Ⅲ型混凝土轨枕道床纵、横向阻力试验分析
摩擦型轨枕道床的横向阻力研究
摩擦型轨枕道床的横向阻力研究
郭云龙;王新雨;廉栋;宛洪宇;井国庆
【期刊名称】《西南交通大学学报》
【年(卷),期】2022(57)2
【摘要】川藏铁路有砟道床断面尺寸受限,所处环境地震多发、日温差大且变化剧烈,这些情况容易导致横向阻力不足,对无缝线路稳定性和震区轨道韧性提出挑战.为合理设计轨枕底部设有箭头型凹槽的摩擦型轨枕,并量化其提升无缝线路稳定性与韧性,采用道床横向阻力试验,测量摩擦型轨枕对道床横向阻力增幅情况;合理设计并优化了轨枕底部凹槽,制作了3种不同箭头型凹槽,除去凹槽排列方式不同外,箭头型凹槽面积、尺寸完全一致;并且验证砟肩宽度减小情况下摩擦型轨枕提供的横向阻力是否可以满足川藏铁路运维要求.结果表明:各型摩擦型轨枕均可增大道床横向阻力,可最少提升横向阻力7%,最高提升21%;单向箭头型双向阻力存在较大阻力值差异,相比于普通轨枕顺向可增大7%,逆向可增大24%,因此在曲线地段铺设时候,应严格注意铺设方向;砟肩宽度由50 cm降低到30 cm,采用单向箭头型轨枕逆向仍然可达到Ⅲ型轨枕砟肩宽度50 cm横向阻力值.
【总页数】6页(P301-305)
【作者】郭云龙;王新雨;廉栋;宛洪宇;井国庆
【作者单位】代尔夫特理工大学土木学院;北京交通大学土木建筑工程学院;山东高速铁建装备有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】U213.772
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Ⅲ型混凝土轨枕有砟道床纵横向阻力设计参数试验研究
进行数理统计分析 ， 拟合确定 了Ⅲ型混凝土轨枕有砟道床纵 向、 横向阻力曲线 ， 同时计算 了Ⅲ型混凝土轨枕有
砟 道床 的等效横 向阻力 ， 其结果可为铁路无缝线路设计 阻力 的取值 提供参考 。
关键词 ： 道床纵 向阻力 ； 道床横 向阻力 ； Ⅲ型混凝土轨枕 ； 测试 ； 统计分析
中 图分 类 号 ：２ ３ ７ Ｕ １ ． １ 文献 标 识 码 ： Ａ
随着我国高速铁路的大规模建设和既有线的不断提速 ， 砟轨道普遍使 用 Ⅲ型混凝土轨枕 ， 有 同时道 床断面尺
寸、 道砟材质及颗粒级配不断强化提高， 确定Ⅲ型混凝土轨枕有砟道床线路阻力是进行有砟轨道无缝线路设
计 的 一 项 重 要基 础 工 作 。
研 究结论 ： 本文选取武汉至襄樊 区间增建第二线 云梦段 作为测试 工点 ， 过现场原位 测试和对测试 数据 通
ｅ ｐ ｒｍｅ ｔ ｌｓ ｃｉｎ ｆ ｔ ｅ ｄ ｔｏ ａ ｓ ｃ ｎ ｔａ ｋ ｆ Ｗ ｕｈ ｎ — Ｘｉ ｎ ｆ ｎ ｘ ｅｉ ｎ ａ ｅ ｔｏ ｏ ｈ ａ ｄｉ ｎ ｌ ｅ ｏ ｄ ｒ ｃ ｏ ｉ ａ ａ ｇａ Ｒａｌ ｙ， ｔ ｅ ｉｔｉｇ ｃ ｒ ｅ ｏ ｈ ｂ ｌａ ｔ ｉ ｗａ ｈ ｆ ｔ ｕ ｖ ｓ ｆ ｔ ｅ ａｌ ｓ ｎ
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道床断面尺寸对道床横向阻力的影响
道床断面尺寸对道床横向阻力的影响高亮;罗奇;徐旸;蒋函珂;曲村【摘要】为揭示道床横向阻力变化特征,采用离散元法,建立了高速铁路有砟道床-轨枕三维模型,研究了道床边坡坡度、顶面宽度、道床厚度和砟肩堆高等道床断面尺寸对其横向阻力的影响,分析了枕底、枕侧和砟肩阻力及其分担的横向阻力比例.结果表明:坡度为1∶1.50～1∶1.85时,横向阻力为10.315～ 16.475 kN,坡度为1∶1.65及更缓能满足横向阻力超过12 kN/枕的要求.顶面宽度为3.0～3.8m时,横向阻力为10.205～15.715 kN,顶面宽度为3.4m及以上能满足横向阻力超过12 kN/枕的要求.随边坡变缓或顶面宽度增大,砟肩道砟增多,砟肩阻力显著增大.道床厚度为200 ～400 mm时,横向阻力为9.156～ 15.684 kN;横向推动轨枕时,道床从上向下分层拖动;随道床厚度增大,枕底阻力明显增大,道床厚度为300 mm及以上能满足横向阻力超过12 kN/枕的要求.砟肩堆高为0～ 180 mm时,砟肩阻力为2.010～5.203 kN,横向阻力为9.526～15.257 kN,砟肩堆高对砟肩阻力影响很大,堆高120 mm及以上能满足横向阻力超过12 kN/枕的要求.【期刊名称】《西南交通大学学报》【年(卷),期】2014(049)006【总页数】7页(P954-960)【关键词】铁路道床;横向阻力;断面尺寸;离散元法【作者】高亮;罗奇;徐旸;蒋函珂;曲村【作者单位】北京交通大学土木建筑工程学院,北京100044;轨道工程北京市重点实验室,北京100044;北京交通大学土木建筑工程学院,北京100044;轨道工程北京市重点实验室,北京100044;北京交通大学土木建筑工程学院,北京100044;轨道工程北京市重点实验室,北京100044;北京交通大学土木建筑工程学院,北京100044;轨道工程北京市重点实验室,北京100044;北京交通大学土木建筑工程学院,北京100044;轨道工程北京市重点实验室,北京100044【正文语种】中文【中图分类】U213.7我国铁路大多采用跨区间无缝线路，道床横向阻力是防止有砟轨道无缝线路胀轨跑道、保证线路稳定的关键因素，在高速铁路跨区间无缝线路高稳定性的要求下，保证一定的道床横向阻力具有重要意义.道床横向阻力由枕底、枕侧和砟肩阻力组成，即F=F1 +F2 +F3，如图1 所示.图1 道床横向阻力Fig.1 Lateral resistance on ballast bed国内外针对道床横向阻力做了大量研究工作.试验研究方面，杨全亮等通过现场原位试验，测定了无缝线路道床横向阻力［1-3］;马战国等测试了新建铁路跨区间无缝线路不同施工阶段桥梁和路基地段道床横向阻力的差异［4］;Zakeri 探讨了砟肩堆高和轨枕类型对道床横向阻力的影响［5］;Pen 等通过室内试验，研究了不同道床断面尺寸下，枕底、枕侧和砟肩阻力的差异［6］;Koc 等分析了大型养路机械维修作业对道床横向阻力的影响［7-8］;王斌等对喷射道砟胶增大横向阻力的效果进行了测试［9］;Zand 等研究了枕上荷载变化对道床横向阻力的影响［10］;高亮等基于道床流变特性，提出了横向阻力测定方法的改进措施［11］. 理论研究方面，Kabo 利用有限元法建立了轨枕-道床空间模型，分析了砟肩堆高和轮载对横向阻力的影响［12］;冯青松等采用有限元法，分析了道床清筛作业前后横向阻力的变化［13］.然而，目前国内外对道床横向阻力的研究多基于室内测试和现场试验，理论研究十分欠缺，而基于离散元法的研究尚属空白. 试验研究不仅成本高，还可能干扰列车的正常运营，而且，由于外部条件和测试方法的差异，现场测试结果往往会出现各种误差.离散元颗粒流仿真技术可以弥补试验研究的不足，并从道床的细观结构入手，分析仿真过程中细观结构演化规律和宏观力学响应之间的关系.数值仿真具有成本低、可重复性强、条件理想等优点.本文基于离散元法，建立了有砟道床-轨枕三维模型，分析了道床几何尺寸对横向阻力的影响，掌握了道床横向阻力的变化规律.1 模型的建立离散元法最早由Cundall 提出，它通过简单明确的物理参数，可以清晰地揭示颗粒间或颗粒与其他结构物的相互作用，并充分考虑了颗粒大小、接触等几何和物理特点.采用离散元法分析道床力学特性，道砟颗粒可以分离并发生新的接触. 与有限元法相比，它无需采用传统连续介质力学模型宏观连续性的假设，将道砟颗粒的细观结构变化与宏观力学响应联系起来，因此，将离散元法应用到散体道床的研究中具有重要意义.PFC3D 是一款基于离散元理论的分析软件，它从细观角度研究颗粒的力学特性，分析复杂颗粒间的相互作用和运动关系，本文利用它建立了高速铁路有砟道床-轨枕三维模型.建立模型时，首先按照特级道砟级配的要求，生成满足级配规定的球颗粒，然后采用“落雨法”将颗粒填充在道床范围内，并采用移动墙体的方法充分压实道床.需要指出的是，推动轨枕前，道床一定要充分压密，道床是否密实直接关系到模型的可靠性.道砟采用球颗粒模拟，轨枕和边界条件采用墙单元模拟，见图2.图2 道床-轨枕三维模型Fig.2 A 3-dimensional model for ballast bed and sleeper根据TB 10020—2009《高速铁路设计规范(试行)》的规定，模型中道床顶面宽度为3.6 m，厚度为0.35 m，边坡坡度为1∶1.75，轨枕尺寸采用Ⅲ型混凝土枕. 模型中球体和墙体均满足刚性假设，根据散体力学理论取刚度值，颗粒之间的相互作用按照Mohr-Coulomb 滑动摩擦准则. 模型参数取值参考McDowell 和Lim 等的研究［14-15］，具体见表1.表1 道床模型参数Tab.1 Values of parameters in the ballast bed model参数名称数值道砟颗粒法向接触刚度/(MN·m -1)500道砟颗粒切向接触刚度/(MN·m -1)500墙体法向接触刚度/(MN·m -1)1 000墙体切向接触刚度/(MN·m -1)1 000道砟颗粒密度/(kg·m -3)2 600颗粒摩擦因数0.5墙体摩擦因数0.52 模型验证与分析为研究道床横向阻力并验证道床离散元模型的有效性，在京沪高铁徐州铺轨基地有砟轨道段进行了横向阻力测试.横向阻力通过现场原位测试获得，先将轨枕的扣件拆除，在千斤顶和轨枕间安装压力传感器，压力传感器接静态应变仪.沿线路横向用千斤顶对轨枕进行分级加载，读数由静态应变仪标定后得出. 同时，对应加载的方向安装百分表，以测量轨枕的横向位移，如图3所示.图3 道床横向阻力现场测试Fig.3 Field test of ballast bed lateral resistance 道床-轨枕离散元模型中，为减小边界效应，采用横向推动中间轨枕的方式，通过记录轨枕底部、侧面和砟肩阻力计算轨枕受到的横向阻力.图4 为位移-横向阻力的现场测试和仿真结果.《高速铁路设计规范(试行)》规定:线路开通前，横向位移为2 mm 时，道床横向阻力不应小于12 kN/枕.横向位移2 mm 时，测试值为14.84 kN，仿真值为14.584 kN. 可见，所建立的离散元模型可以反映位移与横向阻力之间的关系，采用离散元法是可行的.