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混凝土轨枕


我国混凝土轨枕使用分析 1. 前言 自 1956 年我国研制出预应力混凝土枕以来截止到 2002 年底,铺设混凝土枕总数已达 1.625 亿根,占各类轨枕总数的 76%,其中Ⅲ型枕 837 万根,占混凝土枕总数的 5.2%,Ⅱ 型混凝土枕 9618 万根,占混凝土枕总数的 59.2%,Ⅰ型和 69 型枕仍有 4360 万根,占混凝 土枕总数的 32.2%,桥岔枕约有 452.3

万根。但由于历史的原因,各型号轨枕的承载能力 与在使用中铺设的线路条件并不完全匹配,产品质量不尽人意,致使一些轨枕提前出现伤 损,有些伤损甚至比较严重,增加了养护维修工作量,对行车安全不利。2002 年秋检资料 统计:Ⅲ型枕伤损率为 0.1%,老Ⅱ型枕伤损率为 0.7%,Ⅰ型和 69 型枕伤损率为 4.9%。 2.Ⅰ型混凝土轨枕 早在 1953 年铁道部有关部门就开始进行了混凝土轨枕代替木枕的研究工作,于 1954 年开始进行轨枕试制和试铺,铁道部于 1957 年起开始建立预应力混凝土轨枕制造工厂。 1961 年铁道部有关单位总结现场使用经验,编制了“弦Ⅱ-61A”型预应力钢弦混凝土轨枕 的设计图,并开始了批量生产。 总的说来,到 1984 年Ⅱ型混凝土轨枕鉴定前主要生产和使用的混凝土轨枕有两大类: (1)69 型混凝土枕 69 型是按建设型机车,轴重 21t、85km/h、1840 根/km 进行设计的。该枕 1995 年约 占铺设总数的 50.0%,以后基本不生产。 (2) I 型混凝土枕 1979 年在 69 型枕配筋不变的情况下,将轨枕外型尺寸统到与Ⅱ型枕一样,强度与 69 型等强,最后统一为 I 型混凝土枕(弦 79 型和筋 79 型) 。 与 69 型枕比较,I 型枕中间断面高度由 155mm 增至 165mm,提高了中间断面正弯距 的承载能力,端头由原斜坡改为平坡;在螺栓孔围增设了螺旋筋,在轨枕端头增设了箍筋。 结构设计计算结果表明:轨枕截面疲劳承载能力:轨下断面 11.1kN·m,中间断面负 弯矩 8.03kN· 而按照给定的线路条件, m; 轨枕截面承受的荷载弯矩为: 轨下断面 11.8kN· m, 中间断面负弯矩 10.1kN·m。显然,轨枕承载能力不足,特别是中间断面负弯矩承载能力 相差更远。 轨枕截面静载抗裂弯矩为:轨下断面 15.7kN·m,中间断面负弯矩 11.3kN·m。 由于 69 型枕与 I 型枕设计承载能力等强,一般也统称为 I 型混凝土枕。 根据各方面的调查发现 I 型混凝土枕主要问题为: ①轨下截面强度不足,调查发现:接头轨枕轨下截面正弯矩裂纹占调查总数的 84%, 非接头轨枕轨下截面正弯矩裂纹占调查总数的 42%。 ②中间截面设计承载力偏低。由于截面强度不足,要求中间道碴掏空,这种要求掏
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空过长,过深,造成轨下塌碴,严重影响轨下截面的承载能力和增加中间截面的正弯距; 掏空不足,会使轨枕中间截面负弯距因“垫腰”而开裂,调查发现:接头轨枕中间截面正 弯矩裂纹占调查总数的 40%, 非接头轨枕中间截面正弯矩裂纹占调查总数的 9.4%, 接头轨 枕中间截面负弯矩裂纹占调查总数的 26%,非接头轨枕中间截面负弯矩裂纹占调查总数的 9.4%,这一结果出现的主要原因是,各养路工区对于轨枕中间掏空长度的掌握按“宁长勿 短“的原则执行。现场普遍要求提高轨枕中间截面设计强度,养路作业不再掏空中间截面 道碴。 ③没有设置螺旋筋和箍筋的 69 型枕以前的轨枕,普遍出现沿两轨下四个螺栓孔方向而 形成的纵向长大裂纹,失效率较高。1990 年对广深线的调查结果表明:69 型枕大部分出 现沿四个螺栓孔的纵向长大裂纹,最大裂纹宽度达 4~5mm,造成螺栓道钉的锚固作用完 全失效,危及行车安全,在某一节轨排的 46 根轨枕中有 36 根出现了纵裂。 3. Ⅱ 型 枕 3.1 Ⅱ 型 枕 选 型 的 技 术 研 究 分 析 3.1.1 引言 Ⅱ型混凝土枕的研发开始于 1978 年,原称“81 型”轨枕,1984 年 2 月通过了铁道部 组织的专家技术审查,鉴定以后改称Ⅱ型混凝土枕,包括 S-2 型枕和 J-2 型枕两种,到目 前为止已生产和铺设 1 亿多根。 目前,我国已停止生产 S-2 型枕(图号:TB1877-87) ,继续生产和使用并且通过铁 道部组织的专家技术审查的Ⅱ型枕主要有 J-2(图号:专线 3227-85) 、YⅡ-F(图号:专 线 3385-3) 、TKG-2(图号:研线 9840) 、新Ⅱ型枕(图号:研线 0121)和 YⅡ-T 型(以 下除特殊说明的以外, 新Ⅱ型枕以外的Ⅱ型枕统称老Ⅱ型枕) 这些轨枕的长度都是 2.5 米, 。 除新Ⅱ型枕外,其余都是老Ⅱ型枕的钢模,它们结构设计性能及使用条件上存在着差别。 这里从技术分析的角度出发,对它们的生产、使用性能、理论计算和试验研究提出看法。 3.1.2 Ⅱ型枕存在的主要问题 尽管Ⅱ型枕的承载能力高于 I 型枕,随着运量和车速的不断提高,铺设上道的轨枕仍 有提前出现各种伤损的现象,有的区段甚至失效率较高,达不到预期的使用年限。而分析 其原因,往往涉及设计、制造、运输、铺设、养护以及与扣件连接方式等各个环节。以下 叙述其存在的几个主要方面问题。 ① 1991 年,部原工务局组织全路12个铁路局对管内铺设Ⅱ型枕线路进行了一次大 调查,调查线路 20 条,累计长度 112.3 公里,近 20 万根轨枕。结果表明,枕中表面横向 裂缝占各类伤损总数的 38.7%,在某些线路区段,枕中有表面横向裂缝的轨枕占该区段轨 枕铺设总数的 60%~80%。调查分析认为,中间截面承载能力不足。 ② 1994 年,部物资总公司等单位组成了联合调查组,对 9 个铁路局管内约 25 万根Ⅱ 型枕进行了调查。据调查,枕中横裂是伤损严重的形式之一,有的横裂已形成环裂,导致
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轨枕失效。这种伤损在繁忙干线和道碴满铺、板结地段居多。据分析认为,在繁忙干线上 的Ⅱ型枕超负荷承载,其承载能力不足。为此,建议将枕中 600mm 范围的道碴掏空,以 改善中间截面的受力状态。 ③ 近年内,铁科院对Ⅱ型枕在列车荷载下的截面弯矩进行过现场测试。在道床中部 为松散满铺的状态下,测得中间截面最大负弯矩值为 8.5~9.2kN.m,与其设计的承载负弯 矩 10.5 kN.m 已很接近; 而轨下截面的正弯矩约为 6.8~7.1kN.m, 为设计承载正弯矩的 50% 左右。在道床中部掏空状态下,中间截面只承受正弯矩,此时,轨下截面的正弯矩测值达 设计承截正弯矩的 70~85%。需要说明的是,在进行现场动测试验时,轨道及其部件一般 均处于正常的使用状态,所测试结果反映不出最不利的荷载效应。按Ⅱ型枕的铺设要求, 枕中道床应不掏空,而根据实测结果,Ⅱ型枕中间截面已处于接近承载水平的受力状态, 如果轨道存在轨面较大的不平顺、轨枕空吊,以及轮、轨面短波不平顺等不利工况,轨枕 就有可能出现裂缝。如果出现小裂缝,虽然不影响正常使用,但使用耐久性肯定会有所下 降。由此分析认为,老Ⅱ型枕中间截面的安全贮备有待提高。 3.1.3 现行各种Ⅱ型枕轨枕结构及工艺特点 3.1.3.1 J-2 型枕 J-2 型枕的预应力钢筋为 4Φ 10.0mm 高强螺纹钢筋,与混凝土的粘结力很强,生产工 艺较简单,张拉过程的预应力损失较少。故其有静载和疲劳强度容易达标的优点。但是一 方面又由于其预拉力很集中,每根钢筋承受 80kN 的拉力,对于这样大预拉力,放张时就 象一个大钉子一样插入混凝土里,在混凝土的脱模强度在只达到 C45 的情况下,很容易被 胀开,造成轨枕端部沿钢筋位置的纵裂。一些肉眼不见的微细纵裂可能事实上已经存在于 轨枕当中了。 1991 年,部原工务局组织的大规模的调查表明:J-2 型枕的纵向、水平裂纹也是较严 重的,个别区段达 43.9%。我们认为这种轨枕应该尽快停止上道。 3.1.3.2 YⅡ-F 型枕 YⅡ-F 型枕采用 8Φ 7.0 规律变形钢丝(有认为是钢筋的) ,分上下四排布筋,每排 2 根,如图 3.1.3.2 所示,这是一种改Ⅱ型枕, 99 年由部建设司发文推广使用。其工艺特点 是预应力张拉比 S-2 型枕简单,将镦好头的钢筋穿在张拉挂板上,预应力值易于保证。开 始时各厂静载达标困难,经过厂家的努力(不管这些努力是否对轨枕的耐久性十分有 利) ,许多厂家在静载及疲劳试验方面都达了标。 这种 YⅡ-F 型枕的缺点是布筋不合理。钢筋(以前相当一些专家认为对于轨枕这样的 小截面构件来说,直径为 5mm 以下的钢丝才称之为钢丝)之间的净间距为 21mm,不能满 足规范规定的 25mm 的要求;由于老Ⅱ型枕的截面小,沿着竖向 4 根钢筋的位置有劈裂现
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象。另一个的弱点是靠近截面中心处的两根钢筋在承担疲劳荷载(特别是开裂疲劳荷载) 时不能充分发挥作用。 3.1.3.3 TKG-2 型枕 TKG-2 型枕也采用 8Φ 7.0 规律变形钢丝,分上下两排布筋,每排 4 根,如图 3.1.3.3 所示,这也是一种改Ⅱ型枕,使用老Ⅱ型枕的钢模。1998 年由部运输局基础部提出、铁道 科学研究院负责研制。其工艺和 YⅡ-F 型枕一样简单明了,预应力值得以保证。通过技术 审查后已在多个轨枕、桥梁工厂进行生产。 这种轨枕的缺点是由于老Ⅱ型枕的截面小,钢丝(有专家认为是钢筋)之间净间距为 18mm,不能满足规范规定的 25mm 的要求;沿着横向 4 根钢筋的位置也有劈裂现象。 其最大的优点是钢筋分上下两排,在承担疲劳荷载(特别是开裂疲劳荷载)时能充分发挥 作用。在静载及疲劳试验方面都较容易达标。 3.1.3.4 新Ⅱ型枕 由于对 YⅡ-F 型枕和 TKG-2 型枕的保护层和钢丝之间的静间距等是否符合规范和轨 枕技术条件的要求存在着争议,1999 年 4 月,部科教司主持召开有关Ⅱ型枕(含改Ⅱ型) 的专家研讨会,根据各方面所提意见,为了从根本上解决Ⅱ型枕存在的问题,下决心要开 展新Ⅱ型枕的研制。同年 8 月,蔡副部长作出批示: “组织铁科院、专业设计院抓紧进行 新Ⅱ型混凝土轨枕研究设计。可以几种配筋形式(轨枕外形尺寸要统一) ,形成系列产品 (要考虑现有生产设备的利用) ,并借此整顿混凝土轨枕生产企业” 2000 年《新Ⅱ型预 。 应力混凝土轨枕系列的研制》列入铁道部科技研究开发计划。 铁科院、专业设计院等单位,对轨枕的型式尺寸进行了优化设计、试制、室内试验、 试验段铺设、现场动测和养护维修工作量的跟踪调查等大量的研究工作。于 2001 年 9 月 通过了铁道部组织的专家技术鉴定。 ①运营条件 现行《铁路线路设计规范》 (GB50090-99)对Ⅱ型枕适用条件的规定如表 3.1.3.4 所列 (道床厚度项略) : 表 3.1.3.4-1 轨 道 类 型 重 型 Ⅱ型枕的适用条件 次重型 15~25 ≤120 50 1680~1760 中 型 轻 型

