高速鐵路無砟軌道鋼軌原始彎曲測試與統(tǒng)計分析

曾樹清 袁家鈺 曾志平

(1.寧鄉(xiāng)縣第十三高級中學(xué)，湖南長沙 410600;2.中南大學(xué)土木工程學(xué)院，湖南 長沙 410075)

0 引言

防止無縫線路脹曲是無縫線路誕生以來一直備受關(guān)注的熱點問題［1］。影響無縫線路軌道穩(wěn)定的主要因素包括鋼軌溫升幅度、鋼軌原始彎曲、道床橫向阻力以及軌道框架剛度［2］。有關(guān)研究人員對普通鐵路無縫線路鋼軌原始彎曲和道床橫向阻力等參數(shù)進(jìn)行了大量的測試與分析，得出了相應(yīng)的統(tǒng)計規(guī)律，有效地指導(dǎo)了無縫線路軌道結(jié)構(gòu)的設(shè)計、施工與養(yǎng)護(hù)維修。近年來，我國高速鐵路呈跨越式發(fā)展之勢，其軌道結(jié)構(gòu)的形式及相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也日新月異，如100 m定尺長鋼軌、無砟軌道等。行車速度越高，軌道結(jié)構(gòu)平順性和穩(wěn)定性的要求就越苛刻。為了保證高速鐵路的高平順性，軌道結(jié)構(gòu)各個部件的設(shè)計、制造、運輸和施工都非常嚴(yán)格。因而，長鋼軌的原始彎曲也可能與普通鐵路鋼軌的原始彎曲存在較大的差異。本文采用弦線法，對某高速鐵路開通運營之前的鋼軌原始彎曲進(jìn)行了測試，經(jīng)數(shù)理統(tǒng)計分析，得出鋼軌原始彎曲矢度與平方之比的平均值與標(biāo)準(zhǔn)差，可為高速鐵路無縫線路穩(wěn)定性計算提供參考。

1 測試方法

鋼軌原始彎曲采用弦線法測量［3］，即在直線軌道上用不同的弦長(10 m，8 m，6 m，4 m)，用小鋼尺量測其對應(yīng)的原始彎曲矢度(如圖1所示)。

圖1 鋼軌原始彎曲測量方法

2 測試結(jié)果及分析

2014年1月22日～2014年1月25日，在某即將開通的高速鐵路上進(jìn)行測量，共測量數(shù)據(jù)90組，測量過程中平均軌溫為18.7℃。線路基本概況如下:設(shè)計時速350 km，CRTSⅡ板式無砟軌道，100 m定尺長鋼軌，福斯羅300型彈條扣件。測量結(jié)果如圖2和表1所示。從中可見，鋼軌原始彎曲具有較大的離散性。且隨著弦長增加，鋼軌原始彎曲矢度的平均值及標(biāo)準(zhǔn)差也隨之增大。由于測量期間鋼軌溫度比較低，測量結(jié)果可視為鋼軌塑性原始彎曲。將不同弦長測得的原始彎曲矢度除以弦長的平方，得到原始彎曲的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差及變異系數(shù)分別為1.992×10－7，6.409×10－8和0.30。將鋼軌原始彎曲矢度與弦長平方之比作正態(tài)檢驗如圖3所示。采用t檢驗法進(jìn)行檢驗可得，h=0，sig=1，由此可知，鋼軌原始彎曲矢度與弦長平方之比近似服從正態(tài)分布，95%的置信區(qū)間為［1.930×10－7～2.055×10－7］。對比文獻(xiàn)［4］的結(jié)果可知，高速鐵路鋼軌原始彎曲矢度與弦長平方之比明顯小于普通鐵路鋼軌原始彎曲矢度與弦長平方之比(1.754 9×10－6)，這也反映了高速鐵路鋼軌具有更好的平順性。

圖2 鋼軌原始彎曲測試結(jié)果示意圖

表1 鋼軌原始彎曲測試結(jié)果

圖3 正態(tài)分布檢驗

3 結(jié)語

通過對高速鐵路無砟軌道鋼軌無縫線路的現(xiàn)場測試和數(shù)理統(tǒng)計分析表明:

1)高速鐵路鋼軌原始不平順較小，鋼軌原始彎曲矢度與弦長平方之比約等于普通鐵路鋼軌原始彎曲矢度與弦長平方之比的1/8;

2)高速鐵路鋼軌原始彎曲矢度與弦長平方之比具有比較大的離散性，但可視為正態(tài)分布。

［1］陳秀方.軌道工程［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005：120-182.

［2］高 亮.軌道工程［M］.北京：中國鐵道出版社，2010：153-192.

［3］中南大學(xué)土木工程學(xué)院.青藏鐵路格望段無縫線路試驗段關(guān)鍵技術(shù)的研究子課題報告［R］.長沙：中南大學(xué)，2007：41-50.

［4］TB 10082-2005，鐵路軌道設(shè)計規(guī)范［S］.