《铁道工程》01轨道结构

铁道工程RailwayEngineering石家庄铁道大学道路与铁道工程教研室2011.9.1主讲教师：王天亮电话：[phone]QQ：1721823802E-mail：[e-mail]2第一章轨道结构TrackStructure3•反反复复4轨道结构组成功能---引导、承受、传递性能要求---坚固稳定、几何形位、安全5第一节钢轨钢轨的功能及基本要求钢轨的长度及接头钢轨伤损6一、钢轨功能为车轮提供连续、平顺和阻力最小的滚动表面，引导机车车辆前进；直接承受车轮的巨大压力，并分布传递到轨枕；在电气化铁道或自动闭塞区段，还兼做轨道电路之用7钢轨的基本要求：足够的强度和耐磨性较高的抗疲劳强度和冲击韧性足够光滑又有一定粗糙度的顶面较强的抗不均匀磨耗性能和硬度的均匀性良好的可焊性良好的道岔机加工性能化学成分便于进行热处理高速铁路钢轨的高平直度8钢轨的型号75、60、50、43kg/m钢轨断面尺寸采用工字型断面，由轨头、轨腰、轨底组成。钢轨设计钢轨头部设计钢轨腰部设计钢轨底部设计钢轨断面的四个主要参数：钢轨的头部顶面宽度（b）轨腰厚度（t）钢轨高度（H）轨底宽度（B）9钢轨断面尺寸10钢轨的材质与机械性能化学成分物理力学性能金属组织热处理工艺碳、锰、硅、硫、磷强度极限、屈服极限、疲劳极限、伸长率、断面收缩率、冲击韧性及硬度等钢轨重型化、提高钢轨韧性、纯净化11钢轨轨缝预留轨缝：目的：适应钢轨热胀冷缩钢轨的长度：12.5m和25m需满足条件当轨温达到当地最高轨温时，轨缝应大于或等于零，使轨端不受挤压力，以防胀轨跑道。当轨温达到当地最低轨温时，轨缝应小于或等于构造轨缝，以防接头螺栓拉弯或拉断。构造轨缝指受钢轨、接头夹板及螺栓尺寸限制，在构造上能实现的轨端最大缝隙值。12钢轨接头定义-轨道上钢轨与钢轨之间用夹板和螺栓连接悬空式、承垫式；相对式、相错式；普通接头、异形接头、绝缘接头等。见p23图1-3。13钢轨的伤损钢轨伤损概念指钢轨在使用过程中，发生折断、裂纹及其它影响和限制钢轨使用性能的伤损钢轨伤损分类依据伤损在钢轨断面上的位置、伤损外貌及伤损原因编号九类32种用两位数表示，十位数表示伤损的部位和状态，个位数表示造成伤损的原因。14钢轨的折断钢轨全断面至少断成两部分裂缝贯通轨头或轨底160km/h，钢轨顶面上有L50mm,H10mm的掉块。160km/h，钢轨顶面上有L30mm,H5mm的掉块。钢轨裂纹除了上述情况外，钢轨部分材料发生分离，形成裂纹。15钢轨磨耗侧面磨耗波形磨耗钢轨接触疲劳伤损钢轨踏面外形变化轨头表面金属破坏接触疲劳形成16轨头核伤---最危险，突然断裂内因---内部材质缺陷外因---外部荷载内因在外因的作用下，轨头内部裂纹形成核，然后向轨头四周发展，猝然断裂。17减缓钢轨伤损的措施：净化轨钢，控制杂物的形态采用淬火钢轨，发展优质重轨，改进轨钢力学性质改革旧轨再用制度，合理使用钢轨钢轨打磨按轨钢材质分类铺轨18第二节轨枕轨枕的功用及类型木枕混凝土枕轨枕间距特种混凝土轨枕19二、轨枕轨枕的功能承受来自钢轨的各向压力，并弹性地传布于道床有效地保持轨道的几何形位，特别是轨距和方向。对轨枕的要求具有必要的坚固性、弹性和耐久性，并能便于固定钢轨具有抵抗纵向和横向位移的能力20轨枕的分类构造及铺设方法构造及铺设方法横向轨枕纵向轨枕短枕使用部位普通轨枕岔枕桥枕材质木枕混凝土枕钢枕21木枕优点易加工、运输、铺设、养护维修弹性好，可缓冲列车的动力冲击作用与钢轨联结较简单良好的绝缘性缺点消耗大量优质木材，价格较高易腐蚀、磨损，使用寿命短强度、弹性不均22混凝土枕优点纵、横向阻力较大自重大、刚度大，轨底挠度较平顺，动力坡度小高弹性垫层保证轨道弹性均匀使用寿命长，降低养修费用节约木材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23轨枕的设计方法中间不支承、中间部分支承、全支承原则：轨枕的受力特点截面形状：两侧梯形，中间矩形，上窄下宽轨枕长度：以轨下截面正弯矩与轨中截面负弯矩保持一定的比例。