軌道結(jié)構(gòu)理論與軌道力學(xué)(軌枕)

1、1 軌道結(jié)構(gòu)理論與軌道力學(xué)軌道結(jié)構(gòu)理論與軌道力學(xué)（軌枕）（軌枕）2第一節(jié)我國主型軌枕的設(shè)計(jì)技術(shù)條件3一、軌枕分類及各類軌枕的特點(diǎn)41.按軌枕材質(zhì)分類鋼枕預(yù)應(yīng)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(jié)構(gòu)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(zhǎng)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(diǎn)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(diǎn)81.混凝土枕發(fā)展的原因n優(yōu)質(zhì)木材的缺乏n預(yù)應(yīng)力技術(shù)的發(fā)展n橡膠技術(shù)的發(fā)展92.混凝土枕的優(yōu)缺點(diǎn)n使用壽命n軌道穩(wěn)定性n質(zhì)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(shè)計(jì)技術(shù)條件1.型軌枕（1）使用條件：n建設(shè)型機(jī)車，軸重210kN；運(yùn)行速度85km/h；n50kg/m軌道，鋪設(shè)密度1840根/km。（2）技術(shù)條件（缺）132.型軌枕（1）使用條件n韶山型電力機(jī)車，軸重230kN，最高運(yùn)行速度120km/h；n年運(yùn)量60100MTn50、60kg/m軌道，17601840根/km。14（2）設(shè)計(jì)技術(shù)條件n采用可靠度設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)壽命50年。n50年內(nèi)，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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)正彎矩12.4kN.m、中間截面設(shè)計(jì)負(fù)彎矩9.6kN.m163.型軌枕（1）使用條件n機(jī)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(zhǎng)度2600mm，1680根/km。17（2）設(shè)計(jì)技術(shù)條件n容許應(yīng)力法設(shè)計(jì)。n枕上動(dòng)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7.2、

4、中間截面負(fù)彎矩14kN.m。18五、預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕的試驗(yàn)方法191.軌枕靜承載能力試驗(yàn)（三點(diǎn)彎試驗(yàn)）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(shí)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(yàn)n試驗(yàn)加載方法與靜載三點(diǎn)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(yàn)結(jié)束時(shí)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(jié)構(gòu)特點(diǎn)23一、 型預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土軌枕型預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土軌枕24型混凝土枕包括：n弦

5、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(qiáng)度與69型枕相同。1/40螺栓孔距21417020015512060cm掏空250cm69型軌枕側(cè)面26型軌枕側(cè)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2042801651501

6、108047.54根高強(qiáng)熱處理低合金鋼筋J12 .836根高強(qiáng)碳素鋼絲S1329n因型混凝土枕不能適應(yīng)鐵路的發(fā)展，因此在正線上已不宜再鋪設(shè)，既有正線的型混凝土枕目前正以每年約300萬根的進(jìn)度淘汰下道。30二、二、型預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土枕型預(yù)應(yīng)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(shè)計(jì)的：年以后設(shè)計(jì)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(yù)應(yīng)力根，預(yù)應(yīng)力鋼筋由鋼筋由4.24kg增加至增

7、加至6.17kg?？傤A(yù)張力由?？傤A(yù)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(yù)應(yīng)力根，預(yù)應(yīng)力鋼弦由鋼弦由4.995kg增加至增加至6.105kg?？傤A(yù)張力由。總預(yù)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(fù)彎矩，枕中斷面負(fù)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(qiáng)度由）混凝土強(qiáng)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，縱向阻力約為15k

8、N/枕。枕。34n型混凝土枕基本適應(yīng)次重型及以下的軌道。隨型混凝土枕基本適應(yīng)次重型及以下的軌道。隨著鐵路運(yùn)輸條件的變化，著鐵路運(yùn)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(jié)構(gòu)的發(fā)展要求。些參數(shù)已不能滿足軌道結(jié)構(gòu)的發(fā)展要求。n釘孔縱裂嚴(yán)重釘孔縱裂嚴(yán)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(yàn)值困難通過現(xiàn)行的靜載檢驗(yàn)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(zhì)量不穩(wěn)定，已停止因鋼絲的工藝性能欠佳，軌枕質(zhì)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配筋，由于

9、布筋不合理，配筋，由于布筋不合理，軌枕難于通過性能檢驗(yàn)。軌枕難于通過性能檢驗(yàn)。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(hù)層略顯不足。使用性能，但上排鋼筋混凝土保護(hù)層略顯不足。 36n設(shè)計(jì)承載能力滿足荷設(shè)計(jì)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(jì)；單根軌枕的計(jì)算底面積增加算底面積增加125mm2；單根軌枕；單根軌枕質(zhì)量增加約質(zhì)量增加約22kg；100244.443828282843165161新新型軌枕：型軌枕：n主要截面的混凝土最主要截面