年通过总质量(Mt) 钢轨类型(kg/m) 轨枕铺设根数(根/km)

25~50 60 1840

8~15 ≤100 50 1600~1680

≤8 ≤80 50(43) 1520~1640

客车设计最高速度(km/h) ≤120

现行《铁路线路设备大修规则》规定,换轨大修及铺设无缝线路前期工程,应按表
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3.1.3.4-2 更换和补足轨枕配置根数(道床厚度项略) : 表 3.1.3.4-2 大修换枕的配置标准 25~50 60 1840 15~25 50 1760 <15 50(43) 1760~1680

5 年内计划通过总重(Mt.km/km) >50 钢轨类型(kg/m) 轨枕配置根数(根/km) 75 1840

新Ⅱ型枕的设计满足上述规定的运营条件和轨道结构的相应要求,具体归纳如下: 适用于年通过总质量 50Mt 及以下各类轨道; 旅客列车设计最高速度≤120km/h; 钢轨类型为 60kg/m、50(43)kg/m; 道床厚度按现行《规范》《规则》的有关规定; 、 适用于 R≥300m 的曲线、直线轨道。 ② 设计荷载弯矩 计算依据 根据确定的运营条件和轨道类型,采用《设计方法》的有关规定计算得出轨下和枕中 截面的荷载弯矩值。 设计参数 设计轴重:25 吨(按 250kN 计) 综合动载系数α :一般轨道α =1.0。 轮重分配系数γ :0.48 承轨面的枕上动压力 Rd:120kN 载弯矩值取整如下: 轨下截面正弯矩:Mg=14.0kN.m 枕中截面负弯矩:Mz=-12.0kN.m 枕中截面正弯矩:M zˊ=6.0kN.m 现有Ⅱ型枕轨下和枕中截面正、负荷载弯矩以往的计算值分别为:13.0 kN.m 和 -10.2kN.m。

② 新Ⅱ型枕的结构设计特点 φ 7.0mm 变形钢丝(压痕、螺旋肋)在Ⅲ型枕、提速岔枕、改Ⅱ型等枕型相继获得成 功应用,可使轨枕生产工艺简单、可靠。根据不增加预应力钢丝用量的设计原则,新Ⅱ型 枕的配筋仍采用 8φ 7.0mm,钢丝净间距和混凝土净保护层厚度均满足规范要求。采用上
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下两排、每排 4 根钢丝的配筋方案,这种配筋方案有利于提高疲劳强度和使用耐久性。可 在既有长模工艺、设备条件下组织生产。 混凝土设计的强度等级为 C60;施加预应力时的混凝土立方体强度等级不低于 C45。 混凝土强度标准值,设计值和弹性模量等参数均按《设计方法》的规定。 预应力钢丝的抗拉强度不低于 1570MPa;初始张拉力不低于 348kN。当采用Ⅱ级松弛 高强度钢丝时,应力总损失值为张拉控制应力的 16%~17%。 根据确定的荷载弯矩、配筋方式和数量,混凝土强度等级、预应力钢丝的张拉力和应 力总损失值,以及有关截面宽度的设计原则,经计算确定轨下截面和中间截面的高度分别 为 205mm 和 175mm,较Ⅱ型枕的相应值分别增加 4mm 和 10mm。其中轨下截面仅增加 4mm,对道床厚度和建筑高度的影响不大。 此外,为满足规范规定的混凝土保护层和钢丝净距,轨下截面的侧面坡度采用双坡。 由于弹条Ⅰ型和Ⅱ型扣件调距量统一为-12,+8mm,轨枕左右两承轨槽内侧底脚的间 距设定为 1208mm,较老Ⅱ型枕的相应尺寸缩小了 4mm。 3.1.4 现行各种Ⅱ型枕轨的设计性能对比分析。 将 YⅡ-F、TKG-2 和新Ⅱ型这三种主要轨枕进行对比分析,主要性能如表 3.1.4-1 所列。由表列值可以得出: ①与 TGK-2 和 YⅡ-F 枕相比,新Ⅱ型枕的设计承载能力轨下截面下降很小(分别为 4.1 %和 4.2%) ,而中间截面则提高较多(分别为 15.0%和 15.88%) ,达到了加强中间截面的 目的,因此承载能力的排座次是:新Ⅱ→TGK-2→YⅡ-F。 ②与 TGK-2 和 YⅡ-F 枕相比,新Ⅱ型枕的静载抗裂强度轨下截面下降很小(分别为 1.5%和 1.3%) ,而中间截面则提高较多(分别为 15.2%和 18.3%) ,达到了加强中间截面 的目的,因此设计抗裂强度的排座次是:新Ⅱ→TGK-2→YⅡ-F。 ③新Ⅱ型枕单根轨枕的计算底面积增加 125mm2,在同样列车荷载作用下其道床顶面 计算压应力可比其他两种轨枕下降 2%左右。 ④单根轨枕重量较Ⅱ型枕增加约 22kg。也是稳定轨道结构的有利因素。据此,在相同 的运营条件和轨道结构中铺设新Ⅱ型枕有可能减少每公里的铺设根数。每公里轨枕配置数 量直接影响列车荷载的分配以及轨道框架的纵横向稳定性。新Ⅱ型轨枕设计荷载弯 表 序号 1 2 项 目 新Ⅱ型枕的主要性能 新Ⅱ型枕 2500 轨下 枕中
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3.1.4-1 单 位 mm