2.3~2.7m轨枕高度：轨下高些，轨中矮些。配筋预应力形成有利的偏心距。24有挡肩2.6m长Ⅲ型混凝土轨枕25PC枕的分类分类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、YⅡ-F型、TKG-Ⅱ型等III型：新研制的与75kg/m钢轨配套的混凝土枕Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型。（强度逐渐加强）Ⅰ型、Ⅱ型长度2.5m，Ⅲ型2.6m（有档肩、无档肩两种）2627不同类型混凝土枕类型轴重设计速度铺设密度备注Ⅰ21t85km/h1840逐步淘汰Ⅱ23t机车21t货车120km/h次重型、重型轨道Ⅲ23t200km/h176028III型混凝土枕的特点：结构合理，强化了轨道结构（长度、枕下面积17%、端侧面积20%、轨枕质量均增加31%）增大了轨下和中间截面的设计承载力43%和65%，提高了轨枕的强度。采用无螺栓扣件，减少养护维修工作量29轨枕间距轨枕间距运量行车速度线路设备条件钢轨道床每公里的轨枕根数30轨枕密一些，道床、路基面、钢轨以及轨枕本身受力都可小一些。同时，使轨距、方向易于保持，对行车速度高的地段尤为重要。太密则不经济，而且净距过小，也会影响捣固质量（Ⅲ型轨枕枕间距0.6m，客运专线无碴轨道0.625~0.650m）。31混凝土枕的铺设数量及布置轨枕级差为每公里80根，正线铺设见表1-16下列地段应增加轨枕的铺设数量：半径R≤800m的曲线地段（含两端缓和曲线）；坡度大于12‰的下坡地段；长度等于或大于300m且铺设木枕的隧道内。轨道加强地段每千米增加的轨枕数量和最多铺设根数应符合表1-8。32轨枕数量的计算钢轨接头处，轨枕间距比中间小，并向中间间距过渡，以适应荷载的变化。见图1-8.abcnL33混凝土宽轨枕荷载位于宽枕轴线位置，避免了偏心宽度大，纵横向上都有弯矩34其它轨枕-弹性轨枕35梯式轨枕36框架式轨枕37德国B系列轨枕38法国双块式轨枕39第三节联结零件钢轨接头联结零件钢轨与轨枕联结零件40三、联结零件定义：连接钢轨或连接钢轨和轨枕的部件。分类：钢轨接头联结零件、中间联结零件（扣件）。作用：保证钢轨间、钢轨与轨枕间的可靠连接；保持钢轨的连续性和整体性；减震性能；阻止钢轨纵横向移动，确保几何形位。41钢轨接头联结零件钢轨接头：轨道上钢轨与钢轨之间用夹板和螺栓连接。接头处轮轨动力作用大，养护维修工作量大，是轨道结构的薄弱环节之一。形式：接头的联结形式按其相对于轨枕位置，可分为悬空式和承垫式两种。按两股钢轨接头相互位置来分，可分为相对式和相错式两种。我国一般采用相对悬空式，即两股钢轨接头左右对齐，同时位于两接头轨枕间。42组成：接头夹板、螺栓、弹簧垫圈接头夹板---承受弯矩、传递纵向力、阻止钢轨伸缩。双头夹板---竖直荷载作用下，具有较大的抵抗挠曲和横向位移的能力。见下图。螺栓、螺母、弹簧垫圈---夹紧夹板和钢轨，防止螺栓松动。4344联结零件实物图454647钢轨与轨枕联结零件（扣件）作用保持钢轨与轨枕可靠联结阻止钢轨相对于轨枕的移动缓冲减震性能，延缓轨道残余变形积累要求足够的强度、耐久性、弹性构造简单，便于安装、拆卸零部件精度高、可靠性好较大的调高能力和调距能力绝缘性能48分类：按扣压件区分：刚性和弹性之分；按承轨槽区分：有挡肩和无挡肩之分；按轨枕区分：有木枕扣件和混凝土枕扣件之分；按轨枕、垫板及扣压件的联结方式区分：不分开式和分开式之分；49木枕扣件•分开式扣件---4个螺纹道钉、T形螺栓。