铁路轨道

轴重与应力的关系
轴重（t） 项目 18 轨底弯曲应力比值 轨枕弯矩比值 路基面应力比值
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21.6 1.16 1.41 1.22
25 1.31 1.77 1.54
1 1 1
54
轴重与道床变形和维修工作量的关系
轴重（t） 项目 18 道床应变比值 维修工作量比值 1 1 21.6 1.11 1.37 25 1.22 1.79
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三、钢轨尺寸允许偏差及平直度要求
列车速度越高，对钢轨平直度的要求也 越高。详见P24表2-5、表2-6。 由于目前大量采用无缝线路，钢轨焊接 接头的平直度也直接影响到轮轨之间的作 用力，所以对钢轨焊接接头也提出了相应 的要求，如表2-7。
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四、钢轨伤损
总结
道床的功能 道床的材料 道床横断面的主要特征 道床变形主要表现及变形规律 道床脏污的发展规律
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第八节 特殊地段的轨道过渡段
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第九节 运营条件与轨道结构的关系
根据运营条件确定轨道结构的类型
又叫运营三要素、运营参数
Operation factors

后期缓慢积累阶段：道碴颗粒克服彼此磨阻
力向两侧流动的过程
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五、道床的脏污
位于道碴颗粒级配范围外的成分都是脏 污成分 来源：
自身磨损:70%以上 顶部渗入 钢轨与轨枕磨耗 路基上渗入 底碴上渗

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脏污的危害
堵塞道碴孔隙，形成道床积水； 翻浆冒泥； 道床板结
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道床
面碴 底碴
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底碴的功能
保护路基防止大的道碴颗粒压入路基 进一步分散载荷 进一步促进雨水排放 截断地下毛细水
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二、道床的材料
要求：
质地坚韧 吸水度低 排水性好 不易风化 不易压碎、捣碎和磨碎 不易吹走和冲走
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2、钢轨接头联结零件
1）接头夹板（六孔鱼尾板）：斜坡支承 型双头对称式夹板。
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2、接头螺栓、螺母及垫圈
螺栓：10.9和8.8级高强螺栓 螺母：Q275钢 垫圈：
普通线路—弹簧垫圈（圆形和矩形） 无缝线路—平垫圈

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3、轨缝
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二、钢轨截面设计原则
1、工字型断面
原因：抵抗挠曲的最佳断面
2、三个部分

轨头 轨腰 轨底
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4
三、钢轨截面设计原则及 我国主型钢轨截面形状
1、增加轨头部分的高度与轨身的高度 2、加强轨头下部 3、在曲线外股采用专用轨
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5
钢轨截面的经验公式
第二章 有碴轨道 Ballasted Track
Βιβλιοθήκη Baidu道结构特点
结构的组合性和散体性 荷载的重复性和随机性 养护维修的经常性和周期性
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2
第二节 钢轨 钢轨的功能
1、为车轮提供连续、平顺和阻力最小的滚
动面，以引导车车辆前进。 2、承受来自车轮的垂直力、横向水平力和
纵向水平力
3、在电气化铁路和自动闭塞区段上能兼作 轨道电路。
19
2）钢轨接头受力特点
荷载特点：
P1：高频瞬时冲击荷载 P2：低频准静态荷载 其中 P1力作用时间短，仅对钢轨头部起破坏 作用； P2力持续时间长，对钢轨、轨枕、道床、 路基都有破坏作用。
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本节总结
钢轨的用途 钢轨的类型 钢轨的截面形式 钢轨的物理化学性质 钢轨的长度 钢轨的接头及受力特点
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第五节 轨枕 一、作用
支撑钢轨，保持固定的轨距和方向承受和传递荷载
要求：
坚固、耐久、有一定的弹性
二、木枕Wooden tie
1.
优点 有弹性 重量轻 易加工
缺点 浪费木材 重量轻 寿命短
影响木枕使用寿命的因素
使用条件、气候条件、虫蛀
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木枕加工
林区砍伐——切割成形（素枕）——捆 扎——干燥——蒸煮——浸泡（沥 青）——油枕 寿命5~7年
Load per axle:
轴重
Traffic
load:
运量
Running
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Speed：速度
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轴重
每个车轴上承担的荷载 轴重增加
各部件应力和动力响应增加； 增加各部件损坏，特别是钢轨；
道床变形增加，增加养护维修工作量；
加速轨道状态恶化，威胁行车安全。 2013年3月22日 轨道结构必须加强。53
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行车速度的影响
提高速度

