《鐵道工程》01軌道結(jié)構(gòu)

1、1鐵道工程鐵道工程Railway Engineering石家莊鐵道大學(xué)道路與鐵道工程教研室 2011.9.1主講教師：王天亮電 話 Q：1721823802E-mail：2第一章 軌道結(jié)構(gòu)Track Structure3 反反復(fù)復(fù)4軌道結(jié)構(gòu)n組成n功能-引導(dǎo)、承受、傳遞n性能要求-堅固穩(wěn)定、幾何形位、安全5第一節(jié) 鋼軌n鋼軌的功能及基本要求n鋼軌的長度及接頭n鋼軌傷損6一、鋼一、鋼 軌軌n功能為車輪提供連續(xù)、平順和阻力最小的滾動表面，引導(dǎo)機(jī)車車輛前進(jìn)； 直接承受車輪的巨大壓力，并分布傳遞到軌枕； 在電氣化鐵道或自動閉塞區(qū)段，還兼做軌道電路之用7n鋼軌的基本要求：鋼軌的

2、基本要求： 足夠的強(qiáng)度和耐磨性 較高的抗疲勞強(qiáng)度和沖擊韌性 足夠光滑又有一定粗糙度的頂面 較強(qiáng)的抗不均勻磨耗性能和硬度的均勻性 良好的可焊性 良好的道岔機(jī)加工性能 化學(xué)成分便于進(jìn)行熱處理 高速鐵路鋼軌的高平直度8n鋼軌的型號75、60、50、43kg/mn鋼軌斷面尺寸采用工字型斷面，由軌頭、軌腰、軌底組成。n鋼軌設(shè)計鋼軌頭部設(shè)計鋼軌腰部設(shè)計鋼軌底部設(shè)計鋼軌斷面的四個主要參數(shù) ： 鋼軌的頭部頂面寬度（b） 軌腰厚度（t） 鋼軌高度（H） 軌底寬度（B）9鋼軌斷面尺寸10n鋼軌的材質(zhì)與機(jī)械性能化學(xué)成分物理力學(xué)性能金屬組織熱處理工藝碳、錳、硅、硫、磷強(qiáng)度極限、屈服極限、疲勞極限、伸長率、斷面收縮率、

3、沖擊韌性及硬度等鋼軌重型化、提高鋼軌韌性、純凈化11鋼軌軌縫n預(yù)留軌縫預(yù)留軌縫： 目的：適應(yīng)鋼軌熱脹冷縮鋼軌的長度：12.5m和25m需滿足條件 n當(dāng)軌溫達(dá)到當(dāng)?shù)刈罡哕墱貢r，軌縫應(yīng)大于或等于零，使軌端不受擠壓力，以防脹軌跑道。n當(dāng)軌溫達(dá)到當(dāng)?shù)刈畹蛙墱貢r，軌縫應(yīng)小于或等于構(gòu)造軌縫，以防接頭螺栓拉彎或拉斷。 n構(gòu)造軌縫指受鋼軌、接頭夾板及螺栓尺寸限制，在構(gòu)造上能實現(xiàn)的軌端最大縫隙值。12n鋼軌接頭定義-軌道上鋼軌與鋼軌之間用夾板和螺栓連接懸空式、承墊式；相對式、相錯式；普通接頭、異形接頭、絕緣接頭等。見p23圖1-3。13鋼軌的傷損n鋼軌傷損概念鋼軌傷損概念 指鋼軌在使用過程中，發(fā)生折斷、裂紋及其

4、它影響和限制鋼軌使用性能的傷損n鋼軌傷損分類鋼軌傷損分類 依據(jù) n傷損在鋼軌斷面上的位置、傷損外貌及傷損原因編號 n九類32種 n用兩位數(shù)表示，十位數(shù)表示傷損的部位和狀態(tài)，個位數(shù)表示造成傷損的原因。14n鋼軌的折斷鋼軌全斷面至少斷成兩部分裂縫貫通軌頭或軌底50mm,H10mm的掉塊。160km/h，鋼軌頂面上有L30mm,H5mm的掉塊。n鋼軌裂紋除了上述情況外，鋼軌部分材料發(fā)生分離，形成裂紋。15n鋼軌磨耗側(cè)面磨耗波形磨耗n鋼軌接觸疲勞傷損鋼軌踏面外形變化軌頭表面金屬破壞接觸疲勞形成16n軌頭核傷-最危險，突然斷裂內(nèi)因-內(nèi)部材質(zhì)缺陷外因-外部荷載內(nèi)因在外因的作用下，軌頭內(nèi)部裂紋形成核，然后向

