铁路轨道课件.ppt

大连交通大学土木与安全工程学院E-mail：haifeng-baiMobilePhone铁路轨道,（2015版）,第一章轨道结构,1.1概述,轨道是铁路线路的组成部分，这里所指的轨道包括钢轨、轨枕、联结零件、道床、防爬设备和道岔等。作用：作为整体性工程结构，铺设路基、桥梁或隧道仰拱之上，列车运行导向，承受机车车辆荷载的巨大压力。要求：足够的强度和稳定性，保证列车按照规定的速度，安全、平稳和不间断地运行。,图1-1轨道的基本组成,钢轨：轨道主要部件，纵向贯通铺设与区间和车站。引导机车车辆行驶。承传荷载于轨枕、道床及路基。为车轮提供阻力最小的滚动接触面。轨枕：轨道的重要部件，横向铺设在轨下道床上。承受钢轨压力，传布于道床利用扣件有效地保持两股钢轨的相对位置。轨枕主要有木枕和混凝土枕两类。,联结零件：联结钢轨或联结钢轨和轨枕的部件。分类：接头联结零件（或称鱼尾板）连接钢轨与钢轨；中间联结零件（或称扣件）联结钢轨与轨枕。作用：保证钢轨与钢轨或钢轨与轨枕间的可靠联结；保持钢轨的连续性与整体性；阻止钢轨相对于轨枕的纵横向移动，确保轨距正常；减缓机车车辆的动力冲击与振动，延缓线路残余变形的积累。,防爬设备：防止钢轨与轨枕发生纵向移动或相对移动的部件。分类：防爬撑、防爬销。道床：轨枕的基础。材料构成：碎石、筛选卵石、矿渣或中粗砂等。作用：增加轨道的弹性和纵横向阻力；便于排水和校正轨道的平面和纵断面。,道岔：机车车辆从一股轨道转入或越过另一股轨道的线路设备。应用范围：车站、调度场和个别区间。,钢轨的作用是直接承受车轮传递的列车及其荷载的重量，并引导列车的运行方向。导向引导机车车辆的车轮前行；承重承受列车及其载荷的重量；传力将荷载传递到轨下结构；导电在电气化铁路区段，兼作轨道电路。,1.2钢轨,1.2.1钢轨功用及基本要求,1.钢轨的功用,2钢轨的基本要求,钢轨类型通常以kg/m表示。每米钢轨质量越重，所承受的荷载越大。世界上第一条铁路的钢轨为18kg/m，最重的钢轨在美国，重达77kg/m。我国现行的钢轨标准有50kg/m、60kg/m、75kg/m三种。为了提高线路的通过能力，我国铁路正逐步淘汰小重量钢轨，主要线路一般铺设60kg/m或75kg/m的重型钢轨。,1.2.2钢轨类型,1钢轨类型,按材质的不同可分为：碳素轨、合金轨、热处理轨。按强度的不同可分为五级：850、900、1000、1200、1300MPa。按货源可分为：国产轨、进口轨、试验轨。,2钢轨的分类,钢轨断面形状：工字形，由轨头、轨腰、轨底三大部份组成。断面性能特征：受力好、省材料，具有最佳抗弯性能。,1.2.3钢轨截面形状及其设计原则,1.钢轨断面形状,图1-2钢轨断面形状图,2.钢轨断面设计原则,（1）钢轨头部直接和车轮接触的部分抵抗压溃和耐磨耗能力轨头宜大而厚，外形与轮踏面适应；足够的轨头宽度满足轮踏面滚动，轨面磨耗均匀；轨面轧制成隆起的圆弧形轮压传递于钢轨中轴。（2）钢轨腰部足够的厚度和高度承载能力和抗弯能力；连接部分要和缓避免应力集中；保证夹板支承面。,（3）钢轨轨底足够宽度和厚度保持钢轨稳定，必要刚度和抵抗锈蚀能力。（4）断面参数匹配性钢轨高度应尽量大些保证惯性矩；增加动力承载效果；钢轨高度与轨底宽度比例适当增加横向力作用的稳定性。钢轨头、腰和底面积分配最佳比例满足钢轨轧制工艺要求。,1.2.4钢轨的材质及力学指标,钢轨材质和机械性能取决于化学成分、金属组织及热处理工艺。,1.钢轨的化学成分和力学性能,（1）钢轨的化学成分,钢轨的化学成分主要为铁（Fe），还含有碳（C）、锰（Mn）、硅（Si）及磷（P）、硫（S）等元素。碳对钢轨的影响：提高含碳量抗拉强度、耐磨性及硬度都迅速增加；含碳量过高伸长率、断面收缩率和冲击韧性显著下降；一般含碳量不超过0.82%。