道床參數(shù)對(duì)無(wú)縫線路穩(wěn)定性的試驗(yàn)研究

摘 要：在有砟軌道上，道床對(duì)軌枕的橫向阻力在軌道的橫向穩(wěn)定性中有著重要作用。文章先對(duì)道床肩寬與砟肩堆高這兩個(gè)參數(shù)獨(dú)立研究，分析各自參數(shù)的改變與道床阻力的增長(zhǎng)關(guān)系，然后將二者得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合到一起，分析兩參數(shù)的組合與道床阻力特性的關(guān)系，得出提高道床橫向阻力的最佳參數(shù)分布域。

關(guān)鍵詞：道床參數(shù)；無(wú)縫線路；穩(wěn)定性

1 概述

道床橫向阻力是預(yù)防有砟軌道無(wú)縫線路脹軌跑道的關(guān)鍵因素，在無(wú)縫線路高穩(wěn)定性要求下，保證道床具有一定的橫向阻力意義重大[1]。道床橫向阻力由枕底、枕側(cè)和砟肩阻力組成，國(guó)內(nèi)外針對(duì)道床橫向阻力做了大量研究工作，道床與軌枕之間的摩擦阻力在道床橫向阻力中占絕大比例[2]。在本試驗(yàn)中，關(guān)于道床橫向阻力的特性，通過(guò)在現(xiàn)場(chǎng)使用儀器測(cè)量不用道床肩部形狀下的橫向阻力得出數(shù)據(jù)得出結(jié)論。

2 試驗(yàn)概況

2.1 設(shè)備情況

試驗(yàn)設(shè)備主要采用了機(jī)械式道床阻力測(cè)試裝置。該阻力測(cè)試裝置主要包含兩個(gè)部分，壓力加載部分和數(shù)據(jù)讀取部分，其中壓力加載部分主要是使用液壓千斤頂對(duì)鋼軌進(jìn)行加載以便軌枕產(chǎn)生橫向位移，如圖1組中左側(cè)所示，數(shù)據(jù)讀取部分主要是依靠百分表等部件測(cè)試軌枕受力后產(chǎn)生的位移情況，如圖1中右側(cè)所示。

2.2 實(shí)驗(yàn)工況

從軌道結(jié)構(gòu)體系的受力角度來(lái)看，道床的砟肩寬度對(duì)道床橫向阻力產(chǎn)生很大的影響，雖然從理論上說(shuō)隨著肩寬的增大道床的橫向阻力會(huì)逐漸增加，但肩寬過(guò)大也會(huì)提高對(duì)人力物力的要求，因此選擇一個(gè)適度的道床肩寬一直以來(lái)都是一個(gè)值得研究的問(wèn)題[3]。在文章的實(shí)驗(yàn)研究中道床肩寬的參數(shù)依據(jù)《鐵路軌道設(shè)計(jì)規(guī)范TB10082-2005》的規(guī)定選定為20厘米、30厘米、40厘米、50厘米、60厘米。

3 測(cè)試方案與方法

3.1 測(cè)試方法

道床橫向阻力采用試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試方法測(cè)試，將被測(cè)軌枕所有扣件松開(kāi)，并抽出膠墊，利用鋼軌提供的反力橫向推移被測(cè)軌枕。測(cè)試采用千斤頂施加橫向推力，測(cè)力儀記錄推力數(shù)值，百分表記錄軌枕位移。

3.2 數(shù)據(jù)處理及分析

考慮到無(wú)縫線路失穩(wěn)破壞通常發(fā)生在道床橫向阻力較為薄弱的地段，故對(duì)于橫向阻力實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的處理采用偏于保守的數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法。將測(cè)量值取均值后減去其2.5倍的標(biāo)準(zhǔn)方差，作為道床橫向阻力最小可能值，并將該最小可能值轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定性檢算中采用的單位長(zhǎng)度阻力[5]。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與結(jié)論

