CN104746391B - 纵横组合轨枕 - Google Patents

Abstract

纵横组合轨枕是轨道交通中一种钢筋混凝土轨枕，它解决的技术问题是与III型轨枕线路相比在不增加钢筋与混凝土用量的情况下，改进受力模型，减小应力和变形，适应重载线路的要求，用于高速客运线路或城轨车时，稳定性好，维修工作量小，噪声小。采用的技术方案是改变传统的轨枕重直于钢轨的铺设方法，采用纵横组合轨枕承受车轮压力：在两根钢轨面横向铺设一根III型轨枕，接着在两根钢轨下顺着钢轨各铺设一根纵向轨枕后再横向铺设一根III型轨枕为一组合，依次铺设，并在钢轨底面与纵向轨枕顶面承轨槽之间填充弹性材料，荷载主要由纵向轨枕与钢轨组成的双层梁承担，受力模型好，承载力大。

Description

纵横组合轨枕

技术领域

纵横组合轨枕是轨道交通中铺设在道床之上承受钢轨压力的一种钢筋混凝土构件。

背景技术

现在轨道交通中大量使用的还是混凝土轨枕，特别是货运铁路或客货混跑铁路，仅在高速客运专线使用板式道床，这是从日本学来的，欧洲高速铁路并不采用板式道床，因为成本高，虽然前期维修量小，但后期出现问题后维修困难，今后中国、日本高速铁路不一定都采用板式道床，因为日本已在研发梯形轨枕，我国也在北京、上海、广州、深圳城轨车中作为减振降噪道床的构件进行小规模试用，主要在梯形轨枕与下层混凝土结构之间加一些有较大阻尼的弹性材料，达到一定的减振效果，例如北京5号城轨车在172m线路中用了梯形轨枕配合减振道床结构，振动降低了20db，但投资每公里增加了几千万元。

按理将木枕改为混凝土轨枕时就应该将轨枕改为以顺着钢轨方向铺设为主，但受惯性思维的影响，混凝土轨枕仍横向铺设。近年来日本才开始研究顺着钢轨铺设的梯形轨枕，其构造为：两根纵向轨枕用3根直径为80mm的钢管横向连接起来，外形象梯子，所以称为梯形轨枕，钢管***纵向轨枕中的一段有尼龙套筒，也有用其它钢结构作为横向连接的。梯形轨枕的外形为：6150mm×600mm×180mm。钢轨顺着轨枕长的方向铺设。梯形轨枕在轨枕顶面、底面及横向连接等方面存在严重的不足之处，纵横组合轨枕进行了一些原理性的改进，纵横组合轨枕由横向轨枕与纵向轨枕组成，横向轨用铁路上的定型产品混凝土III型轨枕，纵向轨枕的外形为：5060mm×680mm×180mm，横向680mm，参考了法国5T型双块混凝土轨枕。铺设一根横向轨枕，紧接着在两钢轨下各铺设一根纵向轨枕，再铺一根横向轨枕，用扣件与钢轨连接在一起组成一弹性平面框。与梯形轨枕相比有3项实质性的改进，有显著的效果。

发明内容：

要解决的技术问题：改进轨枕的结构与受力模型，以此减小钢轨、轨枕、道床的应力，增加轨道的平顺性。

采用的技术方案：采用纵横组合轨枕代替传统的横向轨枕及日本的梯形轨枕，并对纵向轨枕顶面与钢轨底面之间相互作用的结构进行改进，减小钢轨及纵向轨枕的应力与变形，对纵向轨枕底面结构进行改进，增强石砟对纵向轨枕在水平面内的阻力，对小曲线半径路段尤为必要。