,锰对钢轨的影响可去除有害的氧化铁和硫夹杂物提高钢轨强度和韧性；含量一般为0.6%1.0%；含量超过1.2%者称为中锰钢抗磨性能较好。硅对钢轨的影响与氧化合，除气泡，增加钢质密实度提高钢轨耐磨性；含量一般为0.15%0.30%。磷与硫对钢轨的影响均属有害成分增加冷脆性严格控制磷硫的含量。其他元素制成合金钢轨提高抗拉和疲劳强度，以及耐磨和耐腐蚀的性能。,常用钢轨：U74（抗拉强度b=785MPa）碳素钢；U71Mn（b=883MPa）合金钢。PD3（一般b=980MPa），秦沈采用PD3全长淬火高碳微钒轨（b=1300MPa）寿命提高50以上）（淬火：采用电感应加热的方法，以局部改变轨头钢的组织，从而提高钢轨的强度和韧性。）,钢轨的物理力学性能强度极限、屈服极限、疲劳极限、伸长率、断面收缩率、冲击韧性及硬度等。,（2）钢轨的力学性能,钢轨重型化：提高轨道结构的承载能力；延长钢轨疲劳寿命和线路大修周期；钢轨头部病害有加速趋势。重型钢轨强化增强轨面的抗磨与抗接触疲劳性能实现途径：钢轨合金化钢轨整体强化，表层硬度均匀，可焊性好；碳素钢热处理（淬火）高强度和表面硬度，韧性好。材质纯净化是重型化和强韧化的基础。,2.钢轨强化及材质的纯净化,1.2.5钢轨伤损及合理使用,钢轨伤损是指钢轨在使用过程中，发生折断、裂纹及其它影响和限制钢轨使用性能的伤损。钢轨伤损分类统计方法：根据伤损在钢轨断面上的位置、外观及成因等分为九类32种伤损；用两位数编号分类，个位数表示伤损的成因，十位数表示伤损的部位和状态；钢轨伤损分类具体可见“铁道工务技术手册（轨道）”。,1.钢轨伤损,图1-4接头钢轨断裂（左）,图1-3轨头压溃飞边（右）,（1）钢轨折断是指有下列情况之一者：钢轨全截面至少断成两部分；裂缝已经贯通整个轨头截面或轨底截面；钢轨顶面上有长大于50mm、深大于10mm的掉块。钢轨折断直接威胁行车安全，应及时更换。（2）钢轨裂纹是指除钢轨折断外，部分材料发生分离，形成裂纹。（3）常见钢轨伤损：钢轨磨耗、接触疲劳伤损、剥离及轨头核伤、轨腰螺栓孔裂纹等。伤损减缓措施：合金钢轨、淬火轨、合理使用钢轨、钢轨打磨、按材质分类铺轨等。,（1）钢轨磨耗：侧面磨耗和波形磨耗（属损伤），垂直磨耗（正常）。侧面磨耗侧磨部位小曲线半径地段的外股钢轨；侧磨成因曲线轨道轮踏面的不均匀压力、轮轨间摩擦与滑动；改善措施列车曲线通过条件；设置轨底坡；耐磨钢轨等。波形磨耗：钢轨顶面出现的波状不均匀磨耗。波磨分类短波（波纹型磨耗：波长50100mm，波幅0.10.4mm）、长波（波浪型磨耗：波长1003000mm，波幅2mm以内）。波磨成因动力作用（外因）；材质性能（内因）。波磨危害轮轨部件损伤；行车安全；轮轨噪音；维修费用。改善措施钢轨机械打磨。,2.常见的钢轨伤损问题,（2）钢轨接触疲劳损伤损伤类型接触疲劳裂纹和轨头剥离；侧磨成因钢轨接触疲劳强度不均匀和列车重复作用；改善措施更换钢轨；钢轨打磨和耐磨钢轨等。（3）轨头核伤损伤成因疲劳微裂纹和列车动荷载作用，疲劳裂纹扩展；预防措施钢轨定期探伤检查。（4）螺栓孔裂纹损伤成因疲劳微裂纹和列车动荷载作用，疲劳裂纹扩展；预防措施钢轨定期探伤检查。,3.钢轨的合理使用,钢轨合理使用是指根据钢轨综合经济效益分析，确定其合理的使用周期，实行钢轨分级使用制度，并积极做好旧轨的整修工作。（1）钢轨的分级使用含义：二次或多次使用和在一次使用中的合理倒换使用。钢轨二次使用：是指钢轨在繁忙线路上运营以后经过旧轨整修，再把它铺设到运量小的铁路上再次使用，延长钢轨的使用寿命和提高钢轨的使用效率。旧轨整修：综合整形轨、一般整修轨和焊接再用长轨条。合理倒换使用：曲线上下股倒换或直线与曲线钢轨倒换使用。