轨道结构理论与轨道力学(轨枕)

厚度240mm，比Ⅲ型枕260mm略小 底宽300mm，比Ⅲ型枕320mm略小 8φ 8.2预应力钢筋，总张力432kN，比Ⅲ 型枕总张力422kN略大。 C60混凝土 Ⅲ型枕的可靠度应该比较高
60
第四节 轨枕的病害及加强措施
61
一、木枕的问题及加强措施
▼木枕线路的主要问题是容易腐朽，保持轨距的能 力不够。 ▼加强措施主要有：防脱护轨、轨撑、轨距拉杆、 石撑、采用弹打扣件等。
14


设计枕上压力108kN。 轨枕中间截面承载能力140kN、轨下截 面承载能力185kN。 轨下截面设计正弯矩12.4kN.m、中间截 面设计负弯矩－9.6kN.m
15
3.Ⅲ型轨枕 （1）使用条件 机车最大轴重25t，货车最大轴重23t， 旅客列车最高速度为160km/h。 年通过总重60~100Mt。 60kg/m和75kg/m钢轨轨道。 轨枕长度2600mm，1680根/km。
62
橡胶垫变形严重
63
木枕腐朽
64
木枕线路上因扣件阻力不够造成大轨缝
65
小半径曲线木枕地段的防脱护轨
66
曲线地段加设轨撑
67
木枕地段的轨距拉杆
68
设置石撑
69
设置弹性扣件
70
二、混凝土枕的问题及加强措施 ▼挡肩破损 ▼轨距挡板座上爬 ▼扣件断裂 ▼轨下胶垫破裂、变形 ▼接头病害突出
螺栓孔距214 120º 1/40 170 200 155 60cm掏空 250cm
69型轨枕侧面 25
端头变平，170变 为230 1/40 230 204
螺栓孔距214 120º
C50混凝土
165 60cm掏空 250cm
轨下厚度由200变 为204
中间厚度由155变 为S1的165， J1的175

预应力钢筋用10φ7mm压痕钢筋，重量 7.85kg/根（J－2型6.17）。
预应力钢筋总预张力422kN（J－2型 330kN）。
41


重量340kg/根（Ⅱ型250kg）。 道床横向阻力15kN（Ⅱ型9kN）、纵向 阻力24 kN（Ⅱ型15kN） 。 与Ⅱ型枕相比，轨下和中间截面的承载 力分别提高了43%和65%。
29
二、Ⅱ型预应力钢筋混凝土枕
30

Ⅱ型混凝土枕包括1984年以后设计的： S-2型、 J-2型、 YⅡ-F型、 TKG-Ⅱ型、 新Ⅱ型等。
31

与Ⅰ型枕相比， Ⅱ 型枕的改变：
（1）外型尺寸不变； （2）J－2型的钢筋由4根8.2mm增加至6根，预应力 钢筋由4.24kg增加至6.17kg。总预张力由222kN增 加至330kN。 （3）S－2型的钢弦由36根3mm增加至44根，预应力 钢弦由4.995kg增加至6.105kg。总预张力由267kN 增加至327kN。
23.7
58
岔枕的设计承载能力
截面部位 承轨槽处 非承轨槽处 截面疲劳承载弯矩（kN.m） 正弯矩 负弯矩 53.7 70.6 -47.1 -47.1
50年内，正弯矩失效概率为2%，负弯矩失效 概率为0.0014%。比Ⅱ型枕的设计可靠度 高得多（实际应用中没有如此高）。
59
主要结构特点



56
布置方式及长度

12号道岔共92根 最短的2.4m、最长4.9m，级差0.1m 转辙器部分与基本轨垂直、辙叉部分与 辙叉角平分线垂直 提速道岔全部改为与基本轨垂直
57
75型岔枕设计强度
设计中考虑的最大可能承受弯矩（kN.m）
岔心 导曲线 岔心后 转辙器
35.9
33.8，-13.1 25.1


42

Ⅲ型枕分有挡肩和无挡肩两种形式，分别 简称为ⅢA和ⅢB型混凝土枕。

与Ⅰ、Ⅱ型枕一样，ⅢA型采用有螺栓扣件， 与弹条Ⅱ型扣件配套使用；ⅢB型枕采用预 埋铁座，与弹条Ⅲ型扣件配套使用。 长度为2.6m时为A、B型，2.5m时为a、b型。

