轨道工程-第三章-有砟轨道

第三章有砟轨道第一节有砟轨道的结构形式和组成第一节有砟轨道的结构形式和组成组成部件：钢轨轨枕联结零件道砟道岔（防爬器、轨距拉杆等附属轨道部件）第一节有砟轨道的结构形式和组成第一节有砟轨道的结构形式和组成轨道的作用：（1）引导机车车辆运行；（2）直接承受由车轮传来的荷载，并把它分布传递给路基或桥隧构筑物。对轨道结构本身的要求：（1）足够的强度、刚度、稳定性和规定的几何形位；（2）保证列车按规定的速度安全运行，同时满足少维修的原则要求第二节扣件第二节扣件作用：将钢轨固定在轨枕上保持轨距阻止钢轨相对于轨枕的纵横向移动在混凝土轨枕的轨道上，提供足够的弹性第二节扣件轨道结构对扣件的要求：足够的强度足够的耐久性一定的弹性有效地保持钢轨与轨枕之间的可靠联结系统零件少，安装简单，便于拆卸第二节扣件木枕扣件混合式铁垫板道钉第二节扣件木枕扣件混合式第二节扣件木枕扣件混合式第二节扣件木枕扣件分开式第二节扣件木枕扣件分开式第二节扣件木枕扣件第二节扣件混凝土轨枕扣件要求：扣压力（保证钢轨和轨枕之间具有可靠的联结）弹性（减小轮轨之间的冲击荷载，提高行车平稳性，降低轨道结构部件的应力水平）可调性（方便调整轨距和水平）第二节扣件混凝土轨枕扣件扣板式扣件（扣板、螺纹道钉、弹簧垫圈、铁座、缓冲垫板）第二节扣件混凝土轨枕扣件扣板式扣件扣板：将钢轨所受的横向力传递给轨枕；10种尺寸号码，可满足不同钢轨和轨距调整需要弹簧垫圈：提供弹性，弹性有限用于CHN50及以下钢轨的轨道第二节扣件混凝土轨枕扣件弹条扣件：弹条Ⅰ型扣件弹条Ⅱ型扣件弹条Ⅲ型扣件第二节扣件混凝土轨枕扣件弹条扣件：弹条Ⅰ型扣件第二节扣件混凝土轨枕扣件弹条扣件：弹条Ⅰ型扣件轨距挡板：传递横向力；调整轨距（多种号码）轨距挡板尼龙座：多种号码，两斜面的厚度不同，可翻转使用，与轨距挡板配合使用，加大轨距调整量A型用于CHN50钢轨B型用于CHN60钢轨第二节扣件混凝土轨枕扣件弹条扣件：弹条Ⅱ型扣件Ⅱ型弹条外形与Ⅰ型弹条相同，用料为优质弹簧钢60Si2CrVA，屈服强度和抗拉强度分别提高了42%和36%。扣压力更大，弹程更大第二节扣件混凝土轨枕扣件弹条扣件：弹条Ⅲ型扣件无螺栓无挡肩扣件，适用于重载大运量、高密度的运输条件。优点：扣压力大，弹性好，保持轨距的能力很强，大大减少了扣件的养护工作量。第二节扣件混凝土轨枕扣件轨下橡胶垫层作用：增加扣件弹性副作用：较软，增大了钢轨的垂向和横向位移解决办法：合理选择刚度其他要求：纵向弹性一致，弹性受温度影响小第三节轨枕第三节轨枕功能：支承钢轨保持轨距和方向将钢轨对它作用的各向压力传递到道床上性能要求：坚固性弹性耐久性类型：①按构造和铺设方法分：横向轨枕、纵向轨枕和短枕；②按使用目的分：用于一般区间的普通轨枕，用于道岔地区的岔枕，用于无砟桥梁上的桥枕；③按材质分：木枕、混凝土枕、钢枕。④按结构形式分：整体式，组合式，半枕，宽轨枕等。1.木枕（1）木枕的优点：①易加工、运输、铺设、养护维修；②弹性好，可缓冲列车的动力作用；③与钢轨联结较简单；④良好的绝缘性。（2）木轨的缺点：①消耗大量优质木材，价格较高；②易腐蚀、磨损，使用寿命短；③强度、弹性不均第三节轨枕2.钢枕非洲、印度（防白蚁）英国（二战前木材短缺）优点：质量较轻，易于捆扎码堆；凹腔内填满道砟，线路稳定缺点：用钢量大第三节轨枕3.混凝土轨枕第三节轨枕3.混凝土轨枕第三节轨枕（1）混凝土枕的优点：①纵、横向阻力较大②刚度大，轨底挠度较平顺③高弹性垫层保证轨道弹性均匀④使用寿命长，降低养修费⑤节约木材⑥加工方便，在流水线工厂成批大量加工（2）混凝土枕的缺点：不平顺处，轨道附加动力增大，对轨下部件的弹性要求更高3.混凝土轨枕第三节轨枕预应力轨枕设计原理：长度：过长，轨下截面弯矩过大，轨中截面可能出现正弯矩；过短，端部长度不足以锚固预应力筋，道床应力增大，阻力减小，影响稳定。在长度方向的高度：使预应力筋承受拉力。3.混凝土轨枕Ⅰ型（2.5m）：已停产，一级干线不得使用。