有益效果：纵横组合轨枕主要有3项创新，产生3项有益效果。

第一项，纵向轨枕底面防滑结构的创新，产生的有益效果是使石砟与轨枕底面不能相对滑动。日本的梯形轨枕底面没有独到之处，没有认识到良好的轨底面结构在防滑中的作用。传统的混凝土轨枕也有防滑坑，但是过浅过少，不能阻止轨底与上层石砟之间的滑动。80年初日本曾在混凝土轨枕底面与石砟之间垫上一层橡胶垫，用来防止滑动，也增加一些弹性。这一事实也证明了轨枕在水平面内的移动不是发生在石砟之间，而是石砟与轨底面之间。铁道部曾组织过研讨会，并进行仿效，还在桂林作了夏天耐热实验，但因损坏快，维护困难，没有推广使用。纵横组合轨枕中的纵向轨枕底面全为40mm深的格子防滑槽，总共9个槽，槽梭边要有足够的防滑强度，槽梭边厚为90mm。槽底可填充10mm厚的乳化沥青水泥砂浆或其它弹性材料，根据减振降噪的需要进行设计，所剩下的槽深要大于石砟级配中占比例最大的石砟粒径约为56mm的一半，这样防滑槽可以框住一层石砟，越振越密实，不会水平移动，再与下层石砟象齿轮一样相互啮合，石砟与轨枕底面根本不能相对滑动。

第二项，纵横组合轨枕横向连接方式的创新：产生的有益效果是结构简单，可方便地调节并保持轨距。日本的梯形轨枕横向用3根直径为80mm的钢管经尼龙套筒***左右两轨枕中连接起来，外观像梯子，称为梯形轨枕。轨枕厚度只有180mm，尼龙比混凝土软，对轨枕横裁面有所削弱，当车轮反复作用或变形不均匀时易损坏，成本也高。纵横组合轨枕用定型的III型轨枕通过扣件将左右两钢轨横向连接起来，传递横向力，调节并保持轨距，与用扣件连接到钢轨上的两根纵向轨枕及另一根横向轨枕构成平面弹性框架，当变形不均匀时不易损坏。5060m长的纵向轨枕，已定型扣件的调节量就能满足小曲线半径的线路。其实两钢轨横向之间是不需要很大的约束力的，法国左右独立的短轨枕也能跑300多公里的时速。另外，如前第一项所述，本纵向轨枕因有较深的防滑槽，水平内的阻力是很大的，无须很强的横向连接力。

连接方式的创新还使与日本的梯形轨枕纵向两轨枕接缝处力学特性不同，梯形轨枕接缝处是抗弯的薄弱节点，车轮作用在两轨枕接缝处时下沉较大，常使端角压损，加固较困难。纵横组合轨枕接缝处是纵横轨枕的交汇处，轨底承压面积比纵向轨枕中间还大，车轮作用下沉降较小。

第三项，钢轨被支撑方式与轨枕受力结构的创新：产生的有益效果是使钢轨、轨枕、道床的应力减小。梯形轨枕与横向轨枕、整体道床、板式轨枕一样，对钢轨的支撑都是隔一定距离，约为0.6m，设置一扣件，扣件处钢轨下有橡胶垫等，使钢轨底面离轨枕顶面将近20mm，在力学中视为多垮简支，车轮在两支撑点中间时弯矩最大，下沉也较大，但钢轨底面还不能接触轨枕顶面，弯矩图是折线形的，峰值较大，在离车轮作用点2-3根轨枕处出现负弯矩，也就是轨枕被向上提，在石砟道床的情况下轨枕对石砟进行拍打，使石砟粉碎，并减小了纵向与横向阻力。纵横组合轨枕从改进受力模形出发进行了创新：纵横组合轨枕在钢轨被扣件固定在轨枕上之后，在钢轨底面与轨枕承轨槽之间的缝隙中，一般将近20mm，压注与扣件处橡胶垫刚度相同的乳化沥青水泥砂浆或垫上与扣件处橡胶垫刚度相同的橡胶垫后再拧紧扣件，这就把只在扣件处的离散简支变为连续的等刚度的弹性支撑，可以把原先扣件处的支撑点看作是桥墩，钢轨是长梁，车轮在桥梁上滚动，现在相当于车轮在由钢轨、弹性垫层、轨枕构成的双层梁放在石砟形成的平顺的路面上滚动，这不仅有减小钢轨、轨枕、道床应力的效果，而且增加轨道的平顺性，使轨道谱中的峰值与冲击成份减小，对车辆来说轨道谱是输入，输入改善后车辆的振动与冲击随之减小，反过来对轨道又有好处。选择滑防槽中弹性材料的刚度，在城轨车线路中减振可达20db，成本比常规横枕石砟线路略高，比北京5号城轨车减振段每公里省几千万元，减振效果相同。

