轨道结构理论及轨道力学(轨枕)

1、1 轨道结构理论与轨道力学轨道结构理论与轨道力学（轨枕）（轨枕）2第一节我国主型轨枕的设计技术条件3一、轨枕分类及各类轨枕的特点41.按轨枕材质分类钢枕预应力钢筋混凝土枕普通钢筋混凝土枕混凝土枕油枕素枕木枕轨枕52.按结构型分类框架式梯子形Y 形其他纵向轨枕宽轨枕埋入式弹性枕普通长枕双 块块弹性短枕支承块短木枕短枕横向轨向轨枕63.按使用地点分普通轨枕岔枕桥枕7二、混凝土枕发展的原因及优缺点81.混凝土枕发展的原因n优质木材的缺乏n预应力技术的发展n橡胶技术的发展92.混凝土枕的优缺点n使用寿命n轨道稳定性n质量均衡性n线路弹性10三、我国混凝土枕的发展过程n1953年，开始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、我国混凝土枕的设计技术条件1.型轨枕（1）使用条件：n建设型机车，轴重210kN；运行速度85km/h；n50kg/m轨道，铺设密度1840根/km。（2）技术条件（缺）132.型轨枕（1）使用条件n韶山型电力机车，轴重230kN，最高运行速度120km/h；n年运量60100MTn50、60kg/m轨道，17601840根/km。14（2）设计技术条件n采用可靠度设计方法，设计寿命50年。n50年内，接头区

3、轨枕损坏不超过50%，非接头区损坏不超过10%。15n设计枕上压力108kN。n轨枕中间截面承载能力140kN、轨下截面承载能力185kN。n轨下截面设计正弯矩12.4kN.m、中间截面设计负弯矩9.6kN.m163.型轨枕（1）使用条件n机车最大轴重25t，货车最大轴重23t，旅客列车最高速度为160km/h。n年通过总重60100Mt。n60kg/m和75kg/m钢轨轨道。n轨枕长度2600mm，1680根/km。17（2）设计技术条件n容许应力法设计。n枕上动压力150kN。n轨枕中截面承载能力170kN、轨下截面承载能力210kN。n轨下截面正弯矩180kN.m、中间截面正弯矩7.2k

4、n.m、中间截面负弯矩14kN.m。18五、预应力混凝土轨枕的试验方法191.轨枕静承载能力试验（三点弯试验）P60cm轨下截面：每1000根轨枕抽样3根。加载速度不大于3kN/s，加至规定值后稳定3min。承载时用5倍放大镜观察受拉区有无裂纹。20n中间截面：P60cm212.轨枕疲劳试验n试验加载方法与静载三点弯相同。n试件6根轨枕，3根做轨下截面疲劳、3根做中间截面疲劳。n最大加载为静承力的80%，荷载循环系数0.2。疲劳加载次数2百万次。n试验结束时残余裂纹宽度不超过0.05mm。22第二节我国主型混凝土轨枕结构特点23一、 型预应力钢筋混凝土轨枕型预应力钢筋混凝土轨枕24型混凝土枕包

5、括：n弦61A、弦61、筋61n弦65Bn弦79、筋79型，84年定名为S1型（型枕）n1981年停止生产。25n型枕即为79型枕，配筋与69型枕相同，外形与81型（型枕）相同，强度与69型枕相同。1/40螺栓孔距21417020015512060cm掏空250cm69型轨枕侧面26型轨枕侧面1/40螺栓孔距21423020416512060cm掏空250cm端头变平，170变为230轨下厚度由200变为204中间厚度由155变为S1的165，J1的175C50混凝土27型轨枕底面294.5244.5枕底总面积6588cm2,有效支承面积5178cm228轨下、中间断面及配筋204280165

6、1501108047.54根高强热处理低合金钢筋J12 .836根高强碳素钢丝S1329n因型混凝土枕不能适应铁路的发展，因此在正线上已不宜再铺设，既有正线的型混凝土枕目前正以每年约300万根的进度淘汰下道。30二、二、型预应力钢筋混凝土枕型预应力钢筋混凝土枕31n型混凝土枕包括型混凝土枕包括1984年以后设计的：年以后设计的：S-2型、型、J-2型、型、Y-F型、型、TKG-型、型、新新型等。型等。32n与与型枕相比，型枕相比， 型枕的改变：型枕的改变：（1）外型尺寸不变；）外型尺寸不变；（2）J2型的钢筋由型的钢筋由4根根8.2mm增加至增加至6根，预应力根，预应力钢筋由钢筋由4.24kg