為了更加深入的研究橫向阻力特性與道床參數(shù)的關(guān)系，文章將實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)分析，因此，現(xiàn)將兩個(gè)影響參數(shù)道床肩寬與砟肩堆高進(jìn)行單獨(dú)分析。

4.1 道床肩寬與橫向阻力之間的關(guān)系

如圖2所示，固定堆高值為0，分別測(cè)量道床肩寬為20、30、40、50、60。

從圖2可見(jiàn)，隨著道床肩寬的增加橫向阻力會(huì)逐漸增大。當(dāng)肩寬由20厘米增加到30厘米，橫向阻力增加4.7%，當(dāng)肩寬增加到40厘米時(shí)，道床橫向阻力增加16.1%，當(dāng)繼續(xù)以每10厘米的增加阻力的增加比例為5.64%和3.21%，阻力增加不顯著。

4.2 道床砟肩堆高與橫向阻力之間的關(guān)系

固定道床肩寬值30，固定坡角為45°。分別測(cè)量砟肩堆高為0、15、30時(shí)的橫向阻力值，結(jié)果如圖3所示。

1960年以前，我國(guó)鐵路對(duì)砟肩堆高并無(wú)規(guī)定，隨著無(wú)縫線路的廣泛推廣，脹軌跑道現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，采取砟肩堆高最初是為了防止無(wú)縫線路脹軌跑道，近年來(lái)，《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范（試行）》《鐵路線路設(shè)計(jì)規(guī)范》等規(guī)范中均有砟肩堆高150毫米的規(guī)定。

堆高砟肩能顯著提高道床阻力，與采用加寬道床砟肩寬度相比，能有效節(jié)約道砟用量，計(jì)算結(jié)果表明，砟肩堆高在120毫米及以上時(shí)，能滿足上述規(guī)范中橫向阻力的規(guī)定，繼續(xù)增大砟肩堆高可增大橫向阻力，但砟肩堆高超過(guò)200毫米后，橫向阻力增幅明顯減小。

5 成果與分析

道床橫向阻力與道床肩寬、砟肩堆高有著密不可分的聯(lián)系，兩種參數(shù)的增加都會(huì)提高道床的橫向阻力值，并且兩個(gè)參數(shù)在單獨(dú)提高的同時(shí)增幅也由高到低產(chǎn)生變化，考慮到經(jīng)濟(jì)因素與結(jié)構(gòu)合理性等問(wèn)題，現(xiàn)將兩種參數(shù)同時(shí)考慮，找出既能滿足規(guī)范中的參數(shù)限定值的要求還能最大化的提高道床橫向阻力的參數(shù)分布值，最終主要獲得了以下結(jié)論：

可以看出堆高從0到30厘米的增長(zhǎng)過(guò)程中，增幅是一個(gè)先增長(zhǎng)后減緩的過(guò)程，也就是說(shuō)堆高增加幅度在15厘米左右后達(dá)一個(gè)峰值。

同樣在可以看出道床肩寬的增長(zhǎng)幅度也和砟肩堆高類似，當(dāng)肩寬在400厘米左右處整張幅度減緩，因此增幅也是一個(gè)先增長(zhǎng)后減緩的過(guò)程。

參考文獻(xiàn)

[1]潘冰.道床橫向阻力測(cè)試修正值的探討[J].鐵道建筑，2005（11）：99-100.

[2]佐藤吉彥.關(guān)于道床橫向阻力特性的試驗(yàn)結(jié)果[J].鐵道建筑，1983（10）：156-158.

[3]高亮，羅奇.道床斷面尺寸對(duì)道床橫向阻力的影響[J].西南交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2014（12）：22-24.

[4]楊艷麗.Ⅲ型混凝土軌枕有砟道床縱橫向阻力設(shè)計(jì)參數(shù)試驗(yàn)研究[J].鐵道工程學(xué)報(bào)，2010（10）：45-46.

[5]高亮，谷愛(ài)軍.道床阻力測(cè)試方法的新探討[J].北方交通大學(xué)學(xué)報(bào)，1999（8）：86-87.