43
第三节 我国其他混凝土轨枕结构特点
44

除主型的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型混凝土枕外，我 国还有各类较多的其他型式的混凝土轨 枕，主要有： 用于区间的混凝土宽轨枕 用于道岔的混凝土岔枕 用于桥梁的混凝土桥枕
29
YⅡ-T型枕：
161
12
三、Ⅲ型预应力钢筋混凝土枕
38
由230增 加至260
由204增 加至230
由165增 加至185
250、260cm
Ⅲ型轨枕侧面
39
由294.5增 加至320
由244.5增 加至320
枕底有效面积由5178cm2增加至7720cm2 Ⅲ型轨枕底面
40

混凝土采用C60级混凝土，与Ⅱ型枕相 同。
轨道结构理论与轨道力学 （轨枕）
1
第一节 我国主型轨枕的设计技术条件
2
一、轨枕分类及各类轨枕的特点
3
1.按轨枕材质分类
素枕 木枕 油枕 普通钢筋混凝土枕 轨枕 混凝土枕 预应力钢筋混凝土枕 钢枕
4
2.按结构型分类
短木枕 短枕支承块 性短枕 弹 块 双块 横向 轨 向 普通 长 枕 弹 性枕 埋入式 宽 枕 轨 轨 枕 纵 向轨 枕 Y形 其他梯子形 框架式
76型宽轨枕底面
51
8φ8.2预应力钢筋或60φ3预 应力钢弦，C60混凝土
465 470
170
550 550
150
轨下截面
枕中截面
76型宽轨枕断面及配筋
52
设计技术条件
（1）使用条件 电力机车、轴重230kN，运行速度160km/h。 （2）强度要求 轨下截面下弯矩31.1kN.m（Ⅱ12.4,Ⅲ18.0) 中间截面负弯矩－27.9kN.m （Ⅱ－9.61,Ⅲ14.0) 中间截面正弯矩19.6 kN.m （Ⅱ无,Ⅲ7.2)


35
新Ⅱ型轨枕：
161

100 244.44


主要截面的混凝土最 大预压应力值略有下 降； 混凝土保护层、预应 力钢筋净距均满足要 求。
165

设计承载能力满足荷 载弯矩的要求； 轨下和枕中的承载能 力分别提高6.9%和 14%；单根轨枕的计 算底面积增加 125mm2；单根轨枕 质量增加约22kg；
16
（2）设计技术条件 容许应力法设计。 枕上动压力150kN。 轨枕中截面承载能力170kN、轨下截面 承载能力210kN。 轨下截面正弯矩180kN.m、中间截面正 弯矩7.2、中间截面负弯矩－14kN.m。
17
五、预应力混凝土轨枕的试验方法
18
1.轨枕静承载能力试验（三点弯试验）


21
第二节 我国主型混凝土轨枕结构特点
22
一、 Ⅰ型预应力钢筋混凝土轨枕
23
Ⅰ型混凝土枕包括： 弦Ⅱ61A、弦61、筋61 弦65B 弦79、筋79型，84年定名为S1型（Ⅰ 型枕） 1981年停止生产。
24

Ⅰ型枕即为79型枕，配筋与69型枕相同， 外形与81型（Ⅱ型枕）相同，强度与69 型枕相同。
32
（4）轨下断面承载能力提高13%，枕中断面负弯矩 承载能力提高40%。 （5）混凝土强度由C50提高至C60 （6）轨枕中段不需要再掏空，但不捣固。 （7）道床横向阻力约为9kN/枕，纵向阻力约为 15kN/枕。
33

Ⅱ型混凝土枕基本适应次重型及以下的轨道。随 着铁路运输条件的变化，Ⅱ型混凝土枕原有的某 些参数已不能满足轨道结构的发展要求。
轨下截面：
P
⊙每1000根轨 枕抽样3根。 ⊙加载速度不 大于3kN/s，加 至规定值后稳 定3min。 ⊙承载时用5倍放大镜观 察受拉区有无裂纹。
19
60cm

中间截面：
P
60cm
20
2.轨枕疲劳试验 试验加载方法与静载三点弯相同。

试件6根轨枕，3根做轨下截面疲劳、3根 做中间截面疲劳。 最大加载为静承力的80%，荷载循环系 数0.2。疲劳加载次数2百万次。 试验结束时残余裂纹宽度不超过0.05mm。