5、軌頭四周發(fā)展，猝然斷裂。17n減緩鋼軌傷損的措施減緩鋼軌傷損的措施 ：凈化軌鋼，控制雜物的形態(tài) 采用淬火鋼軌，發(fā)展優(yōu)質(zhì)重軌，改進(jìn)軌鋼力學(xué)性質(zhì) 改革舊軌再用制度，合理使用鋼軌 鋼軌打磨 按軌鋼材質(zhì)分類鋪軌18第二節(jié) 軌枕n軌枕的功用及類型n木枕n混凝土枕n軌枕間距n特種混凝土軌枕19二、軌二、軌 枕枕n軌枕的功能 承受來自鋼軌的各向壓力，并彈性地傳布于道床 有效地保持軌道的幾何形位，特別是軌距和方向。 n對軌枕的要求 具有必要的堅固性、彈性和耐久性，并能便于固定鋼軌 具有抵抗縱向和橫向位移的能力 20軌枕的分類n構(gòu)造及鋪設(shè)方法構(gòu)造及鋪設(shè)方法橫向軌枕縱向軌枕短枕n使用部位普通軌枕岔枕橋枕n材質(zhì)木枕

6、混凝土枕鋼枕21木木 枕枕n優(yōu)點易加工、運輸、鋪設(shè)、養(yǎng)護(hù)維修 彈性好，可緩沖列車的動力沖擊作用 與鋼軌聯(lián)結(jié)較簡單 良好的絕緣性 n缺點 消耗大量優(yōu)質(zhì)木材，價格較高 易腐蝕、磨損，使用壽命短 強(qiáng)度、彈性不均 22混凝土枕n優(yōu)點 縱、橫向阻力較大 自重大、剛度大，軌底撓度較平順，動力坡度小 高彈性墊層保證軌道彈性均勻 使用壽命長，降低養(yǎng)修費用 節(jié)約木材 n缺點 不平順處，軌道附加動力增大，對軌下部件的彈性要求更高23n軌枕的設(shè)計方法中間不支承、中間部分支承、全支承原則：軌枕的受力特點截面形狀：兩側(cè)梯形，中間矩形，上窄下寬軌枕長度：以軌下截面正彎矩與軌中截面負(fù)彎矩保持一定的比例。2.32.7m軌枕高

7、度：軌下高些，軌中矮些。 配筋預(yù)應(yīng)力形成有利的偏心距。24有擋肩2.6m長型混凝土軌枕25PC枕的分類n分類 I型：包括弦15B、弦61A、弦65B、69型、79型、S-1型和J-1型II型：包括S-2型、J-2型、 Y-F型、TKG-型等III型：新研制的與75kg/m鋼軌配套的混凝土枕 n 型、型、型。（強(qiáng)度逐漸加強(qiáng)） n 型、型長度2.5m，型2.6m（有檔肩、無檔肩兩種）2627不同類型混凝土枕28nIII型混凝土枕的特點：型混凝土枕的特點：結(jié)構(gòu)合理，強(qiáng)化了軌道結(jié)構(gòu)（長度、枕下面積17%、端側(cè)面積20%、軌枕質(zhì)量均增加31%）增大了軌下和中間截面的設(shè)計承載力43%和65%，提高了軌枕的

8、強(qiáng)度。采用無螺栓扣件，減少養(yǎng)護(hù)維修工作量29軌枕間距軌枕間距運量行車速度線路設(shè)備條件鋼軌道床每公里的軌枕根數(shù)30n軌枕密一些，道床、路基面、鋼軌以及軌枕本身受力都可小一些。同時，使軌距、方向易于保持，對行車速度高的地段尤為重要。 n太密則不經(jīng)濟(jì)，而且凈距過小，也會影響搗固質(zhì)量（型軌枕枕間距0.6m，客運專線無碴軌道0.6250.650m）。 31混凝土枕的鋪設(shè)數(shù)量及布置混凝土枕的鋪設(shè)數(shù)量及布置 n軌枕級差為每公里80根，正線鋪設(shè)見表1-16n下列地段應(yīng)增加軌枕的鋪設(shè)數(shù)量： 半徑R800m的曲線地段（含兩端緩和曲線）； 坡度大于12的下坡地段； 長度等于或大于300m且鋪設(shè)木枕的隧道內(nèi)。 n軌道

