混凝土的軌枕

.PAGE1.我國(guó)混凝土軌枕使用分析1.前言自1956年我國(guó)研制出預(yù)應(yīng)力混凝土枕以來(lái)截止到20XX底,鋪設(shè)混凝土枕總數(shù)已達(dá)1.625億根,占各類軌枕總數(shù)的76%,其中Ⅲ型枕837萬(wàn)根,占混凝土枕總數(shù)的5.2%,Ⅱ型混凝土枕9618萬(wàn)根,占混凝土枕總數(shù)的59.2%,Ⅰ型和69型枕仍有4360萬(wàn)根,占混凝土枕總數(shù)的32.2%,橋岔枕約有452.3萬(wàn)根。但由于歷史的原因,各型號(hào)軌枕的承載能力與在使用中鋪設(shè)的線路條件并不完全匹配,產(chǎn)品質(zhì)量不盡人意,致使一些軌枕提前出現(xiàn)傷損,有些傷損甚至比較嚴(yán)重,增加了養(yǎng)護(hù)維修工作量,對(duì)行車安全不利。20XX秋檢資料統(tǒng)計(jì)：Ⅲ型枕傷損率為0.1%,老Ⅱ型枕傷損率為0.7%,Ⅰ型和69型枕傷損率為4.9%。2.Ⅰ型混凝土軌枕早在1953年鐵道部有關(guān)部門就開始進(jìn)行了混凝土軌枕代替木枕的研究工作,于1954年開始進(jìn)行軌枕試制和試鋪,鐵道部于1957年起開始建立預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕制造工廠。1961年鐵道部有關(guān)單位總結(jié)現(xiàn)場(chǎng)使用經(jīng)驗(yàn),編制了"弦Ⅱ-61A"型預(yù)應(yīng)力鋼弦混凝土軌枕的設(shè)計(jì)圖,并開始了批量生產(chǎn)?？偟恼f(shuō)來(lái),到1984年Ⅱ型混凝土軌枕鑒定前主要生產(chǎn)和使用的混凝土軌枕有兩大類：<1>69型混凝土枕69型是按建設(shè)型機(jī)車,軸重21t、85km/h、1840根/km進(jìn)行設(shè)計(jì)的。該枕1995年約占鋪設(shè)總數(shù)的50.0%,以后基本不生產(chǎn)。<2>I型混凝土枕1979年在69型枕配筋不變的情況下,將軌枕外型尺寸統(tǒng)到與Ⅱ型枕一樣,強(qiáng)度與69型等強(qiáng),最后統(tǒng)一為I型混凝土枕〔弦79型和筋79型。與69型枕比較,I型枕中間斷面高度由155mm增至165mm,提高了中間斷面正彎距的承載能力,端頭由原斜坡改為平坡；在螺栓孔圍增設(shè)了螺旋筋,在軌枕端頭增設(shè)了箍筋。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果表明：軌枕截面疲勞承載能力：軌下斷面11.1kN·m,中間斷面負(fù)彎矩8.03kN·m；而按照給定的線路條件,軌枕截面承受的荷載彎矩為：軌下斷面11.8kN·m,中間斷面負(fù)彎矩10.1kN·m。顯然,軌枕承載能力不足,特別是中間斷面負(fù)彎矩承載能力相差更遠(yuǎn)。軌枕截面靜載抗裂彎矩為：軌下斷面15.7kN·m,中間斷面負(fù)彎矩11.3kN·m。由于69型枕與I型枕設(shè)計(jì)承載能力等強(qiáng),一般也統(tǒng)稱為I型混凝土枕。根據(jù)各方面的調(diào)查發(fā)現(xiàn)I型混凝土枕主要問題為：①軌下截面強(qiáng)度不足,調(diào)查發(fā)現(xiàn)：接頭軌枕軌下截面正彎矩裂紋占調(diào)查總數(shù)的84%,非接頭軌枕軌下截面正彎矩裂紋占調(diào)查總數(shù)的42%。②中間截面設(shè)計(jì)承載力偏低。由于截面強(qiáng)度不足,要求中間道碴掏空,這種要求掏空過長(zhǎng),過深,造成軌下塌碴,嚴(yán)重影響軌下截面的承載能力和增加中間截面的正彎距；掏空不足,會(huì)使軌枕中間截面負(fù)彎距因"墊腰"而開裂,調(diào)查發(fā)現(xiàn)：接頭軌枕中間截面正彎矩裂紋占調(diào)查總數(shù)的40%,非接頭軌枕中間截面正彎矩裂紋占調(diào)查總數(shù)的9.4%,接頭軌枕中間截面負(fù)彎矩裂紋占調(diào)查總數(shù)的26%,非接頭軌枕中間截面負(fù)彎矩裂紋占調(diào)查總數(shù)的9.4%,這一結(jié)果出現(xiàn)的主要原因是,各養(yǎng)路工區(qū)對(duì)于軌枕中間掏空長(zhǎng)度的掌握按"寧長(zhǎng)勿短"的原則執(zhí)行?，F(xiàn)場(chǎng)普遍要求提高軌枕中間截面設(shè)計(jì)強(qiáng)度,養(yǎng)路作業(yè)不再掏空中間截面道碴。③沒有設(shè)置螺旋筋和箍筋的69型枕以前的軌枕,普遍出現(xiàn)沿兩軌下四個(gè)螺栓孔方向而形成的縱向長(zhǎng)大裂紋,失效率較高。1990年對(duì)廣深線的調(diào)查結(jié)果表明：69型枕大部分出現(xiàn)沿四個(gè)螺栓孔的縱向長(zhǎng)大裂紋,最大裂紋寬度達(dá)4～5mm,造成螺栓道釘?shù)腻^固作用完全失效,危及行車安全,在某一節(jié)軌排的46根軌枕中有36根出現(xiàn)了縱裂。3.Ⅱ型枕3.1Ⅱ型枕選型的技術(shù)研究分析引言Ⅱ型混凝土枕的研發(fā)開始于1978年,原稱"81型"軌枕,1984年2月通過了鐵道部組織的專家技術(shù)審查,鑒定以后改稱Ⅱ型混凝土枕,包括S-2型枕和J-2型枕兩種,到目前為止已生產(chǎn)和鋪設(shè)1億多根。目前,我國(guó)已停止生產(chǎn)S-2型枕〔圖號(hào)：TB1877－87,繼續(xù)生產(chǎn)和使用并且通過鐵道部組織的專家技術(shù)審查的Ⅱ型枕主要有J-2〔圖號(hào)：專線3227－85、YⅡ-F〔圖號(hào)：專線3385-3、TKG-2〔圖號(hào)：研線9840、新Ⅱ型枕〔圖號(hào)：研線0121和YⅡ-T型〔以下除特殊說(shuō)明的以外,新Ⅱ型枕以外的Ⅱ型枕統(tǒng)稱老Ⅱ型枕。這些軌枕的長(zhǎng)度都是2.5米,除新Ⅱ型枕外,其余都是老Ⅱ型枕的鋼模,它們結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)性能及使用條件上存在著差別。這里從技術(shù)分析的角度出發(fā),對(duì)它們的生產(chǎn)、使用性能、理論計(jì)算和試驗(yàn)研究提出看法。3.1.2Ⅱ型枕存在的主要問題盡管Ⅱ型枕的承載能力高于I型枕,隨著運(yùn)量和車速的不斷提高,鋪設(shè)上道的軌枕仍有提前出現(xiàn)各種傷損的現(xiàn)象,有的區(qū)段甚至失效率較高,達(dá)不到預(yù)期的使用年限。而分析其原因,往往涉及設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)輸、鋪設(shè)、養(yǎng)護(hù)以及與扣件連接方式等各個(gè)環(huán)節(jié)。以下敘述其存在的幾個(gè)主要方面問題。①1991年,部原工務(wù)局組織全路１２個(gè)鐵路局對(duì)管內(nèi)鋪設(shè)Ⅱ型枕線路進(jìn)行了一次大調(diào)查,調(diào)查線路20條,累計(jì)長(zhǎng)度112.3公里,近20萬(wàn)根軌枕。結(jié)果表明,枕中表面橫向裂縫占各類傷損總數(shù)的38.7%,在某些線路區(qū)段,枕中有表面橫向裂縫的軌枕占該區(qū)段軌枕鋪設(shè)總數(shù)的60%～80%。調(diào)查分析認(rèn)為,中間截面承載能力不足。②1994年,部物資總公司等單位組成了聯(lián)合調(diào)查組,對(duì)9個(gè)鐵路局管內(nèi)約25萬(wàn)根Ⅱ型枕進(jìn)行了調(diào)查。據(jù)調(diào)查,枕中橫裂是傷損嚴(yán)重的形式之一,有的橫裂已形成環(huán)裂,導(dǎo)致軌枕失效。這種傷損在繁忙干線和道碴滿鋪、板結(jié)地段居多。據(jù)分析認(rèn)為,在繁忙干線上的Ⅱ型枕超負(fù)荷承載,其承載能力不足。為此,建議將枕中600mm范圍的道碴掏空,以改善中間截面的受力狀態(tài)。③近年內(nèi),鐵科院對(duì)Ⅱ型枕在列車荷載下的截面彎矩進(jìn)行過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。在道床中部為松散滿鋪的狀態(tài)下,測(cè)得中間截面最大負(fù)彎矩值為8.5～9.2kN.m,與其設(shè)計(jì)的承載負(fù)彎矩10.5kN.m已很接近；而軌下截面的正彎矩約為6.8～7.1kN.m,為設(shè)計(jì)承載正彎矩的50%左右。在道床中部掏空狀態(tài)下,中間截面只承受正彎矩,此時(shí),軌下截面的正彎矩測(cè)值達(dá)設(shè)計(jì)承截正彎矩的70～85%。需要說(shuō)明的是,在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)測(cè)試驗(yàn)時(shí),軌道及其部件一般均處于正常的使用狀態(tài),所測(cè)試結(jié)果反映不出最不利的荷載效應(yīng)。按Ⅱ型枕的鋪設(shè)要求,枕中道床應(yīng)不掏空,而根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果,Ⅱ型枕中間截面已處于接近承載水平的受力狀態(tài),如果軌道存在軌面較大的不平順、軌枕空吊,以及輪、軌面短波不平順等不利工況,軌枕就有可能出現(xiàn)裂縫。如果出現(xiàn)小裂縫,雖然不影響正常使用,但使用耐久性肯定會(huì)有所下降。由此分析認(rèn)為,老Ⅱ型枕中間截面的安全貯備有待提高。3.1.3現(xiàn)行各種Ⅱ型枕軌枕結(jié)構(gòu)及工藝特點(diǎn)3.1.3.1J-2型枕J-2型枕的預(yù)應(yīng)力鋼筋為4Φ10.0mm高強(qiáng)螺紋鋼筋,與混凝土的粘結(jié)力很強(qiáng),生產(chǎn)工藝較簡(jiǎn)單,張拉過程的預(yù)應(yīng)力損失較少。故其有靜載和疲勞強(qiáng)度容易達(dá)標(biāo)的優(yōu)點(diǎn)。但是一方面又由于其預(yù)拉力很集中,每根鋼筋承受80kN的拉力,對(duì)于這樣大預(yù)拉力,放張時(shí)就象一個(gè)大釘子一樣插入混凝土里,在混凝土的脫模強(qiáng)度在只達(dá)到C45的情況下,很容易被脹開,造成軌枕端部沿鋼筋位置的縱裂。