7、增加至增加至6.17kg。总预张力由。总预张力由222kN增增加至加至330kN。（3）S2型的钢弦由型的钢弦由36根根3mm增加至增加至44根，预应力根，预应力钢弦由钢弦由4.995kg增加至增加至6.105kg。总预张力由。总预张力由267kN增加至增加至327kN。33（4）轨下断面承载能力提高）轨下断面承载能力提高13%，枕中断面负弯矩，枕中断面负弯矩承载能力提高承载能力提高40%。（6）轨枕中段不需要再掏空，但不捣固。）轨枕中段不需要再掏空，但不捣固。（5）混凝土强度由）混凝土强度由C50提高至提高至C60（7）道床横向阻力约为）道床横向阻力约为9kN/枕，纵向阻力约为枕，纵向阻力约

8、为15kN/枕。枕。34n型混凝土枕基本适应次重型及以下的轨道。随型混凝土枕基本适应次重型及以下的轨道。随着铁路运输条件的变化，着铁路运输条件的变化，型混凝土枕原有的某型混凝土枕原有的某些参数已不能满足轨道结构的发展要求。些参数已不能满足轨道结构的发展要求。n钉孔纵裂严重钉孔纵裂严重 n枕中承载力不足枕中承载力不足n通过现行的静载检验值困难通过现行的静载检验值困难 35nS-2型枕：采用型枕：采用83mm钢丝配筋的钢丝配筋的S-2型混凝土枕，型混凝土枕，因钢丝的工艺性能欠佳，轨枕质量不稳定，已停止因钢丝的工艺性能欠佳，轨枕质量不稳定，已停止生产。生产。nY-F型轨枕：采用型轨枕：采用87mm配

9、筋，由于布筋不合理，配筋，由于布筋不合理，轨枕难于通过性能检验。轨枕难于通过性能检验。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，但上排钢筋混凝土保护层略显不足。使用性能，但上排钢筋混凝土保护层略显不足。 36n设计承载能力满足荷设计承载能力满足荷载弯矩的要求；载弯矩的要求；n轨下和枕中的承载能轨下和枕中的承载能力分别提高力分别提高6.9%和和14%；单根轨枕的计；单根轨枕的计算底面积增加算底面积增加125mm2；单根轨枕；单根轨枕质量增加约质量增加约22kg；100244.443828282843165161新新型轨枕：型轨枕：n主要截面的混凝土最

10、主要截面的混凝土最大预压应力值略有下大预压应力值略有下降；降；n混凝土保护层、预应混凝土保护层、预应力钢筋净距均满足要力钢筋净距均满足要求。求。37n在不改变在不改变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的螺旋钢的螺旋钢筋，按梅花状排列。筋，按梅花状排列。76262646361262936165204.5161Y-T型枕：型枕：n钢筋分布均匀，钢筋附钢筋分布均匀，钢筋附近的混凝土压应力小，近的混凝土压应力小，混凝土收缩徐变引起的混凝土收缩徐变引起的预应力损失减小。轨枕预应力损失减小。轨枕断面高应力区不易连通，断面高应力区不易连通，对轨枕受力有利。对轨枕受力

11、有利。n增加了增加了12%握裹面积，握裹面积，轨下承载能力提高轨下承载能力提高6%，枕中承载能力提高枕中承载能力提高3%。38三、三、型预应力钢筋混凝土枕型预应力钢筋混凝土枕39型轨枕侧面250、260cm由230增加至260由204增加至230由165增加至18540型轨枕底面枕底有效面积由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级混凝土，与级混凝土，与型枕相型枕相同。同。n预应力钢筋用预应力钢筋用107mm压痕钢筋，重量压痕钢筋，重量7.85kg/根（根（J2型型6.17）。）。 n预应力钢筋总预张力预应力钢筋总预张

12、力422kN（J2型型330kN）。）。 42n与与型枕相比，轨下和中间截面的承载型枕相比，轨下和中间截面的承载力分别提高了力分别提高了43%和和65%。n重量重量340kg/根（根（型型250kg）。）。 n道床横向阻力道床横向阻力15kN（型型9kN）、纵向）、纵向阻力阻力24 kN（型型15kN） 。 43n型枕分有挡肩和无挡肩两种形式，分别型枕分有挡肩和无挡肩两种形式，分别简称为简称为A和和B型混凝土枕。型混凝土枕。n与与、型枕一样，型枕一样，A型采用有螺栓扣件，型采用有螺栓扣件，与弹条与弹条型扣件配套使用；型扣件配套使用；B型枕采用预型枕采用预埋铁座，与弹条埋铁座，与弹条型扣件配套使