TGK-2 型枕 2500 轨下 枕中

YⅡ-F 型枕 2500 轨下 枕中

轨枕长度 截面尺寸





mm mm mm kg cm2

205 169 280 273 6700 8φ 7.0

175 190 250

201 165.5 275 251 6575 8φ 7.0 345 6.04

165 161 250

201 165.5 275 251 6575 8φ 7.0 345 6.04

165 161 250

顶面宽度 底面宽度 3 4 轨枕重量 枕底面积 配 5 筋

总张拉力 用钢量

kN kg

348 6.04 14.00 20.58 115.8

6 7 8

设计承载弯矩 kN.m 静载抗裂弯矩 kN.m 开裂疲劳钢丝 应力增量 MPa

-12.55 14.57 -17.21 20.88 109.3 114.2

-10.91 14.59 -14.94 20.85 117.0 118.0

-10.83 -14.55 145.1

矩的计算中,采用了 0.48 的轮重分配系数,对应的轨道配置为:60kg/m 钢轨——轨枕间 距 600mm; 50kg/m 钢轨——轨枕间距 575mm。较现行《铁路线路设计规范》和《铁路线 路大修规则》的有关规定在轨枕间距方面已留有余地了。因此,按《规范》和《规则》规 定的轨枕根数铺设,新Ⅱ型枕的承载能力有足够的安全贮备。 一根轨枕的道床横向阻力由三部分组成:相应轨道长度轨枕等部件重量与其底面的摩 擦力;轨枕端部道床的被动压力;轨枕侧面道床的主动压力。与其它两种Ⅱ型枕相比,新 Ⅱ型枕的单根重量增加了 22kg,按每公里 1760 根(轨枕间距 575mm)铺设的轨枕总重量 比按 1840 根(轨枕间距 550mm)铺设的其它两种Ⅱ型枕总重量还多了 18640kg,相当于 74 根老Ⅱ型枕的重量。仅按单根枕重量可提供的枕底摩擦力(道床横向阻力组成之一)比 较,新Ⅱ型枕较其它两种Ⅱ型枕增加约 8.8%,而按钢轨方向单位长度枕底摩擦力相比, 1760 根/公里铺设的新Ⅱ型枕还比 1840 根/公里铺设的其它两种Ⅱ型枕增加约 3.8%。以上 计算分析是理论值,未考虑侧面和端部的影响值,以及不同道床断面、状态等因素,与实 测值会有所出入。但经分析可以说明,在相同的运营条件和轨道结构中,新Ⅱ型枕的每公 里铺设根数可以适当减少,而不会影响轨道的稳定性。显然,在不减少每公里铺设根数的 情况下,轨道的稳定性将有所提高。 ⑤主要截面的混凝土最大预压应力值 为了防止轨枕混凝土因过大的预压应力导致的内部微细裂缝(特别是纵向裂纹)的产 生,对主要截面混凝土的最大预压应力值必须有所控制。 《设计方法》中规定:全部预应 力损失完成后, 计算截面混凝土的最大预压应力应不大于 12 N/mm2, 主要截面混凝土的最
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大预压应力的计算值如表 3.1.4-2 所示,均不超过 12 N/mm2,新Ⅱ型枕采用侧面双坡,略 为增加截面高度的设计,轨下截面最大预压应力比其它两种Ⅱ型枕的相应值下降 11.1%和 19.2%;中间截面最大预压应力比其它两种Ⅱ型枕的相应值下降 17.9%和 7.0%。 表 3.1.4-2 枕 型 轨枕截面的最大预压应力计算值 轨下截面(N/mm2) 6.21 6..9 7.4 中间截面(N/mm2) 9.63 11.35 10.3

新Ⅱ型 TKG-2 型 YⅡ-F 型

⑥ 混凝土保护层厚度、预应力钢丝净距 新Ⅱ型枕各截面尺寸均已考虑了与配筋相关的技术要求。 8φ 7.0mm 的新Ⅱ型枕设 在 计中,枕底的混凝土保护层厚度为 42.5mm,枕中顶面的混凝土保护层厚度为 31.5mm,枕 中上排钢丝侧面混凝土最小保护层厚度为 28mm;而预应力钢丝的最小净距为 26mm,均 满足现行《规范》的相应规定。解决了其它两种Ⅱ型枕不能满足现行《规范》相应规定的 问题。 ⑦ 从现场调查的情况来看,许多轨枕是在微裂(或开裂)的情况下运营使用的。在 我国轨枕疲劳检验的标准中,截面的疲劳检验荷载是采用高于抗裂检验标准荷载值,为开 裂疲劳检验,主要是考验钢筋的疲劳性能、混凝土与钢筋的粘结疲劳性能以及混凝土的抗 压疲劳性能,此时的疲劳强度主要取决于截面开裂后预应力筋的应力增量等。与 TGK-2 和 YⅡ-F 枕相比,新Ⅱ型枕的开裂疲劳钢丝应力增量均有所下降,轨下截面下降-1.4%和 1.9%,中间截面下降分别为 7.0%和 32.8%,由于新Ⅱ型枕的应力增量小,说明其疲劳性 能显著提高,要达到与 TGK-2 或 YⅡ-F 相同的裂纹宽度,必须增加疲劳次数或加大荷载, 达到了加强中间截面的目的,可延长其使用寿命。 3.1.5 新Ⅱ型枕的静载抗裂、疲劳和极限强度的检验值的确定 3.1.5.1 静载抗裂强度检验值 根据表 3.1.4-1 所列,新Ⅱ型枕轨下和中间截面的静载抗裂弯矩分别为 20.58 kN.m 和 -17.21kN.m。按《设计方法》规定的静载抗裂检验值的计算公式,可得出检验值如下: 轨下截面 P ——156.40kN≈160kN 中间截面 P ——124.78 kN≈125kN 轨下和中间截面静载抗裂弯矩与其设计荷载弯矩的比值分别为 1.47 和 1.44。 3.1.5.2 疲劳强度检验的最大荷载值 根据 《设计方法》 规定的疲劳最大荷载计算公式, 并以截面边缘名义拉应力达 7N/mm2
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为准,计算得出轨下和中间截面的疲劳荷载弯矩为 23.72 kN.m 和 18.90 kN.m,相应的最大 荷载值为: 轨下截面 Pmax ——180.34 kN≈180kN 中间截面 Pmax ——137.01 kN≈135kN 轨下和中间截面疲劳最大荷载值与静载抗裂荷载之比值分别为 1.13 和 1.08。 3.1.5.3 极限(破坏)强度及检验值 按《设计方法》第 5.4 条公式(5-3)及第 6.4 条公式(6-4)可分别计算出新Ⅱ型枕的 极限承载弯矩和检验值如表 3.1.5-1。轨下和中间截面极限承载弯矩分别为抗裂强度的 1.35 倍和 1.34 倍。 各项检验值汇总于 3.1.5-2。 表 3.1.5-1 截面类别 轨 枕 下 中 极限承载弯矩及检验值 极限承载弯矩 Mu(kN.m) 27.79 23.00 0.8 Mu(kN.m) 22.23 18.40 检验值汇总表 检验荷载 Pu(kN) 230 190

表 3.1.5-2 截面类别 轨 枕 下 中

静载抗裂检验 疲劳强度最大荷载 极限强度检验 值 P(kN) 值 Pmax(kN) 值 Pu(kN) 160、170 125 180 135 ≥230 ≥190

在表 3.1.5-2 中,轨下截面的静载抗裂强度检验值列出了 2 个值,其中 160kN 是按公 式计算的结果,170kN 是不计系数 0.95 的计算结果,而此值与现有Ⅱ型枕轨下截面的检验 值相同。 3.1.6 新Ⅱ型枕的静载抗裂和疲劳强度试验等 3.1.6.1 静载抗裂强度试验 试制轨枕的静载抗裂强度试验在脱模后 48 小时内进行,由各厂分别在厂内完成。 3.1.6.2 疲劳强度试验 按疲劳最大荷载 Pmax 轨下为 180kN, 枕中为 135kN 在混凝土达到设计强度后进行试验。 3.1.6.3 新Ⅱ型枕的其它试验 新Ⅱ型枕共铺设了 4 个线路试验段,并且在试验段进行了现场动态测试。这些研究工
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作表明,由于线路状态较好,测出的轨振动荷载均小于设计承载力,而且有一定的安全储 备。线路稳定,养护维修工作量少,轨枕使用正常,没有发现损伤等问题。 3.1.7 小结和建议 通过以上对现行各种Ⅱ型枕的结构型式、生产工艺过程、理论计算和试验研究分析, 我们看到:TKG-2 和 YⅡ-F 型枕虽然各有各的优点,但存在难以克服的缺点。在铁道部各 司局领导直接支持下研制成功的新Ⅱ型枕,克服了这些缺点,在工艺不变的条件下,即可 进行生产。而且与 TKG-2 和 YⅡ-F 型枕相比,有如下的优点: ① 在轨下截面承载能力变化不大的条件下,中间截面承载能力有较明显的提高(分 别提高 15.0%和 15.88%) 。解决了Ⅱ型枕中间截面承载能力不足的问题。 ②在轨下截面静载抗裂强度几乎相等的条件下, 中间截面有较大的提高 (分别为 15.2% 和 18.3%) ,静载检验标准在轨下截面不变的条件下,中间截面从 110kN 提高到 125kN。 ③新Ⅱ型枕单根轨枕的计算底面积增加 125mm2,在同样列车荷载作用下其道床顶面 计算压应力可比其他两种轨枕下降 2%左右。 ④ 单根轨枕重量较Ⅱ型枕增加约 22kg。在相同的运营条件和轨道结构中铺设新Ⅱ型 枕有可能减少每公里的铺设根数。新Ⅱ型枕的每公里铺设根数可以适当减少,而不会影响 轨道的稳定性。显然,在不减少每公里铺设根数的情况下,轨道的稳定性将有所提高。 ⑤主要截面的混凝土最大预压应力值 轨下截面最大预压应力比其它两种Ⅱ型枕的相应值下降 11.1%和 19.2%;中间截面最 大预压应力比其它两种Ⅱ型枕的相应值下降 17.9%和 7.0%。有利于防止轨枕混凝土因过 大的预压应力导致的内部微细裂缝(特别是纵向裂纹)的产生。 ⑥截面的加大,解决了其它两种Ⅱ型枕混凝土保护层厚度、预应力钢丝净间距不能满 足现行《规范》的相应规定的问题,可防止钢丝涨裂轨枕端部现象的发生。 ⑦开裂疲劳钢丝应力增量轨下截面下降-1.4%和 1.9%,中间截面下降分别为 7.0%和 32.8%,由于新Ⅱ型枕的钢丝应力增量小,其疲劳性能显著提高,要达相同的裂纹宽度, 必须增加疲劳次数或加大荷载,达到了加强中间截面的目的,可延长其使用寿命。 ⑧所以这几种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 议尽快推广应用新Ⅱ型枕,达到强化轨道,减少养护维修工作量的目的。 ⑨另一个建议是,用户最有发言权,在检验机构对工厂进行质量监督的同时,应建立 用户对混凝土枕质量的验收制度。 3.2 新Ⅱ型枕对于快速路 160km/h 以下速度的适应性分析 3.2.1 前言 研究成果和鉴定意见表明:新Ⅱ型枕的设计速度为 120km/h,本节是就新Ⅱ型枕否适
10