一些肉眼不見的微細(xì)縱裂可能事實(shí)上已經(jīng)存在于軌枕當(dāng)中了。1991年,部原工務(wù)局組織的大規(guī)模的調(diào)查表明：J-2型枕的縱向、水平裂紋也是較嚴(yán)重的,個(gè)別區(qū)段達(dá)43.9%。我們認(rèn)為這種軌枕應(yīng)該盡快停止上道。3.1.3.2YⅡ-F型枕YⅡ-F型枕采用8Φ7.0規(guī)律變形鋼絲〔有認(rèn)為是鋼筋的,分上下四排布筋,每排2根,如圖3.1.3.2所示,這是一種改Ⅱ型枕,99年由部建設(shè)司發(fā)文推廣使用。其工藝特點(diǎn)是預(yù)應(yīng)力張拉比S-2型枕簡(jiǎn)單,將鐓好頭的鋼筋穿在張拉掛板上,預(yù)應(yīng)力值易于保證。開始時(shí)各廠靜載達(dá)標(biāo)困難,經(jīng)過廠家的努力〔不管這些努力是否對(duì)軌枕的耐久性十分有利,許多廠家在靜載及疲勞試驗(yàn)方面都達(dá)了標(biāo)。這種YⅡ-F型枕的缺點(diǎn)是布筋不合理。鋼筋〔以前相當(dāng)一些專家認(rèn)為對(duì)于軌枕這樣的小截面構(gòu)件來(lái)說(shuō),直徑為5mm以下的鋼絲才稱之為鋼絲之間的凈間距為21mm,不能滿足規(guī)范規(guī)定的25mm的要求；由于老Ⅱ型枕的截面小,沿著豎向4根鋼筋的位置有劈裂現(xiàn)象。另一個(gè)的弱點(diǎn)是靠近截面中心處的兩根鋼筋在承擔(dān)疲勞荷載〔特別是開裂疲勞荷載時(shí)不能充分發(fā)揮作用。3.1.3.3TKG－2型枕TKG－2型枕也采用8Φ7.0規(guī)律變形鋼絲,分上下兩排布筋,每排4根,如圖3.1.3.3所示,這也是一種改Ⅱ型枕,使用老Ⅱ型枕的鋼模。1998年由部運(yùn)輸局基礎(chǔ)部提出、鐵道科學(xué)研究院負(fù)責(zé)研制。其工藝和YⅡ-F型枕一樣簡(jiǎn)單明了,預(yù)應(yīng)力值得以保證。通過技術(shù)審查后已在多個(gè)軌枕、橋梁工廠進(jìn)行生產(chǎn)。這種軌枕的缺點(diǎn)是由于老Ⅱ型枕的截面小,鋼絲〔有專家認(rèn)為是鋼筋之間凈間距為１８mm,不能滿足規(guī)范規(guī)定的25mm的要求；沿著橫向4根鋼筋的位置也有劈裂現(xiàn)象。其最大的優(yōu)點(diǎn)是鋼筋分上下兩排,在承擔(dān)疲勞荷載〔特別是開裂疲勞荷載時(shí)能充分發(fā)揮作用。在靜載及疲勞試驗(yàn)方面都較容易達(dá)標(biāo)。3.1.3.4新Ⅱ型枕由于對(duì)YⅡ-F型枕和TKG-2型枕的保護(hù)層和鋼絲之間的靜間距等是否符合規(guī)范和軌枕技術(shù)條件的要求存在著爭(zhēng)議,1999年4月,部科教司主持召開有關(guān)Ⅱ型枕〔含改Ⅱ型的專家研討會(huì),根據(jù)各方面所提意見,為了從根本上解決Ⅱ型枕存在的問題,下決心要開展新Ⅱ型枕的研制。同年8月,蔡副部長(zhǎng)作出批示："組織鐵科院、專業(yè)設(shè)計(jì)院抓緊進(jìn)行新Ⅱ型混凝土軌枕研究設(shè)計(jì)?？梢詭追N配筋形式〔軌枕外形尺寸要統(tǒng)一,形成系列產(chǎn)品〔要考慮現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備的利用,并借此整頓混凝土軌枕生產(chǎn)企業(yè)"。20XX《新Ⅱ型預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕系列的研制》列入鐵道部科技研究開發(fā)計(jì)劃。鐵科院、專業(yè)設(shè)計(jì)院等單位,對(duì)軌枕的型式尺寸進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)、試制、室內(nèi)試驗(yàn)、試驗(yàn)段鋪設(shè)、現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)測(cè)和養(yǎng)護(hù)維修工作量的跟蹤調(diào)查等大量的研究工作。于20XX9月通過了鐵道部組織的專家技術(shù)鑒定。①運(yùn)營(yíng)條件現(xiàn)行《鐵路線路設(shè)計(jì)規(guī)范》〔GB50090-99對(duì)Ⅱ型枕適用條件的規(guī)定如表3.1.3.4所列〔道床厚度項(xiàng)略：表3.1.3.4-1Ⅱ型枕的適用條件軌道類型重型次重型中型輕型年通過總質(zhì)量〔Mt25~5015~258~15≤8〔km/h≤120≤120≤100≤80鋼軌類型〔kg/m60505050〔43軌枕鋪設(shè)根數(shù)〔根/km18401680～17601600～16801520～1640現(xiàn)行《鐵路線路設(shè)備大修規(guī)則》規(guī)定,換軌大修及鋪設(shè)無(wú)縫線路前期工程,應(yīng)按表3.1.3.4-2更換和補(bǔ)足軌枕配置根數(shù)〔道床厚度項(xiàng)略：表3.1.3.4-2大修換枕的配置標(biāo)準(zhǔn)〔Mt.km/km＞5025～5015～25＜15鋼軌類型〔kg/m75605050〔43軌枕配置根數(shù)〔根/km1840184017601760～1680新Ⅱ型枕的設(shè)計(jì)滿足上述規(guī)定的運(yùn)營(yíng)條件和軌道結(jié)構(gòu)的相應(yīng)要求,具體歸納如下：適用于年通過總質(zhì)量50Mt及以下各類軌道；旅客列車設(shè)計(jì)最高速度≤120km/h；鋼軌類型為60kg/m、50〔43kg/m；道床厚度按現(xiàn)行《規(guī)范》、《規(guī)則》的有關(guān)規(guī)定；適用于R≥300m的曲線、直線軌道。②設(shè)計(jì)荷載彎矩計(jì)算依據(jù)根據(jù)確定的運(yùn)營(yíng)條件和軌道類型,采用《設(shè)計(jì)方法》的有關(guān)規(guī)定計(jì)算得出軌下和枕中截面的荷載彎矩值。設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)軸重：25噸〔按250kN計(jì)綜合動(dòng)載系數(shù)α：一般軌道α=1.0。輪重分配系數(shù)γ：0.48承軌面的枕上動(dòng)壓力Rd：120kN載彎矩值取整如下：軌下截面正彎矩：Mg＝14.0kN.m枕中截面負(fù)彎矩：Mz＝－12.0kN.m枕中截面正彎矩：Mz＝6.0kN.m現(xiàn)有Ⅱ型枕軌下和枕中截面正、負(fù)荷載彎矩以往的計(jì)算值分別為：13.0kN.m和－10.2kN.m。②新Ⅱ型枕的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)φ7.0mm變形鋼絲〔壓痕、螺旋肋在Ⅲ型枕、提速岔枕、改Ⅱ型等枕型相繼獲得成功應(yīng)用,可使軌枕生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、可靠。根據(jù)不增加預(yù)應(yīng)力鋼絲用量的設(shè)計(jì)原則,新Ⅱ型枕的配筋仍采用8φ7.0mm,鋼絲凈間距和混凝土凈保護(hù)層厚度均滿足規(guī)范要求。采用上下兩排、每排4根鋼絲的配筋方案,這種配筋方案有利于提高疲勞強(qiáng)度和使用耐久性?？稍诩扔虚L(zhǎng)模工藝、設(shè)備條件下組織生產(chǎn)?；炷猎O(shè)計(jì)的強(qiáng)度等級(jí)為C60；施加預(yù)應(yīng)力時(shí)的混凝土立方體強(qiáng)度等級(jí)不低于C45?；炷翉?qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值,設(shè)計(jì)值和彈性模量等參數(shù)均按《設(shè)計(jì)方法》的規(guī)定。預(yù)應(yīng)力鋼絲的抗拉強(qiáng)度不低于1570MPa；初始張拉力不低于348kN。當(dāng)采用Ⅱ級(jí)松弛高強(qiáng)度鋼絲時(shí),應(yīng)力總損失值為張拉控制應(yīng)力的16％～17％。根據(jù)確定的荷載彎矩、配筋方式和數(shù)量,混凝土強(qiáng)度等級(jí)、預(yù)應(yīng)力鋼絲的張拉力和應(yīng)力總損失值,以及有關(guān)截面寬度的設(shè)計(jì)原則,經(jīng)計(jì)算確定軌下截面和中間截面的高度分別為205mm和175mm,較Ⅱ型枕的相應(yīng)值分別增加4mm和10mm。其中軌下截面僅增加4mm,對(duì)道床厚度和建筑高度的影響不大。此外,為滿足規(guī)范規(guī)定的混凝土保護(hù)層和鋼絲凈距,軌下截面的側(cè)面坡度采用雙坡。由于彈條Ⅰ型和Ⅱ型扣件調(diào)距量統(tǒng)一為-12,+8mm,軌枕左右兩承軌槽內(nèi)側(cè)底腳的間距設(shè)定為1208mm,較老Ⅱ型枕的相應(yīng)尺寸縮小了4mm。3.1.4現(xiàn)行各種Ⅱ型枕軌的設(shè)計(jì)性能對(duì)比分析。將YⅡ－F、TKG－2和新Ⅱ型這三種主要軌枕進(jìn)行對(duì)比分析,主要性能如表3.1.4-1所列。由表列值可以得出：與TGK-2和YⅡ-F枕相比,新Ⅱ型枕的設(shè)計(jì)承載能力軌下截面下降很小〔分別為4.1％和4.2％,而中間截面則提高較多〔分別為15.0％和15.88％,達(dá)到了加強(qiáng)中間截面的目的,因此承載能力的排座次是：新Ⅱ→TGK-2→YⅡ-F。②與TGK-2和YⅡ-F枕相比,新Ⅱ型枕的靜載抗裂強(qiáng)度軌下截面下降很小〔分別為1.5％和1.3％,而中間截面則提高較多〔分別為15.2％和18.3％,達(dá)到了加強(qiáng)中間截面的目的,因此設(shè)計(jì)抗裂強(qiáng)度的排座次是：新Ⅱ→TGK-2→YⅡ-F。③新Ⅱ型枕單根軌枕的計(jì)算底面積增加125mm2,在同樣列車荷載作用下其道床頂面計(jì)算壓應(yīng)力可比其他兩種軌枕下降2％左右。④單根軌枕重量較Ⅱ型枕增加約22kg。也是穩(wěn)定軌道結(jié)構(gòu)的有利因素。