【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 概述 軌枕承受來(lái)自鋼軌的各向壓力，并彈性地傳布于道床，同時(shí)，有效地保持軌道地幾何行位，特別是規(guī)矩和方向。軌枕應(yīng)具有必要的堅(jiān)固性、彈性和耐久性，并能便于固定鋼軌，有抵抗縱向和橫向位移的能力。 軌枕依其構(gòu)造及鋪設(shè)方法分為橫向軌枕、縱向軌枕及短軌等。橫向軌枕與鋼軌垂直間隔鋪設(shè)，是一種最常用的軌枕?？v向軌枕一般僅用于特殊需要的地段，短軌是在左右兩股鋼軌下分開(kāi)鋪設(shè)的 軌枕，常用于混凝土整體道床。軌枕按其使用目的分為用于一般區(qū)間的普通軌枕，用于道岔上岔枕，用于無(wú)碴橋梁上橋枕、混凝土枕和混凝土寬枕。 一、木枕 木枕又稱枕木，是鐵路最早采用而且仍然繼續(xù)使用的一種軌枕。主要優(yōu)點(diǎn)是彈性好，可緩和和列車的沖擊作用；易加工，運(yùn)輸、鋪設(shè)、養(yǎng)護(hù)維修方便；與鋼軌聯(lián)結(jié)比較簡(jiǎn)單；有較好的絕緣性能等。但木枕要消耗大量?jī)?yōu)質(zhì)木材，由于資源有限，其價(jià)格較貴。木枕的主要缺點(diǎn)是易腐朽、磨損，使用壽命短，這也有來(lái)自生產(chǎn)工藝水平的原因；其次是由于木材種類和部位的不同，其強(qiáng)度、彈性不完全一致，在機(jī)車車輛作用 下會(huì)形成軌道不平順，增大了輪軌動(dòng)力作用。 木枕的使用壽命短，其失效原因很多，主要是腐朽、機(jī)械磨損和開(kāi)裂。木枕腐朽是生物作用的過(guò)程，而機(jī)械磨損和開(kāi)裂則是列車反復(fù)作用和時(shí)干時(shí)濕的結(jié)果。這三者是互為因果的。木枕一旦腐朽，強(qiáng)度就要降低，同時(shí)又會(huì)促進(jìn)機(jī)械磨損和開(kāi)裂的加劇發(fā)展。相反，木枕一旦出現(xiàn)機(jī)械磨損和開(kāi)裂，木質(zhì)受到損傷，這就為加速腐朽提供了有得條件。為延長(zhǎng)木枕 使用壽命，應(yīng)對(duì)這三者進(jìn)行綜合治理。 二、混凝土枕類型 隨著鐵路高速、重載發(fā)展的需要，用混凝土枕代替已成為發(fā)展方向?；炷琳聿脑摧^多，并能保證尺寸，使軌道彈性均勻，提高了軌道的穩(wěn)定性。混凝土枕不受氣候、腐朽、蟲(chóng)柱及火災(zāi)的影響，使用壽命長(zhǎng)。此外，混凝土枕還具有較高的道床阻力，這對(duì)提高無(wú)縫線路的橫向穩(wěn)定性是十分有利的。 混凝土枕的特點(diǎn)是自重大、剛度大，與木枕線路相比其軌底撓度較平順，故軌道動(dòng)力坡度小。同時(shí)也存在列車通過(guò)不平順的混凝土線路時(shí)，軌道附加動(dòng)力增大。故對(duì)軌下部件的彈性提出了更高的要求，以提高線路抗 振能力。 混凝土枕按使用部位的不同，可分為普通混凝土枕、混凝土岔枕及混凝土橋枕三種。 按結(jié)構(gòu)型式分有整體式、組合式和半枕三種。整體式混凝土整體性強(qiáng)，穩(wěn)定性好，制作簡(jiǎn)便，是目前各國(guó)使用最多的一種類型。 組合式混凝土由兩個(gè)鋼筋混凝土塊體用一根鋼桿連接而成。這種軌枕整體性不如整體式混凝土枕，但由于它用混凝土和鋼材組合而成，能充分發(fā)揮各自的力學(xué)性能優(yōu)勢(shì)。圖 14為法國(guó)鐵路上采用的雙塊式混凝土枕。 按配筋方式分有普通鋼筋混凝土枕和預(yù)應(yīng)力混凝土枕兩類。普通鋼筋混凝土抗彎能力很差，容量開(kāi)裂失效，已被淘汰。 預(yù)應(yīng)力混凝土枕，制作時(shí)給混凝土 施加強(qiáng)大的預(yù)壓應(yīng)力，因而具有抗裂性能好，用鋼量少的優(yōu)點(diǎn)。