铁路用塑料轨枕与合成材料轨枕设计方法分析

轨枕是有砟轨道结构中重要的部件,目前轨枕材料主要是木材、钢材和混凝土。近年来,由于耐久性好、不易腐蚀、便于运输铺设等特性,塑料轨枕与合成材料轨枕在世界铁路领域逐渐得到发展和应用。目前尚无塑料轨枕与合成材料轨枕的设计规范,仅依据工程经验及相关技术指南来设计。本文总结梳理了不同材质轨枕的使用和设计情况,对比了不同材质轨枕的材料特性、伤损类型及伤损主要影响因素,重点分析了目前常用的容许应力法和极限状态法2种结构设计方法的特点。对比分析结果表明,极限状态设计法具有更大优势。建议利用该方法对塑料轨枕与合成材料轨枕开展标准设计和产品优化工作。     

树脂合成轨枕强度分析

基于有限单元法,依据轨枕实际受力情况建立有限元模型,对钢桁梁明桥面上设计铺设的以玻璃纤维与树脂为主要材料的合成轨枕强度进行分析,主要对合成轨枕的横向强度、纵向强度和合成轨枕材料对螺纹道钉的抗拔强度随合成轨枕尺寸变化的规律进行分析,研究结果表明:在合理尺寸范围内,合成轨枕尺寸的变化对其横向强度与纵向强度各方向的应力影响较小;合成轨枕的横向强度与纵向强度能满足规范要求。对合成轨枕纵向强度分析得出,合成轨枕沿玻璃纤维方向的强度预留不足,建议提高合成轨枕沿玻璃纤维方向强度。对合成轨枕抗拔强度分析得出,在合理尺寸范围内,随合成轨枕宽度增加,垂直方向螺纹平均拉应力随之减小,但减小率较小;随厚度增加,轨枕纵向最大拉应力整体为递减趋势;随着合成轨枕尺寸变化,其他各方向的应力变化不明显;合成轨枕能满抗拔强度的要求。     

异型玻璃钢轨枕的设计及应用

既有A型混凝土不能满足车辆运行品质轨边监测系统(TPDS)测试平台的A型专用轨枕的使用要求。本文从原材料、生产工艺和轨枕结构三个方面介绍了采用玻璃纤维增强材料制作的一种新型玻璃钢轨枕,该玻璃钢轨枕具有强度高、绝缘性好、生产简单等优点,轨枕的尺寸精度易于保证,强度符合Ⅲ型预应力混凝土轨枕强度要求。经过2年的现场铺设使用,该玻璃钢轨枕状态良好,完全符合测试平台的使用要求。该新型玻璃钢轨枕的研制成功,可为有类似特殊要求的异型轨枕提供借鉴。     

钢桁梁明桥面合成轨枕结构初步设计及其受力分析

合成轨枕是一种以玻璃长纤维和硬质聚氨酯树脂为主要成分,通过成型板压缩粘结制造而成的轨枕。通过对明桥面上铺设合成轨枕的结构进行设计与计算,确定了明桥面上合成轨枕的结构形式。基于有限单元法建立由5根轨枕组成的轨排模型,对该模型进行受力分析,并研究合成轨枕厚度和宽度变化时其位移和应力的变化规律。研究结果表明:随着合成轨枕厚度的增加,轨下轨枕垂向位移值将趋于定值;随着合成轨枕宽度的增加,轨下轨枕垂向位移值也将趋于定值。合成轨枕的尺寸对轨枕压应力的影响较大,对轨枕拉应力的影响较小。综合考虑合成轨枕的承载力要求、扣件安装需要的合理尺寸、轨枕安装需要的安装空间、现场施工条件对尺寸的要求及经济性等因素,确定了合成轨枕的合理尺寸为:长度3 000 mm,宽度取值范围为260~300 mm,厚度取值范围为220~280mm。     

城铁合成长枕埋入式无碴道床道岔施工技术

以广州地铁四号线引进的国际领先水平的新型轨枕材料——合成轨枕为研究对象,结合四号线的工程实际,介绍了在国内首次铺设合成岔枕整体道床道岔的施工技术。     

德国新型人造木双块式轨枕

德国Durcret轨枕是一种新型人造木制成的双块式轨枕，优点表现为：高稳定性，简便、快速的机械可安装性，高轨距保持性，高弯曲强度，高断裂强度，噪声低，可再生材料具有耐老化性、高抗腐蚀性能和良好的环保性。     

