縱橫組合軌枕的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 縱橫組合軌枕是軌道交通中鋪設(shè)在道床之上承受鋼軌壓力的一種鋼筋混凝土構(gòu) 件。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)在軌道交通中大量使用的還是混凝土軌枕，特別是貨運(yùn)鐵路或客貨混跑鐵路， 僅在高速客運(yùn)專線使用板式道床，這是從日本學(xué)來的，歐洲高速鐵路并不采用板式道床，因 為成本高，雖然前期維修量小，但后期出現(xiàn)問題后維修困難，今后中國、日本高速鐵路不一 定都采用板式道床，因?yàn)槿毡疽言谘邪l(fā)梯形軌枕，我國也在北京、上海、廣州、深圳城軌車中 作為減振降噪道床的構(gòu)件進(jìn)行小規(guī)模試用，主要在梯形軌枕與下層混凝土結(jié)構(gòu)之間加一些 有較大阻尼的彈性材料，達(dá)到一定的減振效果，例如北京5號(hào)城軌車在172m線路中用了梯 形軌枕配合減振道床結(jié)構(gòu)，振動(dòng)降低了 20db，但投資每公里增加了幾千萬元。
[0003] 按理將木枕改為混凝土軌枕時(shí)就應(yīng)該將軌枕改為以順著鋼軌方向鋪設(shè)為主，但受 慣性思維的影響，混凝土軌枕仍橫向鋪設(shè)。近年來日本才開始研究順著鋼軌鋪設(shè)的梯形軌 枕，其構(gòu)造為：兩根縱向軌枕用3根直徑為80mm的鋼管橫向連接起來，外形象梯子，所以稱 為梯形軌枕，鋼管插入縱向軌枕中的一段有尼龍?zhí)淄?，也有用其它鋼結(jié)構(gòu)作為橫向連接的。 梯形軌枕的外形為 ：6150mmX600mmX 180mm。鋼軌順著軌枕長的方向鋪設(shè)。梯形軌枕在軌枕 頂面、底面及橫向連接等方面存在嚴(yán)重的不足之處，縱橫組合軌枕進(jìn)行了一些原理性的改 進(jìn)，縱橫組合軌枕由橫向軌枕與縱向軌枕組成，橫向軌用鐵路上的定型產(chǎn)品混凝土 III型 軌枕，縱向軌枕的外形為：5060mmX680mmX180mm，橫向680mm，參考了法國5T型雙塊混凝 土軌枕。鋪設(shè)一根橫向軌枕，緊接著在兩鋼軌下各鋪設(shè)一根縱向軌枕，再鋪一根橫向軌枕， 用扣件與鋼軌連接在一起組成一彈性平面框。與梯形軌枕相比有3項(xiàng)實(shí)質(zhì)性的改進(jìn)，有顯 著的效果。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0004] 要解決的技術(shù)問題：改進(jìn)軌枕的結(jié)構(gòu)與受力模型，以此減小鋼軌、軌枕、道床的應(yīng) 力，增加軌道的平順性。
[0005] 采用的技術(shù)方案：采用縱橫組合軌枕代替?zhèn)鹘y(tǒng)的橫向軌枕及日本的梯形軌枕，并 對(duì)縱向軌枕頂面與鋼軌底面之間相互作用的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，減小鋼軌及縱向軌枕的應(yīng)力與 變形，對(duì)縱向軌枕底面結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，增強(qiáng)石砟對(duì)縱向軌枕在水平面內(nèi)的阻力，對(duì)小曲線半 徑路段尤為必要。
[0006] 有益效果：縱橫組合軌枕主要有3項(xiàng)創(chuàng)新，產(chǎn)生3項(xiàng)有益效果。
