30 t軸重重載鐵路預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕設(shè)計(jì)研究

尤瑞林，范 佳，劉偉斌，杜香剛

(中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 鐵道建筑研究所，北京 100081)

30 t軸重重載鐵路預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕設(shè)計(jì)研究

尤瑞林，范 佳，劉偉斌，杜香剛

(中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 鐵道建筑研究所，北京 100081)

結(jié)合我國(guó)重載鐵路的運(yùn)營(yíng)特點(diǎn)，在前期研究成果的基礎(chǔ)上，開(kāi)展了30 t軸重重載鐵路混凝土軌枕的設(shè)計(jì)、試驗(yàn)研究工作，并按照北美鐵路工程和維修協(xié)會(huì)(AREMA)的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行對(duì)比分析。研究結(jié)果表明:新型重載軌枕能夠滿足30 t軸重線路的承載性能要求，同Ⅲ型枕相比，軌下截面正彎矩和中間截面負(fù)彎矩承載能力分別提高了18.5%和23.3%;新型重載軌枕能夠滿足國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)及AREMA的相關(guān)試驗(yàn)要求，且具有較大安全余量，表明其達(dá)到北美重載線路用混凝土軌枕的承載水平。

30 t軸重 混凝土軌枕 AREMA 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)研究

近年來(lái)，重載鐵路運(yùn)輸在世界范圍內(nèi)迅速發(fā)展，已被國(guó)際上公認(rèn)為鐵路貨運(yùn)發(fā)展的方向。重載鐵路發(fā)展過(guò)程中，增加軸重是一個(gè)重要的技術(shù)方向，世界上部分國(guó)家在重載鐵路中已開(kāi)始運(yùn)營(yíng)30 t軸重以上的重載列車，取得了一定的經(jīng)驗(yàn)。我國(guó)重載鐵路以運(yùn)營(yíng)25 t軸重列車為主，尚缺乏30 t軸重以上線路的運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)。由于重載列車速度的提高、軸重及運(yùn)量的增加，相應(yīng)地增大了對(duì)線路的作用，使得在大軸重、高密度的運(yùn)營(yíng)條件下，軌道結(jié)構(gòu)傷損增加，線路設(shè)備病害發(fā)生和發(fā)展速度加快。近年來(lái)多次線路調(diào)查結(jié)果表明，我國(guó)重載線路上鋪設(shè)的混凝土軌枕出現(xiàn)一定程度的傷損，主要形式包括擋肩破損、軌枕軌下及中間截面橫向裂紋等。

目前，我國(guó)既有線路上大量鋪設(shè)的Ⅲ型及Ⅱ型軌枕設(shè)計(jì)軸重為25 t。隨著重載鐵路軸重和年運(yùn)量的增加，軌枕的承載性能及疲勞壽命將有所降低。因此，從鐵路技術(shù)長(zhǎng)期發(fā)展的角度考慮，有必要開(kāi)展適用于30 t及以上軸重的重載軌枕研究設(shè)計(jì)，從而更好地滿足大軸重線路的運(yùn)營(yíng)條件。

我國(guó)自1956年研制出預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕以來(lái)，無(wú)論是鋪設(shè)數(shù)量、產(chǎn)品系列、質(zhì)量控制還是技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)都有長(zhǎng)足的發(fā)展。在軌枕發(fā)展過(guò)程中不斷積累經(jīng)驗(yàn)，形成了包括設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)、鋪設(shè)及養(yǎng)護(hù)維修等方面的整套技術(shù)體系［1-5］。其中，在軌枕研究設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，鐵科院在總結(jié)前期研究成果的基礎(chǔ)上編制了《預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕設(shè)計(jì)方法》［6］(以下簡(jiǎn)稱設(shè)計(jì)方法)，該方法指導(dǎo)了我國(guó)Ⅲ型系列軌枕、新Ⅱ型軌枕、Ⅲ型系列橋枕以及客運(yùn)專線有砟軌道岔枕的研究設(shè)計(jì)工作，是目前我國(guó)混凝土軌枕設(shè)計(jì)中廣泛采用的行業(yè)參考方法。