用于客车最高运行速度 160km/h 的问题从理论计算和动测试验结果两方面进行论述分析。 3.2.2 荷载弯矩和结构承载能力的理论计算分析 根据确定的运营条件和轨道类型,采用《设计方法》的有关规定计算得出轨下和枕中 截面的荷载弯矩值。 设计轴重:25 吨(按 250kN 计) ;轮重分配系数γ :0.48 综合动载系数α :在《设计方法》中,综合动载系数分两级,对于重载轨道α =1.5, 对于一般轨道α =1.0,老Ⅱ型枕设计采用一般轨道α =1.0。 《设计方法》研究报告认为,轮轨的不平顺状态、轨枕的不均匀支承或支承失效(即 空吊)将会引起很大的动力效应,在平顺的轨道上,仅仅由速度增加的因素引起的动力附 加作用不是很大的,只有存在诸不平顺因素的情况下加上速度的因素就会产生不利的动力 作用。 由现行《铁路线路维修规则》对于轨道动态几何尺寸容许偏差值可以看出:快速路 (客车速度为 121~160km/h)的轨道动态几何尺寸容许偏差值较普通线路(速度为 121km/h)的要求要严格得多,也就是说其动态不平顺更小,因此其动力增长应该与普通 线路基本相同。 1994 年,铁科院在沪宁线进行了提速条件下轨枕动力参数现场测试。弯矩综合动载 系数α =Md/Mj-1, d 为提速列车通过时实测所得轨枕动弯矩值,Mj 为提速列车以准静态 M 5km/h 通过时实测所得轨枕准静态弯矩值, 3.2.2 是中间截面荷载弯矩综合动载系数与速 图 度关系点图,可见测试所得到的综合动载系数α 在 0~1.03 之间,随列车速度的提高,α 值呈增加趋势,大部分点值落在 0~0.7 范围内,个别速度下,α 值有最大值 1.03 出现。 因此一般轨道,客车提速到 160km/h,在维修标准较高的快速路综合动载系数α 采用 1.0 是合理的。 根据各已知参数,按《设计方法》的计算式可计算得出快速路的荷载弯矩: 轨下截面荷载正弯矩:Mg=14.0kN.m 枕中截面荷载负弯矩:Mz=-12.0kN.m 枕中截面正弯矩:M zˊ=6.0kN.m

由表 3.2.2-2 列值可以得出: 新Ⅱ型枕的轨下和枕中截面荷载弯矩接近或小于其设计 承载弯矩和抗裂弯矩,从而满足快速铁路的要求,而且其承载弯矩比 S-2 型枕分别提高了 6.9%和 14.1%。 表 3.2.2-2 新、老Ⅱ型枕的主要结构性能
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kN.m

新Ⅱ型枕 截面 荷载弯矩 设计承载弯矩 静载抗裂弯矩 轨下 14.00 14.00 20.58 枕中 -12.00 -12.55 -17.21

S-2 型枕 轨下 14.00 13.10 19.30 枕中 -12.00 -11.0 -14.9

3.2.3 新Ⅱ型枕轨道结构稳定性分析 前面章节已经叙述,一根轨枕的道床横向阻力由三部分组成:相应轨道长度轨枕等部 件重量与其底面的摩擦力;轨枕端部道床的被动压力;轨枕侧面道床的主动压力。与Ⅱ型 枕相比,新Ⅱ型枕的单根重量增加了 22kg,按每公里 1760 根(轨枕间距 575mm)铺设的 轨枕总重量比按 1840 根(轨枕间距 550mm)铺设的Ⅱ型枕总重量还多了 18640kg,相当 于 74 根Ⅱ型枕的重量。仅按单根枕重量可提供的枕底摩擦力(道床横向阻力组成之一) 比较,新Ⅱ型枕较Ⅱ型枕增加约 8.8%,而按钢轨方向单位长度枕底摩擦力相比,1760 根/ 公里铺设的新Ⅱ型枕还比 1840 根/公里铺设的Ⅱ型枕增加约 3.8%。 以上计算分析是理论值, 未考虑侧面和端部的影响值,以及不同道床断面、状态等因素,与实测值会有所出入。但 经分析可以说明,在相同的运营条件和轨道结构中,新Ⅱ型枕的每公里铺设根数可以适当 减少,而不会影响轨道的稳定性。显然,在不减少每公里铺设根数的情况下,轨道的稳定 性比老Ⅱ型枕将有所提高。 3.2.4 现场实测荷载弯矩的对比分析 从 1990 年~1999 年, 我们在广深准高速运行条件下, 在铁科院环行线提速到 160km/h 的条件下, 北京铁路局京原线的试验段上, 在大秦线对万吨级单元和组合列车运行条件下, 对轨枕荷载弯矩进行了动态测试。结果表明: ①普通路的荷载弯矩平均值为:轨下截面在 4.41~6.58kN? m 之间,中间截面在-1.3~ -4.06kN? m 之间;荷载弯矩最大的可能值为:轨下截面在 6.71~12.57kN? m 之间,中间 截面在-2.38~-6.1kN? m 之间。 ②快速路的荷载弯矩平均值为:轨下截面在 2.0~6.0kN? m 之间,中间截面在-3.5~ -8.7kN? m 之间;荷载弯矩最大的可能值为:轨下截面在 6.8~7.1kN? m 之间,中间截面 在-8.9~-9.2kN?m 之间。 新Ⅱ型枕的结构承载力 (轨下截面 14.0kN?m, 中间截面在 12.55kN ? m)完全能满足此要求,且有一定的的富裕。 ③从普通路和快速路测试结果的对比分析来看,快速路的荷载弯矩普遍要大一些,但 普通路轨下截面荷载弯矩的最大值(大秦线的 11.1kN? m 和京原线的 12.57kN? m)要比 快速路的大。所以总的来说,它们是相当的。
12

3.2.5 小结和建议 由以上的理论计算和现场动测分析可以得出如下的结论: ①在理论计算上,新Ⅱ型枕的综合动载系数α 在普通路和快速路的运营条件下取都为 1.0 是合理的,新Ⅱ型枕的结构承载能力满足由此计算得到快速路的(121~160km/h)荷 载弯矩的要求。 ②新Ⅱ型枕的结构强度和轨道结构的稳定性比老Ⅱ型枕都有所提高,由此将新Ⅱ型枕 运用于快速路,其效果肯定比广深线要好。 ③现场动测结果表明:普通路和快速路的荷载弯矩测试结果相当,而且新Ⅱ型枕的结 构强度对于在快速路实测得到的荷载弯矩来说,具有一定的富裕量。 ④由以上的分析结果可以看到:新Ⅱ型枕可以在快速路(121~160km/h)上使用。 3.3 10φ 6.25mm 新Ⅱ型枕的试验研究 2002 年 12 月的全路工务工作会议后,郑州局、北京局等提出使用截面配筋为 10φ 6.25mm 新Ⅱ型枕的要求。 3.3.1 结构特点分析 按照铁道部科研成果《预应力混凝土枕设计方法》 ,就 10φ 6.25mm 新Ⅱ型枕的主要 结构性能作一计算,结果如表 3.3.1 所示。 从表 3.3.1 的计算结果来看, 10φ 6.25mm 和 8φ 7.0mm 的这两种新Ⅱ型枕配筋方案总的 来说承载能力是相当的。都能满足新Ⅱ型枕的设计荷载弯矩为 14.0kN.m(轨下)和 表 3.3.1 配筋方案 配 筋 总张拉力 用钢量 截面 结 构 性 静载抗裂弯矩 结构承载能力 kN. m kN kg 轨下 10φ 6.25mm 新Ⅱ型枕的主要性能对照表 8φ 7.0mm (X?Ⅱ) 348 6.04 枕中 10φ 6.25mm (X?Ⅱ) 348 6.04 轨下 15.0 枕中 8φ 7.0mm (YⅡ?F) 345 6.04 轨下 枕中 -10.8 3

14.30 -12.55

-12.0 14.59

kN. 20.58 -17.21 21.88 -16.2 20.85 -14.5 5 能 开裂疲劳钢丝应力增 m MP 115.8 109.3 116.7 135.0 118.0 145.1 量 a 12.0kN.m(枕中)的要求。在承载能力和抗裂弯矩方面互有高低,但都很接近。 另外,10φ 6.25mm 新Ⅱ型枕不仅在强度方面比 YⅡ-F 型枕有明显的提高,而且在开
13

裂疲劳钢丝应力增量方面,比 YⅡ-F 型枕分别下降 1.11%(轨下)和 7.48%(枕中) ,有 利于抑制疲劳裂纹的扩展,或者说,要达到相同的疲劳裂纹宽度,可承受更大的疲劳荷载 或增加疲劳荷载作用的次数。 10φ 6.25mm 新Ⅱ型枕在结构上最大的特点是预应力在轨枕端部截面上的分布更加均 匀,和 8φ 7.0mm 的配筋方案相比,其单根钢丝的张拉力由 43.5kN 降到 34.8kN,降低了 25%。对防止枕端混凝土出现裂纹有利。 预应力钢丝直径越小, 其在混凝土中传递到规定预应力值所需的长度就越短,根据中 国建筑科学院 1997 年预应力螺旋肋钢丝预应力传递试验的结果, 传递长度一般为 42D, 因 此φ 6.25mm 的传递长度为 263mm,可以有效地将预应力传递到轨枕的控制计算截面(轨 下截面) ,而且有更大的安全系数(与φ 7.0mm 相比) 。 在与混凝土握裹面积方面,10φ 6.25mm 配筋方案比 8φ 7.0mm 的配筋方案增加了 11.61%。更有利于保证轨枕的结构性能(静载及疲劳强度) ,从而提高轨枕的使用耐久性。 在生产工艺方面,每端需要镦头的个数为 10 个,介于 8φ 7.0mm 方案和 16φ 5.0mm 方案之间,不会增加工序的工作量。 3.3.2 试验研究分析 根据设计图和相关技术条件我们对 10φ 6.25mm 新Ⅱ型枕进行了工厂试制、静载抗裂 和疲劳强度试验研究分析。 3.3.2.1 静载抗裂试验 共有 10 个工厂进行了此种轨枕试制,有 6 个工厂提出了静载试验数据。我们试验所 用的φ 6.25mm 预应力钢丝由天津银龙预应力钢丝有限公司生产。以下对试验数据作出一 些分析。 在房山桥梁厂的试验中, 我们首先把 10φ 6.25mm 新Ⅱ型枕和 YⅡ-T 型枕进行了对比 试验(如表 3.3.2-1 所示) ,从表可以看出,在首次进行新Ⅱ型枕试制时,由于预应力中心 较高(为 93mm) ,中间截面的静载抗裂值很高,致使 2 个轨下截面静载值不合格,在随后 的所有试验中,把预应力中心高度调整为 88.5mm(设计图的最终值) ,轨下截面和中间截 面静载强度全部合格。 试验结果表明:在试制条件基本相同(相同的工厂、相近的生产日期、相同的原材料、 相同的配合比、相同的工艺制度和相同的试验机) 、轨下截面静载强度基本相等的前提下, 中间截面的静载强度比 TC-Ⅱ型枕高 20.1%(调整丝位前)~23.1%(调整丝位后) 。 在 2003 年 1 月 5 日~2003 年 1 月 22 日在房山桥梁厂进行了多次 10φ 6.25mm 新Ⅱ型 枕静载试验,结果如表 3.3.2-2 所示。在 2003 年 1 月 5 日的试验中,由于多个丝位偏差超 出了规定的偏差限(+4,-2) ,对中间截面静载强度不利,造成了 3 个中间截面静载强
14

