用的寬軌枕線路約有200kmn因養(yǎng)護維修設備不配套，我國目前在用的寬軌枕線路在陸續(xù)拆除，改鋪主型混凝土枕概況48寬軌枕的主要優(yōu)點n重量大、線路穩(wěn)定、道床受力小。n有效防止道床臟污，清篩周期可延長至15年。n

14、適應性強。n維修作業(yè)少，約為1/3-1/4。n整齊美觀49主要類型n62型單孔及5孔寬軌枕n65A型（鋼弦）、65B型（鋼筋）n弦72型、筋72型n弦76型、筋76型50結構特點76型寬軌枕側面250cm200(230)mm165(204)mm150(165)mm5176型寬軌枕底面542mm（294.5、320)n重量530kg/枕。5276型寬軌枕斷面及配筋550170550150465470軌下截面枕中截面88.2預應力鋼筋或603預應力鋼弦，C60混凝土53設計技術條件（1）使用條件電力機車、軸重230kN，運行速度160km/h。（2）強度要求n軌下截面下彎矩31.1kN.m（12.

15、4,18.0)n中間截面負彎矩27.9kN.m （9.61,-14.0)n中間截面正彎矩19.6 kN.m （無,7.2)54（3）設計方法n可靠度設計，壽命50年n50年內軌下截面正彎矩失效為8%，中間截面負彎矩失效為10%。n失效標準，承載條件下裂紋寬度大于0.3mm，不承載條件下裂紋寬度大于0.03mm。55二、預應力鋼筋混凝土岔枕56概況n1970年，開始研制，鋪設2組n1973年，20組n1975年，75型岔定型n1981年，300組n1992年，提速開始，全部換鋪混凝土岔枕，92型57布置方式及長度n12號道岔共92根n最短的2.4m、最長4.9m，級差0.1mn轉轍器部分與基本軌

16、垂直、轍叉部分與轍叉角平分線垂直n提速道岔全部改為與基本軌垂直5875型岔枕設計強度設計中考慮的最大可能承受彎矩（kN.m）岔心導曲線岔心后轉轍器35.933.8，-13.1 25.123.759岔枕的設計承載能力截面部位截面疲勞承載彎矩（kN.m）正彎矩負彎矩承軌槽處非承軌槽處 53.7 -47.1 70.6 -47.150年內，正彎矩失效概率為2%，負彎矩失效概率為0.0014%。比型枕的設計可靠度高得多（實際應用中沒有如此高）。60主要結構特點n厚度240mm，比型枕260mm略小n底寬300mm，比型枕320mm略小n88.2預應力鋼筋，總張力432kN，比型枕總張力422kN略大。n

17、C60混凝土n型枕的可靠度應該比較高61第四節(jié)軌枕的病害及加強措施62木枕線路的主要問題是容易腐朽，保持軌距的能力不夠。加強措施主要有：防脫護軌、軌撐、軌距拉桿、石撐、采用彈打扣件等。一、木枕的問題及加強措施63橡膠墊變形嚴重64木枕腐朽65木枕線路上因扣件阻力不夠造成大軌縫66小半徑曲線木枕地段的防脫護軌67曲線地段加設軌撐68木枕地段的軌距拉桿69設置石撐70設置彈性扣件71擋肩破損軌距擋板座上爬扣件斷裂軌下膠墊破裂、變形接頭病害突出二、混凝土枕的問題及加強措施72混凝土枕擋肩開裂73軌距擋板座上爬74扣件折斷7510mm軌下膠墊時的加強型彈條扣件76軌下膠墊14mm時的加強型彈條扣件77彈條類型設計彈程（mm）單個彈條扣壓力（kN）最大應力/容許應力（Mpa）III 型 彈 條