我國(guó)主要采用整體式、預(yù)應(yīng)力混凝土枕，簡(jiǎn)稱混凝土枕（ Pc 枕）。 預(yù)應(yīng)力混凝土枕按照施工方法不同分國(guó)先張法和后張法預(yù)應(yīng)力混凝土兩類。 （二）混凝土枕外形及尺寸 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要決定于其受力狀況。軌枕為支承在彈性基礎(chǔ)上的短梁，在鋼軌傳來(lái)的荷載作用下，軌枕底面對(duì)軌枕產(chǎn)生反力，軌枕各截面則產(chǎn)生彎矩。 混凝土枕受力狀況與道床支承條件有密切關(guān)系，支承條件有中間不承、中間部分支承和全支承三種情況。在不同支承情況下，軌枕承受彎矩的情況是不同的。由圖中可以看出，軌下截面正彎矩以中間部分不支承時(shí)為最大，而枕中截面負(fù)糨矩則以全支承時(shí)為最大。 1．軌枕形狀 混凝土枕截面為梯形，上窄下寬。梯形截面可以節(jié)省混凝土用量，減少自重，也便于脫模。 軌枕頂面寬度應(yīng)結(jié)合軌枕抗彎強(qiáng)度、鋼軌支承面積、軌下襯墊寬度、中間扣件尺寸等因素進(jìn)行綜合考慮加以確定。軌枕項(xiàng)面支承鋼軌的部分 稱為承 軌槽，做成 1： 40的斜面 ,以適應(yīng)軌底坡的要求。軌枕底面在其縱的方向上采用兩側(cè)為梯形、中間為矩形的形狀，兩端有較大的首床支承面積，以提高軌枕在道床上的橫向阻力。當(dāng)中產(chǎn)部分不支承時(shí)，能使鋼軌壓力R與道床反力 q 的合力晝靠攏，有利于防止中間斷面上出現(xiàn)過(guò)大的負(fù)彎矩。軌枕底面寬度應(yīng)同時(shí)滿足減少道床壓力和便于搗固兩方面的要求。底面上一般還作出各種花紋或凹槽，以增回軌枕與道床間的摩阻力。 2．軌枕長(zhǎng)度 軌枕長(zhǎng)度與軌枕受力狀態(tài)有關(guān)。根據(jù)圖 16 三種不同支承情況，對(duì)不同軌長(zhǎng)進(jìn)行計(jì)算表明，長(zhǎng)軌枕可以減少中間截面負(fù)彎矩，但軌 下截面上正彎矩將增大，這是矛盾的，一般應(yīng)收軌下截面正彎矩與枕中截面負(fù)變矩保持一定比例來(lái)確定軌枕的合理長(zhǎng)度?；炷琳韽亻L(zhǎng)度一般在 ~ 之間，我國(guó)I、 II 型枕均為 。為適應(yīng)高速、重截的需要，國(guó)外向增加軌枕長(zhǎng)度的方向發(fā)展，在主要干線上普通采用長(zhǎng)度 的軌枕。有關(guān)試驗(yàn)結(jié)果表明，軌枕長(zhǎng)度增加有以下優(yōu)點(diǎn)：可減少中間截面外荷載彎矩，以提高軌枕結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；提高縱橫向穩(wěn)定性和整體剛度，改善道床和路基的工況，對(duì)無(wú)縫線路的鋪設(shè)極為有利；提高了道床的縱橫向阻力，可適當(dāng)減少軌枕配置根數(shù)。我國(guó)新設(shè)計(jì)的 III 型軌枕長(zhǎng)度有 和 兩種。 3．軌枕高度 混凝土枕的高度在其叢長(zhǎng)是不一致的 ,軌下部分高些 ,中間部分矮些。這是因?yàn)檐壪陆孛嫱ǔＴ诤奢d作用下產(chǎn)生正彎矩 ,而中間截面則在荷載作用下產(chǎn)生負(fù)彎矩。而混凝土采用直線配筋，且各截面上的配筋均相同，所以配筋的重心線在軌下部分應(yīng)在截面形心之下 ,而在中間部分同應(yīng)在截面形心之上。這樣對(duì)混凝土施加的預(yù)壓應(yīng)力形成有利的偏心距，使混凝土的拉應(yīng)力不超過(guò)允許限度，防止裂縫的形成和擴(kuò)展。 （三）我國(guó)混凝土枕現(xiàn)狀 我國(guó)鐵路使用的混凝土畹，隨著軌道荷載（軸重、速度、通過(guò)總重）的增加，軌枕截面的顧載彎矩有所加強(qiáng)。在設(shè)計(jì)中，主要采用提高混凝土等級(jí)，增加預(yù)應(yīng)務(wù)的截面高度等措施。目前使用的 I型和 II型枕，其外型尺寸完全相同，主要尺寸見(jiàn)表所示。 1． I 型軌枕。當(dāng)前我國(guó)線路上 I 型軌枕還占有相當(dāng)比例，從線路上更換下來(lái)的軌枕，主要是螺栓孔間的縱裂及軌下正彎矩裂縫。產(chǎn)生的主要原 因是： （ 1） 使用條件與承載能力不相匹配； （ 2） 結(jié)構(gòu)薄弱， I 型枕原先沒(méi)有設(shè)計(jì)箍筋及螺栓筋 ，因此抵抗縱裂及螺栓孔裂紋的能力較差； （ 3） 由于中間截面承載能力低，道床需要掏空，給養(yǎng)護(hù)維修帶來(lái)不便。 2． II型軌枕。 II 型軌枕的設(shè)計(jì)是根據(jù)重載線路承受荷載大，重復(fù)次數(shù)多的特點(diǎn)，采用疲勞可靠性進(jìn)行設(shè)計(jì)的。設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是按年運(yùn)量 60Mt，軸重機(jī) 25t、貨車 23t，最高行車速度 120km/h，鋪設(shè) 60kg/m 的莧軌。與 I型軌枕相比，軌下截面正彎矩的計(jì)算承載能力提高 13%~25%，中間截面正彎矩提高約 %，中間截面負(fù)彎矩提高 14%～ 41%。 J2 型軌枕是采用 4 根直徑 10mm 的高強(qiáng)度鋼筋， C58 級(jí)混凝土。 3． III 型軌枕，如圖 18 所示。 III 型軌枕是從 1988 年開(kāi)始，由鐵道部專業(yè)設(shè)計(jì)院、鐵道部科學(xué)研究院等單位研制，現(xiàn)已正式出圖。 III 型軌枕分有擋肩和無(wú)擋肩兩種形式。（軌枕長(zhǎng)度原設(shè)計(jì)為 ，為適應(yīng)不同線路的需要，同時(shí)有 和 兩種長(zhǎng)度，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度相同）。 III 型軌枕適用范圍為：標(biāo)準(zhǔn)軌距鐵路，有擋肩軌枕適用于直線或 R≧ 300m的曲線軌道；無(wú)擋肩軌枕適用于直線或 R≧ 350m 的曲線軌道 。作用條件見(jiàn)表。 III 型枕的主要特點(diǎn)： (1)結(jié)構(gòu)合理，強(qiáng)化了軌道結(jié)構(gòu)。由于軌枕長(zhǎng)度增加到 ，并適當(dāng)加寬了枕底，使枕下支承面積增加 17%，端側(cè)面積約增加20%，軌枕重量增加 31%，因此，可有效提高道床的縱、橫向阻力，減緩重載運(yùn)輸所產(chǎn)生的道床累積變形，提高線路的穩(wěn)定性； (2)軌下和中間截面的設(shè)計(jì)承載力，較 II 型軌枕分別提高了 43%和 65%。提高了軌枕的強(qiáng)度； (3)采用無(wú)螺栓扣件的扣壓力能保持線路穩(wěn)定。無(wú)縱橫向移動(dòng)，有利于保持軌道的幾何尺寸，減少養(yǎng)護(hù)修工作量。 三、軌枕間距 軌枕間距與每公里配置的軌枕根數(shù)有關(guān)，后者應(yīng)根據(jù)運(yùn)量、行車速度及線路設(shè)備條件確定，并和鋼軌及道床等綜合考慮，合理配套，以求在最經(jīng)濟(jì)的條件下，保證軌道具有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。軌枕密一些，道床、路基面、鋼軌以及軌枕本身受力都可小一些。同時(shí)，使軌距、方向易于保持，對(duì)行車速度高的地段尤為重要。