,（2）钢轨整修技术分类厂内修理和现场修理；场内修理作业：清洗、除锈、矫直、探伤、锯轨及钻孔等。现场修理作业：接头病害整修磨修和补焊。（3）钢轨打磨钢轨打磨：（最初）整治波形磨耗、车轮擦伤及接头鞍型磨耗；（现在）多功能养路技术，从钢轨修理转向钢轨保养。分类：按钢轨打磨的目的及磨削量，分为修理性打磨、预防性打磨和钢轨断面打磨。,1）修理性打磨用途：消除波形磨耗、车轮擦伤、轨裂纹及接头鞍形磨耗。存在问题：一次磨削量较大，打磨周期长。不能消除潜在的接触疲劳裂纹，钢轨再用裂纹继续扩展。2）预防性打磨用途：在钢轨表面裂纹开始扩展前，消除微裂纹萌生区。特点：打磨周期较短，延长钢轨使用寿命。发展现状：成为控制钢轨接触疲劳的技术。,3）钢轨断面（廓形）打磨用途：改变钢轨头部形状，改善轮轨接触状态，抑制病害发生和发展。适用范围：曲线地段钢轨断面不对称打磨。作用：降低轮轨横向力和冲击角，减轻钢轨侧面磨耗。4）钢轨打磨综合技术实现途径：钢轨打磨列车。维修类型：修理性打磨为主，重点整治波磨。作用：消除或延缓波磨、消除接触疲劳层，防止剥离掉块。,图1-5YM150型钢轨打磨机及其使用,1.3钢轨连接,定义：钢轨接头即轨道上钢轨与钢轨之间用夹板和螺栓连接。连接方式：按与轨枕相对位置悬空式和承垫式按钢轨接头相错量相对式和相错式主型连接方式相对悬空式连接要求：与钢轨形成整体，具有抵抗弯曲和位移的能力，满足钢轨伸缩的要求。,钢轨连接方式钢轨接头连接和钢轨焊接,1.3.1钢轨接头连接,图1-6钢轨接头的形式,1.普通接头,图1-7普通钢轨接头实例,普通接头联结零件由夹板、螺栓、弹簧垫圈等组成。（1）接头夹板作用：承受弯矩、传递纵向力、阻止钢轨伸缩。要求：一定的垂直和水平刚度、足够的强度。类型：斜坡支承双头对称式夹板。功效：具有抵抗挠曲和抗横向位移能力。（2）接头螺栓、螺母及弹簧垫圈螺栓螺母夹紧夹板和钢轨的配件。弹簧垫圈防止螺栓松动。,图1-9接头鱼尾板结构图,（3）预留轨缝设置目的：适应钢轨热胀冷缩的需要。预留轨缝的条件1当轨温达到当地最高轨温时，轨缝应大于或等于零，使轨端不受挤压力，以防温度压力太大而胀轨跑道；2当轨温达到当地最低轨温时，轨缝应小于或等于构造轨缝，接头螺栓不受剪力，防止接头螺栓拉弯或拉断。构造轨缝是指受钢轨、接头夹板及螺栓尺寸限制，在构造上能实现的轨端最大缝隙值。,式中a0换轨或调整轨缝时的预留轨缝（mm）；钢轨线膨胀系数，=0.0118（mm/m）；L钢轨长度（m）；t0换轨或调整轨缝时的轨温；ag构造轨缝，38kg/m、43kg/m、50kg/m、60kg/m、75kg/m钢轨均采用ag18mm；tz当地中间轨温（）。,1）普通线路预留轨缝计算公式：,2）允许铺轨的年轨温差与轨温上下限设置条件：最高轨温轨缝为零；最低轨温轨缝为构造轨缝。铺轨年轨温差计算公式：铺轨轨温上下限计算公式：允许铺轨轨温上限允许铺轨轨温下限,3）轨缝设置应注意的问题：年轨温差不大于85地区，可酌情将轨缝值减小12mm，轨温限制范围相应地降低37。25m钢轨铺设在年轨温差大于100地区时，应个别设计。铺设12.5m钢轨地段，不受年轨温差限轨地段，更换钢轨或调整轨缝时的轨温限制范围为（tz+30）（tz-30）。,【例题】兰州地区最高轨温为59.1，最低轨温为-23.3，若铺设25m长的60kg/m钢轨，采用10.9级螺栓，试计算在20铺设时的预留轨缝。【解】(1)(2),取a0=8mm,2.