•零件多，用钢量大，钢轨更换麻烦。•混合式扣件---道钉、五孔双肩铁垫板。•钢轨受荷后翘起易将道钉拔起，影响扣压力。50混凝土枕扣件应具备的性能足够的扣压力适当的弹性尽可能大的轨距和水平调整量绝缘性能51混凝土枕扣件类型弹条Ⅰ型扣件（由ω形弹条、螺旋道钉、轨距挡板、挡板座及弹性橡胶垫板等组成,50\60）弹条Ⅱ型扣件（有螺栓，需靠扭力扳手上紧,60）W型→Ⅰ型：材质差些，W→高出不多（最早德国）Ⅱ型材质好些，两端高出较多。弹条Ⅲ型扣件（无螺栓无挡肩扣件。由弹条、预埋铁座，绝缘轨距块和橡胶垫板组成）52弹条Ⅲ型弹条Ⅰ型53无砟轨道弹性分开式扣件无砟轨道扣件WJ-2型WJ-7型WJ-8型54国外有砟轨道扣件日本102型扣件弹性不分开式有挡肩有螺栓扣压高低调整10mm轨距无级调整扣压力5kN弹程12mm静刚度60kN/mm55国外有砟轨道扣件英国PANDROLe系列扣件弹性不分开式无挡肩无螺栓扣压高低不调整轨距有级调整-8～+4mm扣压力11kN弹程13mm静刚度：80～100kN/mm56国外有砟轨道扣件英国PANDROLFASTCLIP扣件弹性不分开式无挡肩无螺栓扣压57国外有砟轨道扣件德国VOSSLOHW14型扣件弹性不分开式有挡肩有螺栓扣压高低调整10mm轨距有级调整-8～+4mm扣压力10kN弹程13mm静刚度50～70kN/mm58国外有砟轨道扣件法国NABLA扣件弹性不分开式有挡肩有螺栓扣压高低调整10mm轨距有级调整-8～+4mm扣压力11kN弹程9mm静刚度70kN/mm59国外无砟轨道扣件日本直结4型弹性不分开式有挡肩无铁垫板有螺栓扣压60德国VOSSLOH336型弹性分开式无挡肩带铁垫板有螺栓扣压扣压力12kN61•英国PANDROLFAST–弹性分开式无挡肩带铁垫板无螺栓扣压高低不调整62实际中的一些扣件图片636465第四节有砟道床道床的功能及对材质的要求道床断面道床的变形66四、有砟道床67有砟道床的功能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；提供轨道的纵横向阻力，保持轨道的稳定；提供轨道弹性，减缓和吸收轮轨的冲击和振动；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；便于轨道养护维修作业，校正线路的平纵断面。68道砟应具备的性能质地坚韧，有弹性，不易压碎和捣碎排水性能好，吸水性差不易风化，不易被风吹动或被水冲走道砟的分级指标抗磨耗、抗冲击性能抗压碎性能渗水性能抗大气腐蚀性能稳定性能软弱颗粒含量69材质：碎石、天然级配卵石、筛选卵石、粗砂、中砂及熔炉矿砟等；分级：一级、二级，京沪特级；级配粒径：25～70mm(一般)，粒径越小，强度、排水差；接触面积大，吸收动能能力强高速铁路：25～50mm。见图1-19和1-20.形状：正方形最好，长方形次之，片状最差。70有砟道床断面71道床几何尺寸道床厚度：直线或曲线内轨中轴线下轨枕底面至路基面30～50cm，曲线上应量测里股（外侧有堆高）。秦沈线一般30cm，路基面有级配碎石。胶新线有的铺有底碴（沙石）－部分地段道碴厚度不足。非渗水土路基的道床厚度不小于30cm。岩石、渗水土路基的道碴厚度不小于35cm。顶面宽度：与轨枕长度和道床肩宽有关一般25～30cm无缝线路≥45cm（堆高15cm，增大阻力，稳定。）边坡坡度：1:1.5或1:1.7572有砟道床的变形73第五节无砟轨道整体道床板式轨道轨枕埋入式轨道轨枕支承式轨道74概念是一种在坚实基底上直接浇筑混凝土以取代传统道碴层的轨下基础。应用于铁路隧道地下铁道无砟桥梁上城市轨道交通有特殊需要、基础又经过适当处理的土质路基上常见类型板式轨道、双块式轨道、长枕埋入式轨道、弹性支承轨道等结构型式。75优点：整体性强，轨道几何形位易于保持