度不合格而相应轨枕的轨下截面静载强度又特别高的的现象,这说明了在生产实践中规范 工序、要严格控制丝位偏差的重要性。表 3.3.2-2 中的其余 3 次试验表明,静载强度全部合 格,而且有较高的开裂值。 除房山桥梁厂外,我们还进行了另外 5 个厂家的试制试验,结果如表 3.3.2-3 所示。 试验结果表明:在所有各厂 10φ 6.25mm 新Ⅱ型枕丝位合格的轨枕中,除丝位偏差有 超限的一批轨枕外,其余静载强度全部合格。 各厂之间大范围的统计结果如下:轨下截面的静载开裂强度平均值 X 轨下=230.31kN, 均方差为σ
轨下

=20.42 kN,有效数据 N=70 个,保证率为 95%的静载开裂值为 196.7kN;
枕中

中间截面的静载开裂强度平均值 X

=155.31kN,均方差为σ

枕中

=16.0 kN,有效数据 N

=35 个,保证率为 95%的静载开裂值为 128.99kN。可见,轨下截面试验值的离散性要高 于枕中截面。 对成都桥梁厂作出的小范围统计结果如下:轨下截面的静载开裂强度平均值 X 226.09kN,均方差为σ
轨下 轨下



=15.56 kN,有效数据 N=18 个,保证率为 95%的静载开裂值为
枕中

200.5kN;中间截面的静载开裂强度平均值 X 枕中=145.31kN,均方差为σ 效数据 N=9 个,保证率为 95%的静载开裂值为 129.05kN。

=9.88 kN,有

以上的统计结果表明:虽然大范围统计的平均值较小范围统计的平均值高,但由于各厂之 间的生产条件和试验条件人员存在着一定的差异,产生的均方差大于小范围的统计结果, 因此在相同的保证率时,某一个工厂的静载开裂值可能会高一些。

表 3.3.2-1 房山桥梁厂 10Φ 6.25mm 新Ⅱ型枕静载强度对比试验 轨下截面(右) 备注

预应力中心高度为 首次试制, 93mm。 轨下和中间平均值 之和 364.4kN。

从此开始,预应力中心高度 改为 88.5mm。 轨下和中间平均值之和 371.3kN。

轨下和中间平均值之和 315.6kN。

198.0

195.6

201.1

162.7

188.0

166.6

161.0

209.6

182.2

195.0

225.1

190.3

189.4

198.0

轨下和中间平均值之和 340.5kN。 207.5 180 170

本次为调整丝位前

调整丝位后

静停 时间 S

180

180

180

180

180

180

180

180

180

180

180

180

180

180

静停 荷载 kN

170

170

170

170

170

170

170

170

170

170

170

170

170

170

15

170

180

200.5

开裂 荷载 kN

表 3.3.2-2 房山桥梁厂 10Φ 6.25mm 新Ⅱ型 枕静载试验 轨下截面(右) 备注 试验日期 (型号) 静停 荷载 kN 1 2001,12 (X-II) 2 3 4 2001,12 (TC-II) 5 6 7 8 2002,1 (X-II) 合格后未压开裂。 9 10 11 12 13 2002,1 (TC-II) 14 15 16 170 170 170 170 170 170 170 170 170 170 170 170 170 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180 170 180 170 180 166.4 198.1 162.9 170.0 170.0 169.6 197.1 195.3 192.8 219.0 189.5 184.2 206.8 190.2 190.3 170 180 166 125 125 125 110 110 110 110 125 125 125 110 110 110 110 110 110 静停 时间 S 开裂 荷载 kN 静停 荷载 kN 静停 时间 S 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180 编号 轨下截面(左) 枕中截面

静停 荷载 kN

静停 时间 S

开裂 荷载 kN

开裂 荷载 kN 165.0 175.6 187.9 147.9 143.4 148.4 147.2 193.7 182.8 178.5 148.8 141.7 152.8 167.0 143.3 148.1

170

180

278.0

170

180

297.5

拉线量丝位:+6.5mm

170

180

295.8

拉线量丝位:+5.5mm

170

180

270.0

170

180

269.0

拉线量丝位:+7.0mm

16

170

180

287.1

拉线量丝位:+6.0mm

170

180

252.0

170

180

260.0

170

180

合格

170

180

合格

170

180

合格

170

180

259.5

170

180

252.6

170

180

238.3

表 3.3.2-3 各厂 10Φ 6.25mm 新Ⅱ型枕 静载试验结果汇总 备注 静停 荷载 kN 1 2 3 2003,1,5 5 6 7 2003,1, 16 8 9 10 2003,1,17 11 12 13 2003,1,22 14 15 170 170 170 170 170 170 170 170 170 170 170 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180 170 180 170 180 283.0 285.5 269.8 280.5 267.3 240.8 240.5 合格 合格 合格 261.1 222.8 259.8 170 180 283.6 125 125 125 125 125 125 125 125 125 125 125 125 125 125 静停 时间 S 开裂 荷载 kN 静停 荷载 kN 静停 时间 S 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180 试验日期 编号 轨下截面(左) 枕中截面 开裂 荷载 kN 136.4 133.5 124.9 154.0 116.0 125.0 180.7 170.5 合格 合格 合格 147.1 168.2 158.5

轨下截面(右)

静停 荷载 kN 170

静停 时间 S 180

开裂 荷载 kN 226.8

170

180

226.8

170

180

224.8

170

180

215.8

丰怀轨枕有限公司

17

170

180

234.0

170

180

230.1

170

180

合格

170

180

合格

贵溪桥梁厂 合格后未压裂

170

180

合格

170

180

244.6

无锡恒畅铁路轨枕有 限公司

170

180

259.6

170

180

257.6

铁道部质量检验中心 试验结果。

续表 3.3.2-3 枕静载试验结果汇总 备注 试验日期 编号 轨下截面(左) 枕中截面

各厂 10Φ 6.25mm 新Ⅱ型

轨下截面(右)

静停 荷载 kN 1 2002,3,28 3 4 2002,3,30 6 7 2003,1,15 8 9 10 成都桥梁工厂 2003,1,16~ 17 11 12 5 170 170 170 170 170 170 170 170 170 170 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180 2 170 180

静停 时间 S

开裂 荷载 kN

170

180

253.8

无锡恒畅铁路轨枕有限公司

静停 荷载 kN 170 240.5 223.8 235.0 219.8 226.8 合格 合格 合格 259.3 258.9 250.3 125 125 125 125 125 125 125 125 125 125 125

静停 时间 S 180

开裂 荷载 kN 225.6

静停 荷载 kN 125

静停 时间 S 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180

开裂 荷载 kN 139.6 160.5 149.5 131.9 138.6 131.1 合格 合格 合格 157.7 146.9 173.7

170

180

257.8

170

180

249.5

铁道部质量检验中心试验结 果。

170

180

207.0

18

170

180

205.0

170

180

224.8

平顶山混凝土轨枕厂

170

180

219.8

170

180

210.7

170

180

238.5

170

180

229.8

170

180

206.2

170

180

210.1

续表 3.3.2-3 载试验结果汇总 枕中 轨下截面(右) 备注 试验日期 静停 荷载 kN 13 2003,1,16~ 17 15 16 17 18 2003,2,18~ 2,20 19 20 21 22 2003,3,10~ 3,15 23 24 170 170 170 170 170 170 170 170 170 170 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180 成都桥梁工厂 14 170 180 170 180 254.3 254.8 256.6 213.0 201.6 239.0 221.0 206.0 219.3 233.1 210.2 208.5 125 125 125 125 125 125 125 125 125 125 125 125 静停 时间 S 开裂 荷载 kN 静停 荷载 kN 编号 轨下截面(左) 静停 时间 S 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180 枕中截面

各厂 10Φ 6.25mm 新Ⅱ型枕静

截面

开裂 荷载 kN

静停 荷载 kN

静停 时间 S

开裂 荷载 kN

开裂 荷载 kN 150.2 168.8 160.7 138.2 156.0 149.5 163.2 153.9 178.0 136.3 139.0 146.2

150.4

170

180

246.3

138.1

170

180

234.5

164.2

170

180

217.3

158.8

170

180

254.6

19

134.6

170

180

199.0

140.2

170

180

215.5

170

180

170

180

170

180

170

180

170

180

170

180

静停 时间 S

180

180

180

180

180

180

180

180

180

180

180 125 180 170

静停 荷载 kN

125

125

125

125

125

125

125

125

125

125

243.6

232.8

237.1

236.6

223.0

轨下截面(左)

