有砟轨道结构

BallastedTrackStructure有砟轨道结构任娟娟博士、副教授Ren,juanjuanPh.D.AssociateprofessorSchoolofCivilengineering,SouthwestJiaotongUniversity2一、轨道的结构组成thecompositionoftrackstructureRailfastener,sleeper,trackbed,lowerfoundation钢轨、扣件、轨枕、道床、下部基础4传统轨道结构的组成（*）钢轨、轨枕、道床、道岔、联结零件及轨道加强设备钢轨Ⅲ型轨枕Ⅲ型扣件碎石道床5传统轨道结构的组成（*）钢轨、轨枕、道床、道岔、联结零件及轨道加强设备钢轨木枕防爬器碎石道床道钉扣件轨排石撑6传统轨道结构的组成（*）钢轨、轨枕、道床、道岔、联结零件及轨道加强设备木枕线路加强混凝土枕线路加强拉杆防脱护轨拉杆7传统轨道结构的组成（*）钢轨、轨枕、道床、道岔、联结零件及轨道加强设备木枕道岔混凝土枕道岔第一节钢轨(Rail)Functionandbasicrequirements一、钢轨的功能及基本要求（一）钢轨功能、类型及断面支承和引导机车车辆的车轮承受车轮传来的力并传递到轨枕上为车轮滚动提供连续、平顺和阻力最小的表面兼供轨道电路之用功能：导向、承重、传力、导电钢轨基本要求(thebasicrequirementsofrail)强度(strength)刚度(stiffness)硬度(hardness)韧性(toughness)可焊性(weldability)经济性(economics)91.1钢轨功能、类型及断面Function,typeandsectionRailtype钢轨类型以每米大致质量kg数表示另外钢轨按厂制钢轨长度的不同可分为：标准轨和缩短轨按材质的不同可分为：碳素轨、合金轨、热处理轨按强度的不同可分为五级：850、900、1000、1200、1300MPa按货源可分为：国产轨、进口轨、试验轨10100m定长钢轨75、60、50、431.1钢轨功能、类型及断面Function,typeandsection钢轨断面railsection工字型——最佳抗弯性能11轨头轮轨接触部位：压力大——抗压溃、耐磨（大而厚）磨耗均匀——宽、与车轮踏面配合具有不同半径组合轨腰：承载能力——足够厚抗弯能力——足够高连接要求——侧曲线轨底：稳定——足够宽、厚钢轨断面的四个主要参数：H、B、b、t为保证稳定H:B=1.15-1.2为保证轧制冷却均匀，要求各部比例合理1.1钢轨功能、类型及断面Function,typeandsection1.1钢轨功能、类型及断面Function,typeandsection钢轨断面Railcrosssection12钢轨的材质和机械性能取决于化学成分(chemicalconstituents)、金属组织(matelstructure)及热处理工艺(heattreatmentprocess)钢轨钢化学成分：Fe、C、Mn、Si、P、SC含量提高，抗拉强度、耐磨性及硬度提高，冲击韧性降低Mn提高强度和韧性，去除氧化铁和硫，高锰钢抗磨性好Si与氧化合，去除气泡增加密度，提高Si含量提高耐磨性P使钢轨具有冷脆性S不溶于与Fe，以硫化铁型式存在，热脆性1.2钢轨的材质及机械性能thematerialandmechanicalperformanceofrail1.2钢轨的材质及机械性能thematerialandmechanicalperformanceofrail钢轨钢的物理力学性能包括强度极限、屈服极限、疲劳极限、伸长率、断面收缩率、冲击韧性及硬度等Physicalandmechanicalpropertiesofrailsteelincludstrengthlimitb,yieldlimits,fatiguelimitr,elongation5,sectionshrinkage,impacttoughnesshandhardness.