根据仿真获得的数据，对道床横向阻力进行曲线拟合，拟合曲线方程为:F=-0.012 87x3-0.014 3x2+2.412x+9.959，式中:F 为道床横向阻力，kN/枕;x 为轨枕位移，mm.图4 道床横向阻力实测和仿真结果Fig.4 Test and simulation results of ballast bed lateral resistance通过显著性检验，相关系数R=0.987.图5 为推动轨枕前、后道床与轨枕之间的接触力，图中力的大小与黑线的粗细成正比，为便于观察，只给出了中间轨枕的接触力.由图5 可知，推动轨枕前，枕底与道床有较大接触力，无砟肩阻力.推动轨枕中，由于轨枕与道砟的相对位置发生变化，道砟颗粒间、道砟与轨枕间的接触力发生改变，出现砟肩、枕底和枕侧阻力. 接触力在轨枕附近比较密集，远离轨枕处接触力逐渐变稀疏，可见，横向推动轨枕过程中，横向阻力主要由轨枕附近的道砟提供.图5 道床-轨枕接触力Fig.5 Contact force between ballast bed and sleeper图6 为推动轨枕过程中道砟位移矢量，图中每个颗粒的位移用一个箭头表示，箭头长度与位移大小成正比，方向与位移矢量方向一致.从图6 可见，道床肩部道砟位移较大，在推动轨枕过程中，整个道床中的颗粒都产生了一定位移，并且随道床深度增大，道砟位移减小.图6 道床位移矢量图Fig.6 Displacement vector of ballast bed表2 为轨枕横向位移为10 mm 时，轨枕下方道床不同深度范围内道砟的最大位移. 从表2 可知，在道床深度0 ～350 mm 的7 个区间内，随深度增大，道砟的最大位移减小，从12.05 mm 减小到1.028 mm.可见，横向推动轨枕过程中，道床中的道砟是从上往下分层拖动，枕底阻力不仅与轨枕下方一定深度的道砟有关，而是由枕下道床深度范围内的道砟共同提供，但主要由枕底附近的道砟提供.表2 道床不同深度处道砟的最大位移Tab.2 Maximum displacement of ballast at different depthsmm深度范围300 ～350 250 ～300 200 ～250 150 ～200 100 ～150 50 ～100 0 ～50最大位移1.028 1.178 2.213 3.631 3.864 4.17412.053 道床横向阻力的影响因素分析道床横向阻力的影响因素众多，重点分析了道床边坡坡度、顶面宽度、道床厚度、砟肩堆高等道床断面尺寸对道床横向阻力的影响，这些因素决定了轨枕-道床间接触力的分布特征，因此，将影响推动轨枕过程中砟肩阻力、枕底阻力和枕侧阻力的大小及比例.3.1 边坡坡度的影响道床边坡对保证道床的坚固稳定具有十分重要的意义.道床边坡坡度取决于两方面的因素，一是道砟材料的内摩擦角，内摩擦角越大，颗粒间黏聚力越大，边坡可以取较小的坡度;二是肩宽，增大肩宽容许较陡的边坡，而减小肩宽则必须采用较缓的边坡.目前各国铁路采用的坡度一般介于1∶1到1∶2.5 之间，坡度的选取不仅影响道床的安全和稳定，还关系到铁路的建设成本. 我国高速铁路规定正线区间坡度为1∶1.75，分析了坡度为1 ∶1.50 ～1∶1.85 间6 种工况道床横向阻力的变化. 由图7 可知，随着边坡变缓，道床横向阻力增大.由表3 可知，位移为2 mm，坡度为1∶1.50 ～1∶1.85 时，道床横向阻力为10.315 ～16.475 kN.图7 边坡坡度对道床横向阻力的影响Fig.7 Effect of slope grade on the lateral resistance表3 不同边坡坡度时道床的横向阻力Tab.3 The lateral resistance vs. slope grade坡度/mm分担数值/kN 分担比例/%/kN 1∶1.502.4345.7662.11523.655.920.510.315枕侧枕底砟肩枕侧枕底砟肩总阻力/kN增幅0 1∶ 1.652.7786.0453.74522.148.129.812.5682.253 1∶1.702.9316.1764.52621.545.333.213.6331.065 1∶1.753.1066.6214.85621.345.433.314.5840.951 1∶1.803.2296.8795.49120.744.135.215.5991.015 1∶1.853.4277.0685.98020.842.936.316.475 0.876随坡度变缓，枕侧、枕底和砟肩阻力均增大，其中砟肩阻力增幅最大;随坡度变缓，枕侧分担的比例略微减小，枕底分担的比例减小，而砟肩分担的比例增大.这主要是由于坡度越缓，砟肩两侧的道砟越多，砟肩阻力就越大. 计算结果表明，坡度为1∶1.65 或更缓时，就能满足横向阻力超过12 kN/枕的规定.虽然减缓坡度可以进一步增大横向阻力，但是当坡度缓于1 ∶1. 80 时，横向阻力的增幅减小.坡度越缓，道床底面宽度越大，而这往往受到桥隧施工条件和建设成本的制约. 因此，考虑一定的安全贮备，高速铁路道床采用1∶1.75 的坡度是经济合理的.3.2 道床顶面宽度的影响道床顶面宽度与轨枕长度、道床肩宽有关，由于轨枕类型和长度基本固定，因此，顶面宽度主要取决于道床肩宽.道床需要合适的肩宽保持道床稳定，同时提供一定的横向阻力.中欧高速铁路均规定道床顶面宽度为3.6 m.道床顶面宽度为3.0 ～3.8 m 时，道床横向阻力的变化特征见图8.从图8 可见，随道床顶面宽度增大，横向阻力增大.从表4 可知，位移为2 mm，顶面宽度为3.0 ～3.8 m 时，道床横向阻力为10.205 ～15.715 kN.图8 顶面宽度对道床横向阻力的影响Fig.8 Effect of ballast bed top width on the lateral resistance表4 不同顶面宽度时的道床横向阻力Tab.4 The lateral resistance vs. ballast bed top width宽度/m分担数值/kN 分担比例/%枕侧枕底砟肩枕侧枕底砟肩总阻力/kN增幅/kN 3.02.4085.5312.26623.654.222.210.20503.22.7135.9053.07523.250.526.311.6931.4883.42.9336.2273.75922.748.229.112.9191.2263.63.1066.6214.85621.345.433.314.5841.6653.83.2696.8055.64220.843.335.915.7151.131随道床顶面宽度增大，枕侧、枕底和砟肩阻力均增大，而以砟肩阻力增大最显著;枕侧分担的比例略减小，枕底分担的比例减小，而砟肩分担的比例增大.这主要是因为顶面宽度越大，道床肩宽越大，砟肩道砟数量越多，砟肩阻力就越大.计算结果表明，道床顶面宽度为3.4 m 及以上时，可以满足横向阻力超过12 kN/枕的规定.虽然道床顶面越宽，道床横向阻力越大，但底面宽度超过3.6 m 后，横向阻力增幅减小. 考虑到足够的安全储备，高速铁路道床顶面宽度取3.6 m是合适的.3.3 道床厚度的影响道床厚度影响道床弹性，厚度变薄会导致道床弹性变差，减振吸振的性能也会降低，在相同的运营条件下，道砟破碎、脏污程度加速，导致日常维修工作量加大.道床厚度应根据运营条件、轨道类型、路基土质等确定. 中欧高速铁路均规定道床厚度为350 mm.道床厚度为200 ～400 mm 时道床横向阻力的变化特征见图9.从图9 可知，随道床厚度增大，横向阻力增大.从表5 可知，位移为2 mm，道床厚度为200 ～400 mm 时，横向阻力为9.156 ～15.684 kN. 随道床厚度增大，枕侧、枕底和砟肩阻力均增大，其中枕底阻力增大最多;枕侧、枕底和砟肩分担的比例变化都不大.这主要是由于道床厚度越大，道床总质量越大，推动轨枕过程中，道床从上往下分层拖动，因此扰动道床所需要的力越大，枕底阻力明显增大.计算结果表明，当道床厚度为300 mm 及以上时，能满足横向阻力超过12 kN/枕的规定，当道床厚度超过350 mm 后，横向阻力增幅减小.图9 道床厚度对道床横向阻力的影响Fig.9 Effect of ballast bed thickness on the lateral resistance表5 不同道床厚度时的道床横向阻力Tab.5 The lateral resistance vs. ballastbed thickness厚度/mm分担数值/kN 分担比例/%枕侧枕底砟肩枕侧枕底砟肩总阻力/kN增幅/kN 2001.8954.1293.13120.745.134.29.15602502.1614.9323.60520.246.133.710.6981.5423002.5485.7324.20920.445.933.712.4891.7913503.1066.6214.85621.345.433.314.5842.0954003.3097.1835.19121.145.833.115.6841.1003.4 砟肩堆高的影响1960 年以前，我国铁路对砟肩堆高并无规定，随着无缝线路的广泛推广，胀轨跑道现象经常发生，采取砟肩堆高最初是为了防止无缝线路胀轨跑道.近年来，《高速铁路设计规范(试行)》、《新建时速200 ～250 公里客运专线铁路设计暂行规定》、GB50090—2006《铁路线路设计规范》等规范中均有“砟肩堆高150 mm”的规定. 砟肩堆高0 ～180 mm 时道床横向阻力的变化特征见图10.图10 砟肩堆高对道床横向阻力的影响Fig.10 Effect of shoulder height on the lateral resistance表6 不同砟肩堆高时横向阻力值Tab.6 The lateral resistance vs. shoulder height堆高/mm分担数值/kN 分担比例/%枕侧枕底砟肩枕侧枕底砟肩总阻力/kN增幅/kN 02.5055.0112.01026.352.621.19.5260402.6775.3852.47725.451.123.510.5391.013802.8115.8003.20123.849.127.111.8121.2731202.9486.3204.01022.247.630.213.2781.4661503.1066.6214.85621.345.433.314.5841.3061803.2346.8205.20321.244.734.115.2570.673从图10 可知，随砟肩堆高增大，道床横向阻力增大. 