但也不能太密，太密則不經(jīng)濟(jì)，而且凈距過(guò)小，也會(huì)在一定程度上影響搗固質(zhì)量。 我國(guó) 鐵路規(guī)定，對(duì)木枕軌道，每公里最多為 1920 根，混凝土枕為 1840 根；每公里最少均為 1440 根。軌枕的級(jí)差為每公里 80 根。每公里鋪設(shè)數(shù)量由線路等級(jí)決定，對(duì)于正線軌道，可根據(jù)“正線軌道類型”表選定（見(jiàn)表 115）。 符合下列條件之一的地段，下線軌道應(yīng)加強(qiáng)，除按表 115 列出的每公里鋪枕根數(shù)外，對(duì)于混凝土 枕每公里增加 80 根，木枕增加 160 根，當(dāng)條件重合時(shí)，只增加一次，但不能超過(guò)前述允許最大鋪設(shè)數(shù)量。 R≦ 600m 的曲線（包括緩和曲線和圓曲線）或木枕軌道、電力牽引線路 R≦ 800m的曲線地 段； 12%0的下坡制動(dòng)地段； 3.長(zhǎng)度等于或大于 300m 的隧道內(nèi)線路。 普通軌道上，鋼軌接頭處車輪的沖擊動(dòng)荷載大，接頭處軌枕的間距應(yīng)當(dāng)比中間的小一些并且從接頭間距向中間間距過(guò)渡時(shí)，應(yīng)有一個(gè)過(guò)渡間距，以適應(yīng)荷載的變化，如圖 19 所示。 設(shè) 代入上式： 代入式求得 b值 式中 L—— 標(biāo)準(zhǔn)軌長(zhǎng)，（含一個(gè)軌縫寬度，一般取 8mm) n—— 一節(jié)鋼軌下軌枕的根數(shù) a—— 中間軌枕間距 c—— 接頭軌枕間距 b—— 過(guò)渡軌枕間距 根據(jù)上式算出的軌枕間距 a取整，然后代入式求得 b 應(yīng)有的值。對(duì)于無(wú)縫線路，軌枕間距應(yīng)均勻布置。軌枕間距尺寸按“維修規(guī)則”有關(guān)規(guī)定設(shè)置。 （一）混凝土寬枕的特點(diǎn) 混凝土寬枕是一塊預(yù)制的混凝土塊，與混凝土枕外形相似，又稱軌枕板?；圃旃に嚺c混凝土基本相同。寬枕長(zhǎng)度與普通混凝土枕長(zhǎng)度相同，均為 ，而寬度約為后者的兩倍。寬枕由于寬度較大 ，直接鋪設(shè)在預(yù)先壓實(shí)的道床面上，在制造中以其厚度的控制要求較嚴(yán)格。 混凝土寬枕在道床上是密排鋪設(shè)，每公里鋪 1760 塊，每塊枕上安裝一對(duì)扣件，由鋼軌傳來(lái)的力處于寬枕軸線的對(duì)稱位置，可避免荷載的偏心。寬畹由于寬度較大，在縱橫兩個(gè)方面上都有彎矩作用，是一塊支承在彈性基礎(chǔ)上的板。圖為混凝土寬枕軌道平面示意圖。 1．混凝土寬枕寬 55cm，支承面積較混凝土枕大一倍， 使道床的應(yīng)力大為減少。同時(shí)，每塊寬枕的質(zhì)量為 500kg 左右，可以減小道床的振動(dòng)加速度，使道床的變表減小，殘余變形積累過(guò)程延緩，軌道幾何形位易于保持，整個(gè)軌道結(jié)構(gòu)得到加強(qiáng)。 2．軌枕與道床接觸面上的摩托車阻力增大，提高了軌道的橫向穩(wěn)定性，道床阻力增加約 80%，有得于鋪設(shè)無(wú)縫線路。 3．寬軌枕密排鋪設(shè)，枕間空隙用瀝青混凝土封塞，把道檔頂面全部覆蓋起來(lái)，防止雨水及臟污浸入道床內(nèi)部，從而有效地保持道床的整潔，延長(zhǎng)道床的清篩周期。 4．寬軌枕軌道的維修養(yǎng)護(hù)工作量少，僅為混凝土枕軌道的 1/2~1/4，從而減 輕和改善了養(yǎng)護(hù)工作條件，減少服務(wù)業(yè)次數(shù)，節(jié)省養(yǎng)護(hù)費(fèi)用。再由于養(yǎng)護(hù)維修作業(yè)基本上可在軌道兩旁進(jìn)行，對(duì)行車