北美鐵路工程和維修協(xié)會(huì)手冊(cè)是北美鐵路工程和維修協(xié)會(huì)主編的用于指導(dǎo)鐵路結(jié)構(gòu)及部件設(shè)計(jì)、養(yǎng)護(hù)、維修的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(以下簡(jiǎn)稱AREMA)［7］。AREMA自1905年第一版發(fā)行以來(lái)，不斷更新完善，成為北美地區(qū)乃至全球范圍內(nèi)有影響力的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。在AREMA第30章中規(guī)定了混凝土軌枕的設(shè)計(jì)方法及相關(guān)技術(shù)要求，依據(jù)該方法設(shè)計(jì)的軌枕在北美重載線路中廣泛應(yīng)用。

本次開(kāi)展30 t軸重重載軌枕的研究設(shè)計(jì)，將結(jié)合我國(guó)重載鐵路的運(yùn)營(yíng)特點(diǎn)，在前期研究成果的基礎(chǔ)上，依據(jù)國(guó)內(nèi)成熟的設(shè)計(jì)方法開(kāi)展結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。為與北美重載鐵路軌枕的性能作對(duì)比分析，在重載軌枕設(shè)計(jì)過(guò)程中，也將參考AREMA的相關(guān)要求進(jìn)行計(jì)算分析和試驗(yàn)研究。

1 軌枕垂直動(dòng)壓力

1.1 中國(guó)設(shè)計(jì)方法

我國(guó)設(shè)計(jì)方法規(guī)定軌枕垂直動(dòng)壓力Rd按下式計(jì)算

式中:γ為輪重分配系數(shù);P0為靜輪重，kN;α為綜合動(dòng)載系數(shù)。

對(duì)于30 t軸重重載鐵路，靜輪重P0為150 kN。輪重分配系數(shù)與鋼軌類型、軌枕間距、車輪軸距以及鋼軌基礎(chǔ)彈性模量或鋼軌支座剛度等參數(shù)有關(guān)。根據(jù)彈性點(diǎn)支座上等截面連續(xù)長(zhǎng)梁模型的計(jì)算結(jié)果，同時(shí)考慮鋼軌及軌枕沿線路縱向支承狀態(tài)不均勻，偏于安全，按照單根軌枕失效計(jì)算出輪重分配系數(shù)為0.494。式中綜合動(dòng)載系數(shù)α是用以反映輪軌的不平順狀態(tài)，軌枕的不均勻支承或失效支承等不確定工況所引起的綜合動(dòng)力效應(yīng)，設(shè)計(jì)中取為1.5。將以上各參數(shù)取值代入式(1)，得到軌枕垂直動(dòng)壓力為185 kN。

1.2 北美AREMA

AREMA也規(guī)定了輪重分配系數(shù)及動(dòng)載系數(shù)的取值方法。AREMA認(rèn)為輪重分配系數(shù)雖然也受到車輪軸距、鋼軌支座剛度以及鋼軌模量等因素的影響，但針對(duì)北美鐵路實(shí)際特點(diǎn)，以上各因素影響較小，因此輪重分配系數(shù)僅表示為軌枕間距的函數(shù)，偏于保守規(guī)定圖1所示的取值標(biāo)準(zhǔn)［7-8］。

按照我國(guó)軌枕常用的600 mm間距配置，查圖得到輪重分配系數(shù)為0.493。另外，AREMA規(guī)定用于預(yù)估車輪和鋼軌不平順動(dòng)態(tài)效應(yīng)的動(dòng)載系數(shù)為2.0，因此，按照30 t軸重考慮，得到軌枕垂直動(dòng)壓力為222 kN。

圖1 輪重分配系數(shù)的取值

2 軌枕荷載彎矩計(jì)算

2.1 中國(guó)設(shè)計(jì)方法

我國(guó)軌枕設(shè)計(jì)方法對(duì)于荷載彎矩計(jì)算規(guī)定了4種不同的道床反力圖式，一般情況下普通線路軌下截面和中間截面荷載彎矩計(jì)算圖式如圖2所示。

圖2 軌下和枕中截面荷載彎矩的計(jì)算圖式

由圖2中的道床反力計(jì)算圖式，軌枕軌下截面正彎矩設(shè)計(jì)值Mg按下式計(jì)算

中間截面負(fù)彎矩設(shè)計(jì)值MZ按下式計(jì)算

將Rd=185 kN及其他相關(guān)參數(shù)代入上式計(jì)算，同時(shí)考慮軌枕中部底面寬度小于軌下底面實(shí)際支承寬度的情況，將Mg的計(jì)算值增加約8%，MZ的計(jì)算值減小約10%，得到軌下截面正彎矩設(shè)計(jì)值為22.21 kN·m，中間截面負(fù)彎矩設(shè)計(jì)值為-17.44 kN·m。