9、加強(qiáng)地段每千米增加的軌枕數(shù)量和最多鋪設(shè)根數(shù)應(yīng)符合表1-8。32軌枕數(shù)量的計算n鋼軌接頭處，軌枕間距比中間小，并向中間間距過渡，以適應(yīng)荷載的變化。n見圖1-8.nabcnnnL33混凝土寬軌枕n荷載位于寬枕軸線位置，避免了偏心n寬度大，縱橫向上都有彎矩34其它軌枕-彈性軌枕35梯式軌枕36框架式軌枕37德國B系列軌枕38法國雙塊式軌枕39第三節(jié) 聯(lián)結(jié)零件n鋼軌接頭聯(lián)結(jié)零件n鋼軌與軌枕聯(lián)結(jié)零件40三、聯(lián)三、聯(lián) 結(jié)結(jié) 零零 件件n定義：連接鋼軌或連接鋼軌和軌枕的部件。n分類：鋼軌接頭聯(lián)結(jié)零件、中間聯(lián)結(jié)零件（扣件）。n作用：保證鋼軌間、鋼軌與軌枕間的可靠連接；保持鋼軌的連續(xù)性和整體性；減震性能 ；阻止

10、鋼軌縱橫向移動，確保幾何形位。41鋼軌接頭聯(lián)結(jié)零件n鋼軌接頭：軌道上鋼軌與鋼軌之間用夾板和螺栓連接。接頭處輪軌動力作用大，養(yǎng)護(hù)維修工作量大，是軌道結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)之一薄弱環(huán)節(jié)之一。n形式： 接頭的聯(lián)結(jié)形式按其相對于軌枕位置，可分為懸空式和承墊式兩種。 按兩股鋼軌接頭相互位置來分，可分為相對式和相錯式兩種。 我國一般采用相對懸空式，即兩股鋼軌接頭左右對齊，同時位于兩接頭軌枕間。42n組成：接頭夾板、螺栓、彈簧墊圈接頭夾板-承受彎矩、傳遞縱向力、阻止鋼軌伸縮。n雙頭夾板-豎直荷載作用下，具有較大的抵抗撓曲和橫向位移的能力。見下圖。螺栓、螺母、彈簧墊圈-夾緊夾板和鋼軌，防止螺栓松動。4344聯(lián)結(jié)零件實

11、物圖454647鋼軌與軌枕聯(lián)結(jié)零件（扣件）n作用保持鋼軌與軌枕可靠聯(lián)結(jié)阻止鋼軌相對于軌枕的移動緩沖減震性能，延緩軌道殘余變形積累n要求足夠的強(qiáng)度、耐久性、彈性構(gòu)造簡單，便于安裝、拆卸零部件精度高、可靠性好 較大的調(diào)高能力和調(diào)距能力 絕緣性能48n 分類： 按扣壓件區(qū)分：剛性和彈性之分； 按承軌槽區(qū)分：有擋肩和無擋肩之分； 按軌枕區(qū)分：有木枕扣件和混凝土枕扣件之分； 按軌枕、墊板及扣壓件的聯(lián)結(jié)方式區(qū)分：不分開式和分開式之分；49木枕扣件 分開式扣件-4個螺紋道釘、T形螺栓。 零件多，用鋼量大，鋼軌更換麻煩。 混合式扣件-道釘、五孔雙肩鐵墊板。 鋼軌受荷后翹起易將道釘拔起，影響扣壓力。50混凝土枕

12、扣件n應(yīng)具備的性能足夠的扣壓力適當(dāng)?shù)膹椥员M可能大的軌距和水平調(diào)整量絕緣性能51混凝土枕扣件混凝土枕扣件 類型n彈條型扣件 （由形彈條、螺旋道釘、軌距擋板、擋板座及彈性橡膠墊板等組成 ,5060） n彈條型扣件 （有螺栓，需靠扭力扳手上緊,60） W型型：材質(zhì)差些，W高出不多（最早德國） 型材質(zhì)好些，兩端高出較多。 n彈條型扣件 （無螺栓無擋肩扣件。由彈條、預(yù)埋鐵座，絕緣軌距塊和橡膠墊板組成）52彈條型彈條型53無砟軌道彈性分開式扣件無砟軌道扣件WJ-2型WJ-7型WJ-8型54國外有砟軌道扣件n日本 102型扣件彈性不分開式 有擋肩 有螺栓扣壓 高低調(diào)整10mm 軌距無級調(diào)整 扣壓力 5kN