轮轨动力作用增加 增加各部件动力响应 增加了车辆脱轨的危险性 增加养护维修工作量
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运量的影响
是机车车辆荷载大小与作用次数对轨道结构共
同作用的综合指标
机车车辆的通过总质量，即机车车辆轴重及其 通过次数的乘积表示 影响各部件使用寿命和永久变形积累。

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道床材料
碎石crushed stone 熔炉矿碴furnace slag 筛选卵石screened gravel 粗砂和中砂coarse and medium sand 石棉asbesto
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道碴粒径、级配
方孔筛孔边长 （mm） 过筛质量分数 （％） 16 0～5 25 5～15 35.5 25～40 45 55～75 56 92～97 63 97～100
底碴粒径、级配
方孔筛孔边长 （mm） 过筛质量分数 （％） 45 25 16 7.1 1.7 0.5 0.1 0.075 100 88～100 67～91 41～75 23～46 14～32 0～11 0～7
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三、道床横断面
三个主要特征：
道床厚度 顶面宽度
边坡坡度
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CaCO3 H2O CO2 CaHCO3 2 胶体
再生岩石
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脏污发展规律
1、清碴不稳定阶段：50Mt，垫垫结合 2、密实稳定阶段：100Mt，垫垫结合 3、板结稳定阶段：150Mt，捣垫结合 4、翻浆不稳定阶段：200Mt，破底清筛
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第5节 扣件 Rail Fastenings
1.
要求 足够的扣压力 一定的弹性 可调节轨距与高度
[A] 彈性扣件(Pandrol Clip): 用來把軌條緊扣在枕木上。 [B] 承托物(shoulder): 作用是把扣件固定於枕木上。 [C]、[D] 彈性墊板(rail pad): 使鋼軌與枕木之間互相絕緣 , 避免 鋼軌漏電 , 並且能夠增加軌道彈性。 [E] 軌條(rail): 給車輪在其行走之用
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三、混凝土轨枕（PC枕）
PRESTRESSED CONCRETE SLEEPER
1.
优点 寿命长：50年 重量大：适于高速重载无缝线路 加工方便：流水线工厂加工

立模（10根）——布筋——张拉——二次 张拉——浇筑混凝土（振捣）——吊装— —蒸汽养护（28天）——切断钢筋——脱 模——吊装——堆码
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钢轨的类型
按取整后每米质量概值来表示。 有75、60、50、43、38kg/m五种。
钢轨长度：世界各国的钢轨长度不同，我国一 般为12.5m和25m两种，为适应客运专线建设 的需要，生产100m的长定尺钢轨
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二、对钢轨的材质要求
1、钢轨材质（化学成分） ——Fe，C，Mn，Si，P，S ——表示方法：U71，U74，U71Mn 2、机械性能（物理力学性能） —— 强度极限 、屈服极限 、 b s 疲劳极限 r、伸长率 s、 断面收缩率、冲击韧性 k、硬度
螺栓孔裂纹，焊接接头裂纹
轨头核伤
轨头剥离
轨顶磨耗
钢轨磨耗
侧面磨耗 钢轨波磨
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第三节钢轨接头
1、钢轨长度 2、钢轨接头联结零件 3、轨缝 4、接头联结型式
5、接头受力特点
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1、钢轨长度
1）标准轨：25m和12.5m两种 2）标准缩短轨：