弹性轨枕在既有线提速改造中的应用研究

结合陇海线郑徐段200km／h线路提速改造工程，介绍弹性轨枕的应用和使用情况；根据弹性轨枕的轨道动力性能现场试验测试数据，研究分析弹性轨枕的性能作用；提出弹性轨枕作为一种新型轨道部件，具有较高的推广应用价值。     

复合材料合成轨枕受力分析及在钢桥明桥面上的应用

钢桥明桥面的木枕存在品质下降、防腐处理不彻底等问题,导致其使用性能和寿命日趋下降,制约了运营速度、轴重和运量的提高。本文介绍了一种复合材料合成轨枕,从合成轨枕本身及其在钢桥上的安装和受力等方面进行分析,讨论合成轨枕在钢桥明桥面上使用的可行性。结果表明,复合材料合成轨枕强度指标均远优于木枕,可进行量化指标检验;在满足明桥面使用要求的前提下,复合材料合成轨枕的应力还有较大富余,截面尺寸可调整空间大。     

桥上复合轨枕无砟轨道垂向动力性能研究

桥上复合轨枕无砟轨道是一种新型轨道结构,轨枕由复合高分子材料及加劲材料等构成。为研究桥上复合轨枕无砟轨道结构的垂向动力性能,建立车辆-轨道-桥梁垂向耦合动力学模型,对比双块式轨枕分析车辆、轮轨系统、轨道系统以及桥梁的动力响应。结果表明:桥上复合轨枕无砟轨道垂向动力性能满足行车安全性、平稳性以及旅客乘坐舒适性标准要求;车辆、轮轨系统及轨道上部结构动力响应较双块式轨枕略有增大,轨道下部结构及桥梁动力响应较双块式轨枕有所减小。桥上复合轨枕无砟轨道结构在满足现有规范使用要求的同时具有一定减振作用。     

复合轨枕存在问题及解决方法

在有砟轨道结构中,轨枕是其重要的组成部件。如今出现了以玻璃纤维、聚氨酯、废旧塑料、树脂等复合材料为原料制成的新型轨枕。复合轨枕与传统轨枕相比,具有质量轻、设计灵活、安装方便、耐腐蚀性好、环境友好等优势,有巨大发展潜力和市场。然而,由于设计、生产工艺、成本等因素限制,复合轨枕面临许多问题而未被广泛应用。对复合轨枕目前面临的主要问题,如性能指标不足、横向阻力低、价格高昂等进行梳理和总结,并从材料、结构、设计标准等方面探讨解决方法,进一步促进复合轨枕安全性和可靠性提升,促进我国铁路绿色发展。     

复合轨枕无砟轨道疲劳试验研究

复合轨枕无砟轨道是一种新型轨枕无砟轨道结构,通过开展复合轨枕无砟轨道疲劳试验研究其疲劳性能。试验建立复合轨枕无砟轨道实尺模型并对其施加300万次疲劳荷载,观察轨道各部件在疲劳加载前后的伤损情况,测试疲劳加载前后钢轨、复合轨枕、道床板相对位移变化、轨距变化和道床板受力变化。试验结果发现:无砟轨道及其各部件在疲劳试验中均未出现疲劳损伤;轨道结构部件位移在加载前期略有波动,后逐渐减小并趋于稳定,道床板受力满足规范要求。研究结果表明:复合轨枕无砟轨道具有一定耐久性,为其进一步推广和应用奠定了基础。     

复合轨枕无砟轨道温度适应性分析

为研究温度荷载对复合轨枕无砟轨道影响,分别建立长枕埋入式和双块式复合轨枕无砟轨道有限元模型,分析两种轨道结构在整体降温和温度梯度下的离缝长度和轨距变化量,并给出降温限值。结果表明:在整体降温条件下,两种轨道结构均产生离缝,双块式轨道的轨距变化量随降温幅度变化较小,综合考虑离缝和轨距变化限值影响,长枕埋入式、双块式轨道降温幅度分别不应超过7,11℃;温度梯度下,两种轨道结构均不产生离缝,仅正温度梯度下长枕埋入式轨距变化量超过规范值。从复合轨枕轨道结构对温度适用性考虑,建议在较小温差地区如隧道内铺设双块式轨道,并注意浇筑时混凝土的温度。     