以上3项重大改进还带来以下有益效果：每公里正常配置1680根III型轨枕与铺设纵横组合轨枕进行比较，并设III型轨枕线路各量为1，两种轨枕的比较如下表所示。

附图说明

图1纵向轨枕的顶视图

图2为图1所示纵向轨枕的A-A横截面图

图3为图1所示纵向轨枕的B-B纵截面图

图4纵横组合轨枕在石砟道床线路上铺设的俯视图。

具体实施方式

纵横组合轨枕是用新产品实施的对钢轨支撑方式的新技术方案：用已定型的III型轨枕与纵向轨枕组合起来支撑钢轨，如图4所示，在两根钢轨9之间横向铺设一根已定型的III型轨枕8，紧接着在两根钢轨下顺着钢轨方向各铺设一根纵向轨枕1，紧接着再在两根钢轨之间铺一根III型横向轨枕8，并将纵向轨枕与横向轨枕用扣件11固定在钢轨上，为简略，图4中只画了一个横向轨枕和一个纵向轨枕上的扣件，纵向轨枕上各扣件的距离按铁路规范在纵向轨枕中预留道钉孔，在钢轨底面与纵向轨枕顶面承轨槽之间垫上与扣件处刚度相同的橡胶垫或压注同刚度的乳化沥青水泥砂将12，扣件将两根钢轨、两根纵向轨枕、两根横向轨枕及钢轨底面与纵向轨枕顶面承轨槽间橡胶垫或沥青水泥砂浆连接成弹性框架，置于石砟10之上，钢轨与纵向轨枕构成的双层梁及横向轨枕共同承担车轮压力；

纵向轨枕1的构造为：长宽高5060mm×680mm×180mm，图1中2为承轨槽，槽底坡度为1∶40，3为预留的道钉孔，共16个，图2为图1的A-A截面图，2为从另一方向看到的承轨槽，4为防滑槽，槽深40mm，根据减振需要可填入10mm厚的乳化沥青水泥砂浆或橡胶垫13，5为预应力钢筋，直径、根数按荷载设计而定，6为防滑槽棱边，边宽为90mm，图3为图1的B-B纵截面图，4为从另一方向看到的防滑槽共9个，6为从另一方向看到的防滑槽棱边，7为与III型轨枕配合的斜面，向内倾斜30mm。

本发明同时申请实用新型专利。

Claims (4)

1.纵横组合轨枕是轨道交通中的一种钢筋混凝土轨枕，其特征是改变了轨枕垂直于钢轨铺设的承载方案，新方案中的轨枕由横向轨枕与纵向轨枕组成，车轮压力由顺着钢轨铺设的纵向轨枕与钢轨组成的双层梁及横向轨枕来承担；

纵横组合轨枕的构成：在两根钢轨(9)之间横向铺设一根已定型的III型轨枕(8)，紧接着在两根钢轨下顺着钢轨方向各铺设一根纵向轨枕(1)，紧接着再在两根钢轨之间横向铺设一根III型轨枕，并用扣件(11)将纵向轨枕、横向轨枕固定在钢轨上，形成框架，在钢轨底面与纵向轨枕顶面的承轨槽之间垫上与扣件处的橡胶垫刚度相同的橡胶垫或压注刚度相同的乳化沥青水泥砂浆(12)，将钢轨与纵向轨枕构成的中间有弹性垫层的双层梁置于石砟(10)之上，共同承担车轮压力；

纵向轨枕(1)的构造为：长宽高为5060mm*680mm*180mm，承轨槽(2)的槽底坡度为1∶40，道钉预留孔(3)共16个，防滑槽(4)的槽深为40mm，梭边宽为90mm，根据减震需要防滑槽底可填入10mm的乳化沥青水泥砂浆或橡胶垫(13)，预应力钢筋(5)的直径、根数根据荷载进行设计而定，为与III型轨枕配合，纵向轨枕两端头(7)为斜面，向内倾斜30mm。

2.如权利要求1所述的纵横组合轨枕，其特征是将不同根数的横向轨枕与纵向轨枕按需进行组合。

3.如权利要求1所述的纵横组合轨枕，其特征是用已定型的预应力宽枕代替III型轨枕与纵向轨枕组合成纵横组合轨枕。

4.如权利要求1所述的纵横组合轨枕，其特征是根据需要设计制造专用横向轨枕代替III型轨枕与纵向轨枕组合成纵横组合轨枕。