特种钢轨接头,（a）异型钢轨联接,（b）异型夹板联接,（1）异形接头,图1-11异型接头联结图例,（a）普通高强绝缘接头,（b）胶接绝缘接头,（2）绝缘接头,图1-12绝缘接头联结图例,钢轨胶接绝缘接头,图1-13绝缘接头联结断面图,（3）导电接头,图1-14普通导电接头方式图例,（b）塞钉式导电连接装置,（a）焊接式轨端接续线示意图,图1-15钢轨伸缩接头图例,（4）伸缩接头,图1-16普通冻结接头图例,（5）冻结接头,（6）减振接头,图1-17减振接头图例,1.3.2钢轨焊接,根据电流热效应原理，把被焊接的钢轨安放在相对的两个夹具内，端部通以强大的电流，由于对接钢轨之间存在着较大的电阻，因而产生大量的热量把轨端加热，当钢轨被加热到塑性状态后，以极快的速度予以挤压，实现焊接作业，这种方法叫闪光接触焊。,1.闪光接触焊,气压焊是用气体（乙炔氧）燃烧的火焰加热钢轨端头，使其温度达到1200左右，轨端成为塑性状态，在预施的压力挤压下，使两根钢轨挤压在一起，从而把钢轨焊接起来。,2.气压焊,铝热焊就是利用铝热焊剂剧烈的化学反应，将铁的氧化物还原成铁水，在产生巨大热量的同时，把高温铁水浇铸于固定在两轨轨缝处的砂模内，将两根钢轨铸焊在一起。,3.铝热焊,闪光接触焊焊接速度快，焊接质量稳定，但焊机投资大，所需电源功率也较大；气压焊的一次性投资小，无需大功率电源，焊接时间短，焊接质量好，缺点是在焊接时对接头断面的处理要求十分严格，并且在焊接时需要钢轨有一定的纵向移动，因此对超长钢轨的焊接有一定难度，特别是无法进行跨区间无缝线路的线上焊接；铝热焊的焊接方法较为简单，对操作人员的要求相对较低，焊接时间短，可在钢轨固定的情况下进行焊接，但焊接质量不如接触焊和气压焊。,各种焊接方法对比,功用：（1）承受钢轨压力，并传布于道床；（2）有效地保持轨道的几何形位（轨距和方向）。要求：（1）必要的坚固性、弹性和耐久性；（2）便于固定钢轨；（3）具有抵抗纵向和横向位移的能力。分类：按材质分：木枕、混凝土枕和钢枕；按使用目的分：普通枕、桥枕和岔枕等；按结构形式分：整体式、组合式、纵向轨枕和宽轨枕等。,1.4轨枕,1.4.1轨枕的功用及类型,1.4.2木枕,木枕又称枕木，是铁路最早采用且仍继续使用的一种轨枕。优点：弹性好；易加工，运输、铺设、养护维修方便；与钢轨联结比较简单；有较好的绝缘性能等。缺点：价格昂贵，易腐朽磨损，寿命短；轨道动力不平顺。型式尺寸：断面一般为矩形，标准长度为2.5m。失效原因：腐朽、机械磨损和开裂。延长使用寿命的措施：防腐处理，防止机械磨损及开裂。,图1-18木枕轨道的结构形式与铺设,50kg/m钢轨木枕轨道,1.4.3混凝土枕,特点：自重大，轨道稳定性高；刚度大，弹性均匀；使用寿命长，养护工作量小，损伤率和报废率比木枕低得多。要求：较高的轨下部件弹性。分类：按配筋方式分为普通钢筋混凝土枕和预应力钢筋混凝土枕（PC枕）；按使用部位分为普通混凝土枕、混凝土岔枕及桥枕。,用混凝土枕代替木枕已成为轨枕发展主要方向。,1.混凝土枕特点及类型,目前，我国混凝土枕主要采用先张法，且分为I型、II型和III型三类，其中II型混凝土轨枕为我国的主型混凝土枕。,2.混凝土枕受力状态,轨枕视为支承在弹性基础上的短梁，在钢轨传来的荷载作用下，轨枕底面对轨枕产生反力，轨枕各截面则承受弯应力。设计规定：轨枕截面上部受拉为“”，下部受拉为“+”。,图1-19混凝土轨枕不同支承工况弯矩图,（1）结构设计受力状况,（2）轨枕弯矩与道床支承关系,混凝土枕受力状况与道床支承条件有密切关系，支承条件有中间不支承、中间部分支承和全支承三种情况。在不同支承情况下，轨枕截面弯矩的分布是不同的。如图3-8所示，轨下截面正弯矩以中间部分不支承时为最大，而枕中截面负弯矩则以全支承时为最大。,3.混凝土枕外形及尺寸,（1）轨枕形状,截面：梯形，上窄下宽。承轨槽：做成1:40的斜面。底面：纵向两端为梯形、中间为矩形。,（2）轨枕长度,轨枕长度取决于轨枕的受力状态，一般在2.32.7m之间。