钢轨重型化、强韧化、纯净化Thestrengtheningtechnologyofrail钢轨强化技术•Railalloying钢轨合金化–加入合金元素Si、Mn、Cr，钢轨整体强化，表面硬度均匀，可焊性好•Therailheattreatment钢轨热处理–钢轨接头冲击力大，轨端30-70mm范围进行轨顶淬火处理，提高抗磨能力–全长淬火：电感应加热加速奥氏体向珠光体转变，提高强度和韧性•combineheattreatmentwithalloying热处理与合金化结合1.3钢轨伤损及合理使用Railfailureandfairuseofthetail（一）railfailure钢轨伤损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：根据伤损在钢轨断面上的位置、伤损外貌及伤损原因等分为九类32种伤损，用两位数编号分类，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15钢轨折断brittlefracturesofrail钢轨全截面至少断成两部分裂缝已经贯通整个轨头截面或轨底截面钢轨顶面上有长大于50（30）mm、深大于10（5）mm的掉块钢轨折断直接威胁行车安全，应及时更换钢轨裂纹是指除钢轨折断之外，钢轨部分材料发生分离，形成裂纹。钢轨伤损种类很多，常见的有钢轨磨耗、接触疲劳伤损、剥离及轨头核伤、轨腰螺栓孔裂纹等。161.3.1钢轨伤损RailfailureRailwear钢轨磨耗主要指小半径曲线钢轨的侧磨和波形磨耗垂直磨耗存在于所有线路，也是直线和大曲线轨道上的主要磨耗型式，随轴重和总重增加而增大，几何形位设置不当将加快垂直磨耗Sidewear侧面磨耗：轮轨摩擦与滑动为根本原因（两点接触）•磨耗因子：导向力与轮轨冲击角乘积•改善列车曲线通过条件：磨耗型踏面、径向转向架•改善钢轨材质，提高耐磨性•加强养护：合理轨距、超高、轨底破、增加弹性、涂油171.3.1钢轨伤损RailfailureRailwear钢轨磨耗Corrugations波形磨耗：钢轨顶面上出现的波状不均匀磨耗或压溃•波磨导致轮轨动力作用加剧，加速车辆及轨道部件损坏，影响运行舒适性，较大噪声•按波长分：短波（波纹）和长波（波浪）–波纹：波长50-100mm,波幅0.1-0.4mm(高速直线和制动地段)–波浪：波长100-3000mm，波幅2mm（重载曲线地段）•打磨•无缝线路•高强耐磨轨，提高热处理工艺，消除残余应力•加强养护：合理弹性、曲线圆顺、超高•轮轨系统足够的阻尼181.3.1钢轨伤损Railfailure钢轨波磨Railwear钢轨磨耗Allowablelimitationofrailwear钢轨磨耗的允许限度：strengthcondition+structuralcondition强度条件+构造条件•钢轨具有足够的强度和抗弯刚度•保证最不利情况下轮缘不碰撞接头夹板•波磨钢轨不至于引起轨道部件伤损及养护维修工作量的机组增加•轻伤、重伤201.3.1钢轨伤损Railfailure钢轨磨耗contactfatigueofrail钢轨接触疲劳伤损钢轨接触疲劳伤损过程三阶段•钢轨踏面外形改变：焊缝处鞍型磨损等踏面不平顺•轨头表面金属破坏：冷作硬化——微裂纹•轨头接触疲劳形成：22金属疲劳强度不足重载车轮反复作用塑性区域形成疲劳裂纹形成剪应力超限滑移累积聚集1.3.1钢轨伤损RailfailureRailstripping剥离Causes产生原因•夹杂物或接触剪应力引起纵向疲劳裂纹•导向轮在外轨引起的剪应力交变循环引起疲劳裂纹•车轮及轨道维修不良加速剥离发展Damages危害•缺口区应力集中•影响轨道平顺性，造成动力冲击，又加速缺口区裂纹的产生和发展•阻碍金属塑性变形的发展，降低塑性指标231.3.1钢轨伤损Railfailure剥离、掉块、擦伤轨头核伤Causes产生原因•内因：钢轨材质缺陷•外因：轮载反复作用•产生机理：轨头内部的微小裂纹或缺陷，在重复动载作用下，在钢轨走行面一下的轨头内出现复杂的应力组合，使微小裂纹成核，然后向轨头四周发展，直至核伤周围的钢料不足提供足够的抵抗，突然折断。