Ⅱ型（2.5m）：应用广泛，主要用于一般轨道，轴重23t，客车160km/h以下，货车100km/h以下。Ⅲ型（2.6m）：近几年开发研制，主要用于140-160km/h，25t轴重的提速重载线路。第三节轨枕4.其他形式的轨枕欣赏——梯子式轨枕第三节轨枕4.其他形式的轨枕欣赏——框架式轨枕第三节轨枕4.其他形式的轨枕欣赏——德国B系列轨枕B70型轨枕B90型轨枕B75型轨枕第三节轨枕4.其他形式的轨枕欣赏——双块式轨枕法国双块混凝土枕（5T型）第三节轨枕轨枕铺设普通轨道每公里根数（级差80）1520---1600---1680---1760---1840---1920第三节轨枕普通轨道上，钢轨接头处车轮的冲击动荷载大，接头处轨枕的间距应当比中间的小一些，并且从接头间距向中间间距过渡时，应当有一个过渡间距，以适应荷载的变化。每节钢轨接下轨枕的间距应当满足：abc。轨枕铺设普通轨道每公里根数（级差80）1520---1600---1680---1760---1840---1920第三节轨枕对于无缝线路，不考虑每25m钢轨长度的轨枕数，而且Ⅲ型轨枕的强度较高，所以统一采用轨枕间距0.6m，即每公里轨枕数1667根。第四节道床1.道床的功能（1）承受来自轨枕的压力并均匀地传递到路基面上，使之不超过路基面的容许应力；（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，以提高路基的承载能力及减少基床病害；（5）便于轨道养护维修作业，校正线路的平纵断面。钢轨移动方向道床纵向抵抗力道床横向抵抗力第四节道床2.道砟材质要求：质地坚硬，有弹性，不易压碎和捣碎，排水性能良好，吸水性差，不易风化，不易被风吹动或被水冲走。材料：各种石质的碎石、天然级配卵石、粗砂、中砂和熔炉矿砟等。选用因素：铁路运量、列车速度、机车车辆轴重第四节道床3.道砟级配（级配是指道砟中不同大小粒径颗粒的分布）第四节道床我国道砟粒径、级配方孔筛孔边长（mm）162525.5455663过筛质量百分数（％）0～55～1525～4055～7592～9797～100底砟粒径、级配方孔筛孔边长（mm）0.0750.10.51.77.1162545过筛质量百分数（％）0～70～1114～3223～4641～7567～9188～100100岩石路基，渗水土质路基及级配碎石路基基床，均铺设单层碎石道床。非渗水路基应设置双层道床，其中上层为碎石道砟，又称为面砟。下层为垫层，又称为底砟。4.底砟作用①具有隔断碎石道砟与路基面直接接触的作用，可防止路基面因道砟颗粒的挤入而破损；②阻止路基的细微颗粒直接渗入上层道砟；③降低雨水的下渗速度，防止雨水对路基面的浸蚀，并有截断底层下毛细水作用的功能。第四节道床第四节道床5.道砟颗粒形状道砟的形状及表面状态对道床的性能有重要影响。一般而言，棱角分明，表面粗糙的集料具有较高的强度和稳定性。近似于立方体的颗粒比之扁平、长条形颗粒有较高的抵抗变形和破碎的能力。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。针状颗粒：长度大于该颗粒平均粒径1.8倍的颗粒。片状颗粒：厚度小于该颗粒平均粒径0.6倍的颗粒。针状指数和片状指数均不能超过50%。第四节道床6.道砟的清洁度道砟中的土团、粉末或其他杂质对道床的承载能力是有害的，须控制其含量。土团是指那些泡水后出现软化，丧失其强度的颗粒。粉末会脏污道床，加速道床的板结，显著降低道床的排水功能。粘土团及其它杂质含量的质量百分率不大于0.5％；粒径0.1mm以下的粉末含量的质量百分率不大于1％。第四节道床道床断面主要特征：道床厚度顶面宽度边坡坡度第四节道床（1）道床厚度：是指直线上钢轨或曲线上内股钢轨中心线与轨枕中心线相交处，轨枕底面至路基顶面的距离。道床的总厚度应能防止路基土挤起，以限制引起道床的变形发生。正常情况下，道床需要30～50cm厚度。最小厚度应不小于15～30cm。（2）道床顶面宽度:道床顶面宽度与轨枕长度及道床肩宽有关。