静停 时间 S

180

180

180

180

180

180

231.5

开裂 荷载 kN

180

180

180

180

静停 荷载 kN

170

170

170

170

170

170

170

170

170

170

编号

25

26

27

28

29

表 3.3.2-4 为 2001 年各厂试制 8φ 7.0mm 新Ⅱ型枕的静载试验结果(见《新Ⅱ型预应 力混凝土枕研制报告》2001 年鉴定报告) ,其各厂开裂荷载平均值的均值为:轨下截面 200.7kN;枕中截面 160.78kN。因此与之相比,本次试制的 10φ 6.25mm 新Ⅱ型枕静载抗 裂强度枕中截面下降 3.5%、轨下截面提高 14.75%,两者之和约提高 11%。必须注意的是, 这是几批试验的结果。 表 3.3.2-4 厂名 2001 年各厂试制 8φ 7.0mm 新Ⅱ型枕的静载试验结果汇总 项 目 轨下截面 223.8 194.0 209.4 0.045 293.5 141.9 204.7 0.172 228.0
20

2003,3,10~ 3,15

试验日期

30

枕中截面 183.8 158.8 171.0 0.047 223.4 155.3 186.5 0.128 175.0

未达检验值 的截面数

开裂截载最大值(kN) 丰 台 厂 开裂截载最小值(kN) 开裂截载平均值(kN) 变异系数γ 开裂截载最大值(kN) 房 山 厂 株 开裂截载最小值(kN) 开裂截载平均值(kN) 变异系数γ 开裂截载最大值(kN)

轨下截面: 2个

轨下截面:

170

180

125

180

洲 厂

开裂截载最小值(kN) 开裂截载平均值(kN) 变异系数γ 开裂截载最大值(kN)

130.0 191.8 0.071 230.0 160.0 196.9 0.116

125.0 140.7 0.088 165 125 145.4 0.081
*

5个

贵 溪 厂

开裂截载最小值(kN) 开裂截载平均值(kN) 变异系数γ

轨下截面: 7个

注:*7 个轨下截面均为第一批,从第二批抽取的 6 根枕全部截面都通过了 检验值。 3.3.2.2 疲劳强度试验 10φ 6.25mm 新Ⅱ型枕的疲劳试验是在 2 个工厂试制的轨枕中各随机抽取 6 根轨枕进 行,试验结果如表 3.3.2-5 所示。从表 3.3.2-5 中可以看出,经过 200×104 次的疲劳加载后, 所有轨枕的残余裂纹宽度均为 0;疲劳后的破坏荷载远远高于标准值,表明了轨枕具有较 强的疲劳承载能力,疲劳性能不低于前面所述的 8φ 7.0mm 新Ⅱ型枕。

表 3.3.2-5 试验 工厂 试验 日期

10φ 6.25mm 新Ⅱ型枕疲劳试验结果汇总表 编 号 试验 截面 最大 疲劳 荷载 kN 加载 次数 残余裂 纹宽度 mm 测值 2×104 2×104 2×104 2×10 2×10
4 4

破坏荷载 kN 测值 370 370 370 250 250 250 320 320 320 240 240 标准 230 230 230 190 190 190 230 230 230 190 190

合格 判断

标准 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05

丰怀轨 2002,11, 枕有限 公司 21~ 12,1

1 2 3 4 5 6

轨下 轨下 轨下 枕中 枕中 枕中 轨下 轨下 轨下 枕中 枕中

180 180 180 135 135 135 180 180 180 135 135

0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

合格 合格 合格 合格 合格 合格 合格 合格 合格 合格 合格

2×104 2×104 2×104 2×104 2×104 2×104
21

房山 桥梁厂

2003,3 ~ 2003,4

7 8 9 10 11

12 3.3.3 小结和建议

枕中

135

2×104

0.0

0.05

240

190

合格

①计算结果表明:10φ 6.25mm 和 8φ 7.0mm 的这两种新Ⅱ型枕配筋方案的轨下和枕 中的承载能力之和是相当的。都能满足荷载弯矩要求。 ②10φ 6.25mm 新Ⅱ型枕在开裂疲劳钢丝应力增量方面,比 YⅡ?F 型枕分别下降 1.11%(轨下)和 7.48%(枕中) ,有利于抑制疲劳裂纹的扩展,或者说,要达到相同的疲 劳裂纹宽度,可承受更大的疲劳荷载或增加疲劳荷载作用的次数。 ③10φ 6.25mm 新Ⅱ型枕的结构与 8φ 7.0mm 相比,能分散轨枕端部的预应力,有效 地减少端部出现的裂纹。在与混凝土握裹面积方面,增加了 11.61%。更有利于保证轨枕的 结构性能(静载及疲劳强度) ,从而保证轨枕使用的耐久性。 ④试验得到的静载抗裂平均值为:轨下截面 X
轨下

=230.31kN;中间截面 X

枕中



155.31kN。相对与检验标准(轨下截面 170kN,中间截面 125kN)来说,具有较大的富裕, 整体水平略高于于 8φ 7.0mm 新Ⅱ型枕。 ⑤静载抗裂试验值比 YⅡ-T 型枕高 20.1%~23.1%。 ⑥疲劳强度检验满足要求, 在经过规定次数的疲劳加载后, 根轨枕的残余裂缝为 0, 12 而且具有较高的破坏强度,表明了轨枕具有较强的疲劳承载能力,整体水平略高于于 8φ 7.0mm 新Ⅱ型枕。 ⑦10φ 6.25mm 新Ⅱ型枕通过试验显露出来良好的结构性能,得益于结构设计的合理 性以及高性能的原材料特别是φ 6.25mm 螺旋肋钢丝,也有赖于工厂严格的生产质量管理。 建议加快推广使用此种新Ⅱ型,以达到强化轨道的目的。 4. Ⅲ型混凝土轨枕 Ⅲ型混凝土轨枕的研发分为几个阶段:C-Ⅲ型枕的研发(TK—Ⅲ型枕,长模法生产) , M-Ⅲ型枕(短模法生产)的研发,生产图的制定。 4.1 C-Ⅲ型混凝土轨枕的研究设计 4.1.1 综述 C-Ⅲ型混凝土枕(下称 TK—Ⅲ枕)是按照“世界银行第五批工务系统贷款 PCDW 项 目”17km 线路试验段的运营条件而研制的重型轨枕。 TK—Ⅲ枕的主要截面尺寸及设计指标如表 4.1.1 所列, 表中同时列出Ⅱ型枕的相应值, 可供对比。 表 4.1.1 序号 项目 单位 TK-Ⅲ型枕
22

Ⅱ型枕

1 2

轨枕长度 截面名称 截面高度

mm 轨下 mm mm mm kg cm2 cm2 230 170 300

2600 中间 185 206 280 320 7720 590 10φ 7.0 轨下 201 165.5 275

2500 中间 165 161 250 251 6588 490 4φ 10/44φ 3 327 6.17/6.11 -17.30 -23.50 -170 13.3 19.3 170 -10.5 -14.6 -110

3

截面上部宽 截面下部宽 轨枕重量 枕底面积 枕端侧面积 配 筋 总张拉力 用钢量 设计承载弯 矩 静载抗裂弯 矩 检验荷载

4 5 6

7

kN Kg kN·m kN·m kN 19.05 27.90 210

422 7.85

8 9 10

4.1.2 小结 (1)TK—Ⅲ型枕较Ⅱ型枕其轨下和中间截面的承截力分别提高了 43%和 65%,可大大 提高轨道的整体强度。同时采用加宽枕底宽度使与道床的支承面积增加了 17%,端部侧面 积增加 20%,对于提高道床的纵横向阻力和轨道稳定性将是十分有效的。 (2) TK—Ⅲ型实际的枕底面积为 7720cm2。若以等支承面积计,1600 根 TK—Ⅲ型枕 的底面积约与 1840 根Ⅱ型枕相当。由此可以得出,加长和加宽的 TK—Ⅲ型枕可以减少每 公里的轨枕配置根数。究竟配置多少根轨枕为合理,这是个涉及轨道标准的问题,它不仅 取决于轨枕结构,还与配套的钢轨、扣件及道床等性能有关,需要综合研究确定。 (3) 采用现有的流水机组先张工艺小批量生产 TK—Ⅲ型枕的成功,特别是预埋铁件 无挡肩 b 型枕的主要几何尺寸能满足设计要求的事实表明,尽管既有的轨枕生产工艺技术 不算先进,工艺控制和管理还不完美,但毕竟是一种可行的工艺。与采用其他全新工艺相 比,具有节省投资、降低成本和缩短投产周期等明显的优点。这点很重要,使目前生产Ⅱ 型枕的生产线可以在短时间内转而生产 TK—Ⅲ型枕成为可能。 (4) 第一批 TK—Ⅲ型枕将在 17km 的试验段铺设,试验段在北京、郑州铁路局管内主 干线上。通过运营考验,进一步确认设计所预期的及室内试验已初步验证的各项技术和经 济指标。
23

(5) 该型轨枕于 1995 年通过铁道部鉴定,被定义为 C-Ⅲ型枕(即长线张拉Ⅲ型预应 力混凝土枕) ,建议推广使用。 4.2 M-Ⅲ型混凝土枕(短模法生产工艺)的设计研究 根据铁道部科技发展计划项目合同“预应力混凝土枕系列及新型轨枕研究试制”的 要求,在部科技司、工务局、建设司、物资总公司的指导和关心下,通过铁专院、铁科院、 北京铁路局、丰台桥梁厂、株洲桥梁厂等单位的共同努力,经过反复试制试验,于 1994 年 10 月上旬全部供试铺的Ⅲ型预应力混凝土枕(以下简称Ⅲ型枕)在北京铁路局保定工务段 管内京广下行线 K172+600~900 铺设上道。 试铺的Ⅲ型枕共计 382 根,其中由丰台桥梁厂生产的无挡肩枕 313 根,由株洲桥梁 厂生产的有挡肩枕 69 根,主要是使用短模法进行生产。 4.2.1 Ⅲ型枕的适用范围(见表 4.2.1) Ⅲ型枕的适用范围见表 4.2.1 表 4.2.1 年通过总重 机车车辆最大 最高速度 轨道类型 密度 轴重 (km/h) (kN) (Mt·km/km) 重型、 特重 货车 90 客车 250 30~60、>60 160 型 4.2.2 Ⅲ型枕总的设计过程 根据铁道部各阶段的指示精神,课题组对Ⅲ型枕设计的修改过程见表 4.2.2。 钢轨类 型 (kg/m) 60、75 最小曲线 半径 (m) 350