另外，根據(jù)國(guó)外重載軌枕的使用經(jīng)驗(yàn)及我國(guó)重載線路現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研情況，重載鐵路特殊區(qū)段，如曲線地段、長(zhǎng)大坡道及車輛制動(dòng)地段，線路受到的橫向力較大，導(dǎo)致枕中截面受到的負(fù)彎矩荷載增加，枕中橫向裂紋出現(xiàn)較多。因此在本次重載軌枕設(shè)計(jì)時(shí)考慮較大橫向力的影響，對(duì)枕中截面荷載彎矩予以增加。

在特殊區(qū)段，通常情況下列車運(yùn)行時(shí)會(huì)采取限速等措施，列車垂向動(dòng)力影響會(huì)有所降低，同時(shí)考慮垂向力和橫向力的工況下，適當(dāng)降低垂直動(dòng)壓力。本次重載軌枕設(shè)計(jì)中，軌枕承受較大橫向力(70 kN)的同時(shí)，垂直動(dòng)壓力取130 kN。經(jīng)計(jì)算，由于橫向力導(dǎo)致中間截面產(chǎn)生的負(fù)彎矩為-9.45 kN·m;同時(shí)垂直動(dòng)壓力產(chǎn)生的中間截面負(fù)彎矩為-11.8 kN·m，得到軌枕中間截面負(fù)彎矩設(shè)計(jì)值為-21.25 kN·m。

綜合以上計(jì)算分析結(jié)果，30 t軸重重載軌枕設(shè)計(jì)時(shí)，軌下截面正彎矩設(shè)計(jì)值為22.21 kN·m，中間截面負(fù)彎矩設(shè)計(jì)值為-21.25 kN·m。

2.2 北美AREMA

北美AREMA中給出長(zhǎng)度為2.36，2.44，2.59和2.74 m4種軌枕在不同間距條件下的軌下截面正彎矩基準(zhǔn)值(如圖3所示)。

需要指出的是，圖3中給出的基準(zhǔn)值是基于260 kN垂直動(dòng)壓力計(jì)算得到的。根據(jù)我國(guó)30 t軸重線路的運(yùn)營(yíng)條件，上文計(jì)算得出的垂直動(dòng)壓力為222 kN，因此需依據(jù)圖3，進(jìn)行相應(yīng)換算。對(duì)于我國(guó)重載軌枕，長(zhǎng)度為2.6 m，間距按600 mm配置，按圖3所示標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)換算后得到軌下截面正彎矩基準(zhǔn)值為28.76 kN·m。

對(duì)于上述軌枕荷載彎矩基準(zhǔn)值，考慮速度和年運(yùn)量的影響，應(yīng)乘以安全系數(shù)，按下式計(jì)算

式中:M為乘以安全系數(shù)后的軌下截面正彎矩，kN·m; B為由圖3得出的特定長(zhǎng)度軌枕軌下截面正彎矩基準(zhǔn)值，kN·m;V為由圖4得出的速度系數(shù);T為由圖4得出的年運(yùn)量系數(shù)。

圖3 軌下截面正彎矩基準(zhǔn)值

圖4 通過(guò)總重系數(shù)及速度系數(shù)

根據(jù)我國(guó)重載線路運(yùn)營(yíng)特點(diǎn)，按最大運(yùn)營(yíng)速度100 km/h、年運(yùn)量＞75 M t計(jì)，取速度系數(shù)V為0.9，年運(yùn)量系數(shù)T為1.1。將相關(guān)參數(shù)取值代入式(4)得軌下截面正彎矩設(shè)計(jì)值M為28.47 kN·m。

除軌下截面正彎矩設(shè)計(jì)值外，軌下截面負(fù)彎矩、中間截面正彎矩及負(fù)彎矩設(shè)計(jì)值按一定比例計(jì)算得到，其中對(duì)于長(zhǎng)度2.6 m的軌枕按表1計(jì)算。另外，AREMA也針對(duì)軌下部分底寬大于中間截面的情況，規(guī)定軌下截面及中間截面正彎矩提高10%，相應(yīng)的中間截面負(fù)彎矩降低10%。修正后各截面彎矩設(shè)計(jì)值如表1所示。