从表6 可知，位移为2 mm，砟肩堆高为0 ～180 mm 时，砟肩阻力为2.010 ～5.203 kN，道床横向阻力为9.526 ～15.257 kN.随砟肩堆高增大，枕侧、枕底和砟肩阻力均增大，其中砟肩阻力增大最明显;枕侧和枕底分担的比例减小，而砟肩分担的比例不断增大.可见，砟肩堆高能显著提高砟肩阻力，与采用较缓边坡、增大道床厚度或加宽顶面宽度相比，能有效节约道砟用量.计算结果表明，砟肩堆高在120 mm 及以上时，能满足横向阻力超过12 kN/枕的规定.继续增大砟肩堆高可增大横向阻力，但砟肩堆高超过150 mm 后，横向阻力增幅明显减小.此外，若采用过高的砟肩堆高，在列车动荷载作用下，砟肩外形很难保持. 长期的运营经验表明，砟肩堆高150 mm 能满足道床安全和稳定的要求.4 结论及建议本文建立了有砟道床-轨枕三维离散元模型，用该模型计算的道床横向阻力与实测值较一致，可以准确反映道床横向阻力变化特征. 利用该模型，研究了道床断面尺寸如边坡坡度、顶面宽度、道床厚度、砟肩堆高对道床横向阻力的影响，分析了枕底、枕侧和砟肩阻力及其分担比例，得到以下结论:(1)坡度为1∶1.50 ～1∶1.85 时，横向阻力为10.315 ～16.475 kN.边坡变缓，枕底和枕侧阻力增大，砟肩阻力显著增大，道床横向阻力增大.坡度为1∶1.65 或更缓时，满足横向阻力超过12 kN/枕的要求.但坡度缓于1∶1.80 时，横向阻力增幅减小.(2)道床顶面宽度为3.0 ～3.8 m 时，道床横向阻力为10.205 ～15.715 kN，顶面宽度增大，枕侧和砟肩阻力增大，砟肩阻力显著增大，道床横向阻力增大.顶面宽度为3.4 m 及以上时，可以满足横向阻力超过12 kN/枕的规定;顶面宽度超过3.6 m 后，横向阻力增幅减小.(3)道床厚度为200 ～400 mm 时，横向阻力为9.156 ～15.684 kN，道床厚度增大，枕侧和砟肩阻力增大，枕底阻力显著增大，道床横向阻力增大.横向推动轨枕会扰动道床，道床从上往下分层拖动，枕底阻力受道床厚度影响，而不是受枕底较小范围内的道砟影响. 道床厚度为300 mm 及以上时，能满足横向阻力超过12 kN/枕的规定;道床厚度超过350 mm 后，横向阻力增幅减小.(4)砟肩堆高为0 ～180 mm 时，砟肩阻力为2.010 ～5. 203 kN，道床横向阻力为9. 526 ～15.257 kN，砟肩堆高增大，枕底、枕侧阻力增大，砟肩阻力显著增大. 砟肩堆高在120 mm 及以上时，能满足横向阻力超过12 kN/枕的规定;砟肩堆高超过150 mm 后，横向阻力增幅减小. 采取砟肩堆高是提高横向阻力最经济、有效的措施.(5)考虑到一定的安全储备和建设成本，目前我国高速铁路的道床断面尺寸是经济合理的.但随着列车运营速度的不断提高，轮轨作用力增大，为防止无缝线路胀轨跑道、保证线路的安全运营，有必要进一步优化道床断面尺寸，提供合适的道床横向阻力.参考文献:【相关文献】［1］杨全亮，朱彬. 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道床纵向阻力系数
道床纵向阻力系数道床纵向阻力系数是指列车在运行过程中，由于道床的摩擦力和弹性变形所产生的纵向阻力。
这个系数对于铁路运输的安全性和经济性都有着重要的影响。
下面我们将从定义、计算方法、影响因素和改进措施等方面进行详细讲解。
一、定义道床纵向阻力系数是指列车在行驶过程中，由于道床的摩擦力和弹性变形所产生的纵向阻力与列车重量之比。
它反映了铁路运输中道床对列车牵引能力和制动能力的影响。
二、计算方法道床纵向阻力系数可以通过实验或理论计算得出。
其中实验法主要是通过在轨道上放置称重传感器，测量列车在不同速度下通过时所受到的阻力，并根据列车质量计算出系数值。
而理论计算法则需要考虑多种因素，如轮轴载荷、轮胎压缩量、轮胎与钢轨之间的接触面积等。
三、影响因素1. 道床状态：当道床表面光滑平整时，纵向阻力系数会较小，而当道床表面存在凸起或凹陷时，纵向阻力系数会增大。
2. 铁轨状态：铁轨的弯曲程度、钢轨的磨损程度、钢轨之间的间隙等都会影响到列车在行驶过程中所受到的纵向阻力。
3. 气候条件：气候条件也是影响道床纵向阻力系数的因素之一。
例如，在潮湿的环境下，道床表面容易出现积水和泥沙，从而增加了列车所受到的摩擦力。
4. 车辆质量和设计：车辆质量和设计也会对道床纵向阻力系数产生影响。
例如，重型货车在行驶过程中所受到的纵向阻力要比轻型客车大得多。
四、改进措施为了降低道床纵向阻力系数，提高铁路运输的安全性和经济性，可以采取以下措施：1. 加强维护管理：定期检查和修复铁路设施，保持道床表面平整光滑，并及时清理积水和泥沙等物质。
2. 优化车辆设计：通过改进车辆的质量和设计，减少列车在行驶过程中所受到的纵向阻力。
3. 采用新型材料：使用新型材料来制造铁路设施，如使用弹性模量高、耐磨损的材料来制造道床和钢轨等，可以有效地降低道床纵向阻力系数。
4. 优化列车运行方式：通过优化列车的运行方式，如减少急加速、急刹车等不良驾驶习惯，可以有效地降低列车在行驶过程中所受到的纵向阻力。
有砟道床梯形轨枕横向阻力试验与构成分析
高也在规范中不断强化[3-4]. 然而，当列车高速通过时，砟肩堆高和枕心部位存在较大的空气负压力，是飞砟现象主要发生区域，影响行车安全[5]. 因此，研究不同形式的轨道结构对铁路发展十分重要. 尤其在“一带一路”倡议中，研究不同类型轨道结构，丰富我国轨道形式，对我国铁路走出去至关重要.梯形轨枕起源于日本，由两根纵向预应力混凝土梁和3根起连接作用的横向圆钢或方钢构成，适用于城市轨道交通、重载铁路和高速铁路[6]：（1）在城市轨道交通中，研究表明梯形轨枕能显著提高道床横向阻力，基于这一提升作用，梯形轨枕可用于优化有砟道床选型，例如降低砟肩堆高、减小砟肩宽度，这一优点可在大大节约道砟用量、减少占地面积[7-10].（2）在重载铁路上，相比Ⅲc型轨枕，梯形轨枕稳定性更好，能够减小列车经过时传递给道床的动荷载和振动. 因此，轨道养护维修频率低，使用寿命更长[9, 11-12].（3）在高速铁路无砟轨道中，梯形轨枕已有较多应用[10, 13]；在有砟轨道中，列车以350 km/h或更高速度运营时，存在飞砟风险，而梯型轨枕运用在有砟轨道上，采用平肩式道床，可降低飞砟风险.然而，现阶段对梯型轨枕有砟道床横向阻力数值和分担机理尚不明确. 本文基于现场试验，测定梯形轨枕有砟道床横向阻力，并与我国Ⅲc型轨枕进行对比. 需要说明的情况是，本次试验道床仅采用小型夯实机夯实，未经过列车碾压或大机稳定.1 方法及材料1.1 材料本次试验为道床横向阻力测试，测试地点位于北京交通大学滨海学院试验场内，铺设的12 m有砟道床作为试验平台. 试验道床厚度350 mm，边坡坡度1∶1.75. 试验采用道砟材质为玄武岩，各项指标均符合特级道砟要求[3].为保证道床密实，铺设时采用分层夯实方法，使用110型电动平板夯实机，350 mm厚道床分4层4次夯实铺设，轨枕放置后，枕心及砟肩部位采用3层3次夯实. 为确保试验对比准确，所有工况严格采用同样铺设夯实方法，保证道床密实度相同.梯形轨枕实长5.9 m，名义长6.0 m （铺设间隔0.1 m），质量3.6 t，2根预应力混凝土梁长5 900 mm，宽580 mm，厚185 mm，内侧间距840 mm，通过3根横截面长125 mm、宽75 mm的方钢连接，扣件中心间距600 mm，梯形轨枕与其结构如图1所示. 对比试验采用我国Ⅲc型轨枕.图 1 梯形轨枕Fig. 1 Ladder sleeper1.2 试验方法本文为道床横向阻力现场试验，梯型轨枕的测试无垂向荷载，采用临近轨道提供横向反力[13]. 反力装置分为两部分，第1部分采用6根长度4.0 m、外径48 mm、壁厚3 mm钢管横向排列，在1.3 m及2.6 m处加设横向钢管，扣件连接，钢管一端固定在临近道岔区钢轨上，另一端固定在架立起的钢轨上，此部分作为基础部分，可提供稳定的反力支撑；第2部分采用4根长度4.0 m、外径76 mm、壁厚3.5 mm 钢管，2根一组，一端固定在钢轨上，另一端放置千斤顶施加推力，此部分为传力部分，提供直接反力.反力装置整体情况如图2所示.图 2 反力装置Fig. 2 Counterforce device在梯形轨枕横向阻力测试中，采用2个10 t液压千斤顶分别布置在距轨枕端部1 400 mm处的两侧，采用同步分级加载方式；轮辐式压力传感器（量程10 t、灵敏度2 mV/V）连接INV3018A型数据采集仪记录压力值；2个位移计（量程30 mm、精度10西 南 交 通 大 学 学 报第 54 卷0.001 mm ）分别布置在梯形轨枕千斤顶的对侧两端，测定位移值. 现场布置与测试情况如图3（a ）所示.由于采用液压式千斤顶，每一级加载后，需要随时读数、补加压力，以保证推力稳定，待到位移基本不变或1 min 后，进行下一级加载. 位移计的读数与记录同推力保持一致，一一对应. 试验进行至阻力大致不变而轨枕位移不断增加时，认为达到阻力极限，停止加载. 每级加载前后记录两组数据. 试验采用严格相同的道床铺设方法，最大限度保证了每次试验道床情况的统一，因此，每种工况进行3次测试. 将平均值绘制成图，取位移2 mm 时对应的阻力值为此种工况的道床横向阻力[14-16].Ⅲc 型轨枕横向阻力测试中，采用自制反力架提供反力，1个液压式千斤顶加压，其余控制条件及测试标准与梯形轨枕相同. 现场试验情况如图3（b ）所示.(a ) 梯形轨枕横向阻力测试(b ) Ⅲc 型轨枕横向阻力测试图 3 横向阻力现场测试Fig. 3 Lateral resistance in situ test1.3 试验工况为研究梯形轨枕与Ⅲc 型轨枕的对比. 设置工况R1为砟肩宽度500 mm 、砟肩堆高150 mm 、Ⅲc型轨枕；工况R2为砟肩宽度500 mm 、平肩式（砟肩堆高为0）道床、Ⅲc 型轨枕. 