比25m短40、80、160mm 比12.5m短40、80、120mm六种
轨头顶面宽度：b=0.34M+51.70(mm)； 轨腰厚度：t=0.16M+7.08(mm)； 轨身高度：H=1.92M+54.16(mm)； 轨底宽度：B=1.25M+69.25(mm)(M为每米 钢轨的质量(kg))。 轨身高与轨底宽之间应有一个适当的比 例,一般为H/B≈1.15~1.20。
预留轨缝设置原则： —冬天轨温下降到Tmin时两根钢轨的缩短量与 预留轨缝之和不能超过构造轨缝，以免螺栓受 力； —在夏天轨温上升到Tmax时，两根钢轨的伸长 量之和不超过所预留的轨缝，以免轨缝顶严造 成轨道臌曲，危及行车安全。
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预留轨缝计算公式
1 0 Lt z t0 g 2
Pc f1 f 2 / a
单位长度扣件爬行阻力 ；
Pc 扣压力； f1 钢轨与扣件之间摩擦系 数； f 2 钢轨与弹性垫层之间摩 擦系数；
2013年3月22日 a 轨枕间距。 25
本节总结
轨枕的作用及要求 木枕与PC枕的优缺点 PC枕的外形尺寸特点 轨枕间距及需要增加铺设根数的地方 扣件的类型 弹条Ⅰ型扣件的组成 扣件的设计要求
道床肩宽 取决于轨枕长度加两边肩宽 道床肩部加宽
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边坡坡度
1：1.75 取决于道碴材料的内摩擦角与粘聚力
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四、道床变形——下沉
1、变形机理： 变形速度及大小取决于荷载和振动加速度
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2、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：道碴颗粒在荷载作用下 压实的过程
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2、类型
1. 2.
3.
4.
5.
横向轨枕monolithic 宽轨枕 纵向轨枕 短枕block 组合轨枕composite
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3、轨枕的形状尺寸
1. 2.
3.
4.
5.
横截面：梯形 底面： 厚度：轨下截面,中间截面 外形： 长度：2.5m~2.6m
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4、轨枕间距TIE SPACING
中间轨枕间距 2. 接头轨枕间距 3. 过渡轨枕间距transition tie spacing 需要增加每公里铺设根数的地方
1.
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33
第六节 道床 道床的功能
1、将荷载扩散到路基上，保护路基； 2、提供抵抗轨排纵、横向位移的阻力； 3、排水； 4、缓冲减振； 5、便于养护维修。
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Types of railway track
我国目前根据线路年通过总质量和列车速 度决定线路的等级 特重 重型 次重 中型 轻型
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日本
东海道山阳
120双重弹 性
6
10
60
－
法国
TGV
Nabla
11
9
70
8.1~9.1
德国
曼海姆~斯图加特
HM
11
－
70~80
14
英国
－
Pandrol
11
10
30~50
12
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24
二、扣件的设计
1. 2.
扣件的爬行阻力creep 扣件的弹性
要求扣件的爬行阻力大于轨枕与道床之间的阻力
40
道床厚度
定义：直线上或曲线内轨中轴线下枕底 道碴处于压实状态时的厚度。 双层道床：道床厚度=面碴+1/2底碴 一般25~50cm
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41
双层道床
面碴：承受荷载top ballast
底碴：隔离面碴，截断地下水毛细管作
用，保护路基sub ballast
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顶面宽度
2013年3月22日 22
2、分类
按扣压方式分： 分开式 不分开式 2. 按扣件的弹性分：
1.

全弹性、半弹性、无弹性 有挡肩、无挡肩
3.
按有无挡肩分：

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国外主要高速铁路扣件
胶 国名 线 路 扣件型式 扣压力 (kN) 厚(mm) 垫 弹性件弹 程(mm) 静刚度 (KN/mm)
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4、接头联结的型式
1）按接头与轨枕的相对位置分：
2013年3月22日
17
2）按两股钢轨接头相互位置分
我国采用的钢轨接头型式：
相对悬空式接头
2013年3月22日 18
5、钢轨接头受力特点
1）接头破坏了轨道的连续性，表现在： 1 轨缝 2 折角 3 台阶
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