表1 AREMA荷載彎矩計(jì)算kN·m

對(duì)比國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)方法與AREMA計(jì)算結(jié)果可以看出:國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)方法中軌枕荷載彎矩值主要考慮軌下截面正彎矩及中間截面負(fù)彎矩，而AREMA對(duì)兩個(gè)關(guān)鍵截面的正負(fù)彎矩值都進(jìn)行了計(jì)算。國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)方法計(jì)算得到的軌下截面正彎矩值小于AREMA的計(jì)算值，中間截面負(fù)彎矩值相對(duì)高于AREMA的規(guī)定值。

需指出的是，由于世界各國(guó)在混凝土軌枕設(shè)計(jì)時(shí)，軌枕荷載彎矩計(jì)算都與各自材料強(qiáng)度取值、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論以及軌枕設(shè)計(jì)的約束條件等因素相匹配，僅比較荷載彎矩值是不全面的。如:北美軌枕設(shè)計(jì)時(shí)，承載強(qiáng)度計(jì)算采用的混凝土強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度值，而我國(guó)軌枕設(shè)計(jì)采用的是考慮一定材料分項(xiàng)系數(shù)折減后的設(shè)計(jì)強(qiáng)度值。

因此，各國(guó)軌枕設(shè)計(jì)過(guò)程中都遵循各自設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)性和連續(xù)性原則，不同時(shí)期設(shè)計(jì)不同類型的軌枕，均是在總結(jié)前期應(yīng)用情況的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化提高，而相關(guān)計(jì)算方法和計(jì)算條件不會(huì)做較大的變動(dòng)。這樣有助于有針對(duì)性地優(yōu)化軌枕設(shè)計(jì)，更準(zhǔn)確地把握新型軌枕的設(shè)計(jì)參數(shù)和承載能力，也有利于各類型軌枕在基本一致的基礎(chǔ)上進(jìn)行對(duì)比分析。

本次30 t軸重重載軌枕荷載彎矩值仍按我國(guó)設(shè)計(jì)方法計(jì)算確定。同時(shí)，對(duì)于設(shè)計(jì)完成的軌枕也按照AREMA進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)研究，從而更加直觀地了解與國(guó)外重載軌枕性能之間的差異。

3 重載軌枕設(shè)計(jì)方案

重載軌枕混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C60，預(yù)應(yīng)力鋼絲極限抗拉強(qiáng)度σb=1 570 kN/mm2，其余設(shè)計(jì)參數(shù)如預(yù)應(yīng)力鋼絲松弛率、抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值以及混凝土抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值、48 h強(qiáng)度等級(jí)、抗拉標(biāo)準(zhǔn)值、抗拉設(shè)計(jì)值、受拉區(qū)混凝土塑性影響系數(shù)等參數(shù)均按我國(guó)設(shè)計(jì)方法的規(guī)定取值。另外，在設(shè)計(jì)計(jì)算中考慮養(yǎng)護(hù)時(shí)溫差、墩頭內(nèi)縮、鋼絲松弛等因素對(duì)鋼絲預(yù)應(yīng)力損失的影響。

設(shè)計(jì)完成的重載軌枕的型式尺寸及配筋如表2及圖5所示。

表2 重載軌枕型式尺寸及配筋

圖5 重載軌枕型式尺寸及配筋(單位:mm)

根據(jù)軌枕外形尺寸及配筋設(shè)計(jì)，計(jì)算出軌下截面正彎矩和中間截面負(fù)彎矩承載能力分別為22.57 kN·m和-21.33 kN·m，承載能力滿足荷載彎矩的要求。同Ⅲ型枕相比，重載軌枕的軌下截面正彎矩和中間截面負(fù)彎矩承載能力分別提高了18.5%和23.3%。

4 室內(nèi)試驗(yàn)研究

4.1 中國(guó)鐵路標(biāo)準(zhǔn)

我國(guó)鐵路行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)軌枕的技術(shù)要求、試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則、標(biāo)志及儲(chǔ)運(yùn)等方面作了規(guī)定。我國(guó)軌枕靜載抗裂及疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)項(xiàng)目包括軌下截面正彎矩及中間截面負(fù)彎矩兩個(gè)力學(xué)參數(shù)，試驗(yàn)方法按照《預(yù)應(yīng)力混凝土枕靜載抗裂試驗(yàn)方法》［9］及《預(yù)應(yīng)力混凝土枕疲勞試驗(yàn)方法》［10］兩個(gè)鐵道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的靜載和疲勞試驗(yàn)的加載圖式基本相同，其中軌下截面及中間截面靜載試驗(yàn)圖式見(jiàn)圖6和圖7。

