許良善，郄錄朝，全順喜

（1.中國鐵道科學(xué)研究院研究生部，北京 100081；2.中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司鐵道建筑研究所，北京 100081；3 中鐵第四勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，湖北武漢 430063；4.鐵路軌道安全服役湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢 430063）

在礦石資源豐富的國家，如美國、澳大利亞、巴西，均已發(fā)展了35～40 t 軸重重載鐵路。澳大利亞FMG 鐵路軸重已達(dá)40 t，美國重載鐵路軸重多集中在32.5～35.7 t，巴西淡水河谷重載鐵路軸重已達(dá)32.5 t以上，計劃將軸重提升到37.5 t。我國在30 t 軸重新建鐵路技術(shù)方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。2014年，國內(nèi)首條軸重30 t 重載鐵路——瓦日鐵路開通運(yùn)營；蒙華鐵路也是按照30 t 軸重標(biāo)準(zhǔn)修建。但目前我國尚無成熟的35～40 t 軸重軌道結(jié)構(gòu)技術(shù)體系。隨著國家的發(fā)展，鐵路成為“走出去”的重要領(lǐng)域和與周邊國家互聯(lián)互通的重要基礎(chǔ)設(shè)施，“兩洋鐵路”的提出及國內(nèi)企業(yè)參與國際鐵路貨運(yùn)市場建設(shè)的現(xiàn)實(shí)需求也對國內(nèi)重載鐵路技術(shù)的發(fā)展提出了迫切要求。為了滿足重載鐵路“走出去”的需求，推進(jìn)重載鐵路技術(shù)國際化，完善軌道結(jié)構(gòu)技術(shù)體系，目前我國開展35～40 t 軸重軌道結(jié)構(gòu)的相關(guān)研究工作。本文提出35～40 t 軸重重載鐵路有砟軌道結(jié)構(gòu)方案，鋪設(shè)實(shí)尺軌道模型，并對實(shí)尺軌道結(jié)構(gòu)的相關(guān)性能進(jìn)行試驗(yàn)測試。

1 國外重載鐵路軌道現(xiàn)狀

目前重載鐵路運(yùn)輸在世界范圍內(nèi)迅速發(fā)展，重載運(yùn)輸已被國際公認(rèn)為鐵路貨運(yùn)發(fā)展的方向［1］。

美國70%的鐵路為重載鐵路，其聯(lián)運(yùn)線路軸重為32.5 t，而美國聯(lián)合太平洋鐵路UP公司的1條線路軸重為35.7 t，主要采用列車編組為108輛的重載單元列車運(yùn)輸方式，車輛為263K、286K、315K 型貨車。UP 公司的鋼軌一般采用美國CF ＆ I119 鋼軌，軌枕采用混凝土軌枕或長2.7 m 的硬質(zhì)木枕，鋪設(shè)至少230 mm 厚的清潔道砟，局部路基軟弱區(qū)段鋪設(shè)300 mm 厚的道床墊層。在UP 公司西部大型試驗(yàn)段，軌道采用68 kg/m 鋼軌、混凝土軌枕、環(huán)氧樹脂墊板、彈條扣件、碎石道床鋪設(shè)，線路為無縫線路，軌距為1 435 mm，軌枕間距為60 cm。

澳大利亞軸重較大的鐵路主要位于以鐵礦石運(yùn)輸為主的皮爾巴拉地區(qū)，在該地區(qū)，BHP 公司的紐曼山鐵路全長426 km，單線，最小曲線半徑528 m，列車編組192～240 輛，年運(yùn)量超過1 億t，采用多機(jī)車分散動力牽引。紐曼山鐵路運(yùn)營列車軸重為37.5 t，部分40 t，鋪設(shè)68 kg/m 的軌頭硬化鋼軌，軌枕采用質(zhì)量為309 kg 的預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕，軌枕間距為60 cm，道床厚度為300 mm。