據(jù)此,在相同的運(yùn)營(yíng)條件和軌道結(jié)構(gòu)中鋪設(shè)新Ⅱ型枕有可能減少每公里的鋪設(shè)根數(shù)。每公里軌枕配置數(shù)量直接影響列車荷載的分配以及軌道框架的縱橫向穩(wěn)定性。新Ⅱ型軌枕設(shè)計(jì)荷載彎表3.1.4-1新Ⅱ型枕的主要性能序號(hào)項(xiàng)目單位新Ⅱ型枕TGK-2型枕YⅡ-F型枕1軌枕長(zhǎng)度mm2500250025002截面尺寸軌下枕中軌下枕中軌下枕中高度mm205175201165201165頂面寬度mm169190165.5161165.5161底面寬度mm2802502752502752503軌枕重量kg2732512514枕底面積cm26700657565755配筋8φ7.08φ7.08φ7.0總張拉力kN348345345用鋼量kg6.046.046.046設(shè)計(jì)承載彎矩kN.m14.00-12.5514.57-10.9114.59-10.837靜載抗裂彎矩kN.m20.58-17.2120.88-14.9420.85-14.558開裂疲勞鋼絲應(yīng)力增量MPa115.8109.3114.2117.0118.0145.1矩的計(jì)算中,采用了0.48的輪重分配系數(shù),對(duì)應(yīng)的軌道配置為：60kg/m鋼軌——軌枕間距600mm；50kg/m鋼軌——軌枕間距575mm。較現(xiàn)行《鐵路線路設(shè)計(jì)規(guī)范》和《鐵路線路大修規(guī)則》的有關(guān)規(guī)定在軌枕間距方面已留有余地了。因此,按《規(guī)范》和《規(guī)則》規(guī)定的軌枕根數(shù)鋪設(shè),新Ⅱ型枕的承載能力有足夠的安全貯備。一根軌枕的道床橫向阻力由三部分組成：相應(yīng)軌道長(zhǎng)度軌枕等部件重量與其底面的摩擦力；軌枕端部道床的被動(dòng)壓力；軌枕側(cè)面道床的主動(dòng)壓力。與其它兩種Ⅱ型枕相比,新Ⅱ型枕的單根重量增加了22kg,按每公里1760根〔軌枕間距575mm鋪設(shè)的軌枕總重量比按1840根〔軌枕間距550mm鋪設(shè)的其它兩種Ⅱ型枕總重量還多了18640kg,相當(dāng)于74根老Ⅱ型枕的重量。僅按單根枕重量可提供的枕底摩擦力〔道床橫向阻力組成之一比較,新Ⅱ型枕較其它兩種Ⅱ型枕增加約8.8％,而按鋼軌方向單位長(zhǎng)度枕底摩擦力相比,1760根/公里鋪設(shè)的新Ⅱ型枕還比1840根/公里鋪設(shè)的其它兩種Ⅱ型枕增加約3.8％。以上計(jì)算分析是理論值,未考慮側(cè)面和端部的影響值,以及不同道床斷面、狀態(tài)等因素,與實(shí)測(cè)值會(huì)有所出入。但經(jīng)分析可以說(shuō)明,在相同的運(yùn)營(yíng)條件和軌道結(jié)構(gòu)中,新Ⅱ型枕的每公里鋪設(shè)根數(shù)可以適當(dāng)減少,而不會(huì)影響軌道的穩(wěn)定性。顯然,在不減少每公里鋪設(shè)根數(shù)的情況下,軌道的穩(wěn)定性將有所提高。⑤主要截面的混凝土最大預(yù)壓應(yīng)力值為了防止軌枕混凝土因過大的預(yù)壓應(yīng)力導(dǎo)致的內(nèi)部微細(xì)裂縫〔特別是縱向裂紋的產(chǎn)生,對(duì)主要截面混凝土的最大預(yù)壓應(yīng)力值必須有所控制?！对O(shè)計(jì)方法》中規(guī)定：全部預(yù)應(yīng)力損失完成后,計(jì)算截面混凝土的最大預(yù)壓應(yīng)力應(yīng)不大于12N/mm2,主要截面混凝土的最大預(yù)壓應(yīng)力的計(jì)算值如表3.1.4-2所示,均不超過12N/mm2,新Ⅱ型枕采用側(cè)面雙坡,略為增加截面高度的設(shè)計(jì),軌下截面最大預(yù)壓應(yīng)力比其它兩種Ⅱ型枕的相應(yīng)值下降11.1％和19.2％；中間截面最大預(yù)壓應(yīng)力比其它兩種Ⅱ型枕的相應(yīng)值下降17.9％和7.0％。表3.1.4-2軌枕截面的最大預(yù)壓應(yīng)力計(jì)算值枕型軌下截面〔N/mm2中間截面〔N/mm2新Ⅱ型6.219.63TKG-2型6..911.35YⅡ-F型7.410.3⑥混凝土保護(hù)層厚度、預(yù)應(yīng)力鋼絲凈距新Ⅱ型枕各截面尺寸均已考慮了與配筋相關(guān)的技術(shù)要求。在8φ7.0mm的新Ⅱ型枕設(shè)計(jì)中,枕底的混凝土保護(hù)層厚度為42.5mm,枕中頂面的混凝土保護(hù)層厚度為31.5mm,枕中上排鋼絲側(cè)面混凝土最小保護(hù)層厚度為28mm；而預(yù)應(yīng)力鋼絲的最小凈距為26mm,均滿足現(xiàn)行《規(guī)范》的相應(yīng)規(guī)定。解決了其它兩種Ⅱ型枕不能滿足現(xiàn)行《規(guī)范》相應(yīng)規(guī)定的問題。⑦從現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的情況來(lái)看,許多軌枕是在微裂〔或開裂的情況下運(yùn)營(yíng)使用的。在我國(guó)軌枕疲勞檢驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)中,截面的疲勞檢驗(yàn)荷載是采用高于抗裂檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)荷載值,為開裂疲勞檢驗(yàn),主要是考驗(yàn)鋼筋的疲勞性能、混凝土與鋼筋的粘結(jié)疲勞性能以及混凝土的抗壓疲勞性能,此時(shí)的疲勞強(qiáng)度主要取決于截面開裂后預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力增量等。與TGK-2和YⅡ-F枕相比,新Ⅱ型枕的開裂疲勞鋼絲應(yīng)力增量均有所下降,軌下截面下降-1.4％和1.9％,中間截面下降分別為7.0％和32.8％,由于新Ⅱ型枕的應(yīng)力增量小,說(shuō)明其疲勞性能顯著提高,要達(dá)到與TGK-2或YⅡ-F相同的裂紋寬度,必須增加疲勞次數(shù)或加大荷載,達(dá)到了加強(qiáng)中間截面的目的,可延長(zhǎng)其使用壽命。3.1.5新Ⅱ型枕的靜載抗裂、疲勞和極限強(qiáng)度的檢驗(yàn)值的確定3.1.5.1靜載抗裂強(qiáng)度檢驗(yàn)值根據(jù)表3.1.4-1所列,新Ⅱ型枕軌下和中間截面的靜載抗裂彎矩分別為20.58kN.m和-17.21kN.m。按《設(shè)計(jì)方法》規(guī)定的靜載抗裂檢驗(yàn)值的計(jì)算公式,可得出檢驗(yàn)值如下：軌下截面——156.40kN≈160kN中間截面——124.78kN≈125kN軌下和中間截面靜載抗裂彎矩與其設(shè)計(jì)荷載彎矩的比值分別為1.47和1.44。3.1.5.2疲勞強(qiáng)度檢驗(yàn)的最大荷載值根據(jù)《設(shè)計(jì)方法》規(guī)定的疲勞最大荷載計(jì)算公式,并以截面邊緣名義拉應(yīng)力達(dá)7N/mm2為準(zhǔn),計(jì)算得出軌下和中間截面的疲勞荷載彎矩為23.72kN.m和18.90kN.m,相應(yīng)的最大荷載值為：軌下截面——180.34kN≈180kN中間截面——137.01kN≈135kN軌下和中間截面疲勞最大荷載值與靜載抗裂荷載之比值分別為1.13和1.08。3.1.5.3極限〔破壞強(qiáng)度及檢驗(yàn)值按《設(shè)計(jì)方法》第5.4條公式〔5-3及第6.4條公式〔6-4可分別計(jì)算出新Ⅱ型枕的極限承載彎矩和檢驗(yàn)值如表3.1.5-1。軌下和中間截面極限承載彎矩分別為抗裂強(qiáng)度的1.35倍和1.34倍。各項(xiàng)檢驗(yàn)值匯總于3.1.5-2。表3.1.5-1極限承載彎矩及檢驗(yàn)值截面類別極限承載彎矩Mu〔kN.m0.8Mu〔kN.m檢驗(yàn)荷載Pu〔kN軌下27.7922.23230枕中23.0018.40190表3.1.5-2檢驗(yàn)值匯總表截面類別靜載抗裂檢驗(yàn)值P〔kN疲勞強(qiáng)度最大荷載值Pmax〔kN極限強(qiáng)度檢驗(yàn)值Pu〔kN軌下160、170180≥230枕中125135≥190在表3.1.5-2中,軌下截面的靜載抗裂強(qiáng)度檢驗(yàn)值列出了2個(gè)值,其中160kN是按公式計(jì)算的結(jié)果,170kN是不計(jì)系數(shù)0.95的計(jì)算結(jié)果,而此值與現(xiàn)有Ⅱ型枕軌下截面的檢驗(yàn)值相同。3.1.6新Ⅱ型枕的靜載抗裂和疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)等3.1.6.1靜載抗裂強(qiáng)度試驗(yàn)試制軌枕的靜載抗裂強(qiáng)度試驗(yàn)在脫模后48小時(shí)內(nèi)進(jìn)行,由各廠分別在廠內(nèi)完成。3.1.6.2疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)按疲勞最大荷載Pmax軌下為180kN,枕中為135kN在混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后進(jìn)行試驗(yàn)。3.1.6.3新Ⅱ型枕的其它試驗(yàn)新Ⅱ型枕共鋪設(shè)了4個(gè)線路試驗(yàn)段,并且在試驗(yàn)段進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)測(cè)試。這些研究工作表明,由于線路狀態(tài)較好,測(cè)出的軌振動(dòng)荷載均小于設(shè)計(jì)承載力,而且有一定的安全儲(chǔ)備。線路穩(wěn)定,養(yǎng)護(hù)維修工作量少,軌枕使用正常,沒有發(fā)現(xiàn)損傷等問題。3.1.7小結(jié)和建議通過以上對(duì)現(xiàn)行各種Ⅱ型枕的結(jié)構(gòu)型式、生產(chǎn)工藝過程、理論計(jì)算和試驗(yàn)研究分析,我們看到：TKG-2和YⅡ-F型枕雖然各有各的優(yōu)點(diǎn),但存在難以克服的缺點(diǎn)。