钉孔纵裂严重 枕中承载力不足 通过现行的静载检验值困难
34

S-2型枕：采用8φ3mm钢丝配筋的S-2型混凝土枕， 因钢丝的工艺性能欠佳，轨枕质量不稳定，已停止 生产。 YⅡ-F型轨枕：采用8φ7mm配筋，由于布筋不合理， 轨枕难于通过性能检验。 TKG-Ⅱ型混凝土枕：布筋合理，提高了Ⅱ型枕的 使用性能，但上排钢筋混凝土保护层略显不足。
71
混凝土枕挡肩开裂
72
轨距挡板座上爬
73
扣件折断
74
10mm轨下胶垫时的加强Ⅲ型弹条扣件
75
轨下胶垫14mm时的加强Ⅲ型弹条扣件
76
加强III 型弹条扣件的性能
弹条类型 III 型 弹 条 加强Ⅲ型 弹条 设计弹程 （mm） 13 14 单个弹条扣 压力（kN） 11.240 12.590 最大应力/ 容许应力 （Mpa） 1290/ 1300 1420/ 1600
45
一、预应力钢筋混凝土宽轨枕
Fra Baidu bibliotek46
概 况

自1957年试制试铺混凝土宽轨枕，至 1982年终止。 目前在线路上使用的宽轨枕线路约有 200km 因养护维修设备不配套，我国目前在用 的宽轨枕线路在陆续拆除，改铺主型混 凝土枕
47
宽轨枕的主要优点

重量大、线路稳定、道床受力小。 有效防止道床脏污，清筛周期可延长至 15年。 适应性强。 维修作业少，约为1/3-1/4。 整齐美观
48

主要类型


62型单孔及5孔宽轨枕 65－A型（钢弦）、65－B型（钢筋） 弦72型、筋72型 弦76型、筋76型
49
结构特点
200(Ⅱ2 30)mm 165(Ⅱ20 4)mm 150(Ⅱ16 5)mm
250cm
76型宽轨枕侧面
50

重量530kg/枕。
542mm（Ⅱ294.5、Ⅲ320)
5
3.按使用地点分
普通轨枕 岔枕
桥枕
6
二、混凝土枕发展的原因及优缺点
7
1.混凝土枕发展的原因

优质木材的缺乏

预应力技术的发展 橡胶技术的发展

8
2.混凝土枕的优缺点


使用寿命 轨道稳定性 质量均衡性 线路弹性
9
三、我国混凝土枕的发展过程

1953年，开始 1957年，首批使用 1961年，弦61A 1965年，弦61 1969年，弦69，筋69，Ⅰ型枕定型
10



1981年，弦81，筋81 1984年，Ⅱ型枕定型 1995年，TKⅢ型 2000年，Ⅲ型枕定型
11
四、我国混凝土枕的设计技术条件
1.Ⅰ型轨枕 （1）使用条件： 建设型机车，轴重210kN；运行速度 85km/h； 50kg/m轨道，铺设密度1840根/km。 （2）技术条件（缺）
12
2.Ⅱ型轨枕 （1）使用条件 韶山型电力机车，轴重230kN，最高运行 速度120km/h； 年运量60－100MT 50、60kg/m轨道，1760－1840根/km。
13
（2）设计技术条件 采用可靠度设计方法，设计寿命50年。 50年内，接头区轨枕损坏不超过50%， 非接头区损坏不超过10%。
43 28 28 28 38
36
36 36 46
26
76 26 204.5

增加了12%握裹面积， 轨下承载能力提高6%， 枕中承载能力提高3%。

钢筋分布均匀，钢筋附 近的混凝土压应力小， 混凝土收缩徐变引起的 预应力损失减小。轨枕 断面高应力区不易连通， 对轨枕受力有利。 37
6
165

在不改变Ⅱ型枕截面和 配筋率前提下，采用10 根φ6.25 mm的螺旋钢 筋，按梅花状排列。
Ⅰ型轨枕侧面
26
294.5
244.5
Ⅰ型轨枕底面
枕底总面积6588cm2, 有效支承面积5178cm2
27
4根 8.2 高强热处理低合金钢筋J1 36根 3 高强碳素钢丝S1
204
110
80
47.5
165
280
150
轨下、中间断面及配筋
28

因Ⅰ型混凝土枕不能适应铁路的发展， 因此在正线上已不宜再铺设，既有正 线的Ⅰ型混凝土枕目前正以每年约 300万根的进度淘汰下道。
53
（3）设计方法 可靠度设计，寿命50年 50年内轨下截面正弯矩失效为8%，中间 截面负弯矩失效为10%。 失效标准，承载条件下裂纹宽度大于 0.3mm，不承载条件下裂纹宽度大于 0.03mm。
54
二、预应力钢筋混凝土岔枕
55
概 况



1970年，开始研制，铺设2组 1973年，20组 1975年，75型岔定型 1981年，300组 1992年，提速开始，全部换铺混凝土岔 枕，92型