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1、铁道工程铁道工程Railway Engineering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：15032173068Q Q：1721823802E-mail：1第一章 轨道结构Track Structure2反反复复3轨道结构n组成n功能-引导、承受、传递n性能要求-坚固稳定、几何形位、安全4第一节 钢轨n钢轨的功能及基本要求n钢轨的长度及接头n钢轨伤损5一、钢一、钢 轨轨n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6n钢轨的基本要求：钢轨的基本要求
2、：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7n钢轨的型号75、60、50、43kg/mn钢轨断面尺寸采用工字型断面，由轨头、轨腰、轨底组成。n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）8钢轨断面尺寸9n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
3、型化、提高钢轨韧性、纯净化10钢轨轨缝n预留轨缝预留轨缝：目的：适应钢轨热胀冷缩钢轨的长度：12.5m和25m需满足条件 n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。n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。n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。11n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。12钢轨的伤损n钢轨伤损概念钢轨伤损概念 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
4、伤损n钢轨伤损分类钢轨伤损分类 依据 n伤损在钢轨断面上的位置、伤损外貌及伤损原因编号 n九类32种 n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。13n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50mm,H10mm的掉块。160km/h，钢轨顶面上有L30mm,H5mm的掉块。n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。14n钢轨磨耗侧面磨耗波形磨耗n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15n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。1
5、6n减缓钢轨伤损的措施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17第二节 轨枕n轨枕的功用及类型n木枕n混凝土枕n轨枕间距n特种混凝土轨枕18二、轨二、轨 枕枕n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。n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 19轨枕的分类n构造及铺设方法构造及铺设方法横向轨枕纵向轨枕短枕n使用部位普通轨枕岔枕桥枕n材质木枕混凝土枕钢枕20木木 枕枕n优
6、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 n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 21混凝土枕n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 n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22n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。2.32.7m轨枕高度：轨下高些，轨中矮些。配筋预
7、应力形成有利的偏心距。23有挡肩2.6m长型混凝土轨枕24PC枕的分类n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、Y-F型、TKG-型等III型：新研制的与75kg/m钢轨配套的混凝土枕 n 型、型、型。（强度逐渐加强）n 型、型长度2.5m，型2.6m（有档肩、无档肩两种）2526不同类型混凝土枕27nIII型混凝土枕的特点：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
8、作量28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29n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。n太密则不经济，而且净距过小，也会影响捣固质量（型轨枕枕间距0.6m，客运专线无碴轨道0.6250.650m）。30混凝土枕的铺设数量及布置混凝土枕的铺设数量及布置 n轨枕级差为每公里80根，正线铺设见表1-16n下列地段应增加轨枕的铺设数量：半径R800m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。n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