在鐵道部各司局領(lǐng)導(dǎo)直接支持下研制成功的新Ⅱ型枕,克服了這些缺點(diǎn),在工藝不變的條件下,即可進(jìn)行生產(chǎn)。而且與TKG-2和YⅡ-F型枕相比,有如下的優(yōu)點(diǎn)：在軌下截面承載能力變化不大的條件下,中間截面承載能力有較明顯的提高〔分別提高15.0％和15.88％。解決了Ⅱ型枕中間截面承載能力不足的問題。②在軌下截面靜載抗裂強(qiáng)度幾乎相等的條件下,中間截面有較大的提高〔分別為15.2％和18.3％,靜載檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)在軌下截面不變的條件下,中間截面從110kN提高到125kN。③新Ⅱ型枕單根軌枕的計(jì)算底面積增加125mm2,在同樣列車荷載作用下其道床頂面計(jì)算壓應(yīng)力可比其他兩種軌枕下降2％左右。④單根軌枕重量較Ⅱ型枕增加約22kg。在相同的運(yùn)營(yíng)條件和軌道結(jié)構(gòu)中鋪設(shè)新Ⅱ型枕有可能減少每公里的鋪設(shè)根數(shù)。新Ⅱ型枕的每公里鋪設(shè)根數(shù)可以適當(dāng)減少,而不會(huì)影響軌道的穩(wěn)定性。顯然,在不減少每公里鋪設(shè)根數(shù)的情況下,軌道的穩(wěn)定性將有所提高。⑤主要截面的混凝土最大預(yù)壓應(yīng)力值軌下截面最大預(yù)壓應(yīng)力比其它兩種Ⅱ型枕的相應(yīng)值下降11.1％和19.2％；中間截面最大預(yù)壓應(yīng)力比其它兩種Ⅱ型枕的相應(yīng)值下降17.9％和7.0％。有利于防止軌枕混凝土因過大的預(yù)壓應(yīng)力導(dǎo)致的內(nèi)部微細(xì)裂縫〔特別是縱向裂紋的產(chǎn)生。⑥截面的加大,解決了其它兩種Ⅱ型枕混凝土保護(hù)層厚度、預(yù)應(yīng)力鋼絲凈間距不能滿足現(xiàn)行《規(guī)范》的相應(yīng)規(guī)定的問題,可防止鋼絲漲裂軌枕端部現(xiàn)象的發(fā)生。⑦開裂疲勞鋼絲應(yīng)力增量軌下截面下降-1.4％和1.9％,中間截面下降分別為7.0％和32.8％,由于新Ⅱ型枕的鋼絲應(yīng)力增量小,其疲勞性能顯著提高,要達(dá)相同的裂紋寬度,必須增加疲勞次數(shù)或加大荷載,達(dá)到了加強(qiáng)中間截面的目的,可延長(zhǎng)其使用壽命。⑧所以這幾種Ⅱ型枕的性能排座次是：新Ⅱ型枕→TKG-2型枕→YⅡ-F型枕。因此建議盡快推廣應(yīng)用新Ⅱ型枕,達(dá)到強(qiáng)化軌道,減少養(yǎng)護(hù)維修工作量的目的。⑨另一個(gè)建議是,用戶最有發(fā)言權(quán),在檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)對(duì)工廠進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)督的同時(shí),應(yīng)建立用戶對(duì)混凝土枕質(zhì)量的驗(yàn)收制度。3.2新Ⅱ型枕對(duì)于快速路160km/h以下速度的適應(yīng)性分析3.2.1前言研究成果和鑒定意見表明：新Ⅱ型枕的設(shè)計(jì)速度為120km/h,本節(jié)是就新Ⅱ型枕否適用于客車最高運(yùn)行速度160km/h的問題從理論計(jì)算和動(dòng)測(cè)試驗(yàn)結(jié)果兩方面進(jìn)行論述分析。3.2.2荷載彎矩和結(jié)構(gòu)承載能力的理論計(jì)算分析根據(jù)確定的運(yùn)營(yíng)條件和軌道類型,采用《設(shè)計(jì)方法》的有關(guān)規(guī)定計(jì)算得出軌下和枕中截面的荷載彎矩值。設(shè)計(jì)軸重：25噸〔按250kN計(jì)；輪重分配系數(shù)γ：0.48綜合動(dòng)載系數(shù)α：在《設(shè)計(jì)方法》中,綜合動(dòng)載系數(shù)分兩級(jí),對(duì)于重載軌道α=1.5,對(duì)于一般軌道α=1.0,老Ⅱ型枕設(shè)計(jì)采用一般軌道α=1.0?！对O(shè)計(jì)方法》研究報(bào)告認(rèn)為,輪軌的不平順狀態(tài)、軌枕的不均勻支承或支承失效〔即空吊將會(huì)引起很大的動(dòng)力效應(yīng),在平順的軌道上,僅僅由速度增加的因素引起的動(dòng)力附加作用不是很大的,只有存在諸不平順因素的情況下加上速度的因素就會(huì)產(chǎn)生不利的動(dòng)力作用。由現(xiàn)行《鐵路線路維修規(guī)則》對(duì)于軌道動(dòng)態(tài)幾何尺寸容許偏差值可以看出：快速路〔客車速度為121～160km/h的軌道動(dòng)態(tài)幾何尺寸容許偏差值較普通線路〔速度為121km/h的要求要嚴(yán)格得多,也就是說(shuō)其動(dòng)態(tài)不平順更小,因此其動(dòng)力增長(zhǎng)應(yīng)該與普通線路基本相同。1994年,鐵科院在滬寧線進(jìn)行了提速條件下軌枕動(dòng)力參數(shù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。彎矩綜合動(dòng)載系數(shù)α＝Md/Mj－1,Md為提速列車通過時(shí)實(shí)測(cè)所得軌枕動(dòng)彎矩值,Mj為提速列車以準(zhǔn)靜態(tài)5km/h通過時(shí)實(shí)測(cè)所得軌枕準(zhǔn)靜態(tài)彎矩值,圖3.2.2是中間截面荷載彎矩綜合動(dòng)載系數(shù)與速度關(guān)系點(diǎn)圖,可見測(cè)試所得到的綜合動(dòng)載系數(shù)α在0～1.03之間,隨列車速度的提高,α值呈增加趨勢(shì),大部分點(diǎn)值落在0～0.7范圍內(nèi),個(gè)別速度下,α值有最大值1.03出現(xiàn)。因此一般軌道,客車提速到160km/h,在維修標(biāo)準(zhǔn)較高的快速路綜合動(dòng)載系數(shù)α采用1.0是合理的。根據(jù)各已知參數(shù),按《設(shè)計(jì)方法》的計(jì)算式可計(jì)算得出快速路的荷載彎矩：軌下截面荷載正彎矩：Mg＝14.0kN.m枕中截面荷載負(fù)彎矩：Mz＝－12.0kN.m枕中截面正彎矩：Mz＝6.0kN.m由表3.2.2-2列值可以得出：新Ⅱ型枕的軌下和枕中截面荷載彎矩接近或小于其設(shè)計(jì)承載彎矩和抗裂彎矩,從而滿足快速鐵路的要求,而且其承載彎矩比S-2型枕分別提高了6.9%和14.1%。新、老Ⅱ型枕的主要結(jié)構(gòu)性能kN.m新Ⅱ型枕S-2型枕截面軌下枕中軌下枕中荷載彎矩14.00-12.0014.00-12.00設(shè)計(jì)承載彎矩14.00-12.5513.10-11.0靜載抗裂彎矩20.58-17.2119.30-14.93.2.3新Ⅱ型枕軌道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析前面章節(jié)已經(jīng)敘述,一根軌枕的道床橫向阻力由三部分組成：相應(yīng)軌道長(zhǎng)度軌枕等部件重量與其底面的摩擦力；軌枕端部道床的被動(dòng)壓力；軌枕側(cè)面道床的主動(dòng)壓力。與Ⅱ型枕相比,新Ⅱ型枕的單根重量增加了22kg,按每公里1760根〔軌枕間距575mm鋪設(shè)的軌枕總重量比按1840根〔軌枕間距550mm鋪設(shè)的Ⅱ型枕總重量還多了18640kg,相當(dāng)于74根Ⅱ型枕的重量。僅按單根枕重量可提供的枕底摩擦力〔道床橫向阻力組成之一比較,新Ⅱ型枕較Ⅱ型枕增加約8.8％,而按鋼軌方向單位長(zhǎng)度枕底摩擦力相比,1760根/公里鋪設(shè)的新Ⅱ型枕還比1840根/公里鋪設(shè)的Ⅱ型枕增加約3.8％。以上計(jì)算分析是理論值,未考慮側(cè)面和端部的影響值,以及不同道床斷面、狀態(tài)等因素,與實(shí)測(cè)值會(huì)有所出入。但經(jīng)分析可以說(shuō)明,在相同的運(yùn)營(yíng)條件和軌道結(jié)構(gòu)中,新Ⅱ型枕的每公里鋪設(shè)根數(shù)可以適當(dāng)減少,而不會(huì)影響軌道的穩(wěn)定性。顯然,在不減少每公里鋪設(shè)根數(shù)的情況下,軌道的穩(wěn)定性比老Ⅱ型枕將有所提高。3.2.4現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)荷載彎矩的對(duì)比分析從1990年～1999年,我們?cè)趶V深準(zhǔn)高速運(yùn)行條件下,在鐵科院環(huán)行線提速到160km/h的條件下,北京鐵路局京原線的試驗(yàn)段上,在大秦線對(duì)萬(wàn)噸級(jí)單元和組合列車運(yùn)行條件下,對(duì)軌枕荷載彎矩進(jìn)行了動(dòng)態(tài)測(cè)試。結(jié)果表明：①普通路的荷載彎矩平均值為：軌下截面在4.41～6.58kN?m之間,中間截面在-1.3～-4.06kN?m之間；荷載彎矩最大的可能值為：軌下截面在6.71～12.57kN?m之間,中間截面在-2.38～-6.1kN?m之間。②快速路的荷載彎矩平均值為：軌下截面在2.0～6.0kN?m之間,中間截面在-3.5～-8.7kN?m之間；荷載彎矩最大的可能值為：軌下截面在6.8～7.1kN?m之間,中間截面在-8.9～-9.2kN?m之間。新Ⅱ型枕的結(jié)構(gòu)承載力〔軌下截面14.0kN?m,中間截面在12.55kN?m完全能滿足此要求,且有一定的的富裕。③從普通路和快速路測(cè)試結(jié)果的對(duì)比分析來(lái)看,快速路的荷載彎矩普遍要大一些,但普通路軌下截面荷載彎矩的最大值〔大秦線的11.1kN?m和京原線的12.57kN?m要比快速路的大。所以總的來(lái)說(shuō),它們是相當(dāng)?shù)摹Ｐ〗Y(jié)和建議由以上的理論計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)測(cè)分析可以得出如下的結(jié)論：①在理論計(jì)算上,新Ⅱ型枕的綜合動(dòng)載系數(shù)α在普通路和快速路的運(yùn)營(yíng)條件下取都為1.0是合理的,新Ⅱ型枕的結(jié)構(gòu)承載能力滿足由此計(jì)算得到快速路的〔121～160km/h荷載彎矩的要求。