EFVM 鐵路是巴西運(yùn)量最大的一條鐵路，采用136RE型鋼軌和彈性扣件，軌枕中木枕約占29%，鋼枕約占71%。在木枕上采用分開式扣件，鐵墊板通過螺旋道釘與木枕連接，彈條固定于鐵墊板上的鐵座；在鋼枕上采用彈條扣件，鐵座直接焊接在鋼枕上，彈條固定在鐵座上。EFVM 鐵路使用的道砟材質(zhì)主要為花崗巖或水泥礦渣。在一些復(fù)線地段及計劃將軸重提升至37.5 t 的區(qū)段進(jìn)行了軌道結(jié)構(gòu)強(qiáng)化，采取的措施有：更換失效軌枕、扣件，將道床厚度由20 cm 增加至30 cm，將木枕更換為混凝土軌枕。

從國外發(fā)展現(xiàn)狀看，35～40 t軸重重載鐵路有砟軌道結(jié)構(gòu)具有下述特征：

1）從國外重載鐵路使用的鋼軌類型看，在美國、澳大利亞、巴西等軸重已達(dá)37.5，40.0 t 的國家，主要采用136RE型鋼軌，重視鋼軌的打磨以及潤滑工作。

2）各國根據(jù)不同的運(yùn)輸條件及軌枕類型選用適合本國的強(qiáng)化型扣件，常見的有SAFELOK扣件、e型彈條扣件、FASTCLIP FE 扣件、Vossloh W30 HH 重載扣件?？奂M足35～40 t 軸重的使用條件，大部分結(jié)構(gòu)采用預(yù)埋鐵座抵抗橫向荷載，以減少后期養(yǎng)護(hù)維修工作量。

3）重載鐵路使用的軌枕有木枕、混凝土枕和鋼枕。美國典型重載軌枕為Pocla 公司生產(chǎn)的混凝土軌枕，德國RAIL ONE 公司為美國和巴西研發(fā)了適用于40 t 軸重的重載軌枕?？傮w來看，混凝土軌枕仍然是重載軌枕發(fā)展的主流方向，其能夠提供較高的承載力和軌枕阻力，提高軌道穩(wěn)定性，減小養(yǎng)護(hù)維修工作量。

4）美國重載鐵路道砟主要采用優(yōu)質(zhì)花崗巖和深色火成巖，巴西重載鐵路道砟主要采用花崗巖或水泥礦渣。美國既有4.75～63.50 mm 的寬級配道砟，又有12.7～50.8 mm 的窄級配道砟，而13.2～63.0 mm道砟級配是澳大利亞重載鐵路主要級配。美國道床邊坡為1∶2，澳大利亞為1∶1.5。

2 35～40t軸重重載鐵路有砟軌道方案

我國目前已有成熟的136RE 型PG4 鋼軌生產(chǎn)加工工藝，該型鋼軌出口巴西、澳大利亞等國，先后通過了澳大利亞FMG 和BHP、巴西CVRD 等公司的可靠性認(rèn)證，具有成熟的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)?？紤]到運(yùn)輸?shù)V石的鐵路對經(jīng)濟(jì)性有一定的要求，在35～40 t 軸重重載鐵路中應(yīng)優(yōu)先采用68 kg/m優(yōu)質(zhì)鋼軌。

國內(nèi)外應(yīng)用較多的無螺栓扣件為e型彈條系列扣件；我國適應(yīng)30 t 軸重的有螺栓扣件為彈條Ⅵ型扣件和彈條Ⅶ型扣件。無螺栓扣件零部件少，安裝簡單，但鋼軌高低位置調(diào)整不便；有螺栓扣件可對鋼軌高低位置進(jìn)行較大幅度的調(diào)整，零部件相對較多。為了滿足35～40 t 軸重重載鐵路有砟軌道要求，我國在現(xiàn)有扣件基礎(chǔ)上對零部件進(jìn)行優(yōu)化，研發(fā)出了適應(yīng)40 t 軸重的無螺栓的彈條扣件和有螺栓的彈條扣件。

國內(nèi)目前承載軸重最大的Ⅳ型預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕滿足30 t 軸重的運(yùn)輸需求。在Ⅳ型軌枕基礎(chǔ)上，通過對關(guān)鍵截面尺寸和鋼筋配置的優(yōu)化，研發(fā)了適應(yīng)40 t軸重的重載軌枕，可滿足40 t軸重的運(yùn)輸需求。