9、表1-8。31轨枕数量的计算n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。n见图1-8.nabcnnnL32混凝土宽轨枕n荷载位于宽枕轴线位置，避免了偏心n宽度大，纵横向上都有弯矩33其它轨枕-弹性轨枕34梯式轨枕35框架式轨枕36德国B系列轨枕37法国双块式轨枕38第三节 联结零件n钢轨接头联结零件n钢轨与轨枕联结零件39三、联三、联 结结 零零 件件n定义：连接钢轨或连接钢轨和轨枕的部件。n分类：钢轨接头联结零件、中间联结零件（扣件）。n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。40钢轨接头联结零件
10、n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薄弱环节之一。n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。41n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。n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。4243联结零件实物图444546钢轨与轨枕联结零件（扣件）n作用保持钢轨
11、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n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47n 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；48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。49混凝土枕扣件n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
12、能50混凝土枕扣件混凝土枕扣件 类型n弹条型扣件（由形弹条、螺旋道钉、轨距挡板、挡板座及弹性橡胶垫板等组成,5060）n弹条型扣件（有螺栓，需靠扭力扳手上紧,60）W型型：材质差些，W高出不多（最早德国）型材质好些，两端高出较多。n弹条型扣件（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）51弹条型弹条型52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53国外有砟轨道扣件n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/mm54国外有砟轨道扣件n英国 PANDROL e系列扣件
13、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：80100kN/mm55国外有砟轨道扣件n英国 PANDROL FAST CLIP扣件弹性不分开式 无挡肩 无螺栓扣压56国外有砟轨道扣件n德国 VOSSLOH W14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 5070kN/mm57国外有砟轨道扣件n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/mm58国
14、外无砟轨道扣件n日本日本 直结直结4型型 弹性不分开式弹性不分开式 有挡肩有挡肩 无铁垫板无铁垫板 有螺栓扣压有螺栓扣压59n德国 VOSSLOH 336型 弹性分开式 无挡肩 带铁垫板 有螺栓扣压 扣压力 12kN60英国 PANDROL FAST 弹性分开式 无挡肩 带铁垫板 无螺栓扣压 高低不调整61实际中的一些扣件图片626364第四节 有砟道床n道床的功能及对材质的要求n道床断面n道床的变形65四、有四、有 砟砟 道道 床床66有砟道床的功能n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；n提供轨道的纵横向阻力，保持轨道的稳定；n提供轨道弹性，减缓和吸收轮轨的
15、冲击和振动；n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；n便于轨道养护维修作业，校正线路的平纵断面。67n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n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68n材质：碎石、天然级配卵石、筛选卵石、粗砂、中砂及熔炉矿砟等；n分级：一级、二级，京沪特级；n级配 粒径：2570mm(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：2550mm。见图见图1-19和和1-20.n形状：正方形最好，长方形次之，片状最差。69有砟道床断