13、用。型扣件配套使用。n长度为长度为2.6m时为时为A、B型，型，2.5m时为时为a、b型。型。 44第三节我国其他混凝土轨枕结构特点45n除主型的、型混凝土枕外，我国还有各类较多的其他型式的混凝土轨枕，主要有：用于区间的混凝土宽轨枕用于道岔的混凝土岔枕用于桥梁的混凝土桥枕46一、预应力钢筋混凝土宽轨枕47n自1957年试制试铺混凝土宽轨枕，至1982年终止。n目前在线路上使用的宽轨枕线路约有200kmn因养护维修设备不配套，我国目前在用的宽轨枕线路在陆续拆除，改铺主型混凝土枕概况48宽轨枕的主要优点n重量大、线路稳定、道床受力小。n有效防止道床脏污，清筛周期可延长至15年。n适应性强。n维修作

14、业少，约为1/3-1/4。n整齐美观49主要类型n62型单孔及5孔宽轨枕n65A型（钢弦）、65B型（钢筋）n弦72型、筋72型n弦76型、筋76型50结构特点76型宽轨枕侧面250cm200(230)mm165(204)mm150(165)mm5176型宽轨枕底面542mm（294.5、320)n重量530kg/枕。5276型宽轨枕断面及配筋550170550150465470轨下截面枕中截面88.2预应力钢筋或603预应力钢弦，C60混凝土53设计技术条件（1）使用条件电力机车、轴重230kN，运行速度160km/h。（2）强度要求n轨下截面下弯矩31.1kN.m（12.4,18.0)n中

15、间截面负弯矩27.9kN.m （9.61,-14.0)n中间截面正弯矩19.6 kN.m （无,7.2)54（3）设计方法n可靠度设计，寿命50年n50年内轨下截面正弯矩失效为8%，中间截面负弯矩失效为10%。n失效标准，承载条件下裂纹宽度大于0.3mm，不承载条件下裂纹宽度大于0.03mm。55二、预应力钢筋混凝土岔枕56概况n1970年，开始研制，铺设2组n1973年，20组n1975年，75型岔定型n1981年，300组n1992年，提速开始，全部换铺混凝土岔枕，92型57布置方式及长度n12号道岔共92根n最短的2.4m、最长4.9m，级差0.1mn转辙器部分与基本轨垂直、辙叉部分与辙

16、叉角平分线垂直n提速道岔全部改为与基本轨垂直5875型岔枕设计强度设计中考虑的最大可能承受弯矩（kN.m）岔心导曲线岔心后转辙器35.933.8，-13.1 25.123.759岔枕的设计承载能力截面部位截面疲劳承载弯矩（kN.m）正弯矩负弯矩承轨槽处非承轨槽处 53.7 -47.1 70.6 -47.150年内，正弯矩失效概率为2%，负弯矩失效概率为0.0014%。比型枕的设计可靠度高得多（实际应用中没有如此高）。60主要结构特点n厚度240mm，比型枕260mm略小n底宽300mm，比型枕320mm略小n88.2预应力钢筋，总张力432kN，比型枕总张力422kN略大。nC60混凝土n型枕

17、的可靠度应该比较高61第四节轨枕的病害及加强措施62木枕线路的主要问题是容易腐朽，保持轨距的能力不够。加强措施主要有：防脱护轨、轨撑、轨距拉杆、石撑、采用弹打扣件等。一、木枕的问题及加强措施63橡胶垫变形严重64木枕腐朽65木枕线路上因扣件阻力不够造成大轨缝66小半径曲线木枕地段的防脱护轨67曲线地段加设轨撑68木枕地段的轨距拉杆69设置石撑70设置弹性扣件71挡肩破损轨距挡板座上爬扣件断裂轨下胶垫破裂、变形接头病害突出二、混凝土枕的问题及加强措施72混凝土枕挡肩开裂73轨距挡板座上爬74扣件折断7510mm轨下胶垫时的加强型弹条扣件76轨下胶垫14mm时的加强型弹条扣件77弹条类型设计弹程（mm）单个弹条扣压力（kN）最大应力/容许应力（Mpa）III 型 弹 条