根據(jù)世界各國重載鐵路有砟軌道結(jié)構(gòu)的建設(shè)和運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)，35～40 t 軸重重載鐵路可采用雙層道床；如果采用單層碎石道床，須設(shè)置基床表層級配碎石結(jié)構(gòu)。35～40 t 軸重重載鐵路基床表層采用級配碎石可大大提高基床表面的承載能力，道砟直接鋪設(shè)在級配碎石之上可以降低道床厚度。此種情況下，經(jīng)計算分析，道床厚度取350 mm 即可滿足路基面的容許承載應(yīng)力。隨著軸重增加，道床頂面應(yīng)力增加，軌枕間距為600 mm、軸重為40 t時，道床頂面應(yīng)力為0.55 MPa，和一級道砟道床頂面容許應(yīng)力相當(dāng)。而采用優(yōu)質(zhì)道砟可提高道床頂面容許應(yīng)力，一級材質(zhì)道砟相比二級材質(zhì)道砟力學(xué)性能至少提高15%以上，特級材質(zhì)道砟相比二級材質(zhì)道砟力學(xué)性能至少提高30%以上［2］。因此建議對于35～40 t軸重的線路，在有條件時應(yīng)優(yōu)先采用特級材質(zhì)道砟；采用特級材質(zhì)道砟有困難時，可采用一級材質(zhì)道砟。我國道床邊坡為1∶1.75，和美國1∶2、澳大利亞1∶1.5 相比處于中間位置，且有成熟的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，因此35～40 t 軸重線路道床邊坡仍可采用1∶1.75。道砟的粒徑級配影響道床的密實(shí)度、振動密實(shí)作業(yè)性能、顆粒間接觸面積及接觸點(diǎn)的接觸壓力，通常認(rèn)為軸重大且速度低的線路宜采用寬級配道砟。我國重載鐵路采用一級級配道砟，與北美、澳大利亞等國家和地區(qū)的重載鐵路所采用的級配基本相同，建議35～40 t 軸重重載鐵路道砟級配仍采用一級道砟級配標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)綜合考慮，35～40 t軸重重載鐵路有砟軌道推薦方案見表1。

表1 35～40 t軸重重載鐵路有砟軌道推薦方案

3 實(shí)尺有砟軌道模型鋪設(shè)及試驗(yàn)

3.1 實(shí)尺有砟軌道模型鋪設(shè)

為了掌握35～40 t軸重有砟軌道結(jié)構(gòu)的彈性、荷載傳遞性能、軌道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，在高速鐵路軌道技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室鋪設(shè)了35～40 t 軸重有砟軌道實(shí)尺模型［3］，開展35～40 t軸重有砟軌道試驗(yàn)研究。軌道結(jié)構(gòu)配置參照表1，使用了 2 根 7 m 長 68 kg/m 鋼軌；扣件采用研發(fā)的適應(yīng)40 t 軸重的有螺栓彈條扣件，共使用扣件22 套；軌枕采用適應(yīng)40 t 軸重的混凝土枕，按照軌枕間距600 mm 鋪設(shè)，共鋪設(shè)軌枕11根；采用特級材質(zhì)一級級配道砟，道床頂面寬度3.6 m，道床厚度0.35 m，邊坡1∶1.75，砟肩寬度400 mm；路基采用高強(qiáng)改良土路基和泡沫輕質(zhì)土路基。鋪設(shè)軌枕時，道砟采用手工搗固機(jī)進(jìn)行振搗且采用蛤蟆夯進(jìn)行夯實(shí)。

為了保證試驗(yàn)結(jié)果真實(shí)有效，在實(shí)尺軌道模型鋪設(shè)的各環(huán)節(jié)均進(jìn)行了鋪設(shè)質(zhì)量檢測。在改良土路基層鋪設(shè)后檢測動態(tài)變形模量Evd為83.5 MPa，級配碎石表層Evd為51.2 MPa。實(shí)尺軌道模型鋪設(shè)好后，選取6根軌枕測試了軌枕橫向阻力。測試時枕盒及枕端道砟和軌枕頂面齊平，測試采用的設(shè)備為道床剛度儀，與現(xiàn)場測試采用的設(shè)備一致。測試時，拆除待測試枕的扣件和墊板后，利用鋼軌作用反力，在軌枕的一端用千斤頂拉軌枕，在另一端用固定于橫梁上的位移計測試軌枕的橫向位移，道床剛度儀可以同時記錄軌枕的拉力和橫向位移，當(dāng)軌枕橫向位移為2 mm 時的拉力即為軌枕的橫向阻力。測試結(jié)果表明，軌枕橫向阻力最大值為12.4 kN，平均值為11.5 kN，基本滿足重載鐵路設(shè)計規(guī)范要求。最后用MTS 試驗(yàn)機(jī)測得道床支承剛度為109.6 kN/mm，基本與現(xiàn)場測試參數(shù)接近。