圖6 軌下截面正彎矩靜載試驗(yàn)圖式(單位:mm)

圖7 中間截面負(fù)彎矩靜載試驗(yàn)圖式(單位:mm)

目前，我國(guó)軌枕類型可劃分為Ⅰ型、Ⅱ型及Ⅲ型系列，各種類型軌枕的檢驗(yàn)荷載值根據(jù)其自身的設(shè)計(jì)特征計(jì)算確定，目前Ⅲ型軌枕檢驗(yàn)荷載值最大。將本次設(shè)計(jì)的重載軌枕與Ⅲ型軌枕的檢驗(yàn)荷載值對(duì)比如表3所示。

表3 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的檢驗(yàn)荷載值kN

針對(duì)重載軌枕的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行產(chǎn)品試制，并依據(jù)上述鐵道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)展了室內(nèi)力學(xué)性能試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明重載軌枕能夠滿足檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的要求，且有較大安全余量。

4.2 北美AREM A

AREMA中對(duì)軌枕的力學(xué)性能也規(guī)定了相關(guān)室內(nèi)試驗(yàn)項(xiàng)目，但與我國(guó)鐵路標(biāo)準(zhǔn)有所不同。AREMA除要求對(duì)軌下截面的正彎矩和中間截面的負(fù)彎矩進(jìn)行靜載試驗(yàn)外，還要求對(duì)軌下截面的負(fù)彎矩及中間截面的正彎矩進(jìn)行靜載試驗(yàn);但疲勞試驗(yàn)僅針對(duì)軌下截面正彎矩進(jìn)行檢驗(yàn)。按照AREMA的規(guī)定，在靜載抗裂試驗(yàn)中，軌下截面負(fù)彎矩、正彎矩以及中間截面負(fù)彎矩、正彎矩的加載圖式分別如圖8至圖11所示。

圖8 軌下截面負(fù)彎矩靜載試驗(yàn)圖式

圖9 軌下截面正彎矩靜載試驗(yàn)圖式

圖10 中間截面負(fù)彎矩靜載試驗(yàn)圖式

AREMA規(guī)定力學(xué)試驗(yàn)的荷載值根據(jù)荷載彎矩的計(jì)算值換算獲得。對(duì)于本次設(shè)計(jì)的重載軌枕，結(jié)合上節(jié)計(jì)算得到的荷載彎矩值，按AREMA的規(guī)定得出的荷載檢驗(yàn)值如表4所示。

圖11 中間截面正彎矩靜載試驗(yàn)圖式

表4 AREM A規(guī)定的檢驗(yàn)荷載值kN

由于中國(guó)鐵路標(biāo)準(zhǔn)與AREMA所規(guī)定力學(xué)性能試驗(yàn)的加載圖式有所不同，無(wú)法通過(guò)檢驗(yàn)值的大小直接進(jìn)行對(duì)比。因此，統(tǒng)一將兩種標(biāo)準(zhǔn)的檢驗(yàn)荷載值換算為彎矩值(見(jiàn)表5)。

表5 中國(guó)及AREM A檢驗(yàn)彎矩值對(duì)比kN·m

通過(guò)表5的對(duì)比可以看出，本次重載軌枕軌下截面正彎矩檢驗(yàn)值稍高于AREMA，而中間截面負(fù)彎矩檢驗(yàn)值提高更為顯著。這與設(shè)計(jì)初衷是相符的，通過(guò)國(guó)內(nèi)外使用情況調(diào)研以及與美國(guó)鐵路相關(guān)領(lǐng)域交流了解，中間截面負(fù)彎矩荷載是導(dǎo)致重載鐵路中混凝土軌枕出現(xiàn)傷損的重要原因，其中北美地區(qū)這種傷損類型更為明顯。因此，重載鐵路軌枕設(shè)計(jì)適當(dāng)提高中間截面負(fù)彎矩的承載能力是合理的。