[0007] 第一項(xiàng)，縱向軌枕底面防滑結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新，產(chǎn)生的有益效果是使石砟與軌枕底面不 能相對(duì)滑動(dòng)。日本的梯形軌枕底面沒有獨(dú)到之處，沒有認(rèn)識(shí)到良好的軌底面結(jié)構(gòu)在防滑中 的作用。傳統(tǒng)的混凝土軌枕也有防滑坑，但是過淺過少，不能阻止軌底與上層石砟之間的滑 動(dòng)。80年初日本曾在混凝土軌枕底面與石砟之間墊上一層橡膠墊，用來防止滑動(dòng)，也增加一 些彈性。這一事實(shí)也證明了軌枕在水平面內(nèi)的移動(dòng)不是發(fā)生在石砟之間，而是石砟與軌底 面之間。鐵道部曾組織過研討會(huì)，并進(jìn)行仿效，還在桂林作了夏天耐熱實(shí)驗(yàn)，但因損壞快，維 護(hù)困難，沒有推廣使用。縱橫組合軌枕中的縱向軌枕底面全為40mm深的格子防滑槽，總共 9個(gè)槽，槽梭邊要有足夠的防滑強(qiáng)度，槽梭邊厚為90_。槽底可填充IOmm厚的乳化浙青水 泥砂漿或其它彈性材料，根據(jù)減振降噪的需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，所剩下的槽深要大于石砟級(jí)配中 占比例最大的石砟粒徑約為56_的一半，這樣防滑槽可以框住一層石砟，越振越密實(shí)，不 會(huì)水平移動(dòng)，再與下層石砟象齒輪一樣相互嚙合，石砟與軌枕底面根本不能相對(duì)滑動(dòng)。
[0008] 第二項(xiàng)，縱橫組合軌枕橫向連接方式的創(chuàng)新：產(chǎn)生的有益效果是結(jié)構(gòu)簡單，可方便 地調(diào)節(jié)并保持軌距。日本的梯形軌枕橫向用3根直徑為80mm的鋼管經(jīng)尼龍?zhí)淄膊迦胱笥?兩軌枕中連接起來，外觀像梯子，稱為梯形軌枕。軌枕厚度只有180_，尼龍比混凝土軟，對(duì) 軌枕橫裁面有所削弱，當(dāng)車輪反復(fù)作用或變形不均勻時(shí)易損壞，成本也高?？v橫組合軌枕用 定型的III型軌枕通過扣件將左右兩鋼軌橫向連接起來，傳遞橫向力，調(diào)節(jié)并保持軌距，與 用扣件連接到鋼軌上的兩根縱向軌枕及另一根橫向軌枕構(gòu)成平面彈性框架，當(dāng)變形不均勻 時(shí)不易損壞。5060m長的縱向軌枕，已定型扣件的調(diào)節(jié)量就能滿足小曲線半徑的線路。其實(shí) 兩鋼軌橫向之間是不需要很大的約束力的，法國左右獨(dú)立的短軌枕也能跑300多公里的時(shí) 速。另外，如前第一項(xiàng)所述，本縱向軌枕因有較深的防滑槽，水平內(nèi)的阻力是很大的，無須很 強(qiáng)的橫向連接力。
[0009] 連接方式的創(chuàng)新還使與日本的梯形軌枕縱向兩軌枕接縫處力學(xué)特性不同，梯形軌 枕接縫處是抗彎的薄弱節(jié)點(diǎn)，車輪作用在兩軌枕接縫處時(shí)下沉較大，常使端角壓損，加固較 困難。縱橫組合軌枕接縫處是縱橫軌枕的交匯處，軌底承壓面積比縱向軌枕中間還大，車輪 作用下沉降較小。
[0010] 第三項(xiàng)，鋼軌被支撐方式與軌枕受力結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新：產(chǎn)生的有益效果是使鋼軌、軌 枕、道床的應(yīng)力減小。梯形軌枕與橫向軌枕、整體道床、板式軌枕一樣，對(duì)鋼軌的支撐都是 隔一定距離，約為〇. 6m，設(shè)置一扣件，扣件處鋼軌下有橡膠墊等，使鋼軌底面離軌枕頂面將 近20_，在力學(xué)中視為多垮簡支，車輪在兩支撐點(diǎn)中間時(shí)彎矩最大，下沉也較大，但鋼軌底 面還不能接觸軌枕頂面，彎矩圖是折線形的，峰值較大，在離車輪作用點(diǎn)2-3根軌枕處出現(xiàn) 負(fù)彎矩，也就是軌枕被向上提，在石砟道床的情況下軌枕對(duì)石砟進(jìn)行拍打，使石砟粉碎，并 減小了縱向與橫向阻力。縱橫組合軌枕從改進(jìn)受力模形出發(fā)進(jìn)行了創(chuàng)新：縱橫組合軌枕在 鋼軌被扣件固定在軌枕上之后，在鋼軌底面與軌枕承軌槽之間的縫隙中，一般將近20mm， 壓注與扣件處橡膠墊剛度相同的乳化浙青水泥砂漿或墊上與扣件處橡膠墊剛度相同的橡 膠墊后再擰緊扣件，這就把只在扣件處的離散簡支變?yōu)檫B續(xù)的等剛度的彈性支撐，可以把 原先扣件處的支撐點(diǎn)看作是橋墩，鋼軌是長梁，車輪在橋梁上滾動(dòng)，現(xiàn)在相當(dāng)于車輪在由鋼 軌、彈性墊層、軌枕構(gòu)成的雙層梁放在石砟形成的平順的路面上滾動(dòng)，這不僅有減小鋼軌、 軌枕、道床應(yīng)力的效果，而且增加軌道的平順性，使軌道譜中的峰值與沖擊成份減小，對(duì)車 輛來說軌道譜是輸入，輸入改善后車輛的振動(dòng)與沖擊隨之減小，反過來對(duì)軌道又有好處。選 擇滑防槽中彈性材料的剛度，在城軌車線路中減振可達(dá)20db，成本比常規(guī)橫枕石砟線路略 高，比北京5號(hào)城軌車減振段每公里省幾千萬元，減振效果相同。