10、的混凝土最大預(yù)壓應(yīng)力值略有下大預(yù)壓應(yīng)力值略有下降；降；n混凝土保護(hù)層、預(yù)應(yīng)混凝土保護(hù)層、預(yù)應(yīng)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?cè)诓桓淖冃驼斫孛婧托驼斫孛婧团浣盥是疤嵯?，采用配筋率前提下，采?0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(yīng)力小，近的混凝土壓應(yīng)力小，混凝土收縮徐變引起的混凝土收縮徐變引起的預(yù)應(yīng)力損失減小。軌枕預(yù)應(yīng)力損失減小。軌枕斷面高應(yīng)力區(qū)不易連通，斷面高應(yīng)力區(qū)不易連通，對(duì)軌枕受力有利。對(duì)軌枕受力有利。n

11、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(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土枕型預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土枕39型軌枕側(cè)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(jí)混凝土，與級(jí)混凝土，與型枕相型枕相同。同。n預(yù)應(yīng)力鋼筋用預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力鋼筋總預(yù)張力預(yù)應(yīng)力鋼筋總預(yù)張力422

12、kN（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(jiǎn)稱為簡(jiǎn)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(yù)型枕采用預(yù)埋鐵座，與彈條埋鐵座，與彈條型扣件配套使用。型扣

13、件配套使用。n長(zhǎng)度為長(zhǎng)度為2.6m時(shí)為時(shí)為A、B型，型，2.5m時(shí)為時(shí)為a、b型。型。 44第三節(jié)我國其他混凝土軌枕結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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(yù)應(yīng)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(hù)維修設(shè)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(diǎn)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(zhǎng)至15年。n適應(yīng)性強(qiáng)。n維修作業(yè)少，約

14、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(jié)構(gòu)特點(diǎn)76型寬軌枕側(cè)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(yù)應(yīng)力鋼筋或603預(yù)應(yīng)力鋼弦，C60混凝土53設(shè)計(jì)技術(shù)條件（1）使用條件電力機(jī)車、軸重230kN，運(yùn)行速度160km/h。（2）強(qiáng)度要求n軌下截面下彎矩31.1kN.m（12.4,18.0)n中間截面負(fù)

15、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(shè)計(jì)方法n可靠度設(shè)計(jì)，壽命50年n50年內(nèi)軌下截面正彎矩失效為8%，中間截面負(fù)彎矩失效為10%。n失效標(biāo)準(zhǔn)，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(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土岔枕56概況n1970年，開始研制，鋪設(shè)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(zhǎng)度n12號(hào)道岔共92根n最短的2.4m、最長(zhǎng)4.9m，級(jí)差0.1mn轉(zhuǎn)轍器部分與基本軌垂直、轍叉部分與轍叉角平分

16、線垂直n提速道岔全部改為與基本軌垂直5875型岔枕設(shè)計(jì)強(qiáng)度設(shè)計(jì)中考慮的最大可能承受彎矩（kN.m）岔心導(dǎo)曲線岔心后轉(zhuǎn)轍器35.933.8，-13.1 25.123.759岔枕的設(shè)計(jì)承載能力截面部位截面疲勞承載彎矩（kN.m）正彎矩負(fù)彎矩承軌槽處非承軌槽處 53.7 -47.1 70.6 -47.150年內(nèi)，正彎矩失效概率為2%，負(fù)彎矩失效概率為0.0014%。比型枕的設(shè)計(jì)可靠度高得多（實(shí)際應(yīng)用中沒有如此高）。60主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)n厚度240mm，比型枕260mm略小n底寬300mm，比型枕320mm略小n88.2預(yù)應(yīng)力鋼筋，總張力432kN，比型枕總張力422kN略大。nC60混凝土n型枕的可靠度

17、應(yīng)該比較高61第四節(jié)軌枕的病害及加強(qiáng)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(qiáng)措施主要有：防脫護(hù)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(qiáng)措施63橡膠墊變形嚴(yán)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(hù)軌67曲線地段加設(shè)軌撐68木枕地段的軌距拉桿69設(shè)置石撐70設(shè)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(qiáng)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(shí)的加強(qiáng)型彈條扣件76軌下膠墊14mm時(shí)的加強(qiáng)型彈條扣件77彈條類型設(shè)計(jì)彈程（mm）單個(gè)彈條扣壓力（kN）最大應(yīng)力/容許應(yīng)力（Mpa）III 型 彈 條