为研究砟肩宽度对梯形轨枕横向阻力的影响，在平肩式道床基础上，设置工况A1～A4分别为砟肩宽度500、400、300、200 mm.为研究枕心高差的影响，在无砟肩的道床上，设置工况B1～B4分别为枕心饱满、降低40 mm （约为一个道砟粒径）、降低高度50%、枕心内无道砟. 与此同时，工况A1、B1、B4间组合、做差可表示梯形轨枕横向阻力分担. 10种工况具体情况如表1所示.表 1 工况类型Tab. 1 Test condition 工况砟肩宽度/mm 砟肩堆高/mm 枕心高差轨枕类型R1500150饱满Ⅲc 型R25000饱满Ⅲc 型A15000饱满梯形A24000饱满梯形A33000饱满梯形A42000饱满梯形B1饱满梯形B2降低40 mm 梯形B3降低50%梯形B40梯形2 结果与分析梯形轨枕总长6.0 m ，在相同长度上可铺设10根Ⅲc 型轨枕，因此道床横向阻力采用每延米阻力（kN/m ）进行对比分析.2.1 梯形轨枕与Ⅲc 型轨枕梯形轨枕与标准工况Ⅲc 型轨枕对比如图4所示. 结果表明，R1工况中，Ⅲc 型轨枕的横向阻力为16.11 kN/m. 然而，取消砟肩堆高后（R2），Ⅲc 型轨枕的横向阻力仅为11.75 kN/m ，降低了29%；在相同道床条件上铺设的梯形轨枕（A1）道床横向阻力为18.31 kN/m ，相比工况R1，提升约14%，相比工况R2，提升约55%.图 4 梯形轨枕与Ⅲc 型轨枕对比Fig. 4 Comparison between ladder sleeper and Ⅲc sleeper 2.2 砟肩宽度对梯形轨枕道床横向阻力影响不同砟肩宽度对梯形轨枕道床横向阻力影响如图5所示. 这一对比中，梯形轨枕均铺设在平肩式道床上，结果表明，工况A1 （砟肩宽度500 mm ），梯形轨枕道床横向阻力为18.31 kN/m ；工况A2 （400 mm ）为18.20 kN/m ；工况A3 （300 mm ）为18.14 kN/m ；工况A4 （200 mm ）为17.93 kN/m. 砟肩宽度由200 mm第 1 期井国庆，等：有砟道床梯形轨枕横向阻力试验与构成分析11增加至500 mm 过程中，道床阻力无明显增加，并且，在砟肩宽度200 mm 时，铺设梯形轨枕的道床横向阻力已大于工况R1约13%. 由于梯形轨枕限位凸台宽度200 mm ，故200 mm 为最低砟肩宽度.图 5 砟肩宽度对梯形轨枕道床横向阻力的影响Fig. 5 Influence of shoulder width onladder sleeper lateral resistance2.3 枕心高差对梯形轨枕道床横向阻力影响枕心高差对横向阻力的影响如图7所示. 试验均为无砟肩道床，结果表明，枕心无道砟（工况B4）道床横向阻力为6.21 kN/m ，填入高度50%道砟（工况B3）阻力为11.46 kN/m ，降低40 mm （工况B2）阻力为13.43 kN/m ，枕心饱满 （工况B1）阻力为14.76 kN/m. 这一加高过程中，相比枕心无道砟，阻力分别提高约84%、116%、137%.图 6 枕心高差影响Fig. 6 Influence of crib height onladder sleeper lateral resistance2.4 梯形轨枕道床阻力分担工况A1的测试结果为道床横向阻力总值，工况B1的测试结果为轨枕底面与枕心两部分的阻力，工况B4的测试结果为轨枕底面的阻力，A1、B1的测试结果差值可表示砟肩部分阻力，B1、B4的测试结果差值可表示枕心部位阻力，由此可得到3部分道床横向阻力值及其分担. 结果如表2所示.表 2 梯形轨枕阻力分担Tab. 2 Ladder sleeper lateral-resistance constitution 阻力部分计算来源横向阻力/（kN•m –1）所占比例/%总值A118.31100枕底B4 6.2134端部A1、B1的差值 3.5519枕心B1、B4的差值8.5547相关研究表明，条形轨枕道床横向阻力的来源分为3个部分，受力情况如图7（a ）所示，F bottom 表示轨枕底面与道床的摩擦，承担整体阻力值的45%～50%；F side 表示轨枕侧面与枕心部位道砟的摩擦，承担15%～20%；F end 表示轨枕端部道砟抗剪提供的阻力，承担35%～40%[17-19]. 关于梯形轨枕与Ⅲc 形轨枕阻力差异分析可总结如下：（1） 梯形轨枕底部面积6.964 m 2，小于相同长度上10根Ⅲc 型轨枕7.72 m 2，因此梯形轨枕底面提供阻力值占比较小.（2） 不同于Ⅲc 轨枕侧面摩擦力F side ，由于梯型轨枕为纵向轨枕，枕心部分由轨枕框架内道砟抗剪（F crib ）提供. F side 占比较小，而F crib 则提供了最大部分阻力.（3）梯形轨枕端头面积为1.09 m 2，提供最少部分阻力，相同长度上Ⅲc 型轨枕端头面积为0.590 m 2.但由于Ⅲc 型轨枕端头间隔不连续，每一部分影响扩展深度更大，阻力更大.图 7 轨枕横向阻力构成Fig. 7 Constitution of lateral resistance 3 结 论本文基于现场试验测试梯形轨枕横向阻力，并与Ⅲc 型轨枕进行对比，分析了梯形轨枕道床阻力特性，结论如下：（1） 砟肩宽度500 mm 情况下，梯形轨枕平肩式道床，与Ⅲc 型轨枕，砟肩堆高150 mm 及平肩式相比，道床横向阻力分别提升约14%、55%.（2） 梯形轨枕砟肩宽度由200 mm 增加至500 mm 过程中阻力无明显增加，由于梯形轨枕限位凸台宽12西 南 交 通 大 学 学 报第 54 卷200 mm ，故不再降低砟肩宽度.（3） 梯形轨枕枕心高差由无砟变为填入50%道砟、较承轨台低40 mm 、饱满，这一过程中，道床横向阻力分别提高约84%、116%、137%，即枕心道砟道床阻力贡献显著.（4） 本次试验基于平肩式结构，梯形轨枕底部阻力占道床横向阻力总值34%；枕心提供约47%；端头阻力提供约19%.（5） 砟肩宽度200 mm 、平肩式道床上采用梯形轨枕，道床横向阻力已超过阻力最大的Ⅲc 型轨枕工况（砟肩宽度500 mm 、砟肩堆高150 mm ） 13%，由此表明采用梯形轨枕可大幅降低轨道占地及道砟用量.参考文献：井国庆. 铁路有砟道床[M]. 北京：中国铁道出版社，2012: 140-141.[ 1 ]KISH A. On the fundamentals of track lateralresistance[R]. 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钢枕道床横向阻力研究与结构优化
钢枕道床横向阻力研究与结构优化轧制钢枕是由轧制U型钢材锻压成形,两端下弯的一种半封闭槽型钢轨枕结构,安装时直接将钢枕嵌入到道床之中,利用腔内道砟与枕端两侧燕尾结构保证其轨道的稳定性。
截止目前钢枕发展应用已经超过已有100多年的历史,形成了具有寿命长、质量轻、承载能力大、结构简单可靠、适用性强等优点的完整钢枕-扣件结构系统,并且已经被广泛应用于澳大利亚、英国、北美、南美、非洲、东南亚等地区,其中澳大利亚作为钢枕的主要应用地区,其国内用量约占轨道总体轨枕用量的13%,预计到2020年将达到25%,并且已经形成完整的设计、加工、测试及应用技术体系。
目前钢枕除了适用于标准轨距普速及重载线路外,同样适用于包括宽/窄轨距、沙漠、丛林、山地等在内的复杂线路地段。
另外,道床横向阻力是保证无缝线路横向稳定性的重要参数。
主要受到轨枕类型、重量、道床类型及条件、养护维修作业等因素的影响。
但目前,受到重量轻、摩擦系数小、嵌入道床深度浅等自身结构特点产生的限制,其轨枕横向阻力低于混凝土轨枕,并且目前此方面的研究及对应结构优化方式尚且不足,导致当下钢枕应用速度等级仅仅局限于时速160km/h以下,成为无法应用于更高速度、更大轴重等级线路的一个重要原因。
本文针对目前钢枕道床横向阻力低以及相关结构优化研究尚且不足的研究现状,在后续综合分析总结国内外有砟轨道横向阻力研究现状以及现有混凝土轨枕横向阻力加固方案的基础上,提出4种钢枕横向阻力优化方案:优化端铲结构钢枕、加肋钢枕、枕下垫钢枕以及长道钉钢枕组合结构。
而后铺设足尺有砟轨道试验模型,采用单根轨枕横向阻力试验对U型钢枕及上述部分优化钢枕的横向稳定性进行试验研究;最后,基于现有三维激光扫描技术和离散单元法建立与上述试验轨道对应的三维钢枕-道床横向阻力试验模型,并基于上述试验结果验证后,从细观角度对上述各型钢枕结构横向阻力进行模拟,分析各型钢枕微观力学特性。
本文的具体主要工作和研究成果如下:1.采用单枕横向阻力试验对比研究U型轧制钢枕及Ⅲc混凝土轨枕横向阻力如上所述,国内外对钢枕横向阻力研究相对不足,加上我国对钢枕应用更是十分稀有,因此在我国有砟轨道道床标准下,钢枕横向稳定性尚未可知。
Ⅲ型混凝土轨枕道床纵、横向阻力试验分析
Ⅲ型混凝土轨枕道床纵、横向阻力试验分析杨全亮;朱彬【摘要】目前,我国新建、改建铁路有砟轨道普遍铺设Ⅲ型混凝土轨枕,但对于Ⅲ型轨枕道床纵、横向阻力尚未完全明确.确定Ⅲ型轨枕道床纵、横向阻力对于无缝线路设计、施工及养护均具有重要的现实意义,同时,为轨道设计、施工规范和验收标准的制定提供科学依据.通过试验分析,采用现场原位测试和数理统计分析方法,确定合理的道床纵、横向阻力值.【期刊名称】《铁道标准设计》【年(卷),期】2010(000)003【总页数】3页(P4-6)【关键词】Ⅲ型混凝土轨枕;道床纵向阻力;道床横向阻力;无缝线路;试验分析【作者】杨全亮;朱彬【作者单位】铁道部经济规划研究院,北京,100038;中铁第四勘察设计院集团有限公司,武汉,430063【正文语种】中文【中图分类】U213.71 概述目前,我国新建、改建铁路有砟轨道普遍铺设Ⅲ型混凝土轨枕。
但对于Ⅲ型轨枕道床纵、横向阻力尚未完全明确,现行规范中关于Ⅲ型轨枕道床阻力基本参照Ⅱ型轨枕道床确定。
这就低估了Ⅲ型轨枕维持轨道几何形位的能力,无法体现Ⅲ型轨枕的技术优势。
因此,有必要通过现场原位试验分析对Ⅲ型轨枕道床纵、横向阻力加以确定。
道床纵、横向阻力是道床抵抗轨道纵、横向移动的阻抗力,包括轨枕与道床间的摩阻力和轨枕盒内道砟及砟肩抗推力。
其主要影响因素包括:轨枕类型及每公里铺设根数,道砟材质、级配、颗粒尺寸,道床断面尺寸,道床饱满、密实程度等。