[0011] 以上3項(xiàng)重大改進(jìn)還帶來以下有益效果：每公里正常配置1680根III型軌枕與鋪 設(shè)縱橫組合軌枕進(jìn)行比較，并設(shè)III型軌枕線路各量為1，兩種軌枕的比較如下表所示。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 縱橫組合軌枕是軌道交通中一種鋼筋混凝土軌枕，其特征是改變了軌枕垂直于鋼軌 鋪設(shè)的承載方案，新方案中的軌枕由橫向軌枕與縱向軌枕組成，車輪壓力由順著鋼軌鋪設(shè) 的縱向軌枕與鋼軌組成的雙層梁及橫向軌枕來承擔(dān)； 縱橫組合軌枕的構(gòu)成如圖4 :在兩根鋼軌（9)之間橫向鋪設(shè)一根已定型的III型軌枕 (8)，緊接著在兩根鋼軌下順著鋼軌方向各鋪設(shè)一根縱向軌枕（1)，緊接著再在兩根鋼軌之 間橫向鋪設(shè)一根III型軌枕，并用扣件（11)將縱向軌枕、橫向軌枕固定在鋼軌上，形成框 架，在鋼軌底面與縱向軌枕頂面的承軌槽之間墊上與扣件處的橡膠墊剛度相同的橡膠墊或 壓注剛度相同的乳化浙青水泥砂漿（12)，將鋼軌與縱向軌枕構(gòu)構(gòu)成的中間有彈性墊層的雙 層梁置于石砟（10)之上，共同承擔(dān)車輪壓力； 縱向軌枕（1)的構(gòu)造為：長寬高為5060mmX680mmX180mm，承軌槽（2)的槽底坡度為 1 : 40,道釘預(yù)留孔（3)共16個(gè)，防滑槽（4)的槽深為40mm，梭邊寬為90mm，共16個(gè)，根據(jù) 減振需要防滑槽底可填入IOmm的乳化浙青水泥砂漿或橡膠墊（13)，預(yù)應(yīng)力鋼筋（5)的直 徑、根數(shù)根據(jù)荷載進(jìn)行設(shè)計(jì)而定，為與III型軌枕配合，縱向軌枕兩端頭（7)為斜面，向內(nèi)傾 斜 30mm。
2. 如權(quán)利要求1所述的縱橫組合軌枕，其特征是可將不同根數(shù)的橫向軌枕與縱向軌枕 按需進(jìn)行組合。
3. 如權(quán)利要求1所述的縱橫組合軌枕，其特征是可以用已定型的預(yù)應(yīng)力寬枕代替III 型軌枕與縱向軌枕組合成縱橫組合軌枕。
4. 如權(quán)利要求1所述的縱橫組合軌枕，其特征是可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)制造專用橫向軌枕 代替III型軌枕與縱向軌枕組合成縱橫組合軌枕。
【專利摘要】縱橫組合軌枕是軌道交通中一種鋼筋混凝土軌枕，它解決的技術(shù)問題是與III型軌枕線路相比在不增加鋼筋與混凝土用量的情況下，改進(jìn)受力模型，減小應(yīng)力和變形，適應(yīng)重載線路的要求，用于高速客運(yùn)線路或城軌車時(shí)，穩(wěn)定性好，維修工作量小，噪聲小。采用的技術(shù)方案是改變傳統(tǒng)的軌枕重直于鋼軌的鋪設(shè)方法，采用縱橫組合軌枕承受車輪壓力：在兩根鋼軌面橫向鋪設(shè)一根III型軌枕，接著在兩根鋼軌下順著鋼軌各鋪設(shè)一根縱向軌枕后再橫向鋪設(shè)一根III型軌枕為一組合，依次鋪設(shè)，并在鋼軌底面與縱向軌枕頂面承軌槽之間填充彈性材料，荷載主要由縱向軌枕與鋼軌組成的雙層梁承擔(dān)，受力模型好，承載力大。
【IPC分類】E01B3-36
【公開號(hào)】CN104746391
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310755628
【發(fā)明人】劉尚舉
【申請(qǐng)人】劉尚舉
【公開日】2015年7月1日
【申請(qǐng)日】2013年12月31日