徐德強

(津濱城際鐵路有限責任公司，天津 300450)

隨著列車高速、重載的發(fā)展，對軌道結構提出了更高的要求，首先要減少鋼軌接頭，因此有條件的正線鋼軌已基本上焊聯為區(qū)間無縫線路或跨區(qū)間無縫線路。隨著軌溫的變化無縫鋼軌內將產生溫度力，鋼軌溫度力是誘發(fā)軌道結構變形的原因。度量無縫線路溫度力的大小，是以無縫線路鎖定時測得的鋼軌溫度為基準，此時無縫線路的溫度應力為零，因此無縫線路處于零應力狀態(tài)測得的鋼軌溫度定義為鎖定軌溫[1－2]。長軌條既長又重，整根長軌條很難做到處于自由伸縮狀態(tài)，且施工中鎖定鋼軌需要一定的時間，因此，長鋼軌施工鎖定時軌條內已經存在了初始縱向力[3]。無縫線路施工鎖定軌溫應盡可能與零應力狀態(tài)的軌溫接近，養(yǎng)護維修中應加強鎖定，并經常監(jiān)視實際鎖定軌溫的變化，使實際鎖定軌溫保持在設計鎖定軌溫范圍內，這些是無縫線路安全應用的保證。

1 鋼軌摩阻力測試內容和方法

1.1 測試內容

(1)鋼軌在鋼筋棍(直徑2 cm)上縱向移動阻力。

(2)鋼軌在支架滾筒(直徑4 cm)上縱向移動阻力。

(3)鋼軌在膠墊上縱向移動阻力。

(4)鋼軌在道床頂面上縱向移動阻力。

1.2 測試方法

(1)拉力測試法:將短鋼軌放在上述4種條件的界面上，通過縱向拉動鋼軌，測得不同界面上鋼軌移動摩阻力。

(2)推力測試法:在軌道試驗室7.98 m長的軌道上進行，將一股鋼軌扣件松開，在鋼軌一端安裝千斤頂和壓力傳感器來加力，在鋼軌另一端安裝百分表記錄不同推力下的鋼軌縱向位移。分別做了鋼筋棍阻力試驗、支架滾筒阻力試驗及膠墊阻力試驗;為了試驗數據可靠，每種試驗測試3次，取平均值。

2 阻力測試結果

2.1 拉力法測試結果

不同的試件當砝碼加到一定的拉力時鋼軌突然移動，記錄此時拉力P值，即為阻力值。將鋼軌重力N與P之比，即為摩擦系數f

式中P——阻力;

N——短鋼軌重。鋼軌底面粗糙程度不同，不同的鋼筋棍粗糙程度也不同，滾筒轉動靈活程度也不同，也就是說它們之間的摩擦系數都不一樣。取3根0.6 m長的60 kg/m短鋼軌，3根鋼筋棍，3個滾筒，2組(每組3塊)新舊膠墊做阻力試驗;每組測試3次，取平均值。測試結果如表1～表3所示。

表1 鋼軌放在鋼筋棍上摩阻力

表2 鋼軌放在滾筒上摩阻力

表3 鋼軌放在膠墊及道床上摩阻力

2.2 推力法測試結果

隨著千斤頂加力，鋼軌位移增大直至加力增加到一定P值時，位移突然加大，此時千斤頂再也加不上力去，將此時的P作為阻力。不同工況的阻力和摩擦系數如表4所示。摩擦系數由公式(1)求得，式中的N為606.4 N/m×7.98 m=4 839.1 N。

表4 推力法測試的阻力

3 阻力測試結果分析

3.1 測試結論

由公式⑴可知，阻力大小與測試用的鋼軌重N有關，拉力法和推力法由于所用的N不同，不能用阻力大小來比較，但是它們相對應的f是N和P的比值。N增加，則P值也增大，P/N不變，f與兩界面粗糙程度等因素有關。因此，比較各種工況時的阻力大小，應當用摩擦系數f。從表1～表4可以看出:

(1)用2種方法測得的各種工況摩擦系數很接近，用2種方法測得的鋼筋棍在膠墊上的阻力很接近;滾筒上的阻力，用拉力法測得的大一些;

(2)鋼筋棍測得的阻力只有滾筒阻力的25%～33%，且鋼筋棍結構簡單便于攜帶，安裝方便，是一種放散應力用的好工具;

(3)新膠墊上的阻力要比舊膠墊上的阻力大14%;

(4)綜合2種測試結果，建議各種工況的摩擦系數f如表5所示。

表5 各種界面的摩擦系數

3.2 摩阻力對鎖定軌溫的影響

對于60、75 kg/m鋼軌而言，根據表5的摩擦系數，可以求得當放散應力時每米摩阻力p為表6所示(p=nf，其中n為每米鋼軌重)。摩阻力影響鎖定軌溫大小可用下式表示

式中p——每米鋼軌摩擦阻力;