②新Ⅱ型枕的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和軌道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性比老Ⅱ型枕都有所提高,由此將新Ⅱ型枕運(yùn)用于快速路,其效果肯定比廣深線要好。③現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)測(cè)結(jié)果表明：普通路和快速路的荷載彎矩測(cè)試結(jié)果相當(dāng),而且新Ⅱ型枕的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度對(duì)于在快速路實(shí)測(cè)得到的荷載彎矩來(lái)說(shuō),具有一定的富裕量。④由以上的分析結(jié)果可以看到：新Ⅱ型枕可以在快速路〔121～160km/h上使用。3.310φ6.25mm新Ⅱ型枕的試驗(yàn)研究20XX12月的全路工務(wù)工作會(huì)議后,XX局、北京局等提出使用截面配筋為10φ6.25mm新Ⅱ型枕的要求。3.3.1結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析按照鐵道部科研成果《預(yù)應(yīng)力混凝土枕設(shè)計(jì)方法》,就10φ6.25mm新Ⅱ型枕的主要結(jié)構(gòu)性能作一計(jì)算,結(jié)果如表3.3.1所示。從表3.3.1的計(jì)算結(jié)果來(lái)看,10φ6.25mm和8φ7.0mm的這兩種新Ⅱ型枕配筋方案總的來(lái)說(shuō)承載能力是相當(dāng)?shù)?。都能滿足新Ⅱ型枕的設(shè)計(jì)荷載彎矩為14.0kN.m〔軌下和表3.3.110φ6.25mm新Ⅱ型枕的主要性能對(duì)照表配筋配筋方案8φ7.0mm〔X-Ⅱ10φ6.25mm〔X-Ⅱ8φ7.0mm〔YⅡ-F總張拉力kN348348345用鋼量kg6.046.046.04結(jié)構(gòu)性能截面軌下枕中軌下枕中軌下枕中結(jié)構(gòu)承載能力kN.m14.30-12.5515.0-12.014.59-10.83靜載抗裂彎矩kN.m20.58-17.2121.88-16.220.85-14.55開裂疲勞鋼絲應(yīng)力增量MPa115.8109.3116.7135.0118.0145.112.0kN.m〔枕中的要求。在承載能力和抗裂彎矩方面互有高低,但都很接近。另外,10φ6.25mm新Ⅱ型枕不僅在強(qiáng)度方面比YⅡ-F型枕有明顯的提高,而且在開裂疲勞鋼絲應(yīng)力增量方面,比YⅡ-F型枕分別下降1.11％〔軌下和7.48％〔枕中,有利于抑制疲勞裂紋的擴(kuò)展,或者說(shuō),要達(dá)到相同的疲勞裂紋寬度,可承受更大的疲勞荷載或增加疲勞荷載作用的次數(shù)。10φ6.25mm新Ⅱ型枕在結(jié)構(gòu)上最大的特點(diǎn)是預(yù)應(yīng)力在軌枕端部截面上的分布更加均勻,和8φ7.0mm的配筋方案相比,其單根鋼絲的張拉力由43.5kN降到34.8kN,降低了25％。對(duì)防止枕端混凝土出現(xiàn)裂紋有利。預(yù)應(yīng)力鋼絲直徑越小,其在混凝土中傳遞到規(guī)定預(yù)應(yīng)力值所需的長(zhǎng)度就越短,根據(jù)中國(guó)建筑科學(xué)院1997年預(yù)應(yīng)力螺旋肋鋼絲預(yù)應(yīng)力傳遞試驗(yàn)的結(jié)果,傳遞長(zhǎng)度一般為42D,因此φ6.25mm的傳遞長(zhǎng)度為263mm,可以有效地將預(yù)應(yīng)力傳遞到軌枕的控制計(jì)算截面〔軌下截面,而且有更大的安全系數(shù)〔與φ7.0mm相比。在與混凝土握裹面積方面,10φ6.25mm配筋方案比8φ7.0mm的配筋方案增加了11.61％。更有利于保證軌枕的結(jié)構(gòu)性能〔靜載及疲勞強(qiáng)度,從而提高軌枕的使用耐久性。在生產(chǎn)工藝方面,每端需要鐓頭的個(gè)數(shù)為10個(gè),介于8φ7.0mm方案和16φ5.0mm方案之間,不會(huì)增加工序的工作量。3.3.2試驗(yàn)研究分析根據(jù)設(shè)計(jì)圖和相關(guān)技術(shù)條件我們對(duì)10φ6.25mm新Ⅱ型枕進(jìn)行了工廠試制、靜載抗裂和疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)研究分析。3.3.2.1靜載抗裂試驗(yàn)共有10個(gè)工廠進(jìn)行了此種軌枕試制,有6個(gè)工廠提出了靜載試驗(yàn)數(shù)據(jù)。我們?cè)囼?yàn)所用的φ6.25mm預(yù)應(yīng)力鋼絲由天津銀龍預(yù)應(yīng)力鋼絲有限公司生產(chǎn)。以下對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)作出一些分析。在房山橋梁廠的試驗(yàn)中,我們首先把10φ6.25mm新Ⅱ型枕和YⅡ-T型枕進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)〔如表3.3.2-1所示,從表可以看出,在首次進(jìn)行新Ⅱ型枕試制時(shí),由于預(yù)應(yīng)力中心較高〔為93mm,中間截面的靜載抗裂值很高,致使2個(gè)軌下截面靜載值不合格,在隨后的所有試驗(yàn)中,把預(yù)應(yīng)力中心高度調(diào)整為88.5mm〔設(shè)計(jì)圖的最終值,軌下截面和中間截面靜載強(qiáng)度全部合格。試驗(yàn)結(jié)果表明：在試制條件基本相同〔相同的工廠、相近的生產(chǎn)日期、相同的原材料、相同的配合比、相同的工藝制度和相同的試驗(yàn)機(jī)、軌下截面靜載強(qiáng)度基本相等的前提下,中間截面的靜載強(qiáng)度比TC－Ⅱ型枕高20.1％〔調(diào)整絲位前～23.1％〔調(diào)整絲位后。在20XX1月5日～20XX1月22日在房山橋梁廠進(jìn)行了多次10φ6.25mm新Ⅱ型枕靜載試驗(yàn),結(jié)果如表3.3.2-2所示。在20XX1月5日的試驗(yàn)中,由于多個(gè)絲位偏差超出了規(guī)定的偏差限〔＋4,－2,對(duì)中間截面靜載強(qiáng)度不利,造成了3個(gè)中間截面靜載強(qiáng)度不合格而相應(yīng)軌枕的軌下截面靜載強(qiáng)度又特別高的的現(xiàn)象,這說(shuō)明了在生產(chǎn)實(shí)踐中規(guī)范工序、要嚴(yán)格控制絲位偏差的重要性。表3.3.2-2中的其余3次試驗(yàn)表明,靜載強(qiáng)度全部合格,而且有較高的開裂值。除房山橋梁廠外,我們還進(jìn)行了另外5個(gè)廠家的試制試驗(yàn),結(jié)果如表3.3.2-3所示。試驗(yàn)結(jié)果表明：在所有各廠10φ6.25mm新Ⅱ型枕絲位合格的軌枕中,除絲位偏差有超限的一批軌枕外,其余靜載強(qiáng)度全部合格。各廠之間大范圍的統(tǒng)計(jì)結(jié)果如下：軌下截面的靜載開裂強(qiáng)度平均值X軌下＝230.31kN,均方差為σ軌下＝20.42kN,有效數(shù)據(jù)N＝70個(gè),保證率為95％的靜載開裂值為196.7kN；中間截面的靜載開裂強(qiáng)度平均值X枕中＝155.31kN,均方差為σ枕中＝16.0kN,有效數(shù)據(jù)N＝35個(gè),保證率為95％的靜載開裂值為128.99kN?？梢?軌下截面試驗(yàn)值的離散性要高于枕中截面。對(duì)XX橋梁廠作出的小范圍統(tǒng)計(jì)結(jié)果如下：軌下截面的靜載開裂強(qiáng)度平均值X軌下＝226.09kN,均方差為σ軌下＝15.56kN,有效數(shù)據(jù)N＝18個(gè),保證率為95％的靜載開裂值為200.5kN；中間截面的靜載開裂強(qiáng)度平均值X枕中＝145.31kN,均方差為σ枕中＝9.88kN,有效數(shù)據(jù)N＝9個(gè),保證率為95％的靜載開裂值為129.05kN。以上的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明：雖然大范圍統(tǒng)計(jì)的平均值較小范圍統(tǒng)計(jì)的平均值高,但由于各廠之間的生產(chǎn)條件和試驗(yàn)條件人員存在著一定的差異,產(chǎn)生的均方差大于小范圍的統(tǒng)計(jì)結(jié)果,因此在相同的保證率時(shí),某一個(gè)工廠的靜載開裂值可能會(huì)高一些。表3.3.2-1房山橋梁廠10Φ6.25mm新Ⅱ型枕靜載強(qiáng)度對(duì)比試驗(yàn)備注首次試制,預(yù)應(yīng)力中心高度為93mm。軌下和中間平均值之和364.4kN。本次為調(diào)整絲位前軌下和中間平均值之和315.6kN。從此開始,預(yù)應(yīng)力中心高度改為88.5mm。軌下和中間平均值之和371.3kN。調(diào)整絲位后軌下和中間平均值之和340.5kN。軌下截面〔右開裂荷載kN198.0195.6201.1162.7188.0166.6161.0209.6182.2195.0225.1190.3189.4198.0207.5200.5靜停時(shí)間S180180180180180180180180180180180180180180180180靜停荷載kN170170170170170170170170170170170170170170170170枕中截面開裂荷載kN165.0175.6187.9147.9143.4148.4147.2193.7182.8178.5148.8141.7152.8167.0143.3148.1靜停時(shí)間S180180180180180180180180180180180180180180180180靜停荷載kN125125125110110110110125125125110110110110110110軌下截面〔左開裂荷載kN166166.4198.1162.9170.0170.0169.6197.1195.3192.8219.0189.5184.2206.8190.2190.3靜停時(shí)間S180180180180180180180180180180180180180180180180靜停荷載kN170170170170170170170170170170170170170170170170編號(hào)12345678910111213141516試驗(yàn)日期〔型號(hào)2001,12〔X－II2001,12〔TC－II2002,1〔X－II2002,1〔TC－II表3.3.2-2房山橋梁廠10Φ6.25mm新Ⅱ型枕靜載試驗(yàn)備注拉線量絲位：＋6.5mm拉線量絲位：＋5.5mm拉線量絲位：＋7.0mm拉線量絲位：＋6.0mm合格后未壓開裂。