13、彈程12mm 靜剛度60kN/mm55國外有砟軌道扣件n英國 PANDROL e系列扣件彈性不分開式 無擋肩 無螺栓扣壓 高低不調(diào)整 軌距有級調(diào)整-8+4mm 扣壓力 11kN 彈程13mm 靜剛度：80100kN/mm56國外有砟軌道扣件n英國 PANDROL FAST CLIP扣件彈性不分開式 無擋肩 無螺栓扣壓57國外有砟軌道扣件n德國 VOSSLOH W14型扣件 彈性不分開式 有擋肩 有螺栓扣壓 高低調(diào)整10mm 軌距有級調(diào)整 -8+4mm 扣壓力 10kN 彈程13mm 靜剛度 5070kN/mm58國外有砟軌道扣件n法國 NABLA扣件彈性不分開式 有擋肩 有螺栓扣壓 高低調(diào)整1

14、0mm 軌距有級調(diào)整-8+4mm 扣壓力 11kN 彈程9mm 靜剛度70kN/mm59國外無砟軌道扣件n日本日本 直結(jié)直結(jié)4型型 彈性不分開式彈性不分開式 有擋肩有擋肩 無鐵墊板無鐵墊板 有螺栓扣壓有螺栓扣壓60n德國 VOSSLOH 336型 彈性分開式 無擋肩 帶鐵墊板 有螺栓扣壓 扣壓力 12kN61 英國 PANDROL FAST 彈性分開式 無擋肩 帶鐵墊板 無螺栓扣壓 高低不調(diào)整62實際中的一些扣件圖片636465第四節(jié) 有砟道床n道床的功能及對材質(zhì)的要求n道床斷面n道床的變形66四、有四、有 砟砟 道道 床床67有砟道床的功能n承受來自軌枕的壓力并均勻地傳遞到路基面上，使之不超

15、過路基面的容許應(yīng)力； n提供軌道的縱橫向阻力，保持軌道的穩(wěn)定； n提供軌道彈性，減緩和吸收輪軌的沖擊和振動； n提供良好的排水性能，以提高路基的承載能力及減少基床病害； n便于軌道養(yǎng)護(hù)維修作業(yè)，校正線路的平縱斷面。68n道砟應(yīng)具備的性能質(zhì)地堅韌，有彈性，不易壓碎和搗碎排水性能好，吸水性差不易風(fēng)化，不易被風(fēng)吹動或被水沖走n道砟的分級指標(biāo)抗磨耗、抗沖擊性能抗壓碎性能滲水性能抗大氣腐蝕性能穩(wěn)定性能軟弱顆粒含量69n材質(zhì)：碎石、天然級配卵石、篩選卵石、粗砂、中砂及熔爐礦砟等 ； n分級：一級、二級，京滬特級； n級配 粒徑：2570mm(一般)，粒徑越小，強(qiáng)度、排水差； 接觸面積大，吸收動能能力強(qiáng) 高

16、速鐵路：2550mm。見圖見圖1-19和和1-20. n形狀：正方形最好，長方形次之，片狀最差。70有砟道床斷面71道床幾何尺寸n 道床厚度：直線或曲線內(nèi)軌中軸線下軌枕底面至路基面 3050cm，曲線上應(yīng)量測里股（外側(cè)有堆高）。 秦沈線一般30cm，路基面有級配碎石。 膠新線有的鋪有底碴（沙石）部分地段道碴厚度不足。 非滲水土路基的道床厚度不小于30cm。 巖石、滲水土路基的道碴厚度不小于35cm。 n頂面寬度：與軌枕長度和道床肩寬道床肩寬有關(guān) 一般2530cm 無縫線路45cm（堆高15cm，增大阻力，穩(wěn)定。） n邊坡坡度：1:1.5或1:1.7572有砟道床的變形73第五節(jié) 無砟軌道n整體

17、道床n板式軌道n軌枕埋入式軌道n軌枕支承式軌道74n 概念 是一種在堅實基底上直接澆筑混凝土以取代傳統(tǒng)道碴層的軌下基礎(chǔ)。 n 應(yīng)用于 鐵路隧道 地下鐵道無砟橋梁上 城市軌道交通有特殊需要、基礎(chǔ)又經(jīng)過適當(dāng)處理的土質(zhì)路基上n 常見類型 板式軌道、雙塊式軌道、長枕埋入式軌道、彈性支承軌道等結(jié)構(gòu)型式。75n優(yōu)點： 整體性強(qiáng)，軌道幾何形位易于保持，穩(wěn)定性好； 軌道變形很小，發(fā)展較慢，有利于鋪設(shè)無縫線路及高速行車； 減少養(yǎng)護(hù)維修工作量，改善勞動工作條件 減少隧道的開挖面積，增加隧道或橋梁凈空（減輕重量） 外觀整潔美觀，堅固耐久。 n缺點： 整體道床工程投資費用高 要求較高的施工精度和特殊的施工方法 對扣件