增加轨枕长度的优点：减少轨枕中部截面弯矩，提高轨枕的结构强度、纵横向稳定性和整体刚度；改善道床和路基的工作状况，提高道床阻力，适当减少轨枕配置根数。我国I、II型枕长度均为2.5m。新设计的III型轨枕长度有2.6m和2.5m两种。岔枕和钢桥桥枕长度有2.64.85m多种。,2019/12/15,58,可编辑,（3）轨枕高度全长不一致；轨下部分高，中间部分矮。设计思路：在荷载作用下，轨下截面为正弯矩，中间截面为负弯矩；直线配筋，各截面配筋均相同，轨下部分截面配筋重心线应在截面形心之下，中间部分则应在截面形心之上。混凝土预压力偏心距有利，拉应力不超限，防裂缝形成和扩展。,图1-20混凝土枕配筋重心线示意图,我国铁路使用的混凝土枕，随着轨道设计荷载（轴重、速度、通过总重）的增加，轨枕截面的设计承载弯矩也有所加强。设计中，主要采用提高混凝土等级，增加预应力和截面高度等措施。,4.我国混凝土枕现状,表1-1我国混凝土枕主要尺寸,I型轨枕包括69、79、S1、J1型，长度为2.5m。设计标准：轴重21t、最高速度85km/h、铺设密度1840根/km。我国正线铁路上正逐步被淘汰下道。,（1）I型轨枕,II型轨枕包括S2、J2、YIIF、TKGII型，长度为2.5m。设计标准：采用疲劳可靠性设计理论。年运量60Mt，轴重23t，最高速度120km/h，铺设60kg/m钢轨。与I型轨枕相比，承载能力明显提高。但存在安全储备和轨道整体稳定性能力不足缺陷。我国主型轨枕，基本上能适用于次重型、重型轨道。,（2）II型轨枕,图1-21J-2型混凝土轨枕结构图,图1-22新II型混凝土轨枕实物图,III型轨枕包括IIIa(有挡肩)和IIIb(无挡肩)两种，长度有2.5m和2.6m，其结构强度相同。设计标准：机车（三轴）最大轴重23t、最高速度160km/h、轨枕密度按1760根/km设计。主要特点：1）结构合理，强化了轨道结构；2）轨下和中间截面设计承载力，较II型轨枕分别提高约43%和65%，提高了轨枕强度；3）采用无螺栓扣件，能保持线路稳定。,（3）III型轨枕,图1-232.6ma型有挡肩混凝土轨枕结构图,图1-24IIIa型混凝土轨枕实物图,图1-25IIIb型混凝土轨枕实物图,图1-26预应力混凝土岔枕系列图,预应力混凝土岔枕,轨枕间距与每公里配置的轨枕根数有关。原则：轨枕根数应根据运量、行车速度及线路设备条件确定，并和钢轨及道床等综合考虑，合理配套，以求在最经济的条件下，保证轨道具有足够的强度和稳定性。我国铁路规定：对木枕轨道，每公里最多为1920根，混凝土枕为1840根；每公里最少均为1440根。轨枕的级差为每公里80根。符合下列条件之一的地段，正线轨道应加强，除每公里铺枕根数外，对混凝土枕增加80根/km，木枕增加160根/km，当条件重合时，只增加一次，但不能超过前述允许最大铺设数量。,1.4.4轨枕间距,1R800m的曲线地段；2坡度大于12的下坡制动地段；3长度300m的且铺设木枕的隧道内。,1明桥面桥的桥台挡碴墙范围内及两端各15根轨枕(有护轨时应延至梭头外不少于5根轨枕)；2正线铺设木岔枕的道岔及其前后两端线路各50根轨枕，站线铺设木岔枕的道岔前后两端各15根轨枕。3脱轨器及铁鞋制动地段；4上述地段间长度不足50m的区段。,下列地段宜铺设木枕：,混凝土宽枕是一块预制的混凝土板，与混凝土枕外形相似，又称轨枕板。其制造工艺与混凝土枕基本相同。宽枕长度亦为2.5m，而宽度约为后者的两倍。由于宽枕直接铺设在预先压实的道床面上，制造时对其厚度的要求较为严格。混凝土宽枕为密排铺设，每公里铺1760块，每块枕上安装一对扣件，由钢轨传来的力处于宽枕轴线的对称位置，可避免荷载的偏心。