表 4.2.2 图 号 轨枕长度(m) 2.6 2.6 2.5 轨枕型式 无挡肩 有挡肩 无挡肩 枕端 300mm 无挡肩(枕底 宽: ) 枕中 240mm
24

配筋情况 24 根φ 5mm 24 根φ 5mm 24 根φ 5mm 8 根φ 7.5mm

专线 3293 专线 3294 专线 3297 专线 3306(修改前)

2.6

专线 3312(修改前)

2.6

专线 3315(修改前)

2.5

专线 3306

2.6

专线 3312

2.6

专线 3315

2.5

枕端 300mm 有挡肩(枕底 宽: ) 枕 中 240mm 枕端 300mm 无挡肩(枕底 宽: ) 枕中 240mm 枕端 320mm 无挡肩(枕底 宽: ) 枕中 280mm 枕端 320mm 有挡肩(枕底 宽: ) 枕中 280mm 枕端 320mm 无挡肩(枕底 宽: ) 枕中 280mm

8 根φ 7.5mm

8 根φ 7.5mm

8 根φ 7.8mm

8 根φ 7.8mm

8 根φ 7.8mm

4.2.3 Ⅲ型枕主要型式尺寸及结构承载能力 主要型式尺寸见表 4.2.3-1,不同类别混凝土枕疲劳承载能力与外荷载弯短的比值(安 全储备系数)情况见表 4.2.3-2。 表 4.2.3-1 轨枕类别 配筋 总张拉 钢筋 混凝土 断面尺寸(上宽×高× 疲劳承载能力 力 重量 重量 底宽)(mm) kN·m) (kN) (kg) (kg)

专 线 3306( 无 挡 肩,枕长 2.6m) 专 线 3312( 有 挡 8 根φ 肩 , 枕 长 7.8 2.6m) 专线 3315(无挡 肩,枕长 2.5m) 大秦线 重载轨枕 56 根 φ3

7.802 390~ 420 170×230 ×311 220×185 ×280 +19.2 -17.6

350 355

7.502 -14.9 188×185 17.43 5 8.018 (15.67) (-13.2 ×250 0)
25

335

386

170×225 ×274

313

B70

4 根φ 9.4

320

160×214 ×275

150×175 ×220

18.4

-12.3

5.67

280

注:括号内的值表示按实际产生的预应力损失计算时。

表 4.2.3-2 轨枕类别 专线 3306,(无挡肩,枕长 2.6m) 专线 3312(有挡肩, 枕长 2.6m) 专线 3315(无挡肩, 枕长 2.5m) 德国 B70 大秦线枕(枕长 2.6m, 新工艺) 大秦线枕(枕长 2.6m, 老工艺)
老工艺 枕中满支承 Ⅱ型枕 枕上压力 150kN 老工艺 枕中 3/4 支承 Ⅱ型枕 枕上压力 107.3kN

疲劳承载能力/外荷载弯矩 轨下断面 1.35 1.68 1.22 1.13 1.04 0.91 1.00 枕中断面 1.32 1.03 1.24 1.26 1.16 0.60 0.98

4.2.4 Ⅲ型枕的主要设计特点 Ⅲ型枕是在总结学习国内外轨枕设计方法的基础上,结合我国当前重载运输及材料、 工艺等方面的情况以改进和提高,并根据现行《混凝土结构设计规范》(CBJ10-89)进行设 计的。其特点是在设计中选用优质原材料,采用符合制造工厂工艺水平的技术参数进行轨 枕外形及结构的优化设计。力求轨枕在设计、材料、制造、检验、使用各环节上的协调, 以及在提高轨枕本身承载能力的同时,使整个轨道的强度及稳定性均得到提高,还可以适 当减少每公里轨枕的铺设根数,减少线路养护维修工作量。 (1)合理选择设计参数,改进轨枕设计计算方法 ①Ⅱ型枕设计计算枕上动压力是在静轮载的基础上考虑速度系数及偏载系数的影响。 计算结果,Ⅲ型枕的枕上动压力值为 150kN,比Ⅱ型枕时提高了 37%。
26

②计算轨枕外荷载弯短时, 枕中断面在Ⅱ型枕计算时的计算图式为轨枕枕中的反力是 轨下反力的 3/4。而Ⅲ型枕计算时枕中反力与轨下相同,即假定为满支承状态。计算结果 Ⅲ型枕枕中断面外荷负弯短直为 13.3kN·m(枕长 2.6m 时)比Ⅱ型枕时 10.37kN·m 提高了 28%。据此,进行轨枕结构设计时必然使Ⅲ型枕的枕中承载能力强于Ⅱ型枕。因此,有利 于克服Ⅱ型枕枕中断面安全储备不足的缺点。 ③Ⅲ型枕设计计算的预应力损失值是根据制造厂因工艺的不同和实际产生的预应力 损失值来决定设计的决张拉力值,当存在不同的预应力损失值时,将采用不同的张拉力。 当然,这个值同时不得超过由允许张拉系数所决定的总张拉力。 ④在Ⅲ型枕设计中,除采用正截面强度、疲劳强度及抗裂强度检算来控制轨枕达到设 计承载能力所需要的最小配筋率外,还通过正截面边缘压应力的检算,要求其小于或等于 12MPa 来控制轨枕的最大张拉力避免因过大的纵向预压应力引起的横向效应而促发轨枕 的纵裂现象。 (2)选用优质材料、改善及提高轨枕产品的性能。 ①预应力钢材,Ⅲ型枕选用φ 7.0mm 的预应力钢丝。由于Ⅲ型枕配筋根数少,相应简 化了工厂生产中编丝、张拉工艺;钢丝韧性提高,则不易断丝;采用低松驰钢丝可以降低 预应力损失。如果所采用的是光面预应力钢筋,就必须采用轨枕端部带锚固板的短模生产 工艺,生产成本会相应提高,这种生产工艺仅在我国株洲桥梁工厂有一条引进的意大利生 产线。 ②砂、石、水泥 在制造技术要求中对砂、石质量控制更加严格。要求石子逐步实

现分级,其含污量在 0.5%以下,并规定粗骨料以碎石为主。细骨料采用中砂,含污量在 1%以下。均比现行标准中规定的粗、细骨科含污量为 1%及 3%降低 50%,可增加砂、石 与水泥之间的粘结强度。同时还提出要控制每立方米混凝土中的碱含量,规定尽可能采用 低碱水泥及低碱减水剂,尤其在采用具有碱活性的骨料时,水泥的碱含量不得超过 0.6%, 以避免发生碱骨料反应。 (3)轨枕承载能力及安全储备的提高 从表 4.2.3-1 中可以看出,Ⅲ型枕的疲劳承载能力轨下断面为 19.2kN·m,枕中断面 为-17.6kN·m,分别比Ⅱ型枕提高 43%及 65%。 (4)轨枕型式尺寸设计的优化 ①轨枕的长度 在Ⅲ型枕设计意见书的推荐方案中,轨枕长度为 2.6m,在断面承载

能力相同的情况下,轨枕长度为 2.6m 时,轨枕正、负弯短承载能力与外荷弯短的匹配,
27

比轨枕长度为 2.5m 时,更为合理。同时,在相同枕宽的条件下,轨枕长度为 2.6m 比 2.5m 可以适当降低道床应力及路基面应力,从而提高整个轨道的强度及稳定性。 ②轨枕的宽度 Ⅲ型枕的底面宽度在轨下断面为 311mm, 枕中断面为 280mm, 分别

比Ⅱ型枕的 280mm、250mm 加宽了 11%、12%。轨枕底面加宽可以加大轨枕在道床上的 技承面积。 ③轨枕的挡肩 Ⅲ型枕根据与其匹配扣件的不同分为有挡肩轨枕及无挡肩轨枕, 使用

单位可以根据扣件型式、铺设养护要求及养护机具条件等进行选用。 ④轨枕配置根数的减少 由于Ⅲ型枕底面积及重量的增加,可以保证轨道具有足够的纵、横向阻力,满足道床 及路基面应力在允许条件之内。因此,Ⅲ型枕的试验段中每公里铺设根数为 1760 根,比 Ⅱ型枕 1840 根减少 80 根,但道床及路基面应力还比Ⅱ型枕降低。同时,可以降低投资, 方便现场的养护维修。 (5)Ⅲ型轨枕与先进的扣件相配套 在Ⅲ型枕设计中与无挡肩轨枕配套使用的扣件为弹条Ⅲ型扣件(预埋铁座型式),与有 挡肩轨枕配套使用的扣件为弹条Ⅱ型扣件(硫磺锚固、螺旋道钉型式),扣件的主要性能见 表 4.2.4,从表中可以看出配套扣件的各项技术性能均优于与Ⅱ型枕配套使用的弹条 I 表 4.2.4 扣件性能(与 60kg/m 钢轨配套 弹条 I 弹条Ⅱ 弹条Ⅲ SKL-14 时) 型 型 型 8.2 10 11 初始扣压力(kN) 10~11 轨距调整量(mm) 调高量(mm) 弹条直径(mm) 弹程(mm) 抗横向疲劳荷载(kN) 纵向防爬阻力(kN) 节点静刚度(kN/mm) 单个扣件扣压力损失 (kN/mm) +12,-8 10 13 8 66 约8 >100 约 1.2 +12,-8 10 13 10 76 >15 60~80 1.0 +8,-8 0 20 13 76 >15 60~80 1.0 需备件调 整 0 13 13.5 / >15 / 0.82

型扣件,在保证轨距、防止钢轨爬行等方面均将体现出极大的优越性。 (6)通过试制、试验及试铺、轨枕设计中的主要技术性能指标均得到了验证(见鉴定 的相关报告) 。
28

5

5.1 4.3

表 Ⅰ型枕系列 S-Ⅰ型(S79)