3.2 試驗(yàn)內(nèi)容

1）軌道結(jié)構(gòu)剛度試驗(yàn)

通過試驗(yàn)獲得垂向荷載與鋼軌垂向位移的關(guān)系，得到軌道結(jié)構(gòu)剛度數(shù)據(jù)。

2）荷載傳遞性能試驗(yàn)

對鋼軌施加一定的垂向荷載，測試枕上支點(diǎn)壓力、枕下0.55 m 位置基床表層壓應(yīng)力、枕下0.95 m 位置基床壓應(yīng)力，掌握35～40 t軸重荷載作用下支點(diǎn)位置及不同厚度路基處的受力狀態(tài)。

3）鋼軌傾翻試驗(yàn)

對軌道結(jié)構(gòu)同時施加垂向、橫向荷載，分析新研發(fā)扣件的防鋼軌傾翻性能，掌握軌道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

4）軌枕荷載彎矩試驗(yàn)

在只施加垂向荷載、垂向和橫向荷載同時作用、單根軌枕同時承受垂向和橫向荷載3 種工況下，研究軌枕承受的荷載彎矩，驗(yàn)證軌枕強(qiáng)度及其對35～40 t軸重軌道結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性。

4 試驗(yàn)結(jié)果

4.1 軌道結(jié)構(gòu)剛度

軌道整體剛度定義為當(dāng)一個集中荷載作用在鋼軌上，鋼軌產(chǎn)生單位下沉位移所對應(yīng)的集中荷載大小。根據(jù)軌道整體剛度定義，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)只需測出輪重和對應(yīng)的鋼軌垂向位移即可得到軌道結(jié)構(gòu)整體剛度。軌道結(jié)構(gòu)剛度測試時，對2股鋼軌同時施加垂向荷載，同時分別測試2 股鋼軌內(nèi)外側(cè)的垂向位移，將每股鋼軌的2個垂向位移分別取平均值作為該股鋼軌最終的垂向位移。軌道結(jié)構(gòu)靜剛度D的計算式為

式中：P1，P2為垂向荷載，P1取50 kN，P2取400 kN；S1，S2分別為與垂向荷載P1，P2對應(yīng)的鋼軌垂向位移。

3 個測次得到的軌道結(jié)構(gòu)剛度實(shí)測值分別為160.9，160.6，161.7 kN/mm，平均值為161.0 kN/mm。

4.2 荷載垂向傳遞性能

在荷載垂向傳遞試驗(yàn)中，通過對軌道結(jié)構(gòu)施加指定垂向荷載，可測得輪軌作用力、枕上支點(diǎn)壓力、枕下0.55 m位置基床表層壓應(yīng)力、枕下0.95 m位置基床壓應(yīng)力。枕上支點(diǎn)壓力通過測得的墊板變形量與軌下墊板荷載-位移曲線相比對得出。通過預(yù)先埋入路基的分布式壓應(yīng)力傳感器可測得基床壓應(yīng)力數(shù)據(jù)，測試所取面積為24 cm×24 cm。由于壓應(yīng)力傳感器是在路基施工時埋入，實(shí)尺軌道模型的路基及道床鋪設(shè)好后未受到擾動，因此測得的數(shù)據(jù)具有較大的參考價值，可以為軌道結(jié)構(gòu)和路基設(shè)計提供依據(jù)。

試驗(yàn)時，分2 種工況進(jìn)行加載。第1 種工況下實(shí)尺軌道結(jié)構(gòu)模型施加的垂向荷載為350 kN，此時作用于單股鋼軌的垂向荷載為175 kN；第2 種工況下施加的垂向荷載為400 kN，此時作用于單股鋼軌的垂向荷載為200 kN。荷載垂向傳遞試驗(yàn)測試結(jié)果見表2。可知，在垂向荷載為350 kN時，枕上支點(diǎn)壓力為67.6 kN，枕下0.55 m 位置基床表層壓應(yīng)力為196.0 kPa，枕下0.95 m位置基床壓應(yīng)力為2.5 kPa；在垂向荷載為400 kN時，枕上支點(diǎn)壓力為76.9 kN，枕下0.55 m位置基床表層壓應(yīng)力為217.0 kPa，枕下0.95 m 位置基床壓應(yīng)力為3.2 kPa。