道床纵、横向阻力是有砟轨道无缝线路设计、检算的重要基本参数:纵向阻力是进行桥上无缝线路纵向力及位移计算的基本参数,横向阻力是进行无缝线路稳定性检算的基本参数。
因此,合理确定Ⅲ型轨枕道床纵、横向阻力对于无缝线路设计、施工及养护均具有重要的现实意义,同时,为轨道设计、施工规范和验收标准的制定提供科学依据。
本次试验采用现场原位测试和数理统计分析方法,确定道床纵、横向阻力值。
试验地点选取武汉至襄樊增建第二线云梦段。
Ⅱ型轨枕和Ⅲ型轨枕轨道动力响应特性分析
中图分 类号 ： Ｕ ２ １ ３ ． ３ 文献标 识码 ： Ａ Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ３ — １ ９ ９ ５ ． ２ ０ １ ３ ． ０ １ ． ２ ９
位， 减少养 护维 修工作 量 。
作 为有砟 轨道上 的 主型 枕 ， 国内对 Ⅲ型 枕 减 振 性
能 的研究 较少 ， 因此 ， 本 文分别 对 Ⅱ型枕 和 Ⅲ型枕进 行
正 弦规律 变化 的荷 载 时 的稳 态 响应 的一 种 分析 方 法 。 分析 的 目的是计 算 出结构 在一定 频率 范 围下 的响应并 得 到响应 值 对 频 率 的 曲 线 。从 这 些 曲线 上 可 以找 到 “ 峰值 ” 响应 ， 并 进一 步 观察 峰值 频 率 对应 的应 力 。需
简谐 力 。整体 力学 模型如 图 ２所示 。
使枕下支 承 面 积约 增 加 了 １ ７ ％， 端 侧 面 积 约 增 加 ２ ０ ％， 轨 枕质 量 约 增加 ３ １ ％， 有 效 地 提 高 了 道 床 的纵 向和横 向阻力 ， 减 缓 了重 载 运 输所 产 生 的道床 累积 变 形， 提 高 了线 路 的稳定 性 ； ② 轨下 和 中间截 面的设 计承
轨 道结 构是 承受 列 车运 行 的基 础设 备 ， 它 的作 用 是 引导 机车 车辆运 行 。轨道 结构在 机 车车辆荷 载 的反 复 作用下 的振 动是 导 致轨 道 破 坏 的 主要 原 因之 一 ， 并 直 接影 响列 车运行 平稳 和安 全 。特 别是 应用混 凝 土轨 枕 和重 型钢 轨增 加 了轨 道 的 刚度 ， 使 轮 轨 间 的 冲击 和 振 动更 为加 剧 。 Ⅲ型 枕作 为 目前 有砟 轨道上 使用 较多
道床参数对无缝线路稳定性的试验研究
道床参数对无缝线路稳定性的试验研究在有砟轨道上，道床对轨枕的横向阻力在轨道的横向稳定性中有着重要作用。
文章先对道床肩宽与砟肩堆高这两个参数独立研究，分析各自参数的改变与道床阻力的增长关系，然后将二者得到的实验数据拟合到一起，分析两参数的组合与道床阻力特性的关系，得出提高道床横向阻力的最佳参数分布域。
标签：道床参数；无缝线路；稳定性1 概述道床横向阻力是预防有砟轨道无缝线路胀轨跑道的关键因素，在无缝线路高稳定性要求下，保证道床具有一定的横向阻力意义重大[1]。
道床横向阻力由枕底、枕侧和砟肩阻力组成，国内外针对道床横向阻力做了大量研究工作，道床与轨枕之间的摩擦阻力在道床横向阻力中占绝大比例[2]。
在本试验中，关于道床横向阻力的特性，通过在现场使用仪器测量不用道床肩部形状下的横向阻力得出数据得出结论。
2 试验概况2.1 设备情况试验设备主要采用了机械式道床阻力测试装置。
该阻力测试装置主要包含两个部分，压力加载部分和数据读取部分，其中压力加载部分主要是使用液压千斤顶对钢轨进行加载以便轨枕产生横向位移，如图1组中左侧所示，数据读取部分主要是依靠百分表等部件测试轨枕受力后产生的位移情况，如图1中右侧所示。
2.2 实验工况从轨道结构体系的受力角度来看，道床的砟肩宽度对道床横向阻力产生很大的影响，虽然从理论上说随着肩宽的增大道床的横向阻力会逐渐增加，但肩宽过大也会提高对人力物力的要求，因此选择一个适度的道床肩宽一直以来都是一个值得研究的问题[3]。
在文章的实验研究中道床肩宽的参数依据《铁路轨道设计规范TB10082-2005》的规定选定为20厘米、30厘米、40厘米、50厘米、60厘米。
3 测试方案与方法3.1 测试方法道床横向阻力采用试验现场原位测试方法测试，将被测轨枕所有扣件松开，并抽出胶垫，利用钢轨提供的反力横向推移被测轨枕。
测试采用千斤顶施加横向推力，测力仪记录推力数值，百分表记录轨枕位移。
3.2 数据处理及分析考虑到无缝线路失稳破坏通常发生在道床横向阻力较为薄弱的地段，故对于横向阻力实测数据的处理采用偏于保守的数理统计方法。
混凝土轨枕检验中存在的问题及改进建议
轨枕 都要 经过 科研 和初 期 推 广 阶 段 ， 同 型 号 的 不 轨枕 都有 自己独有 的特点 ， 轨 道 电路 专用 枕 、１ 如 １ ｂ型 １ 枕、 枕、 桥 混凝 土岔 枕都 有 特 殊 的 检 验部 位 ， 道 电路 轨 专用 枕 、 凝土 岔枕 还有 特殊 的制 造要 求等 等 ， 以在 混 所
一
检 具 等 方 面 ， 出 了 对 现 有 技 术 条 件 和 检 验 细 则 的 改 进 建 提
议 ， 轨枕 技 术 条件 的修 编 有 重要 参 考 价 值 。 对
关 键 词 ： 凝 土轨 枕 ；检 验 ；问题 ； 建议 混 中 图分 类 号 ： １ ． Ｕ２ ３ ３ ４ 文 献 标 识 码 ： Ｂ
条 件 修 编 。 总结 我 国各 种 型号 混凝 土轨 枕 现 用 的 技 术 标 准 ， 结
合 我 国轨 枕 目前 的制 造 水 平和 检 验 中发 现 的 问题 ， 整 合 现 有 从
各 种 轨 枕 技 术 标 准 、 宽静 载 抗 裂 强 度 检 验 时段 、 化 钢 筋 混 放 优
凝 土保 护 层 检 验 方 法 、 化 主 要 尺 寸 检 查 频 次 和 允 许 偏 差 、 优 统
期 ， 造 中许多新 的技 术 已被 大 多数 轨 枕 工 厂所 熟 悉 制 目前我 国铁 路正 线上 使用 的混 凝土 轨枕 型号 主要
有 Ⅲ 型 轨 枕 （ ａ型 、１ Ⅲ １ｂ型 、１ Ｉ １ Ｃ型 ） 新 Ⅱ型 轨 枕 、 １ 、 桥 和掌握 ， 论是 老产 品还 是新 产 品 ， 不 已经 没 有 必 要 再 依
线路／ 基 ・ 路
双块式轨枕道床横向阻力试验与力学分析
ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｔ ｒ ａ ｃ ｋ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｖ ｅ ｒ ｓ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ Ｃ Ｗ Ｒ． Ｗ ｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｂ ａ ｌ ｌ ａ ｓ ｔ ｅ ｄ ｔ ｒ ａ ｃ ｋ ｏ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｂ ｅ ｃ ｏ ｍｉ ｎ ｇ ｍｏ ｒ ｅ ｃ ｏ ｍｐ ｌ ｅ ｘ，ｍｏ ｒ ｅ ｃ ｈ ｌｌ ａ ｅ ｎ ｇ ｅ ｓ ａ ｒ ｅ ｐ ｏ ｓ ｅ ｄ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｎ ｄ ｓ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｌ ｅ ｅ ｐ ｅ ｒ ａ ｎ ｄ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｉ ｎ ｇ Ｒ ＡＭＳ
２ ０ １ ７年 １ １ 月 第 １ １ 期（ 总２ ３ ０ ）
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Ｎ Ｏ ． １ １ （ Ｓ ｅ ｒ ． ２ ３ ０ ）
文章 编 号 ： １ ０ ０ ６— ２ １ ０ ６ （ ２ ０ １ ７ ） １ １ — ０ ０ ２ ３—０ ４
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框架优化型Ⅲc轨枕道床横向阻力试验研究
Ｊ．
２０１８ ５３ ４ ７２７７３２．
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第 卷 第 期 西 南 交 通 大 学 学 报 ５３ ４
Ｖｏｌ． ５３ Ｎｏ． ４
年 月 ２０１８ ８
ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＳＯＵＴＨＷＥＳＴ ＪＩＡＯＴＯＮＧ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ
Ａｕｇ． ２０１８
文章编号： （ ） ：
０２５８２７２４ ２０１８ ０４０７２７０６ ＤＯＩ １０． ３９６９ ／ ｊ． ｉｓｓｎ． ０２５８２７２４． ２０１８． ０４． ００９
Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｌａｔｅｒａｌ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ Ⅲｃ Ｓｌｅｅｐｅｒ ｗｉｔｈ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ Ｆｒａｍｅ Ｔｙｐｅｓ
， ， ， ， ＪＩＮＧ Ｇｕｏｑｉｎｇ１ ＦＵ Ｈａｏ１ ＪＩＡ Ｗｅｎｌｉ１ ＹＡＯ Ｌｉ２ ＬＩＮ Ｈｏｎｇｓｏｎｇ２
： Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｏ ｏｐｔｉｍｉｚｅ ｔｈｅ ｇｅｏｍｅｔｒｙ ｏｆ ｔｈｅ Ⅲ ｃ ｍｏｎｏｂｌｏｃｋ ｓｌｅｅｐｅｒ ａｎｄ ｒｅｖｅａｌ ｔｈｅ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ， ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ｂａｌｌａｓｔ ｂｅｄ ｌａｔｅｒａｌ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｂｅｆｏｒｅ ａｎｄ ａｆｔｅｒ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｔｈｒｅｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆｒａｍｅ
道床刚度作业指导书
道床检测（刚度、纵向阻力、横向阻力）作业指导书道床检测（刚度、纵向阻力、横向阻力）作业指导书1 设备操作及参数设置1.1使用时将压力传感器、位移传感器一和位移传感器二插头分别接到相应的插座上。
（注意：压力传感器是和仪器配套使用的不可接错，即接到压力插座上的传感器的编号应与压力插座旁的编号一致。
）1.2将电源接头插在“电池一”的插座上。
电源开关按向“I”，即接通仪器电源。
（可自配电池，接入电池二插座，电源开关按向“II”。
）1.3设备操作步骤①开机打开电源开关（注：当电池电压小于5V时会显示，如下图，表明电池电压不足，应充电。
如果电池电压正常＞9V，可以按键，进入相应的工作状态）。
RIGIDITY INSTRU DATE:2000.08.15 TIME:15:24:34 VOLTAGE:5V RIGIDITY INSTRU DATE:2000.08.15 TIME:15:24:34 SHOULD CHARGE②系统设定按“系统设定”键，显示如下图SYSTEM SETTIMEPRESSUREUp/DownEnter/Esc按“2/▼”移动“*”到“TIME”（时间设定状态）或“PRESSURE”（压力参数设定状态）即可进行系统设定，按“确认”键，确认设定，按“取消”键，系统退出。
③测量测量分“手动测量”、“阻力测量”和“刚度测量”三种方法。
手动测量：按“9/手动”---按“打印”，可打印当前的测量值。
阻力测量：按“8/阻力”---按“打印”，可打印当前的测量值。
刚度测量：按“7/刚度”---按“./自零”，之后的位移输出值为测量值减去当前值，并显示S0，（注：查看一下“D：”后面是不是00.00）；开始施压，缓慢、匀速（一个刚度测量循环为一个升压过程和降压过程，保证压力每秒上升或下降不大于1kN，且最大压力大于7.5kN小于等于50kN，保证升压过程中压力连续平稳上升，波动小于5kN），压到≥35kN（不得小于35kN，否则不打印）；卸油，缓慢卸载，力值卸载到0时自动打印。
枕间道砟对道床纵横向阻力影响试验研究
枕间道砟对道床纵横向阻力影响试验研究
井国庆;王新雨;周强;蔡小培
【期刊名称】《铁道学报》
【年(卷),期】2022(44)5
【摘要】道床纵横向阻力是保持列车平稳安全运行重要因素,枕间道砟是其重要组成部分,但高速铁路为防治飞砟采取降低枕间道床饱满度措施,导致道床纵横向阻力降低。
为探究枕间道砟饱满度对高速铁路有砟道床纵横向阻力贡献、分担、影响规律,进行一系列纵横向阻力试验。
试验结果表明,枕间道床饱满度对纵横向阻力具有一定影响,尤其对纵向阻力影响显著。
枕间提供横向阻力的10%~15%,纵向阻力65%~75%。
随着饱满度降低,道床纵横向阻力均降低,如高差为5 cm时,相比枕间饱满情况,纵横向阻力分别减少了25.6%和7.0%。
高速铁路有砟道床枕间降低后宜采取加强措施,可参考本文提出的相应方案。
【总页数】5页(P127-131)
【作者】井国庆;王新雨;周强;蔡小培
【作者单位】北京交通大学土木建筑工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】U211.2
【相关文献】
1.不同长度岔枕道床阻力试验研究
2.新型钢枕道床横向阻力试验与分析
3.米轨混凝土枕道床横向阻力离散元数值模拟
4.米轨铁路钢枕有砟道床横向阻力试验与仿真
5.有砟轨道轨排横向阻力与道床横向阻力实验研究
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胶粘道床横向阻力特性试验和离散元分析
胶粘道床横向阻力特性试验和离散元分析肖宏;令行【摘要】为揭示胶粘道床横向阻力的工作机理,在高速铁路胶粘道床路段进行了横向阻力现场试验.分析了胶粘道床横向阻力的变化特征;利用离散元软件PFC3D (particle flow code in 3 dimensions)建立了胶粘道床三维模型,对胶粘道床内部接触力、应力进行了统计分析.研究结果表明:用胶状态下胶粘道床横向阻力值是有砟道床规范值的4.6倍,横向阻力提升显著;胶粘道床在提升横向阻力的同时,轨枕-道砟接触点压力值最大为1.2 KN,平均值为112.48 N,道砟仍处于良好的受力状态;道床全断面粘结时应保证枕下26 em范围道砟胶喷涂的充分和均匀,以确保道床粘结效果的发挥;胶粘道床不同位置对横向阻力的分担比相对于有砟道床变化明显,胶粘道床枕侧承担63％、枕底承担24％、砟肩承担13％.%Lateral resistance data were obtained through a field experiment in a high-speed railway to reveal the working mechanism of the lateral resistance of glued ballast.The change characteristics of the lateral resistance of the glued ballast were analysed.Moreover,a three-dimensional discrete element model was established by PFC3D.The contact force and stress of the glued ballast were also statistically analysed.The results show that the lateral resistance of the glued ballast is significantly improved,and its value is 4.6 times of the standard value of the ballast bed.The ballast can maintain a good force state under its high-lateral resistance state.The maximum value of the contact force between the sleeper and the ballast is 1.2 KN,and the average value is 112.48 N.When the whole section is bonded,a depth range of 26 cm must be ensured to be fully and uniformly bonded toensure the bonding pared with the ballast bed,the sharing ratio of the lateral resistance significantly varies in different glued ballast positions.Furthermore,the lateral resistance of the glued ballast is mainly shared by the sleeper side,followed by the sleeper bottom and the shoulder with a sharing ratio of approximately 63％,24％,and13％,respectively.【期刊名称】《西南交通大学学报》【年(卷),期】2017(052)006【总页数】9页(P1046-1054)【关键词】胶粘道床;横向阻力;离散元模型【作者】肖宏;令行【作者单位】北京交通大学轨道工程北京市重点实验室,北京100044;北京交通大学轨道工程北京市重点实验室,北京100044【正文语种】中文【中图分类】U213.7胶粘道床是采用道砟胶喷涂技术使得散体道砟发生粘结的一种新型道床结构,起源于英国的XiTRACK技术,专门为提升有砟轨道性能而开发.胶粘道床在保持轨道几何形位、改善道床受力等方面性能突出,国内外在过渡段都有使用,国外还应用在曲线、道岔等线路薄弱环节[1-2].胶粘道床力学特性目前在国内外均处于研究阶段,对其横向阻力特性的研究主要基于试验和有限元计算.在试验研究方面,Woodward 等[3]通过室内试验测定了隧道内保持轨道限界的道床胶粘区横向阻力特性;王斌等[4]通过室内试验研究了喷涂道砟胶前后道床横向阻力的变化,并测定了卸载回弹特性;朱永见等[5]在重载铁路有砟-无砟过渡段对整体、部分、局部等3种胶粘工况下道床横向阻力进行了测试;Woodward等[6]通过建立有限元模型对道床砟肩喷涂道砟胶时道床横向阻力进行了计算.以上研究对胶粘道床横向阻力特性的认识具有积极意义,但亦存在诸多不足,如室内试验时道床模型存在密实度和稳定性不足的情况,不能真实反映现场道床状态;有限元数值模拟缺少精细化分析,无法从微观角度揭示胶粘道床内部作用机理.离散元是研究散体颗粒物质微观力学特性的有效方法，Cundall等[7]首先采用离散元的方法对散体颗粒进行了研究.离散元法在有砟道床微观分析中应用较为广泛[8-10].在胶粘道床模拟方面,胡飞[11]利用PFC建立了过渡段胶粘道床离散元模型,对比了不同道砟胶用量和固化深度下道床力学特性,但没有对横向阻力进行研究.针对以上情况,本文首先进行现场试验,然后建立PFC三维离散元精细化模型并进行验证,在此基础上对胶粘道床微观力学特性展开研究,揭示其工作机理,为更好的设计及养护维修提供指导.横向阻力试验地点位于高速铁路有砟-无砟过渡段,试验点道床进行了全断面胶粘,单位面积道砟胶用量为33 kg,是《聚氨酯道砟胶暂行技术条件》[12]中用胶量规定范围的最小值.道砟胶是由两种组分混合后经化学反应生成的胶结体,混合后2～20 min 可进行喷涂施工,其表干时间不超过1 h,承载时间不超过72 h,固化收缩量不超过3 mm.道砟胶黏结强度不低于2 MPa,拉伸强度不低于10 MPa,抗压强度不低于30 MPa[12].