特点：轨道结构加强；维修工作量减小；外观整洁，便于清扫。适合在长大隧道、大型客货站站场内铺设使用。,1.4.5特种混凝土轨枕,1.混凝土宽枕,混凝土宽枕,图1-28混凝土宽枕及宽枕轨道,1）宽轨支承面积较混凝土枕大一倍，可有效地减少道床应力；单块宽枕质量高，可减小道床的振动加速度与变形量，延缓残余变形的积累过程，易于保持轨道几何形位，强化整个轨道结构；2）可增加轨枕与道床接触面间的摩阻力，提高轨道的横向稳定性，道床阻力的增加，有利于铺设无缝线路；3）宽轨枕密排铺设，枕间空隙用沥青混凝土封塞，可把道床顶面全部覆盖起来，防止雨水及脏污侵入道床内部，有效地保持道床的整洁，延长道床的清筛周期。4）显著减少轨道维修养护工作量（25%50%），节省维护费用。5）宽轨枕轨道外观整洁美观。,2.混凝土宽枕与普通枕的比较优势,1）要求路基坚实稳定，排水畅通，没有翻浆冒泥等病害，采用碎石道床，由底、面两层组成，道碴材料要求坚硬耐磨，道床要分层夯实整平；混凝土宽枕端部埋入道床深度为810cm，其中部60cm范围内，道床顶面应低于枕底510cm。2）宽枕轨道的弹性、道床断面尺寸、排水方式等方面与其他结构形式的轨道不同，因此，与其他轨道连接时必须设置过渡段：与木枕轨道连接时，应用长度不短于25m的混凝土枕轨道过渡；与混凝土枕连接时，要求有5块混凝土宽枕伸入混凝土枕轨排内；混凝土宽枕轨道通过明桥面时，宽枕可直接铺到明桥面桥头双枕前。,3.混凝土宽枕类型及铺设要求,钢轨与轨枕间的联结称为中间联结零件，也称扣件。功用：能长期有效地保持钢轨与轨枕的可靠联结，阻止钢轨相对于轨枕的移动，并能在动力作用下充分发挥其缓冲减震性能，延缓轨道残余变形积累。性能要求：1）足够的扣压力。钢轨和轨枕联结的重要保证。2）适当的弹性。主要由橡胶垫板和扣压件等部件提供。混凝土枕线路在垂直和水平方向弹性主要由扣件提供。,1.5.1中间联结零件,1.5扣件,3）一定的轨距和水平调整量。在混凝土枕轨道和无碴轨道中，钢轨扣件的调整量问题更为突出。4）钢轨扣件还应构造简单，便于安装及拆卸，并具有足够的耐久性和绝缘性能。,1.5.2木枕扣件,木枕扣件主要有分开式和混合式两种。,1.分开式扣件（“K”式扣件）,将钢轨和垫板、垫板和木枕分别联结起来。扣压力大，可有效防止钢轨爬行。缺点是零件多，用钢量大，更换钢轨麻烦。分开式扣件主要用在桥上线路。,2.混合式扣件,用道钉将钢轨、垫板和木枕一起扣紧外，还另用道钉将垫板与木枕单独扣紧。零件有道钉和五孔双肩铁垫板。,图1-29“K”式扣件,可减轻垫板的振动，且零件少，安装方便，其缺点是铺轨受荷载后向上挠曲时，易将道钉拔起，降低扣着力。我国铁路木枕轨道上使用最广泛的扣紧方式。,图1-30混合式扣件,1.5.3混凝土枕扣件,类型：扣板式、拱形弹片式及弹条型。拱形弹片式扣件由于弹片强度低，扣压力小，易变形甚至折断，在主要干线上已被淘汰。我国目前常用的主型扣件为弹条型扣件。近年开发并适用于重载，高速铁路的有弹条II、III型扣件。常用混凝土枕扣件类型为：扣板式扣件弹条I型扣件弹条II型扣件弹条III型扣件,（1）组成：扣板、螺纹道钉、弹簧垫圈、铁座及绝缘缓冲垫板，扣板分5种不同的规格/共10号码；（2）优缺点：零件简单，轨距调整方便，但弹性扣压力较低，使用过程中易松动；,1.扣板式扣件,（3）使用范围：适用于50kg/m及以下钢轨的线路。,图1-31扣板式扣件结构及装配图,2.弹性I型扣件,（1）组成：形弹条、螺旋道钉、轨距挡板、挡板座及弹性橡胶垫板等。,（2）各部件规格及作用弹条：分A、B两种型号，其中A型弹条较长。对于50kg/m钢轨除14号接头轨距挡板安装B型弹条外，其余均安装A型。60kg/m钢轨一律安装B型。弹性扣压钢轨，要保持一定的扣压力及足够的强度。