軌下截面〔右開裂荷載kN278.0297.5295.8270.0269.0287.1252.0260.0合格合格合格259.5252.6238.3靜停時(shí)間S180180180180180180180180180180180180180180靜停荷載kN170170170170170170170170170170170170170170枕中截面開裂荷載kN136.4133.5124.9154.0116.0125.0180.7170.5合格合格合格147.1168.2158.5靜停時(shí)間S180180180180180180180180180180180180180180靜停荷載kN125125125125125125125125125125125125125125軌下截面〔左開裂荷載kN283.6283.0285.5269.8280.5267.3240.8240.5合格合格合格261.1222.8259.8靜停時(shí)間S180180180180180180180180180180180180180180靜停荷載kN170170170170170170170170170170170170170170編號(hào)12356789101112131415試驗(yàn)日期2003,1,52003,1,162003,1,172003,1,22表3.3.2-3各廠10Φ6.25mm新Ⅱ型枕靜載試驗(yàn)結(jié)果匯總備注豐懷軌枕有限公司貴溪橋梁廠合格后未壓裂XX恒暢鐵路軌枕有限公司鐵道部質(zhì)量檢驗(yàn)中心試驗(yàn)結(jié)果。軌下截面〔右開裂荷載kN226.8226.8224.8215.8234.0230.1合格合格合格244.6259.6257.6靜停時(shí)間S180180180180180180180180180180180180靜停荷載kN170170170170170170170170170170170170枕中截面開裂荷載kN139.6160.5149.5131.9138.6131.1合格合格合格157.7146.9173.7靜停時(shí)間S180180180180180180180180180180180180靜停荷載kN125125125125125125125125125125125125軌下截面〔左開裂荷載kN225.6240.5223.8235.0219.8226.8合格合格合格259.3258.9250.3靜停時(shí)間S180180180180180180180180180180180180靜停荷載kN170170170170170170170170170170170170編號(hào)123456789101112試驗(yàn)日期2002,3,282002,3,302003,1,152003,1,16～17續(xù)表3.3.2-3各廠10Φ6.25mm新Ⅱ型枕靜載試驗(yàn)結(jié)果匯總備注XX恒暢鐵路軌枕有限公司鐵道部質(zhì)量檢驗(yàn)中心試驗(yàn)結(jié)果。XX混凝土軌枕廠XX橋梁工廠軌下截面〔右開裂荷載kN253.8257.8249.5207.0205.0224.8219.8210.7238.5229.8206.2210.1靜停時(shí)間S180180180180180180180180180180180180靜停荷載kN170170170170170170170170170170170170枕中截面開裂荷載kN150.2168.8160.7138.2156.0149.5163.2153.9178.0136.3139.0146.2靜停時(shí)間S180180180180180180180180180180180180靜停荷載kN125125125125125125125125125125125125軌下截面〔左開裂荷載kN254.3254.8256.6213.0201.6239.0221.0206.0219.3233.1210.2208.5靜停時(shí)間S180180180180180180180180180180180180靜停荷載kN170170170170170170170170170170170170編號(hào)131415161718192021222324試驗(yàn)日期2003,1,16～172003,2,18～2,202003,3,10～3,15續(xù)表3.3.2-3各廠10Φ6.25mm新Ⅱ型枕靜載試驗(yàn)結(jié)果匯總備注XX橋梁工廠軌下截面〔右開裂荷載kN246.3234.5217.3254.6199.0215.5靜停時(shí)間S180180180180180180180180180180180180靜停荷載kN170170170170170170170170170170170170枕中截面開裂荷載kN150.4138.1164.2158.8134.6140.2靜停時(shí)間S180180180180180180180180180180180180靜停荷載kN125125125125125125125125125125125125軌下截面〔左開裂荷載kN243.6232.8237.1236.6223.0231.5靜停時(shí)間S180180180180180180180180180180180180靜停荷載kN170170170170170170170170170170170170編號(hào)252627282930試驗(yàn)日期2003,3,10～3,15表3.3.2-4為20XX各廠試制8φ7.0mm新Ⅱ型枕的靜載試驗(yàn)結(jié)果〔見《新Ⅱ型預(yù)應(yīng)力混凝土枕研制報(bào)告》20XX鑒定報(bào)告,其各廠開裂荷載平均值的均值為：軌下截面200.7kN；枕中截面160.78kN。因此與之相比,本次試制的10φ6.25mm新Ⅱ型枕靜載抗裂強(qiáng)度枕中截面下降3.5％、軌下截面提高14.75％,兩者之和約提高11％。必須注意的是,這是幾批試驗(yàn)的結(jié)果。20XX各廠試制8φ7.0mm新Ⅱ型枕的靜載試驗(yàn)結(jié)果匯總廠名項(xiàng)目軌下截面枕中截面未達(dá)檢驗(yàn)值的截面數(shù)豐臺(tái)廠開裂截載最大值<kN>223.8183.8開裂截載最小值<kN>194.0158.8開裂截載平均值<kN>209.4171.0變異系數(shù)γ0.0450.047房山廠開裂截載最大值<kN>293.5223.4軌下截面：2個(gè)開裂截載最小值<kN>141.9155.3開裂截載平均值<kN>204.7186.5變異系數(shù)γ0.1720.128株洲廠開裂截載最大值<kN>228.0175.0軌下截面：5個(gè)開裂截載最小值<kN>130.0125.0開裂截載平均值<kN>191.8140.7變異系數(shù)γ0.0710.088貴溪廠開裂截載最大值<kN>230.0165*軌下截面：7個(gè)開裂截載最小值<kN>160.0125開裂截載平均值<kN>196.9145.4變異系數(shù)γ0.1160.081注：*7個(gè)軌下截面均為第一批,從第二批抽取的6根枕全部截面都通過了檢驗(yàn)值。3.3.2.2疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)10φ6.25mm新Ⅱ型枕的疲勞試驗(yàn)是在2個(gè)工廠試制的軌枕中各隨機(jī)抽取6根軌枕進(jìn)行,試驗(yàn)結(jié)果如表3.3.2-5所示。從表3.3.2-5中可以看出,經(jīng)過200×104次的疲勞加載后,所有軌枕的殘余裂紋寬度均為0；疲勞后的破壞荷載遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)值,表明了軌枕具有較強(qiáng)的疲勞承載能力,疲勞性能不低于前面所述的8φ7.0mm新Ⅱ型枕。表3.3.2-510φ6.25mm新Ⅱ型枕疲勞試驗(yàn)結(jié)果匯總表試驗(yàn)工廠試驗(yàn)日期編號(hào)試驗(yàn)截面最大疲勞荷載kN加載次數(shù)殘余裂紋寬度mm破壞荷載kN合格判斷測(cè)值標(biāo)準(zhǔn)測(cè)值標(biāo)準(zhǔn)豐懷軌枕有限公司2002,11,21～12,11軌下1802×1040.00.05370230合格2軌下1802×1040.00.05370230合格3軌下1802×1040.00.05370230合格4枕中1352×1040.00.05250190合格5枕中1352×1040.00.05250190合格6枕中1352×1040.00.05250190合格房山橋梁廠2003,3～2003,47軌下1802×1040.00.05320230合格8軌下1802×1040.00.05320230合格9軌下1802×1040.00.05320230合格10枕中1352×1040.00.05240190合格11枕中1352×1040.00.05240190合格12枕中1352×1040.00.05240190合格3.3.3小結(jié)和建議①計(jì)算結(jié)果表明：10φ6.25mm和8φ7.0mm的這兩種新Ⅱ型枕配筋方案的軌下和枕中的承載能力之和是相當(dāng)?shù)?。都能滿足荷載彎矩要求。②10φ6.25mm新Ⅱ型枕在開裂疲勞鋼絲應(yīng)力增量方面,比YⅡ-F型枕分別下降1.11％〔軌下和7.48％〔枕中,有利于抑制疲勞裂紋的擴(kuò)展,或者說(shuō),要達(dá)到相同的疲勞裂紋寬度,可承受更大的疲勞荷載或增加疲勞荷載作用的次數(shù)。③10φ6.25mm新Ⅱ型枕的結(jié)構(gòu)與8φ7.0mm相比,能分散軌枕端部的預(yù)應(yīng)力,有效地減少端部出現(xiàn)的裂紋。