Damages危害：突然折断，影响行车Preventmethods预防方式：定期探伤regularinspection251.3.1钢轨伤损Railfailure钢轨核伤Methodstoslowdownthecontactfatigueofrailhead减缓轨头接触疲劳措施Cleantherailandcontroltheshapeofsundries净化轨钢，控制杂物形态Quenchingtoimprovethemechanicalpropertiesofrail淬火，改进轨钢力学性质Reformtheoldrailreusesystemandusetherailproperly改革旧轨再用制度，合理使用钢轨Railgrinding钢轨打磨Laytherailaccordingtoitsmaterial按轨钢材质分类铺轨1.3.1钢轨伤损Railfailure钢轨发展方向：重型化、强韧化和纯净化theheavyduty,strengthening,purification合理使用钢轨intelligentuse应根据钢轨综合经济效益分析，确定钢轨合理的使用周期，实行钢轨分级使用制度，并积极做好旧轨整修工作281.3.2钢轨的合理使用theproperuseofrail1.Usingtherailbyclassification钢轨的分级使用钢轨分级使用钢轨的二次或多次使用•承载能力与运量匹配•旧轨整修：综合整形轨、一般整修轨和焊接再用长轨条钢轨在一次使用中的合理倒换使用29阶梯式钢轨设备运营制度曲线内外轨、直曲轨倒换使用1.3.2钢轨的合理使用properuseofrail2.Railmaintenancetechnology钢轨整修技术轨端不均匀磨耗和掉块、擦伤是主要伤损形式之一，影响各轨道部件使用寿命。钢轨表面伤损整修工作包括磨修和焊修磨修：采用砂轮打磨机消除接头表面不均匀磨耗和焊补掉块、剥落等缺陷后的打磨顺平•手砂轮机、平型砂轮机、碗型砂轮机•打磨深度不大于0.5mm，顺坡长度宜大于1m焊修：不均匀磨耗、掉块、擦伤等伤损深度接近或大于1mm，应进行焊修•氧——乙炔、电弧、氧——乙炔焰金属粉末喷焊301.3.2钢轨的合理使用theproperuseofrail3.Railgrinding钢轨打磨对钢轨进行现场打磨始于本世纪50年代，最初用于整治波形磨耗，现已发展成为一种多功能的现代化养路技术。钢轨的定期打磨，可以消除和延缓波磨、消除钢轨表面的接触疲劳层防止剥离掉块、对断面打磨还可改善轮轨接触条件，降低接触应力。311.3.2钢轨的合理使用theproperuseofrailItcanbedividedintothreecategoriesaccordingtothegrindingpurposeanddepth根据打磨目的及磨削量，可分为三类：Maintenancegrinding修理性打磨•主要用来消除钢轨的波浪形磨耗、车轮擦伤、轨裂纹以及接头的马鞍形磨耗；•钢轨的一次磨削量较大，打磨周期长。•但是这种打磨方式并不能消除引起波磨、钢轨剥离及掉块的潜在的接触疲劳裂纹，在以后列车通过时，这些裂纹还将继续扩展。321.3.2钢轨的合理使用theproperuseofrailPreventivegrinding预防性打磨•在裂纹开始扩展前将这些裂纹萌生区打掉，以防止由于塑性流动而使钢轨断面产生累积变形•预防性打磨是一种控制钢轨接触疲劳的技术，打磨周期较短，打磨深度很小：轨顶为0.05-0.075mm；外轨内缘和内轨外侧为0.1-