轨距挡板：50、60kg/m钢轨各有两个号码，分别为20-14和10-6号。调整轨距，传递钢轨横向水平推力。挡板座：50kg/m钢轨有2-4和0-6两种号码，而60kg/m钢轨只有2-4一种号码。支撑挡板用，后背斜面支承在轨枕挡肩上，要求挡板座有一定强度来承受和传递横向水平力，有足够的绝缘性能以防止漏电。不同号码的挡板与挡板座配合使用，就可用来调整轨距。,表1-2弹条I型扣件轨距挡板及挡板座号码配置表,图1-32弹条I型扣件结构及装配图,（3）优缺点：弹性好、扣压力损失较小，能较好的保持轨道几何形位，使用效果好；扣压力不足和弹程偏小，设计安全强度储备不足。（4）使用范围：我国混凝土枕线路主型扣件。适用于标准轨距铁路直线及半径R300m的曲线地段，与50kg/m、60kg/m钢轨相联结。,弹条II型扣件除弹条采用新材料重新设计外，其余部件与弹条I型扣件通用，（1）设计参数：单个弹条扣压力不小于10kN，弹程（即弹性变形量）不小于10mm，分别比I型扣件提高约30%；组装扣件承受横向疲劳荷载7t，在荷载循环200万次后，各部件不得损坏。选用优质弹簧钢60Si2CrVA作为II型弹条的材料，屈服强度和抗拉强度分别提高了42%和36%。在弹条优化设计的基础上，最后确定弹条的直径不变，与I型扣件相同，仍为13mm。（2）优点：扣压力大、强度安全储备大、残余变形小等。（3）适用范围：适用于II或III型混凝土枕的60kg/m钢轨线路。,3.弹条II型扣件,图1-33弹条I型与II型扣件结构比较图,（1）组成：弹条、预埋铁座，绝缘轨距块和橡胶垫板，其中，绝缘轨距块有7-9和11-13号两种号码。（2）主要技术性能指标：扣件抵抗横向水平力的能力静态为100kN，动态70kN（荷载循环2.0106次）；预埋铁座抗拔力不小于60kN。（3）特点：无螺栓无挡肩扣件。世界各国轨枕扣件发展的趋势，特别适用于重载大运量、高密度的运输条件。（4）优点：扣压力大；弹性好；保持轨距的能力很强；减小了扣件养护工作量。（5）使用范围：铁路直线或半径R350m的曲线上，铺设60kg/m钢轨和型无挡肩混凝土枕的无缝线路。,4.弹条III型扣件,图1-34弹条III型扣件结构及装配图,1.6道床,道床是指轨枕面以下，路基面以上铺设的石碴(道碴)垫层，是轨道框架的基础。其功能：（1）承受轨枕压力并均匀地传递到路基面上；（2）提供轨道的纵横向阻力，保持轨道的稳定；（3）提供轨道弹性，减缓和吸收轮轨的冲击和振动；（4）提供良好的排水性能，提高路基承载能力并减少基床病害；（5）便于轨道养修作业，校正线路的平纵断面。,1.6.1道床的功能及对材质的要求,1.道床的功能,图1-35不同轨道类型的道床图,性能要求：质地坚韧，有弹性，不易压碎和捣碎；排水性能好，吸水性差；不易风化，不易被风吹动或被水冲走。材料：碎石、天然级配卵石、筛选卵石、粗砂、中砂及熔炉矿碴等。我国铁路干线上基本使用碎石道碴，在次要线路上才使用卵石道碴、炉碴道碴。下面仅介绍碎石道碴的技术要求。现行的碎石道碴技术条件是1990年开始执行的，标准号为TB2140-90。技术条件包含三方面的内容。,2.道床材料,碎石道碴根据材料性能及参数指标将道碴分为一级和二级，后在京沪高速铁路设计暂规中制订了特级碎石道碴材质标准。技术参数：反映道碴材质的材质参数，如：抗磨耗、抗冲击、抗压碎、渗水、抗风化、抗大气腐蚀等材料指标参数，为道碴材质的分级提供了依据；反映道碴加工质量的质量参数，如：道碴粒径、级配、颗粒形状、表面状态、清洁度等加工指标。对于特重型轨道、隧道内轨道及宽轨枕轨道，应使用一级道碴，重型轨道力求使用一级道碴，其它轨道使用二级道碴。,（1）道碴的分级,碎石道碴属于散粒体，其级配是指道碴中颗粒的分布。