在與混凝土握裹面積方面,增加了11.61％。更有利于保證軌枕的結(jié)構(gòu)性能〔靜載及疲勞強(qiáng)度,從而保證軌枕使用的耐久性。④試驗(yàn)得到的靜載抗裂平均值為：軌下截面X軌下＝230.31kN；中間截面X枕中＝155.31kN。相對(duì)與檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)〔軌下截面170kN,中間截面125kN來(lái)說(shuō),具有較大的富裕,整體水平略高于于8φ7.0mm新Ⅱ型枕。⑤靜載抗裂試驗(yàn)值比YⅡ-T型枕高20.1％～23.1％。⑥疲勞強(qiáng)度檢驗(yàn)滿足要求,在經(jīng)過規(guī)定次數(shù)的疲勞加載后,12根軌枕的殘余裂縫為0,而且具有較高的破壞強(qiáng)度,表明了軌枕具有較強(qiáng)的疲勞承載能力,整體水平略高于于8φ7.0mm新Ⅱ型枕。⑦10φ6.25mm新Ⅱ型枕通過試驗(yàn)顯露出來(lái)良好的結(jié)構(gòu)性能,得益于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性以及高性能的原材料特別是φ6.25mm螺旋肋鋼絲,也有賴于工廠嚴(yán)格的生產(chǎn)質(zhì)量管理。建議加快推廣使用此種新Ⅱ型,以達(dá)到強(qiáng)化軌道的目的。4.Ⅲ型混凝土軌枕Ⅲ型混凝土軌枕的研發(fā)分為幾個(gè)階段：C-Ⅲ型枕的研發(fā)〔TK—Ⅲ型枕,長(zhǎng)模法生產(chǎn),M-Ⅲ型枕〔短模法生產(chǎn)的研發(fā),生產(chǎn)圖的制定。4.1C-Ⅲ型混凝土軌枕的研究設(shè)計(jì)4.1.1綜述C-Ⅲ型混凝土枕〔下稱TK—Ⅲ枕是按照"世界銀行第五批工務(wù)系統(tǒng)貸款PCDW項(xiàng)目"17km線路試驗(yàn)段的運(yùn)營(yíng)條件而研制的重型軌枕。TK—Ⅲ枕的主要截面尺寸及設(shè)計(jì)指標(biāo)如表4.1.1所列,表中同時(shí)列出Ⅱ型枕的相應(yīng)值,可供對(duì)比。序號(hào)項(xiàng)目單位TK-Ⅲ型枕Ⅱ型枕1軌枕長(zhǎng)度mm260025002截面名稱軌下中間軌下中間3截面高度mm230185201165截面上部寬mm170206165.5161截面下部寬mm3002802752504軌枕重量kg3202515枕底面積cm2772065886枕端側(cè)面積cm25904907配筋10φ7.04φ10/44φ3總張拉力kN422327用鋼量Kg7.856.17/6.118設(shè)計(jì)承載彎矩kN·m19.05-17.3013.3-10.59靜載抗裂彎矩kN·m27.90-23.5019.3-14.610檢驗(yàn)荷載kN210-170170-1104.1.2小結(jié)<1>TK—Ⅲ型枕較Ⅱ型枕其軌下和中間截面的承截力分別提高了43%和65%,可大大提高軌道的整體強(qiáng)度。同時(shí)采用加寬枕底寬度使與道床的支承面積增加了17%,端部側(cè)面積增加20%,對(duì)于提高道床的縱橫向阻力和軌道穩(wěn)定性將是十分有效的。<2>TK—Ⅲ型實(shí)際的枕底面積為7720cm2。若以等支承面積計(jì),1600根TK—Ⅲ型枕的底面積約與1840根Ⅱ型枕相當(dāng)。由此可以得出,加長(zhǎng)和加寬的TK—Ⅲ型枕可以減少每公里的軌枕配置根數(shù)。究竟配置多少根軌枕為合理,這是個(gè)涉及軌道標(biāo)準(zhǔn)的問題,它不僅取決于軌枕結(jié)構(gòu),還與配套的鋼軌、扣件及道床等性能有關(guān),需要綜合研究確定。<3>采用現(xiàn)有的流水機(jī)組先張工藝小批量生產(chǎn)TK—Ⅲ型枕的成功,特別是預(yù)埋鐵件無(wú)擋肩b型枕的主要幾何尺寸能滿足設(shè)計(jì)要求的事實(shí)表明,盡管既有的軌枕生產(chǎn)工藝技術(shù)不算先進(jìn),工藝控制和管理還不完美,但畢竟是一種可行的工藝。與采用其他全新工藝相比,具有節(jié)省投資、降低成本和縮短投產(chǎn)周期等明顯的優(yōu)點(diǎn)。這點(diǎn)很重要,使目前生產(chǎn)Ⅱ型枕的生產(chǎn)線可以在短時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)而生產(chǎn)TK—Ⅲ型枕成為可能。<4>第一批TK—Ⅲ型枕將在17km的試驗(yàn)段鋪設(shè),試驗(yàn)段在北京、XX鐵路局管內(nèi)主干線上。通過運(yùn)營(yíng)考驗(yàn),進(jìn)一步確認(rèn)設(shè)計(jì)所預(yù)期的及室內(nèi)試驗(yàn)已初步驗(yàn)證的各項(xiàng)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。<5>該型軌枕于1995年通過鐵道部鑒定,被定義為C-Ⅲ型枕〔即長(zhǎng)線張拉Ⅲ型預(yù)應(yīng)力混凝土枕,建議推廣使用。4.2M-Ⅲ型混凝土枕〔短模法生產(chǎn)工藝的設(shè)計(jì)研究根據(jù)鐵道部科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目合同"預(yù)應(yīng)力混凝土枕系列及新型軌枕研究試制"的要求,在部科技司、工務(wù)局、建設(shè)司、物資總公司的指導(dǎo)和關(guān)心下,通過鐵專院、鐵科院、北京鐵路局、豐臺(tái)橋梁廠、株洲橋梁廠等單位的共同努力,經(jīng)過反復(fù)試制試驗(yàn),于1994年10月上旬全部供試鋪的Ⅲ型預(yù)應(yīng)力混凝土枕<以下簡(jiǎn)稱Ⅲ型枕>在北京鐵路局XX工務(wù)段管內(nèi)京廣下行線K172+600～900鋪設(shè)上道。試鋪的Ⅲ型枕共計(jì)382根,其中由豐臺(tái)橋梁廠生產(chǎn)的無(wú)擋肩枕313根,由株洲橋梁廠生產(chǎn)的有擋肩枕69根,主要是使用短模法進(jìn)行生產(chǎn)。4.2.1Ⅲ型枕的適用范圍<見表4.2.1>Ⅲ型枕的適用范圍見表4.2.1表4.2.1機(jī)車車輛最大軸重<kN>軌道類型年通過總重密度<Mt·km/km>最高速度<km/h>鋼軌類型<kg/m>最小曲線半徑<m>250重型、特重型30～60、＞60貨車90客車16060、753504.2.2Ⅲ型枕總的設(shè)計(jì)過程根據(jù)鐵道部各階段的指示精神,課題組對(duì)Ⅲ型枕設(shè)計(jì)的修改過程見表4.2.2。圖號(hào)軌枕長(zhǎng)度<m>軌枕型式配筋情況專線32932.6無(wú)擋肩24根φ5mm專線32942.6有擋肩24根φ5mm專線32972.5無(wú)擋肩24根φ5mm專線3306<修改前>2.6枕端300mm無(wú)擋肩<枕底寬：>枕中240mm8根φ7.5mm專線3312<修改前>2.6枕端300mm有擋肩<枕底寬：>枕中240mm8根φ7.5mm專線3315<修改前>2.5枕端300mm無(wú)擋肩<枕底寬：>枕中240mm8根φ7.5mm專線33062.6枕端320mm無(wú)擋肩<枕底寬：>枕中280mm8根φ7.8mm專線33122.6枕端320mm有擋肩<枕底寬：>枕中280mm8根φ7.8mm專線33152.5枕端320mm無(wú)擋肩<枕底寬：>枕中280mm8根φ7.8mm4.2.3Ⅲ型枕主要型式尺寸及結(jié)構(gòu)承載能力主要型式尺寸見表4.2.3-1,不同類別混凝土枕疲勞承載能力與外荷載彎短的比值<安全儲(chǔ)備系數(shù)>情況見表4.2.3-2。軌枕類別配筋總張拉力<kN>斷面尺寸<上寬×高×底寬><mm>疲勞承載能力kN·m>鋼筋重量<kg>混凝土重量<kg>專線3306<無(wú)擋肩,枕長(zhǎng)2.6m>專線3312<有擋肩,枕長(zhǎng)2.6m>8根φ7.8390～420170×230×311220×185×280+19.2-17.67.802350355專線3315<無(wú)擋肩,枕長(zhǎng)2.5m>7.502335大秦線重載軌枕56根φ3386170×225×274188×185×25017.43<15.67>-14.95<-13.20>8.018313B704根φ9.4320160×214×275150×175×22018.4-12.35.67280注：括號(hào)內(nèi)的值表示按實(shí)際產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算時(shí)。軌枕類別疲勞承載能力/外荷載彎矩軌下斷面枕中斷面專線3306,<無(wú)擋肩,枕長(zhǎng)2.6m>專線3312<有擋肩,枕長(zhǎng)2.6m>1.351.32專線3315<無(wú)擋肩,枕長(zhǎng)2.5m>1.681.03德國(guó)B701.221.24大秦線枕<枕長(zhǎng)2.6m,新工藝>1.131.26大秦線枕<枕長(zhǎng)2.6m,老工藝>1.041.16老工藝枕中滿支承枕上壓力150老工藝枕中滿支承枕上壓力150kNⅡ型枕0.910.60老工藝枕中3/4老工藝枕中3/4支承枕上壓力107.3kNⅡ型枕1.000.984.2.4Ⅲ型枕的主要設(shè)計(jì)特點(diǎn)Ⅲ型枕是在總結(jié)學(xué)習(xí)國(guó)內(nèi)外軌枕設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上,結(jié)合我國(guó)當(dāng)前重載運(yùn)輸及材料、工藝等方面的情況以改進(jìn)和提高,并根據(jù)現(xiàn)行《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》<CBJ10-89>進(jìn)行設(shè)計(jì)的。其特點(diǎn)是在設(shè)計(jì)中選用優(yōu)質(zhì)原材料,采用符合制造工廠工藝水平的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行軌枕外形及結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。