道砟胶喷涂施工现场如图1所示.在喷涂道砟胶时，在钢轨上包裹塑料膜、轨枕上放置金属保护壳，防止钢轨和轨枕脏污.在喷涂道砟胶后,道床力学性能短期内会显著提高,随着时间推移逐渐趋于稳定.本文横向阻力试验选择在道砟胶喷涂30 d之后进行,试验现场如图2所示.测试前先拆除轨枕上的扣件及垫板,测试过程中由千斤顶通过反力架对轨枕施加横向作用力,其值由压力传感器采集.在轨枕另一端安装高精度位移计,采集轨枕位移,另外安装百分表对加载位移进行校核.加载过程中为了避免对胶粘道床轨道几何形位造成影响,参照文献[4]中室内试验及文献[5]中现场试验时轨枕的横向加载位移,本文试验中轨枕横向位移限值定为1 mm,测试结果如图3所示.由图3可知,在加载过程A-B-C-D中,当横向加载位移为1 mm时,对应图中点D,横向阻力值达到55.5 kN是《高速铁路设计规范(试行)》[13]中要求值12 kN/枕的4.6倍,相对于无道砟胶工况横向阻力显著提高.通过曲线拟合可知,整体加载过程中横向阻力F随轨枕横向加载位移S的增大呈幂率增长,满足关系F=55.5S0.564.拟合优度R2=0.992,拟合效果良好.图3中点B对应的横向阻力为《高速铁路设计规范(试行)》[13]中有砟道床横向阻力的要求值12 kN/枕,此时对应的轨枕横向位移为0.07 mm.可见,采用胶粘道砟措施可显著提高道床的横向稳定性.从能量的角度对图3所示加载过程进行分析,通过对加载过程积分得到总能耗W,如式(2)所示.由积分中值定理,得到加载总能耗的另一种表达,如式(3)所示.W=55.5S0.564dS,式中:F0为胶粘道床横向阻力平均水平;S0为F0对应的轨枕横向位移.联合求解式(2)、(3),可得S0=0.45S.根据现场试验,当S=1 mm时,S0=0.45 mm,对应图3中点C.观察点C前后横向阻力加载曲线可知,加载曲线A-C段相比于C-D段具有较强的非线性,对C-D段来说,曲线斜率变化不大,通过线性拟合,满足方程F=41.52S+16.21.拟合优度R2=0.980,此时横向阻力增长率可以认为趋于稳定.鉴于目前关于胶粘道床横向阻力试验轨枕加载位移尚无统一规定,考虑到点C具有两个含义:(1) 反映了试验加载区间胶粘道床横向阻力的平均水平;(2) 点C之后胶粘道床横向阻力增长率趋于稳定.在不影响胶粘道床整体性又能反映其横向阻力特性的前提下,相比于有砟轨道道床阻力值(位移为2 mm)的要求,考虑到其粘结特性,建议将点C对应的加载位移0.45 mm作为轨枕横向加载位移值,试验时轨枕位移不宜超过1 mm.接触关系是离散元建模分析的关键,根据胶粘道床的粘结特性,文中接触模型采用PFC3D自带的平行粘结模型,模型受力特征如图4所示.图中:σc、τc分别为平行粘结模型的抗拉强度和抗剪强度;c为接触粘聚力,φ为内摩擦角.在拉伸状态时,当拉伸应力σ≥σc时发生拉伸破坏;在受压状态时,当剪切应力τ≥τc时发生剪切破坏,其中, τ=c-σtanφ.在平行粘结模型发生破坏前,随着颗粒接触点法向位移和切向位移的增大,对应的拉伸应力和剪切应力呈线性增大[14].PFC3D中平行粘结模型包含9个变量参数:线性法向接触刚度kn、线性切向接触刚度ks、摩擦因数fric、粘性法向接触刚度pb_kn、粘性切向接触刚度pb_ks、抗拉强度pb_ten、粘聚力pb_coh、粘性摩擦角pb_fa、粘结半径比例系数pb_rmul.本文平行粘结模型中,线性接触参数参考了文献[10，15]对普通有砟道床的研究;粘性接触参数尚未资料可查,其值在道砟胶宏观力学参数的基础上通过大量模拟试验获得,由于本文不考虑道砟胶的开裂对胶粘道床的影响,所以pb_ten和pb_coh取较大值,最终确定的平行粘结模型参数见表1.采用球单元模拟道砟颗粒,其微观参数在文献[10]研究的基础上确定;采用簇单元模拟轨枕,其微观参数根据试验点铺设过渡枕确定.建立如图5所示过渡枕离散元模型,轨枕簇单元包含1 060个簇粒.道砟球单元半径r1、密度ρ1和轨枕簇粒半径r2、簇密度ρ2见表2.道床边界视为平面应变，采用墙单元提供约束,尺寸参考文献[13]中相关规定.为准确分析试验轨枕横向移动过程中的受力特性,消除边界效应的影响,在建立胶粘道床离散元模型时应包括试验轨枕以及其附近的轨枕区域.离散元模型中轨枕数目越多、道床越长,模型边界对试验轨枕的影响越小.但这样也会显著增加模型所用道砟的球体单元数目,使得计算效率偏低.本文建立的胶粘道床离散元精细化模型包含3根轨枕,如图6所示.为消除边界的影响,选择中间2号轨枕(以下称为试验轨枕)进行模拟分析.为保持模型计算时的稳定和准确,计算过程中试验轨枕簇单元横向速度设为1×10-3m/s,时步设为1×10-5 s,经过1×105 次循环,使得试验轨枕横向位移达到1 mm.通过监测试验轨枕簇单元在横向移动中所受横向接触力,得到胶粘道床横向阻力模型计算结果与现场测试结果,对比如图7所示.通过显著性检验,R2=0.993,模型总体拟合结果良好.但是从图7中可知,轨枕横向位移在0.5 mm 之前,模拟结果和试验结果相对误差偏大,试验值高于模拟值,这是由于离散元模型中道砟采用的是球体颗粒,而实际道砟是不规则多面体,在加载初期实际道砟颗粒间存在较强的咬合作用,离散元模型中球单元间咬合力相对较小造成横向阻力值偏低.为了反映现场试验过程中道床最不利受力状态,避免离散元模型在轨枕横向移动初始阶段由于内部咬合力不足造成横向阻力值偏小的影响,以下分析均以轨枕横向移动为1 mm时进行受力特性分析.随着试验轨枕的横向移动,宏观表现是轨枕所受的横向阻力增大,其对应的微观表现是试验轨枕簇单元周围接触力链的强化.为了直观反映道床力链的变化,选择胶粘道床模型力链分布俯视图和试验轨枕处力链分布主视图进行观察.在初始状态,道床力链分布如图8所示,图中，颜色深浅代表接触力的大小.由图8(a)可知,初始状态道床表面力链分布较为均匀；由图8(b)可知,随着深度增大,枕下力链及对应接触力逐渐增大,这是由轨枕加道床自重引起的接触力分布状态. 试验轨枕横向移动1 mm后道床力链分布如图9所示.由图9(a)可知,相比轨枕移动前道床力链在试验轨枕左端砟肩,相邻轨枕之间以及右端砟肩位置都有强化，与有砟道床不同的是轨枕两端砟肩位置力链的强化,其中，左端力链强化是道砟胶粘结作用的直接表现.在相邻轨枕之间还出现如图9(b)所示的45°贯穿力链,这些力链以相邻轨枕作为支撑,作用于试验轨枕,使试验轨枕枕侧横向阻力得到提高.这些贯穿力链的形成与散体道床在喷涂道砟胶之后整体性提高有关.由图9(c)可知,力链集中分布于轨枕附近区域,枕下和枕侧力链分布与有砟道床轨枕横向移动后力链分布规律类似[10],区别在于轨枕两端力链都有强化.在有砟道床中,轨枕与道砟颗粒之间不存在拉力的作用.在胶粘道床中,由于接触点的胶结作用,实质上是由于胶结形式的差异致使轨枕与道砟颗粒之间既存在拉力也存在压力.以枕底与道砟的接触为例,图10展示了道砟颗粒与轨枕的4种胶结形式,蓝色区域表示胶结位置.由图10可知,1、2号道砟与轨枕直接接触,3、4号道砟与轨枕存在间隙.在道砟胶的作用下它们都与轨枕发生粘结,但是，由于胶结形式的差异,使得轨枕横向移动时胶结点产生不同的接触力,其中,1、3号道砟胶结位置产生压应力,2、4号道砟胶结位置将产生拉应力.胶粘道床离散元模型中试验轨枕受到的横向阻力来源于轨枕簇单元与道砟球体单元的接触作用,为了对轨枕所受的拉压接触力进行量化描述,通过自编Fish程序对试验轨枕簇单元与道砟球体单元的接触进行遍历统计(压力为正,拉力为负),得到轨枕-道砟接触点横向压力(以下简称压力)和横向拉力(以下简称拉力),如图11所示.由图11可知，轨枕-道砟接触点总数为 870个,其中:压力接触点个数为355个,承担横向阻力值39.930 4 kN;拉力接触点个数为515个,承担横向阻力值15.129 6kN.轨枕与道砟接触点中压力个数占总接触点个数的40.8%,但压力总值占横向阻力值的72.5%,这说明数量相对较少的压力接触点承担了大部分横向阻力.从接触点拉力统计可以看出,当试验轨枕横向移动1 mm时,拉力接触点承担横向阻力已经超过文献[13]中的要求值12 kN/枕.为进一步分析轨枕-道砟接触点挤压特性,结合文献[16],对压力M进行归一化处理，得到无量纲离散变量Mw,其中为压力平均值,如式(7)所示.式中:Mi为统计结果中第i个压力接触点压力值;n为统计得到的压力接触点数目.经统计分析得到压力值分布概率P的对数lg P与Mw的变化趋势如图12所示.对图12中压力值进行曲线拟合,其分布概率满足lg P=-2.205Mw0.193+0.910.R2=0.871,拟合效果良好.由接触点压力值的概率分析可知,接触点压力值分布概率的对数随压力值的增大呈现出幂率衰减的规律,大部分压力值低于平均值112.48 N,受力状态良好.以上研究表明胶粘道床不仅可以增加道床横向阻力,更好的保持线路稳定,同时也能保持道床处于良好的受力状态,减少道床养护维修工作,因此，建议在线路薄弱环节，如曲线、道岔路段中推广使用.为反映胶粘道床在试验轨枕横向移动前后应力状态的变化,对试验轨枕所处道床横截面横向剪应力和正应力进行分析.道床横截面横向剪应力在初始状态和轨枕横向移动1 mm后分布分别如图13(a)、(b)所示;横向正应力在初始状态和轨枕横向移动1 mm后分布分别如图14(a)、(b)所示.由图13(a)可知,初始状态时剪应力分布较为均匀;由图13(b)可知,当轨枕横向移动1 mm后剪应力分布变化显著,大剪应力主要分布在轨枕底部与道砟的接触区,其值随着道床深度的增加逐渐减小,道床剪应力分布状态与道砟颗粒间的相对位移量有关.由图14(a)可知,初始状态时道床处于受压状态，且随道床深度的增大应力值逐渐增大.由图14(b)可知，当试验轨枕横向移动1 mm时，轨枕左右砟肩分别出现拉、压应力,并在枕端附近出现应力集中.枕下道床为受压状态,大压力区域在枕下从左向右逐渐深入道床底层,这是枕下道砟发生层状剪切的同时受到轨枕左侧道砟拉力约束以及右侧道砟压力约束共同作用的结果.为了进一步确定轨枕横向移动1 mm后应力影响范围,对轨枕移动前的初始状态和移动1 mm后最终状态应力值进行对比,得到轨枕以下道床不同深度处平均应力水平变化,如图15所示.