根據(jù)檢驗(yàn)荷載的計(jì)算結(jié)果，按照AREMA規(guī)定的圖式進(jìn)行了室內(nèi)試驗(yàn)。結(jié)果表明，軌下截面及中間截面的正、負(fù)彎矩靜載試驗(yàn)結(jié)果均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，軌下截面正彎矩疲勞試驗(yàn)結(jié)果也滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求，且具有較大安全余量。另外，按照AREMA的規(guī)定還開(kāi)展了預(yù)應(yīng)力鋼絲黏結(jié)力發(fā)展及軌枕承軌面磨損試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果均滿足要求。

綜合以上試驗(yàn)結(jié)果可知，本次設(shè)計(jì)的30 t軸重重載軌枕能夠滿足AREMA規(guī)定的各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)，達(dá)到了北美地區(qū)重載線路用混凝土軌枕的承載水平。

5 結(jié)論

本文結(jié)合我國(guó)重載鐵路的運(yùn)營(yíng)特點(diǎn)，分別按照國(guó)內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及AREMA的規(guī)定對(duì)30 t軸重重載鐵路用混凝土軌枕開(kāi)展了設(shè)計(jì)及試驗(yàn)研究，主要結(jié)論如下:

1)通過(guò)軌枕垂直動(dòng)壓力以及荷載彎矩的計(jì)算結(jié)果分析對(duì)比可以看出，由于材料強(qiáng)度取值、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論等方面不同，國(guó)內(nèi)方法與AREMA計(jì)算得出的荷載彎矩值不具直接對(duì)比意義。

2)按我國(guó)設(shè)計(jì)方法，30 t軸重重載軌枕的設(shè)計(jì)垂直動(dòng)壓力為185 kN，在設(shè)計(jì)中考慮橫向荷載的影響，確定軌下截面正彎矩設(shè)計(jì)值為22.21 kN·m，中間截面負(fù)彎矩設(shè)計(jì)值為-21.25 kN·m。

3)新型重載軌枕承載能力滿足30 t軸重線路荷載彎矩的要求，同Ⅲ型枕相比，軌下截面正彎矩和中間截面負(fù)彎矩承載能力分別提高了18.5%和23.3%。

4)通過(guò)國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)與AREMA中試驗(yàn)要求對(duì)比可看出，國(guó)內(nèi)外軌枕檢驗(yàn)要求及試驗(yàn)方法有一定的差異，經(jīng)換算對(duì)比，新型重載軌枕軌下截面正彎矩檢驗(yàn)值稍高于AREMA，而中間截面負(fù)彎矩檢驗(yàn)值提高更為顯著。

5)分別按照國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)及AREMA的規(guī)定對(duì)新型重載軌枕開(kāi)展了室內(nèi)試驗(yàn)研究，試驗(yàn)結(jié)果均滿足相關(guān)要求，具有較大安全余量，表明新型軌枕能夠滿足30 t軸重線路運(yùn)營(yíng)條件，且達(dá)到北美地區(qū)重載線路用混凝土軌枕的承載水平。

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Study on design of prestressed concrete sleeper suitable for 30 t axle load heavy haul railway

YOU Ruilin，F(xiàn)AN Jia，LIU Weibin，DU Xianggang
(Railway Engineering Research Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China)

Considering of the operation characteristics of heavy haul railway in China，based on previous research，design and test on concrete sleepers for 30 t axle load heavy haul railway were carried out.The performance of this type of concrete sleepers was analyzed according to the relevant requirements of American Railway Engineering and Main tenance-of-Way Association(AREMA).The results show that the concrete sleeper developed is able to ensure the bearing performance of the targeted vehicle，at the same time the bearing capacity of the positive bending moment at the sub-rail cross section and that of the negative bending moment at the mid-rail cross section are improved by 18.5%and23.3%respectively，compared with the type Ⅲ sleeper.Therefore，the sleeper developed-with safety allowance for any possible incidenceis in compliance with China's technical standard and meets the requirement of AREMA.It can be concluded that in terms of its bearing capacity，the piece is on the same par with concrete sleepers current used in the heavy haul railway system in North America.

30 t axle load;Concrete sleeper;AREMA;Structural design;Experimental research

U213.3

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2015.01.25

1003-1995(2015)01-0113-06

(責(zé)任審編 趙其文)

2014-09-20;

2014-11-25

尤瑞林(1986—)，男，安徽宿州人，助理研究員，碩士。