力求軌枕在設(shè)計(jì)、材料、制造、檢驗(yàn)、使用各環(huán)節(jié)上的協(xié)調(diào),以及在提高軌枕本身承載能力的同時(shí),使整個(gè)軌道的強(qiáng)度及穩(wěn)定性均得到提高,還可以適當(dāng)減少每公里軌枕的鋪設(shè)根數(shù),減少線路養(yǎng)護(hù)維修工作量。<1>合理選擇設(shè)計(jì)參數(shù),改進(jìn)軌枕設(shè)計(jì)計(jì)算方法①Ⅱ型枕設(shè)計(jì)計(jì)算枕上動(dòng)壓力是在靜輪載的基礎(chǔ)上考慮速度系數(shù)及偏載系數(shù)的影響。計(jì)算結(jié)果,Ⅲ型枕的枕上動(dòng)壓力值為150kN,比Ⅱ型枕時(shí)提高了37%。②計(jì)算軌枕外荷載彎短時(shí),枕中斷面在Ⅱ型枕計(jì)算時(shí)的計(jì)算圖式為軌枕枕中的反力是軌下反力的3/4。而Ⅲ型枕計(jì)算時(shí)枕中反力與軌下相同,即假定為滿支承狀態(tài)。計(jì)算結(jié)果Ⅲ型枕枕中斷面外荷負(fù)彎短直為13.3kN·m<枕長(zhǎng)2.6m時(shí)>比Ⅱ型枕時(shí)10.37kN·m提高了28%。據(jù)此,進(jìn)行軌枕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)必然使Ⅲ型枕的枕中承載能力強(qiáng)于Ⅱ型枕。因此,有利于克服Ⅱ型枕枕中斷面安全儲(chǔ)備不足的缺點(diǎn)。③Ⅲ型枕設(shè)計(jì)計(jì)算的預(yù)應(yīng)力損失值是根據(jù)制造廠因工藝的不同和實(shí)際產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力損失值來(lái)決定設(shè)計(jì)的決張拉力值,當(dāng)存在不同的預(yù)應(yīng)力損失值時(shí),將采用不同的張拉力。當(dāng)然,這個(gè)值同時(shí)不得超過由允許張拉系數(shù)所決定的總張拉力。④在Ⅲ型枕設(shè)計(jì)中,除采用正截面強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度及抗裂強(qiáng)度檢算來(lái)控制軌枕達(dá)到設(shè)計(jì)承載能力所需要的最小配筋率外,還通過正截面邊緣壓應(yīng)力的檢算,要求其小于或等于12MPa來(lái)控制軌枕的最大張拉力避免因過大的縱向預(yù)壓應(yīng)力引起的橫向效應(yīng)而促發(fā)軌枕的縱裂現(xiàn)象。<2>選用優(yōu)質(zhì)材料、改善及提高軌枕產(chǎn)品的性能。①預(yù)應(yīng)力鋼材,Ⅲ型枕選用φ7.0mm的預(yù)應(yīng)力鋼絲。由于Ⅲ型枕配筋根數(shù)少,相應(yīng)簡(jiǎn)化了工廠生產(chǎn)中編絲、張拉工藝；鋼絲韌性提高,則不易斷絲；采用低松馳鋼絲可以降低預(yù)應(yīng)力損失。如果所采用的是光面預(yù)應(yīng)力鋼筋,就必須采用軌枕端部帶錨固板的短模生產(chǎn)工藝,生產(chǎn)成本會(huì)相應(yīng)提高,這種生產(chǎn)工藝僅在我國(guó)株洲橋梁工廠有一條引進(jìn)的意大利生產(chǎn)線。②砂、石、水泥在制造技術(shù)要求中對(duì)砂、石質(zhì)量控制更加嚴(yán)格。要求石子逐步實(shí)現(xiàn)分級(jí),其含污量在0.5%以下,并規(guī)定粗骨料以碎石為主。細(xì)骨料采用中砂,含污量在1%以下。均比現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的粗、細(xì)骨科含污量為1%及3%降低50%,可增加砂、石與水泥之間的粘結(jié)強(qiáng)度。同時(shí)還提出要控制每立方米混凝土中的堿含量,規(guī)定盡可能采用低堿水泥及低堿減水劑,尤其在采用具有堿活性的骨料時(shí),水泥的堿含量不得超過0.6%,以避免發(fā)生堿骨料反應(yīng)。<3>軌枕承載能力及安全儲(chǔ)備的提高從表4.2.3-1中可以看出,Ⅲ型枕的疲勞承載能力軌下斷面為19.2kN·m,枕中斷面為-17.6kN·m,分別比Ⅱ型枕提高43%及65%。<4>軌枕型式尺寸設(shè)計(jì)的優(yōu)化①軌枕的長(zhǎng)度在Ⅲ型枕設(shè)計(jì)意見書的推薦方案中,軌枕長(zhǎng)度為2.6m,在斷面承載能力相同的情況下,軌枕長(zhǎng)度為2.6m時(shí),軌枕正、負(fù)彎短承載能力與外荷彎短的匹配,比軌枕長(zhǎng)度為2.5m時(shí),更為合理。同時(shí),在相同枕寬的條件下,軌枕長(zhǎng)度為2.6m比2.5m可以適當(dāng)降低道床應(yīng)力及路基面應(yīng)力,從而提高整個(gè)軌道的強(qiáng)度及穩(wěn)定性。②軌枕的寬度Ⅲ型枕的底面寬度在軌下斷面為311mm,枕中斷面為280mm,分別比Ⅱ型枕的280mm、250mm加寬了11%、12%。軌枕底面加寬可以加大軌枕在道床上的技承面積。③軌枕的擋肩Ⅲ型枕根據(jù)與其匹配扣件的不同分為有擋肩軌枕及無(wú)擋肩軌枕,使用單位可以根據(jù)扣件型式、鋪設(shè)養(yǎng)護(hù)要求及養(yǎng)護(hù)機(jī)具條件等進(jìn)行選用。④軌枕配置根數(shù)的減少由于Ⅲ型枕底面積及重量的增加,可以保證軌道具有足夠的縱、橫向阻力,滿足道床及路基面應(yīng)力在允許條件之內(nèi)。因此,Ⅲ型枕的試驗(yàn)段中每公里鋪設(shè)根數(shù)為1760根,比Ⅱ型枕1840根減少80根,但道床及路基面應(yīng)力還比Ⅱ型枕降低。同時(shí),可以降低投資,方便現(xiàn)場(chǎng)的養(yǎng)護(hù)維修。<5>Ⅲ型軌枕與先進(jìn)的扣件相配套在Ⅲ型枕設(shè)計(jì)中與無(wú)擋肩軌枕配套使用的扣件為彈條Ⅲ型扣件<預(yù)埋鐵座型式>,與有擋肩軌枕配套使用的扣件為彈條Ⅱ型扣件<硫磺錨固、螺旋道釘型式>,扣件的主要性能見表4.2.4,從表中可以看出配套扣件的各項(xiàng)技術(shù)性能均優(yōu)于與Ⅱ型枕配套使用的彈條I扣件性能<與60kg/m鋼軌配套時(shí)>彈條I型彈條Ⅱ型彈條Ⅲ型SKL-14初始扣壓力<kN>8.2101110～11軌距調(diào)整量<mm>+12,-8+12,-8+8,-8需備件調(diào)整調(diào)高量<mm>101000彈條直徑<mm>13132013彈程<mm>8101313.5抗橫向疲勞荷載<kN>667676/縱向防爬阻力<kN>約8＞15＞15＞15節(jié)點(diǎn)靜剛度<kN/mm>＞10060～8060～80/單個(gè)扣件扣壓力損失<kN/mm>約1.21.01.00.82型扣件,在保證軌距、防止鋼軌爬行等方面均將體現(xiàn)出極大的優(yōu)越性。<6>通過試制、試驗(yàn)及試鋪、軌枕設(shè)計(jì)中的主要技術(shù)性能指標(biāo)均得到了驗(yàn)證〔見鑒定的相關(guān)報(bào)告。<7>該型軌枕于1995年通過鐵道部鑒定,被定義為M-Ⅲ型枕〔即帶錨固板的Ⅲ型預(yù)應(yīng)力混凝土枕。4.3Ⅲ型枕生產(chǎn)圖的制定在前面兩種型號(hào)的Ⅲ型枕經(jīng)過鐵道部的鑒定后不久,鐵專院對(duì)MⅢ型枕進(jìn)行了較大的修改,把鋼筋換成了10φ7.0mm鋼絲,形成了現(xiàn)在正式生產(chǎn)圖號(hào)的Ⅲ型枕。各型混凝土枕主要性能及使用條件一覽表5.1Ⅰ型枕主要性能及使用條件一覽表表5.1Ⅰ型枕系列改Ⅰ型2500枕中1751562502546φ7.02554.503-8.14-11.8鐵專院：專線9605承載能力和適用條件與S-Ⅰ型相當(dāng)。軌下20116628011.216.1S-Ⅰ型〔S792500枕中17515625025436φ3.02674.962-8.43-12.1鐵專院：專線327643、53kg鋼軌,蒸汽、內(nèi)燃機(jī)車,軸重210、230kN,1760根/km,最高行車速度85km/h,可使用扣板式扣件、彈片式扣件和彈條扣件。鐵路線路設(shè)計(jì)規(guī)范已規(guī)定新線正線軌道不能使用。軌下20116628011.517.0J-Ⅰ型〔J792500枕中1751562502544φ8.22224.120-8.03-11.3鐵專院：專線承載能力和適用條件與S-Ⅰ型相當(dāng)。軌下20116628011.115.7筋692500枕中155166250約2104φ8.52504.686承載能力和適用條件與S-Ⅰ型相當(dāng)。軌下200166272弦692500枕中155166250約210３4φ3〔4φ8.52504.686承載能力和適用條件與S-Ⅰ型相當(dāng)。軌下200166272軌枕大類型軌枕型號(hào)單位mmmmmmmmkgkNkgkN.mkN.m項(xiàng)目軌枕長(zhǎng)度截面高度頂面寬度底面寬度軌枕重量配筋總張拉力用鋼量設(shè)計(jì)承載彎矩靜載裂彎矩設(shè)計(jì)單位及圖號(hào)適用條件序號(hào)123456785.2Ⅱ型枕主要性能及使用條件一覽表表5.2Ⅱ型枕系列XⅡ〔新Ⅱ型枕2500枕中1751902502738φ7.03486.04-12.55-17.21鐵科院：研線0121重型、次重型軌道,年通過總質(zhì)量在50Mt以下,鋼軌類型為50、60kg/m,客車設(shè)計(jì)速度為140km/h,R≥300m。彈條Ⅰ、Ⅱ型扣件。每公里鋪設(shè)根數(shù)可在有關(guān)規(guī)定的基礎(chǔ)上減少80根。軌下20516928014.020.58TKG－2〔改Ⅱ2500枕中1651612502518φ7.03276.04-11.0-14.9鐵科院：研線9840適用條件與S-Ⅱ型相當(dāng)。軌下201165.527513.119.3YⅡ－F〔改Ⅱ2500枕中1651612502518φ7.03276.04-11.0-14.9鐵專院：專線3385適用條件與S-Ⅱ型相當(dāng)。軌下201165.527513.119.3S－2,J－2〔老Ⅱ2500枕中1651612502514φ10/44φ33276.17/6.11-10.5-14.6專院、鐵科院：TB1877、專線3227重型、次