酚醛树脂复合材料在轨道交通车辆上的应用

介绍了酚醛树脂复合材料试制的主要原材料、主要设备及仪器、试制流程及测试标准。详细阐述了酚醛树脂复合材料的氧指数、燃烧性能、机械性能、低密度等性能。分析了热压时间、热压温度及生产工艺对酚醛树脂复合材料性能的影响。试验证明,酚醛树脂产品的性能较为优良:热压时间控制在1.1~1.4 h时,复合材料的表面性能良好;热压温度为80~100℃时,可以得到表面质量细腻均匀的复合材料;适当调整生产工艺,可以提高酚醛树脂的产品质量、降低生产成本。     

基于DIC混凝土轨枕和复合轨枕受弯特征分析

轨枕是轨道结构重要组成部分,在上部荷载和下部道砟共同作用下处于受弯状态,常产生裂纹,增加维修费用,影响行车舒适性和安全性。采用数字图像相关技术(Digital Image Correlation),通过三点弯曲试验,分析Ⅲ型预应力混凝土轨枕、FFU复合轨枕受弯特征、裂纹发展过程和裂纹开口位移。研究结果表明:数字图像相关技术在位移和裂纹测试中具有高精确性;混凝土轨枕在加载初期处于弹性阶段,刚度大,随荷载增加,裂纹不断发展,刚度逐渐减小,抵抗变形能力下降,裂纹开口位移增加速率逐渐增大;FFU复合轨枕受弯过程中始终处于弹性状态,裂纹产生原因为层间分离,裂纹开口位移增加速率在裂纹开口完全分离时增加,之后保持不变。     

减振型无砟轨道轨枕结构对比分析

减振型无砟轨道形式较多,典型的有弹性支承块式轨枕和SAT S312双体轨枕,以及一种新型的减振型轨枕——弹性长枕。为了给无砟轨道设计中轨枕形式及参数的选取提供参考,通过建立弹性长枕的三维有限元模型,考虑避免弹性长枕结构与线路激振发生共振,从弹性长枕的枕下胶垫刚度、侧面套靴刚度、埋深及支撑长度4个方面进行模态分析,给出弹性长枕合理的参数匹配,再对3种轨枕做出对比分析。结果表明:3种减振型轨枕中,弹性长枕的结构最优,SAT S312双体轨枕次之,弹性支承块式轨枕最差。     

直线电机牵引模式下5号道岔及小半径曲线轨道铺设技术

由于广州轨道交通四号线采用了先进的直线电机运载系统，该系统能够适应小号码道岔和小半径曲线运行。通过在广州轨道交通四号线车辆段对5号道岔及65m的小半径曲线轨道的研究和铺设实践，以及树脂合成轨枕的引进应用，积累了可供今后建设类似工程借鉴的技术和经验。     

新型钢枕轨道结构受力特性影响因素分析

针对轨道过渡段基础沉降引起的轨道不平顺问题,提出一种能够自动补偿基础沉降的新型钢枕。为研究新型钢枕轨道结构参数对轨道结构受力特性的影响,基于有限元法,建立新型钢枕轨道-路基空间耦合模型,分析轨下胶垫刚度、钢枕间距以及道床弹性模量等参数对钢枕轨道结构受力特性的影响规律。研究结果表明:轨下胶垫刚度对钢轨受力特性的影响最为显著,随着轨下胶垫刚度的增大,钢轨的受力与变形均随之减小,但同时钢枕、道床和路基的受力与变形有所增大;减小钢枕间距能够减小轨道结构受力与变形,但钢枕间距太小会加大对道砟捣固的作业难度,增加养护维修工作量和维修成本;增大道床弹性模量可以减小轨道结构变形,但同时增大了钢枕和道床的受力。建议对轨下胶垫刚度、钢枕间距和道床弹性模量等参数综合考虑后合理选取。     

纵向轨枕式无砟轨道界面裂缝对轨道力学性能的影响

纵向轨枕轨道结构改用预制混凝土纵梁连续支撑的结构设计,故预制轨枕与道床板的新旧混凝土界面是结构稳定分析不可回避的因素。为了分析新旧混凝土界面对整体结构的影响,并为纵向轨枕式无砟轨道设计提供相关参考,通过建立纵向轨枕式无砟轨道的二维有限元计算模型进行研究。结果表明:纵向轨枕式无砟轨道在列车荷载和温度变化作用下,轨枕与道床板界面附近会出现纵向裂缝,并裂缝加快扩展。界面裂缝对轨道内部应力分布影响很大,对钢轨扭转有一定影响。