道床肩宽指道床宽出轨枕两端的部分。道床肩宽应保证足够的道床横向阻力，以保持道床的稳定。双线轨道顶面宽度应分别按单线设计。无缝线路轨道R＜800m、有缝线路轨道R＜600m的曲线地段，曲线外侧道床顶面宽度应增加0.10m。单铁路正线碎石道床顶面宽度道床顶面宽度（m）轨道类型路段旅客列车设计行车速度（km/h）无缝线路轨道有缝线路轨道特重型120≤V≤2003.50—160＜V≤2003.50—重型120＜V≤1603.40—重型、次重型V≤120Ⅱ型枕：3.30，Ⅲ型枕：3.403.10中型V≤160—3.00轻型V≤80—2.90第四节道床（3）道床坡度道床边坡的稳定主要取决于道砟材料的内摩擦角和粘聚力，和道床肩宽有一定的关系。道砟材料的内摩擦角愈大，粘聚力愈高，边坡的稳定性就愈好。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。无缝线路轨道砟肩应使用碎石堆高15cm，堆高道砟的边坡坡度应采用1:1.75。第四节道床4.道床的变形（1）道床变形现象道床作为散粒体结构，本身具有弹、塑性，在外荷作用下将产生弹、塑性变形。荷载消失后，弹性变形部分得以恢复，而塑性变形部分则成为永久变形也称残余变形。道床残余变形的不均匀性，导致轨道几何形位的变化，由此所引起的轨道维修作业量占维修工作量的70％以上。（2）道床变形的原因：道床的残余变形主要有两方面的原因:一是在荷载作用下道砟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、粉化所致道床内摩擦角降低形成道床变形。在列车重复荷载作用下，每次荷载作用所产生的微小残余变形会逐渐积累，最终导致整个轨道的不均匀下沉。第四节道床道床变形引起的轨道不均匀下沉道床颗粒重新排列道床颗粒破裂粉化第四节道床道床下沉规律两个阶段：初始急剧下沉阶段后期缓慢积累阶段变形机理:初始急剧下沉阶段：道砟颗粒在荷载作用下压实的过程后期缓慢积累阶段：道砟颗粒克服彼此磨阻力向两侧流动的过程第四节道床日本的计算模型式中右侧第一项相当于道床初始急剧下沉阶段，即道床的压实过程，其中系数α、γ表示压实程度。右侧第二项表示道床的后期缓慢下沉累积阶段,系数β是表示道床下沉进展的指标。xyx)e1(第四节道床道床污脏第四节道床外界脏污物的侵入（如从运输车上落下的碎矿石和碎煤屑)道砟颗粒因重复荷载、振动、摩擦等形成的碎粒来自于底砟的颗粒和路基泥浆上升至面砟中堵塞道床孔隙形成道床积水形成翻浆冒泥或道床板结道床失去弹性，降低稳定性，影响正常工作来源后果我国铁路规定：碎石或筛选卵石道砟的污脏率达35%时，道砟赢全部清筛或更换。病害第五节其他轨道部件防爬器：应用范围：主要用于木枕轨道，我国在大坡道混凝土轨枕有时也使用作用：增加钢轨与扣件之间的阻力穿销式防爬器：第五节其他轨道部件防爬器：应用范围：主要用于木枕轨道，我国在大坡道混凝土轨枕有时也使用作用：增加钢轨与扣件之间的阻力穿销式防爬器：第五节其他轨道部件轨撑：应用范围：小半径曲线轨道外股钢轨的外侧道岔尖轨部位，基本轨的外侧作用：提高钢轨的横向刚度第五节其他轨道部件轨撑：应用范围：小半径曲线轨道外股钢轨的外侧道岔尖轨部位，基本轨的外侧作用：提高钢轨的横向刚度第五节其他轨道部件轨距拉杆：一根杆件将两根钢轨连接起来作用：提高钢轨的横向稳定性，提高轨道保持轨距的能力第五节其他轨道部件第六节特殊地段的轨道过渡段为保证列车安全平稳运行，要求动力学性能不同的结构物之间平顺连接。第六节特殊地段的轨道过渡段几何形位平顺连接动力特性平稳过渡典型情况：路基与桥梁连接为保证列车安全平稳运行，要求动力学性能不同的结构物之间平顺连接。第六节特殊地段的轨道过渡段几何形位平顺连接动力特性平稳过渡典型情况：路基与桥梁连接路基与桥梁的刚度差异，引起轨面位移响应不一致路基与桥梁沉降不均匀，在过渡点易产生变形差，使轨面弯折对过渡段路基进行处理对过渡段轨道进行处理为保证列车安全平稳运行，要求动力学性能不同的