改Ⅰ型

2500

2500

应力混凝土枕) 。

轨下 175 156 250

枕中

轨下

枕中

201

175

201

Ⅲ型枕生产图的制定

166

156

166

280

250

280

254

254

5.1 Ⅰ型枕主要性能及使用条件一览表

36φ 3.0

6φ 7.0

267

255

各型混凝土枕主要性能及使用条件一览表

4.962

4.503

修改,把钢筋换成了 10φ 7.0mm 钢丝,形成了现在正式生产图号的Ⅲ型枕。

在前面两种型号的Ⅲ型枕经过铁道部的鉴定后不久,铁专院对 MⅢ型枕进行了较大的

(7) 该型轨枕于 1995 年通过铁道部鉴定,被定义为 M-Ⅲ型枕(即带锚固板的Ⅲ型预

29

11.5

-8.43

11.2

-8.14

17.0

-12.1

16.1

-11.8

铁专院:专线 3276

铁专院:专线 9605

43、53kg 钢轨,蒸 承载能力和适 汽、内 用条件与 燃机车,轴重 210、 S-Ⅰ型相当。 230kN,1760 根/km, 最 高 行 车 速 度 85km/h, 可 使 用 扣 板式扣件、弹片式 扣件和弹条扣件。 铁路线路设计规范 已规定新线正线轨 道不能使用。

轨枕大类型 项 轨枕长度 2500 枕中 155 166 250 272 166 166 250 约 210 4φ 8.5 250 4.686 11.1 15.7 200 155 轨下 枕中 轨下 201 166 280 254 4φ 8.2 222 4.120 -8.03 -11.3 铁专院:专线 承载能力和适 用条件与 S-Ⅰ型相当。 承载能力和适用 条件与 S-Ⅰ型相当。 承载能力和适 用条件与 S-Ⅰ型相当。 2500 截 高 mm mm mm kg 约 210 272 166 顶面宽度 底面宽度 3 4 总张拉力 kN kg kN.m kN.m 4.686 用钢量 5 6 7 8 适用条件 设计单位及图 号 静载裂弯矩 设计承载弯矩 配 筋 轨枕重量 度 面 号 单位 mm 2500 枕中 175 156 250 目 轨枕型 弦 69 筋 69 J-Ⅰ型(J79)

5.2

表 5.2 Ⅱ型枕系列 TKG-2(改 XⅡ(新Ⅱ型枕) 序 号 1 2

Ⅱ) 2500

2500

轨下

枕中

轨下

枕中

201

165

205

175

轨 下 200

165.5

161

169

190

275

250

280

250

251

273

Ⅱ型枕主要性能及使用条件一览表

8φ 7.0

8φ 7.0

327

348

34φ 3(4φ 8.5) 250

6.04

6.04

30

13.1

-11.0

14.0

-12.55

19.3

-14.9

20.58

-17.21

铁科院:研线 9840

铁科院:研线 0121

适用条件与 SⅡ型相当。

次重型轨道, 重型、 年通过总质量在 50Mt 以下,钢轨类型为 50、60kg/m,客车 设 计 速 度 为 140km/h , R ≥ 300m。弹条Ⅰ、Ⅱ 型扣件。每公里铺 设根数可在有关规 定 的基 础 上减少 80

5.3

表 5.3 序号 1 2 高 mm mm mm kg 275 251 4φ 10/44φ 3 kN kg kN.m kN.m 327 6.17/6.11 13.3 19.3 -10.5 -14.6 专院、铁科院: 专线 3227 TB1877、 13.1 19.3 165.5 201 顶面宽度 底面宽度 3 4 总张拉力 用钢量 5 6 7 8 适用条件 设计单位及图号 静载裂弯矩 设计承载弯矩 配 筋 轨枕重量 度 165 161 250 截 面 轨下 枕中 轨枕长度 mm 项 目 单 位 型号 轨下 201

Ⅲ型枕系

轨枕大类型

列 MⅢa 型枕(MⅢB 型枕)

2600

轨枕 S-2,J-2(老Ⅱ) YⅡ-F(改 Ⅱ) 2500 2500 枕中 165 161 250 251 8φ 7.0 327 6.04 -11.0 -14.9 铁专院:专线 3385 次重型轨道, 适用条件与 S重型、 年通过总质量在 Ⅱ型相当。 钢轨类 50Mt 以下, 型为 50、60kg/m, 客车设计速度为 120km/h,R≥ 300m。弹条Ⅰ型扣 件。轨枕铺设根 数:1520~1840 根 线路 已停产, /km。 上仍在用。

轨下

枕中

230

185

169

220

300

280

165. 5 275

330

Ⅲ型枕主要性能及使用条件一览表

10φ 7.0

420

7.85

31

18.09

-18.15

27.01

-24.73

铁专院、铁科院:专线 3393

机车车辆最大轴重 250KN; 轨道类型:重型、特重型;年 通过总重量:30MT 以上,最 货车 100、 客车高速。 高速度: 钢轨类型:60、 75kg/m;最小曲线半径 350m; 扣件类型为:Ⅰ、Ⅱ型弹条扣 。铺 设 根 件 ( 或 Ⅲ 型 扣件 ) 数:1680~1720 根/km。

轨枕

kN.m

轨枕大类型

单 位

kN.m

型号 mm

mm

mm

mm

kN

kg

kg

设计单位及图号 7

设计承载弯矩

静载裂弯矩

轨枕长度

顶面宽度

底面宽度

轨枕重量

总张拉力

序号

1

2

3

4

5

6

关于我国Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型混凝土轨枕使用的分析 目录 1. 前言………………………………………………………………….….1

2.Ⅰ型混凝土轨枕…………………………………………………………..1 3. 3.1 Ⅱ 型 枕 ……………………………………………………………..3 Ⅱ 型 枕 选 型 的 技 术 研 究 分 析………………………………………3

3.1.1 引言………………………………………………………………………..3 3.1.2 Ⅱ型枕存在的主要问题……………………………………………………3 3.1.3 现行各种Ⅱ型枕轨枕结构及工艺特点……………………………………4 3.1.3.1 J-2 型枕……………………………………………………………………………….4
32

8

适用条件









用钢量









机车车辆最大轴重 250KN;轨 道类型:重型、特重型;年通 最高速 过总重量: 30MT 以上, 度:货车 100、客车高速。钢轨 类型:60、75kg/m, 最小曲线半径 350m;扣件类型 为:Ⅰ、Ⅱ型弹条扣件(或Ⅲ 。 型扣件) 铺设根数:1680~1720 根/km。

CⅢa 型枕(CⅢb 型枕)

19.05

轨下

27.90

230

170

300

铁科院:研线 9202

-17.30 10φ 7.0 7.85 320 422

2600

-23.50

枕中

185

206

280

3.1.3.2 YⅡ-F 型枕…………………………………………………………………………….4 3.1.3.3 TKG-2 型枕……………………………………………………………………………5 3.1.3.4 新Ⅱ型枕……………………………………………………………………………….5 3.1.4 现行各种Ⅱ型枕轨的设计性能对比分析…………………………………8 3.1.5 新Ⅱ型枕的静载抗裂、疲劳和极限强度的检验值的确定………………12 3.1.5.1 静载抗裂强度检验值…………………………………………………………………12 3.1.5.2 疲劳强度检验的最大荷载值…………………………………………………………12 3.1.5.3 极限(破坏)强度及检验值…………………………………………………………12 3.1.6 新Ⅱ型枕的静载抗裂和疲劳强度试验等……………………………………………13

3.1.6.1 静载抗裂强度试验 …………………………………………………………………13 3.1.6.2 疲劳强度试验…………………………………………………………………………17 3.1.6.3 新Ⅱ型枕的其它试验……………………………………………………………….17 3.1.7 小结和建议……………………………………………………………………………18 3.2 新Ⅱ型枕对于快速路 160km/h 以下速度的适应性分析…………….19 3.2.1 前言 ……………………………………………………………………………………19 3 . 2 . 2 荷 载 弯 矩 和 结 构 承 载 能 力 的 理 论 计 算 分

析 … … … … … … … … … … … … … … … … … . . 1 9 3.2.3 新Ⅱ型枕轨道结构稳定性分析………………………………………………………21

3.2.4 现场实测荷载弯矩的对比分析………………………………………………………….21 3.2.5 小结和建议……………………………………………………………………………….22 3.3 10φ 6.25mm 新Ⅱ型枕的试验研究………………………………….22

3.3.1 结构特点分析…………………………………………………………………………..22 3.3.2 试验研究分析……………………………………………………………………………23 3.3.2.1 静载抗裂试验………………………………………………………………………..23 3.3.2.2 疲劳强度试验…………………………………………………………………………30 3.3.3 小结和建议………………………………………………………………………………31 4. Ⅲ型混凝土轨枕…………………………………………………………32 4.1 C-Ⅲ型混凝土轨枕的研究设计………………………………………..32 4 . 1 .
33

1



述……………………………………………………………………………………… ..32 4.1.2 设计荷载弯矩的计算……………………………………………………………………33 4.1.3 TK—Ⅲ型枕外形尺寸的选定…………………………………..………………………35 4.1.4 截 面 承 载 力 计

算…………………………………………………………………………35 4.1.5 小结……………………………………………………………………………………….36 4.2 4 . M-Ⅲ型混凝土枕(短模法生产工艺)的设计研究………………….37 2 . 1 Ⅲ 型 枕 的 适 用 范

围………………………………………………………………………37 4 . 2 . 2 Ⅲ 型 枕 总 的 设 计 过

程…………………………………………………………………… 37 4.2.3 4.2.4 4.3 Ⅲ型枕主要型式尺寸及结构承载能力…………………………………38 Ⅲ型枕的主要设计特点…………………………………………………..39 Ⅲ型枕生产图的制定…………………………………………………42

5 各型混凝土枕主要性能及使用条件一览表…………………………….42 5.1 Ⅰ型枕主要性能及使用条件一览表…………………………………43 5.2 5.3 Ⅱ型枕主要性能及使用条件一览表………………………………….45 Ⅲ型枕主要性能及使用条件一览表………………………………….46

关于我国Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型混凝土轨枕使用的分析

34

铁道部运输局基础部 2003 年 6 月 18 日

35


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