由图15可知:初始状态时道床处于稳定状态,道床横向正应力在自重作用下随道床深度的增加逐渐增大,剪应力基本不变;当轨枕横向移动1 mm后,道床横向正应力和横向剪应力都随道床深度的增大而接近线性衰减;在轨枕以下12.5 cm范围内,最终状态道床平均应力水平相比初始状态提高一个数量级;当道床深度超过26 cm时,道床横向正应力小于初始值,横向剪应力值也较小,道床总体应力在轨枕移动前后变化不大.这表明道床全断面粘结时,枕下26 cm范围为道床应力主要影响区域,道床在进行全断面喷涂施工过程中,经常存在道砟胶粘结不均匀或者受道砟胶流动性的影响道砟粘结不到位的情况,造成胶粘道床力学性能不能正常有效的发挥.因此,为了保证道床全断面粘结时力学性能的正常有效发挥,建议道床在全断面粘结施工过程中要尤其注意枕下26 cm范围内道砟的粘结状态,应保证道砟胶喷涂的充分和均匀. 对于有砟轨道,轨枕底部、轨枕侧面和道床砟肩等对横向阻力的分担比国内外已有相关研究[10,17-19].胶粘道床由于道砟颗粒接触关系的改变,导致道床不同位置对横向阻力的分担发生变化.胶粘道床不同位置横向阻力作用如图16所示.图16中试验轨枕所受左右两端砟肩、前后枕侧及枕底处横向阻力总值Fsum为式中:r、s、t、u、v分别为轨枕前侧、后侧、左端、右端、枕底位置轨枕与道砟接触数;Fα、Fβ、Fγ、Fδ、Fε分别为轨枕前侧、后侧、左端、右端、枕底位置轨枕与道砟接触点横向接触力.经过对试验轨枕簇单元不同位置簇与球接触点统计，并结合式(9),得到不同位置横向阻力分担值如图17所示.由图17可知,胶粘道床中试验轨枕不同位置对横向阻力的分担差异较大.在有砟道床中,接触面积和密实度是决定横向阻力值的关键,而胶粘道床横向阻力主要受到胶结点数目和胶结尺寸的影响.对于轨枕侧面位置,其一侧面积小于枕底面积,对应接触点个数相对枕底接触点也少,但通过枕间力链分析可知相邻轨枕间存在大致成45°的贯穿力链,枕侧受到相邻轨枕的支撑作用影响,导致其横向阻力高于枕底.轨枕两端横向阻力值较小,受压端横向阻力大于受拉端.结合文献[18]中关于有砟轨道床砟肩、枕侧、枕底横向阻力分担比的研究,得到有砟道床和胶粘道床不同位置横向阻力分担比对比如图18所示.由文献[10,18]可知,有砟道床中横向阻力主要由枕底承担,其次是砟肩,最后是枕侧,分别占总横向阻力的48%、29%和23%.在有砟道床中,轨枕所受横向阻力来源于轨枕不同位置与道砟的挤压摩擦作用,其值的大小决定了有砟道床中轨枕不同位置对横向阻力的分担比.由图18可知,胶粘道床不同位置道床分担比相对有砟道床变化明显.胶粘道床中横向阻力主要由枕侧承担,其次是枕底,最后是砟肩,分别占横向阻力的63%、24%和13%.在胶粘道床中,道砟胶的粘结使得道床整体性提高,对轨枕的约束作用增强,同时在轨枕不同位置,轨枕-道砟间存在不同数目和尺寸的粘结点,这使得轨枕横向移动时不同位置所受到的拉压接触力不同,具体数值如图17,这也意味着胶粘道床中轨枕不同位置对横向阻力的分担比不同.因此,在胶粘道床和有砟道床中，轨枕横向阻力分担比发生变化的根源在于轨枕横向移动时其受力特性的改变.结合在高速铁路过渡段道砟胶用量为33 kg/m3,且全断面胶粘情况下进行的胶粘道床横向阻力试验,利用PFC建立了胶粘道床三维离散元模型,对横向阻力特性进行了仿真分析,得到以下结论:(1) 当轨枕横向移动0.07 mm时,胶粘道床横向阻力已达到有砟道床横向阻力规范值12 kN;当轨枕横向移动1 mm时,胶粘道床横向阻力为55.5 kN,是有砟道床横向阻力规范值的4.6倍.由此表明,胶粘道床能够显著提高道床横向阻力,更加适用于高速行车.考虑到道床粘结特性,建议现场试验时轨枕横向加载位移设为0.45 mm,不宜超过1 mm.(2) 当轨枕横向移动1 mm后,枕间出现大致成45°的贯穿力链,在轨枕两端砟肩出现应力集中.枕下道床应力随着道床深度的增加而减小,应力变化主要发生在枕下26 cm范围内,建议道床在全断面粘结施工过程中要尤其保证枕下26 cm范围内道砟胶喷涂的充分和均匀.(3) 与有砟道床相比,胶粘道床枕侧、枕底、砟肩等不同位置对横向阻力的贡献有明显不同的规律.胶粘道床横向阻力主要由枕侧承担,其次是枕底,最后是砟肩,分担比分别为63%、24%和13%.(4) 胶粘道床在提升横向阻力的同时能够保持道床内部道砟颗粒良好的受力状态,使其在保持线路稳定性的同时减少道床养护维修工作量,因此，建议在曲线、道岔等线路薄弱环节推广使用.【相关文献】[1] WOODWARD P K, KACIMI A, LAGHROUCHE O, et al. 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Ⅲc 型预应力混凝土枕预埋套管抗拔力检验不合格成因分析及对策
Ⅲc 型预应力混凝土枕预埋套管抗拔力检验不合格成因分析及对策摘要：Ⅲc 型轨枕成品检验项目共29 项，包括外观质量、外形质量和力学性能检验。
预埋套管抗拔力检验是5 项力学性能检验的一种，它是在轨枕脱模养护28 天后，每批轨枕抽检2 根轨枕，每根轨枕检测一个套管抗拔力，只有两根轨枕均合格代表本批轨枕合格，否则判整批轨枕抗拔力不合格。
所以预埋套管抗拔力试验存在检验滞后、代表数量大的特点，并且是直接判定轨枕合格与否的关键性能。
本文就莱阳轨枕场Ⅲc 型轨枕预埋套管抗拔力检验的影响因素做出了分析并制定相应的对策，大大提高了预埋套管抗拔力检验合格率，为同类型施工做出了借鉴。
关键词：Ⅲc 型轨枕成品检验预埋套管抗拔力影响因素对策引言混凝土轨枕是一项重要的铁路器材，也是我国产量和用量都大的一项重要水泥制品。
随着我国铁路建设事业的不断发展和高速重载铁路的需要，对铁路轨枕的性能和质量的要求也不断提高，驱使轨枕产品的不断升级换代。
Ⅲc 型预应力混凝土枕主要用于重载、提速的铁路线路。
Ⅲc 型预应力混凝土枕具有结构强度大、纵横向稳定性和整体刚度好、安装方便、配置数量少等优点，是目前有砟轨道使用轨枕中耐久性最好、使用量最大的轨枕，市场需求量大。
Ⅲc 型枕的截面、配筋等和Ⅲa 型枕相同，也为有挡肩，只是预留孔硫磺锚固改为采用 D1 型塑料套管。
我国目前Ⅲa 型枕的机组流水法预制工法较成熟，但年平均产量在 40 万根左右，远不能满足青荣线有效预制工期要求。
所以莱阳轨枕场借鉴其他厂Ⅲa 型枕的预制工法，并在此基础上将每个工位单位效能加以改进、升级，以机械化生产代替人工作业。
从钢筋半成品加工到各工艺流程全部改为最大化机械生产，标准高、效率快；加多工位设置，分散工序操作，缩短流水节拍；增加缓存工位、释放吊车利用率，保证流水作业连续，提高安全系数。
一些列改进后仅在试生产的第四个月就顺利通过了国家铁路部上道技术审查，此工法得以在青荣城际铁路线上推广使用。
Ⅲ型混凝土轨枕损伤成因及改善办法
Ⅲ型混凝土轨枕损伤成因及改善办法- 结构理论1.Ⅲ型混凝土轨枕损伤的类型1.1轨下截面横向裂缝轨枕两侧下部出现该截面的荷载弯矩，产生垂直横向裂缝。
这种裂缝较小时，不会让轨枕失效。
但截面荷载弯矩较大时，就会出现长度超过中和轴的横向裂缝，导致轨枕失效。
1.2轨枕中间纵向裂缝轨枕中部的顶面和侧面如果受了过大的正弯矩，平行于钢筋位置可出现纵向裂缝。
1.3轨枕龟裂轨枕的两端、表面出现不规则的纵横交错的网状细小裂缝。
对轨枕的使用也造成了一定程度的影响。
1.4轨枕的挡肩损伤轨枕挡肩由于中间扣件传来的水平推力而造成损伤，特别是小半径曲线上这种现象常见，采用加宽铁座的方式也不能解决问题。
除此之外，垫片的损坏和轨枕在制造过程中挡肩部分的缺陷也可能造成挡肩损伤。
1.5轨枕的腐蚀轨枕长期外露，在低洼浸水积水地段或货运车辆装载有害物质落在轨枕上，即会造成轨枕的腐蚀。
混凝土表面会出现斑点、脱层，严重的话会出现钢筋外露腐蚀生锈，并逐步向里面延伸。
2.Ⅲ型混凝土损伤原因2.1混凝土轨枕一直处于露天环境中，当水、气随着裂缝深度触及保护层时，钢筋外露引起腐蚀生锈，在其内部引起内应力，导致混凝土开裂恶化，严重影响轨枕的承载能力。
2.2我国的轨枕生产企业对Ⅲ型混凝土轨枕普遍采用常压饱和蒸汽养护。
但是，混凝土传热不良，蒸汽养护起初混凝土的内层温度高于外层温度，这种受热不均极其容易使混凝土凝固初期就已经产生裂纹或裂痕。
使用过程中，在长期的交变应力、各种环境、不同温度变化以及冻融等因素的综合作用下，内部的原始裂纹裂痕会逐渐加剧，因此很快缩短轨枕的使用寿命。
2.3在TB/T2190-2002《预应力混凝土轨枕1型、2型及Ⅲ型》中，对轨枕的蒸汽养护做出了严格的规定：“轨枕采用蒸汽养护时，精停时间不应小于2h，升温不应大于20C/H，蒸汽养护温度不应大于60C，并应有一定的停气降温时间，降温速度不应大于20C/H，。
”。
主要目的是使蒸汽养护对轨枕产品质量的不利影响因素降到最低程度。
IIIb型预应力混凝土枕检验细则
在生产企业成品库或用户处抽样。 3.3 抽样要求 3.3.1 该产品由质检中心组织人员抽样。 3.3.2 须至少 2 名抽样人员持“铁道部监督抽查通知书”前往抽样地点抽样，并将通知 书亲自交给接待抽查的生产企业人员。
2
3.3.3 样品应从经生产企业检验合格的近期产品中随机抽取，由抽样人员操作。抽样时
应检查样品的生产企业标记及合格标记或出厂合格证明书。
3.3.4 抽取的样品，在参加现场抽样人员全部在场的情况下，当场立即作好样品标记、
封存，并进行隔离。封样时，封条/铅封/样品上须有标记。所有标记必须清晰。
序号
检验项目
30 6 1
30 6 1
50 6 2
40 12 3
B-3 上下两排钢丝（筋）间距
40 12 3
B-4 外侧两排钢丝（筋）间距
40 12 3
B-5 两轨底外侧预埋件距离
B-6
同一轨底内外侧预埋件 间距离
B-7 预埋件台面至枕面高度
B-8 预埋件孔顶至枕面高度
B-9 轨枕横断面高度
B-10 轨底坡
B-11 承轨台表面缺陷
批准号：CC-060-2004 编 号：ZJZ302(GW)-2004-060
铁道部产品质量监督抽查检验实施细则
预应力混凝土枕（IIIB）
2004 年 6 月 4 日发布
2004 年 6 月 4 日实施
铁道部科学技术司批准
前言
本细则由铁道部产品质量监督检验中心铁道建筑检验站负责起草。 本细则由铁道部产品质量监督检验中心负责解释。
300mm/ /0.1mm