道碴粒径的级配对道床的物理力学性能、养护维修工作量有重要影响。现行标准考虑了道碴的级配要求，可保证道碴产品有最佳的颗粒组成。宽级配道碴由于道碴平均粒径的减小，大、小颗粒的相互配合以及道碴颗粒间的填满，使得道碴有更好的强度和稳定性，也有利于道床作业。,（2）道碴级配,表1-3道碴粒径级配标准,图1-36道碴级配曲线图,道碴的形状及表面状态对道床性能有重要影响。一般用针状指数和片状指数来控制长条形和扁平颗粒的含量。凡长度大于该颗粒平均粒径1.8倍的称为针状颗粒；厚度小于平均粒径0.6倍的称为片状颗粒。我国道碴标准规定针状指数和片状指数均不大于50%。道碴中的土团、粉末或其他杂质对道床的承载能力是有害的，须控制其数量。标准规定粘土团及其它杂质含量的重量百分率不大于0.5%；粒径0.1mm以下的粉末含量质量百分率不大于1%。,（3）道碴颗粒形状及清洁度,1.6.2道床断面,道床断面包括道床厚度、顶面宽度及边坡坡度三个主要特征。,1.道床厚度,道床厚度是指直线上钢轨或曲线上内轨中轴线下轨枕底面至路基顶面的距离。影响因素：道床弹性、道床脏污增长率、垫碴层的承载能力、路基面的承载能力。根据运营条件、轨道类型、路基土质选用。标准参见表2-4。轨底处道床顶面应低于轨枕顶面2030mm。I型混凝土枕中部道床应掏空，顶面低于枕底不得小于20mm，长腰应为200400mm；II型和III型混凝土枕中部道床可不掏空，但应保持疏松。,注：允许速度大于120km/h的线路，无垫层时碎石道床厚度不小于450mm；有垫层时碎石道床厚度不小于300mm，垫层厚度不小于200mm。,表1-4道床厚度标准(mm),影响因素：轨枕长度和道床肩宽。主要取决于道床肩宽。适当的肩宽可保持道床稳定，并提供一定的横向阻力。通常肩宽在450500mm即可满足要求。单线铁路正线碎石道床顶面宽度如表2-5所示。,2.道床顶面宽度,表1-5道床顶面宽度及边坡坡度,图1-37单线铁路直线地段道床断面,3道床边坡坡度,边坡稳定影响因素：内摩擦角与粘聚力，也与道床肩宽有一定的联系。理论分析与实践经验表明：道碴材料的内摩擦角愈大，粘聚力愈高，边坡的稳定性就愈高。同样地，增大肩宽可以容许采用较陡的边坡，而减小肩宽则必须采用较缓的边坡。在肩部承载能力相同的情况下，一般趋于采用较大的肩宽和较陡的边坡，这样可以减小路基面的宽度。国内外运营实践表明：边坡坡度1:1.5不能长期保持稳定，因此，我国铁路规定正线区间道床边坡坡度均为1:1.75。,道床变形弹性变形塑性变形道床残余变形的原因：一是在荷载作用下道碴颗粒的相互错位和重新排列所引起的结构变形；二是由于颗粒破碎、粉化所形成的颗粒变形。研究和实践表明，在路基稳定和无水害情况下，轨面残余下沉和不均匀下沉主要取决于道床，说明道床变形是轨道变形的主要来源。道床的下沉是道床塑性变形随荷载作用而逐渐累积的过程。道床的下沉初期急剧下沉后期缓慢下沉初期急剧下沉阶段：道床密实阶段。道床压实，颗粒重新排列，孔隙率减小。,1.6.3道床的变形,后期缓慢下沉阶段：道床正常工作阶段。道床有少量下沉，主要是由于枕底道碴挤入轨枕盒和轨枕头、道碴磨损及破碎，边坡溜塌，从而破坏了道床极限平衡状态，这个阶段的下沉量与运量之间有直接关系。这一阶段时间的长短是衡量道床稳定性高低的指标，也是确定道床养护维修的重要依据。,图1-38道床累积沉降曲线,1.7.1轨道特点1.轨道的结构特点（1）组合性和散体性不同力学性能的材料组成（钢轨、轨枕、碎石道床）；联结零件、道岔。（2）传力机理非常合理（3）轨道几何形位不平顺客观存在静不平顺动不平顺,1.7轨道结构的合理匹配,2.轨道荷载的特点（1）重复性不同的列车通过时荷载的反复作用；每列车通过时每