L——被放散應力的鋼軌長度;

F——鋼軌斷面積;

α——鋼軌膨脹系數，α=11.8 ×10－6/℃;

E——鋼軌彈性模量，取2.1 ×105MPa。

對于L=1 000 m的長鋼軌在不同工況下放散應力時，摩擦阻力影響鎖定軌溫如表6所示。

表6 每千米長鋼軌摩阻力及軌溫

由表6可知，用鋼筋棍放散應力時，每1 000 m鋼軌的摩阻力對鎖定軌溫的影響不到1℃。無縫線路由若干單元軌節(jié)組成，單元軌節(jié)是指軌道施工時一次鋪設鎖定的軌條。單元軌節(jié)的布置應根據線路條件、工點情況、施工工藝及養(yǎng)護維修等因素綜合研究確定[4]。單元軌節(jié)長度一般為1 000 ～ 2 000 m[5]。鋼軌既長且重，每單元軌節(jié)鎖定需要一定時間，并且還有曲線線路。因此，長鋼軌鎖定前鋼軌不能處于零應力狀態(tài)。用鋼筋棍放散應力時每單元軌節(jié)影響鎖定軌溫約為2～3℃。

3.3 放散應力時鋼筋棍或滾筒放置位置

用鋼筋棍放散時，鋼筋棍放在膠墊上;用滾筒放散時，滾筒放在枕木盒的道床上。隔多少軌枕放置1個支承物，主要是考慮兩支承物間鋼軌撓度，為了減少摩阻力，其最大撓度不應超過滾筒或鋼筋棍的直徑，以防止鋼軌搭在膠墊或道床上。

為簡化計算，視兩支承滾筒間鋼軌為簡支梁，其荷載即為鋼軌重力且為均布荷載，由材料力學可知[6]，簡支梁中部撓度fmax可用下式表示

式中q——均布荷載(每米鋼軌重);

L——兩支承物跨距;

E——鋼軌彈性模量;

I——鋼軌對水平軸慣性矩;

[f]——允許撓度(鋼筋棍為2.0 cm，滾筒為4.0 cm)。

由式(3)求得在允許撓度[f]條件下兩滾筒之間的跨距如表7所示。

根據表7計算結果，考慮一定的安全度，無論60 kg/m或75 kg/m鋼軌，也不考慮軌枕如何布置，使用鋼筋棍放散時最大間距為15根軌枕，滾筒放散時最大間距為20根軌枕。

表7 放散應力時兩支承物最大跨距 m

4 結論與建議

(1)用鋼筋棍放散應力的方法是簡便可靠的，每隔15根軌枕放置1個φ20 mm的鋼筋棍比較合適。每1 000 m長鋼軌影響鎖定軌溫1℃。

(2)用滾筒放散應力時，對鎖定軌溫的影響與滾筒涂油等狀況有關。一般每1 000 m長的鋼軌，影響鎖定軌溫2.5～3.0℃，為了減小摩阻力，最好采用滾珠軸承的滾筒。用滾筒放散的最大間距為20根軌枕。

(3)在膠墊上或道床上縱向移動鋼軌嚴重影響鎖定軌溫，是不可取的;每1 000 m長鋼軌影響鎖定軌溫13℃以上。

(4)鋪設跨區(qū)間或區(qū)間無縫線路應按單元軌節(jié)長度依次分段鋪設，長軌入槽時從一端向另一端依次撥入，如果施工鎖定軌溫不在設計鎖定軌溫范圍內(含軌條始終端入槽時的軌溫)，無縫線路鋪設后必須進行應力放散或調整，并重新鎖定[7]。

(5)進行無縫線路作業(yè)必須掌握軌溫，觀測鋼軌位移，分析鎖定軌溫變化，根據作業(yè)軌溫條件進行作業(yè)，嚴格執(zhí)行“作業(yè)前，作業(yè)中，作業(yè)后測量軌溫”制度[8]。

[1]盧耀榮.無縫線路研究與應用[M].北京:中國鐵道出版社，2004.

[2]雷曉燕，圣小珍.現代軌道理論研究[M].北京:中國鐵道出版社，2006.

[3]廣鐘巖，高慧安.鐵路無縫線路[M].4版.北京:中國鐵道出版社，2005.

[4]梁新明.客運專線換軌大修設計、施工中注意的幾個問題[J].鐵道建筑技術，2008(S1):20-25.

[5]中華人民共和國鐵道部.TB100082—2005 鐵路軌道設計規(guī)范[S].

[6]范慕輝，焦永樹.材料力學教程[M].北京:機械工業(yè)出版社，2010.

[7]中華人民共和國鐵道部.鐵運[2006]146號部令 鐵路線路修理規(guī)則[S].北京:中國鐵道出版社，2006.

[8]中華人民共和國鐵道部.TB10305—2009 鐵路軌道工程施工安全技術規(guī)程[S].北京:中國鐵道出版社，2009.