16、面70道床几何尺寸n 道床厚度：直线或曲线内轨中轴线下轨枕底面至路基面 3050cm，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。n顶面宽度：与轨枕长度和道床肩宽道床肩宽有关 一般2530cm 无缝线路45cm（堆高15cm，增大阻力，稳定。）n边坡坡度：1:1.5或1:1.7571有砟道床的变形72第五节 无砟轨道n整体道床n板式轨道n轨枕埋入式轨道n轨枕支承式轨道73n 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。n
17、 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n 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。74n优点：整体性强，轨道几何形位易于保持，稳定性好；轨道变形很小，发展较慢，有利于铺设无缝线路及高速行车；减少养护维修工作量，改善劳动工作条件 减少隧道的开挖面积，增加隧道或桥梁净空（减轻重量）外观整洁美观，坚固耐久。n缺点：整体道床工程投资费用高 要求较高的施工精度和特殊的施工方法 对扣件和垫层也有特殊要求 在运营过程中，一旦出现病害，整治非常困难 振动噪声大。75无砟轨道分类无砟轨道分类76A型轨道板7778防震G型79
18、n优点采用后张法，避免了先张法的预应力自由锚固区，减小了板的宽度，降低了轨道结构自重。单元式轨道板，便于维护。充填式垫板解决了轨道高低调整及轨道板翘曲引起的变形。生产、铺设方法简单、可靠。n缺点：轨道板变形后只能靠充填垫板调整。凸形挡台处砂浆容易破坏。轨道板易产生翘曲变形。相对于德国雷达轨道，其造价较高。80CA砂浆nCA砂浆具有足够的支承荷载的强度，也具有一定的弹性，且成本不太高。水泥砂浆虽然有一定的强度和耐久性，但弹性差，而乳化沥青虽富于弹性，但强度和耐久性差，将两者结合起来成为CA砂浆，通过调整配合比例，可得到所需要的强度和弹性。CA砂桨由水泥、沥青乳剂、细砂、膨胀剂和速凝剂等组成。81
19、铺设好的板式轨道82全突起 半突起（排水）83博格板式轨道优点优点Bgl板式轨道吸收了日本板式轨道使用的预制轨道板，制作和施工方便快捷的优点；同时吸收了轨枕埋入式轨道结构整体性好的优点，改善了单块轨道板板端翘曲的问题。与日本板式轨道不同，Bgl板式轨道中的沥青-水泥-砂浆调整层为半刚性材料。日本板式轨道中的CA砂浆可视为弹性材料。缺点曲线上每块板的承轨槽打磨加工不同，在实际施工线位上是唯一的定位板，施工不灵活，通用性差。轨道维修时需切割进行。造价相对较高。84博格轨道结构博格轨道结构8586长枕埋入式87长枕埋入式轨道施工长枕埋入式轨道施工88Rheda轨道的优化过程轨道的优化过程89n优点施
20、工工艺，利于掌握；预制件的生产经验及生产设备利于掌握 由于采用单根枕，平整度利于保证，避免了板式轨道需模型精细加工或车床加工等工序；预制件较小，运输吊装方便；轨道基本为混凝土构筑，耐久性保证概率高。n缺点新老混凝土结合面易产生裂纹，裂纹控制较困难；轨道结构宽度较板式轨道宽，自重大；现场混凝土施工量大；轨道结构一旦发生变形，维修困难，可维修性低；90铺设中的铺设中的Rheda200091铺设中的铺设中的Rheda200092Zblin（旭普林）型无砟轨道n德国无砟轨道之二：Zblin（旭普林）型无砟轨道于1974年开发。与Rheda2000型无砟轨道结构形式基本相同，主要差异是在施工方式上。nZ
21、blin的施工方式是在现场混凝土道床板浇筑以后，通过振动方式将轨枕“振入”到新鲜的混凝土中，使轨枕和道床板成为一个整体结构。此时的混凝土必须具有一定的密度，以确保只能将轨枕“振入振入”其中，而不允许轨枕靠重力“沉入”其中。n研发初衷：寻求一种高度机械化的施工方法，以解决Rheda型轨枕埋入式无砟轨道传统手工施工带来的进度慢、成本高的问题。93n优点结构整体性强；轨枕采用振动方式压入混凝土中，避免了灌注过程中的振捣不密实，加强了新老混凝土的结合面的连接；采用特殊的钢构架组装成段轨排，避免了钢轨变形等引起轨道位置偏移；所有机械及机具均特殊加工，定位功能强，刚度大，减低外力干扰，利于质量保证；施工机
22、械化程度高、施工进度快。n缺点施工质量主要靠设备保证，对设备的加工、操作、保养及维护要求很严格；施工太专业，需有专业人员操作；造价较高。94铺设中的铺设中的Zblin无砟轨道无砟轨道95京津城际桥上博格轨道结构系统京津城际桥上博格轨道结构系统96弹性支承无砟轨道施工弹性支承无砟轨道施工97LVT98n通过引进国外技术，和再创新攻关，我国确定了以下几种高速铁路无砟轨道形式：CRTS型板式轨道板式轨道（秦沈）CRTS型板式轨道博格桥上纵连方案基础上的创新方案，带滑动层（京津）CRTS型板式轨道板式轨道（遂渝）CRTS型双块式轨道雷达2000（武广）CRTS型双块式轨道旭普林（郑西）99五、轨道结构
23、的合理配套五、轨道结构的合理配套运量轴重行车速度轨道结构100n轨道结构合理配套首先要确定钢轨类型，再确定与之配套的轨枕类型、铺设数量、道床材料与断面。由轻到重、逐步加强经济合理性101本章小结n了解轨道结构的组成及部件（包括钢轨、轨枕、联结零件、道床、道岔、线路防爬及曲线加强设备）；n掌握轨道各种部件的工作特点（材质、构造、类型、伤损等）和功用；n了解轨道结构的合理配套及钢轨打磨技术；n了解无砟轨道的结构特点（无碴轨道客运专线）；n结合我国高速、重载铁路、城市轨道交通的最新发展状况，对有砟轨道结构及部件有所了解；n重点：轨道结构主要的组成及部件特点。102n思考题与作业题简述各主要形式无砟轨道的构造特点与技术特性理解轨道结构各组成部分的功能及相互作用方式？103谢谢观看/欢迎下载BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES.BY FAITH I BY FAITH