18、和墊層也有特殊要求 在運營過程中，一旦出現(xiàn)病害，整治非常困難 振動噪聲大。76無砟軌道分類無砟軌道分類77A型軌道板7879防震G型80n優(yōu)點采用后張法，避免了先張法的預(yù)應(yīng)力自由錨固區(qū)，減小了板的寬度，降低了軌道結(jié)構(gòu)自重。 單元式軌道板，便于維護(hù)。 充填式墊板解決了軌道高低調(diào)整及軌道板翹曲引起的變形。 生產(chǎn)、鋪設(shè)方法簡單、可靠。n缺點： 軌道板變形后只能靠充填墊板調(diào)整。 凸形擋臺處砂漿容易破壞。 軌道板易產(chǎn)生翹曲變形。 相對于德國雷達(dá)軌道，其造價較高。81CA砂漿nCA砂漿具有足夠的支承荷載的強(qiáng)度，也具有一定的彈性，且成本不太高。水泥砂漿雖然有一定的強(qiáng)度和耐久性，但彈性差，而乳化瀝青雖富于彈性

19、，但強(qiáng)度和耐久性差，將兩者結(jié)合起來成為CA砂漿，通過調(diào)整配合比例，可得到所需要的強(qiáng)度和彈性。CA砂槳由水泥、瀝青乳劑、細(xì)砂、膨脹劑和速凝劑等組成。 82鋪設(shè)好的板式軌道83全突起 半突起（排水）84博格板式軌道 優(yōu)點優(yōu)點 Bgl板式軌道吸收了日本板式軌道使用的預(yù)制軌道板，制作和施工方便快捷的優(yōu)點； 同時吸收了軌枕埋入式軌道結(jié)構(gòu)整體性好的優(yōu)點，改善了單塊軌道板板端翹曲的問題。 與日本板式軌道不同，Bgl板式軌道中的瀝青-水泥-砂漿調(diào)整層為半剛性材料。日本板式軌道中的CA砂漿可視為彈性材料。 缺點 曲線上每塊板的承軌槽打磨加工不同，在實際施工線位上是唯一的定位板，施工不靈活，通用性差。 軌道維修時

20、需切割進(jìn)行。 造價相對較高。85博格軌道結(jié)構(gòu)博格軌道結(jié)構(gòu)8687長枕埋入式88長枕埋入式軌道施工長枕埋入式軌道施工89Rheda軌道的優(yōu)化過程軌道的優(yōu)化過程90n優(yōu)點施工工藝，利于掌握； 預(yù)制件的生產(chǎn)經(jīng)驗及生產(chǎn)設(shè)備利于掌握 由于采用單根枕，平整度利于保證，避免了板式軌道需模型精細(xì)加工或車床加工等工序； 預(yù)制件較小，運輸?shù)跹b方便； 軌道基本為混凝土構(gòu)筑，耐久性保證概率高。n缺點新老混凝土結(jié)合面易產(chǎn)生裂紋，裂紋控制較困難； 軌道結(jié)構(gòu)寬度較板式軌道寬，自重大； 現(xiàn)場混凝土施工量大； 軌道結(jié)構(gòu)一旦發(fā)生變形，維修困難，可維修性低；91鋪設(shè)中的鋪設(shè)中的Rheda200092鋪設(shè)中的鋪設(shè)中的Rheda200

21、093Zblin（旭普林）型無砟軌道n德國無砟軌道之二：Zblin（旭普林）型無砟軌道于1974年開發(fā)。與Rheda2000型無砟軌道結(jié)構(gòu)形式基本相同，主要差異是在施工方式上。nZblin的施工方式是在現(xiàn)場混凝土道床板澆筑以后，通過振動方式將軌枕“振入”到新鮮的混凝土中，使軌枕和道床板成為一個整體結(jié)構(gòu)。此時的混凝土必須具有一定的密度，以確保只能將軌枕“振入振入”其中，而不允許軌枕靠重力“沉入”其中。n研發(fā)初衷：尋求一種高度機(jī)械化的施工方法，以解決Rheda型軌枕埋入式無砟軌道傳統(tǒng)手工施工帶來的進(jìn)度慢、成本高的問題。 94n優(yōu)點結(jié)構(gòu)整體性強(qiáng)； 軌枕采用振動方式壓入混凝土中，避免了灌注過程中的振搗不密實，加強(qiáng)了新老混凝土的結(jié)合面的連接； 采用特殊的鋼構(gòu)架組裝成段軌排，避