表2 荷載垂向傳遞試驗(yàn)測試結(jié)果

4.3 防鋼軌傾翻性能

防鋼軌傾翻性能與扣件扣壓力大小、彈條彈程、軌下墊板彈性等諸多因素有關(guān)［4-6］，在鋼軌橫向位移一定范圍內(nèi)保持軌道橫向彈性也有利于減緩輪對的橫向沖擊，增強(qiáng)防鋼軌傾翻性能。如果扣件防鋼軌傾翻性能差，最直接的影響就是動態(tài)軌距擴(kuò)大量過大。在鐵運(yùn)〔2006〕146 號《鐵路線路修理規(guī)則》［7］中對軌道動態(tài)不平順管理值有明確規(guī)定，其中動態(tài)軌距擴(kuò)大量在Ⅱ級舒適度標(biāo)準(zhǔn)下應(yīng)不大于8 mm，因此，本試驗(yàn)中將鋼軌傾翻量為4 mm 時鋼軌不傾覆且能夠保持橫向彈性變形狀態(tài)作為判別扣件能夠通過防鋼軌傾翻性能試驗(yàn)的依據(jù)。

對35～40 t 軸重軌道結(jié)構(gòu)實(shí)尺模型進(jìn)行防鋼軌傾翻性能試驗(yàn)時，對2 股鋼軌先后施加350，400 kN 垂向荷載（由35，40 t軸重引起的荷載），同時對節(jié)點(diǎn)位置鋼軌施加向外的水平荷載。監(jiān)測施加的水平荷載并同時測試相鄰的第1—第3 個支點(diǎn)處的鋼軌軌頭橫向位移。鋼軌傾翻試驗(yàn)測試結(jié)果見表3?？芍?種工況鋼軌橫向位移達(dá)到4 mm 所需的水平荷載分別為154，165 kN，對應(yīng)的脫軌系數(shù)分別為0.88，0.83，此時扣件仍保持完好狀態(tài)，軌道結(jié)構(gòu)仍是橫向彈性變形狀態(tài)，軌道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，說明扣件具有良好的防鋼軌傾翻性能。

表3 鋼軌傾翻試驗(yàn)測試結(jié)果

4.4 軌枕荷載彎矩

軌枕在現(xiàn)場有多種受力狀態(tài)。在直線區(qū)段，軌道結(jié)構(gòu)所受橫向力較小，此時軌枕只承受垂向作用力；在曲線地段，軌道結(jié)構(gòu)同時承受垂向和橫向作用力，此時軌枕同時承受垂向和橫向荷載；在軌枕兩側(cè)都有空吊的情況下，此時相當(dāng)于單根軌枕承受鋼軌傳遞來的作用力［8］。在室內(nèi)實(shí)尺模型試驗(yàn)中，為了模擬這3種工況，設(shè)計了3種試驗(yàn)方案，以驗(yàn)證軌枕所承受的荷載彎矩是否在設(shè)計值范圍內(nèi)。對于40 t軸重軌枕設(shè)計軌下正彎矩為29.23 kN·m，枕中負(fù)彎矩為-22.6 kN·m。

4.4.1 軌道結(jié)構(gòu)只承受垂向荷載

通過MTS 試驗(yàn)機(jī)均勻緩慢地施加分級荷載，并記錄每一個荷載等級下軌枕軌下截面和枕中截面測試通道的應(yīng)變。通過軌枕彎矩標(biāo)定系數(shù)換算得到軌枕的軌下和枕中截面不同位置的荷載彎矩。軌枕彎矩隨垂向荷載變化曲線見圖1。

圖1 軌枕彎矩隨垂向荷載變化曲線

由圖1可知，對于鋪設(shè)的實(shí)尺軌道結(jié)構(gòu)模型，在支承狀態(tài)不變的情況下只施加垂向荷載，則隨著垂向荷載的增加，軌下截面及枕中截面荷載彎矩基本呈線性增加的趨勢，且隨軸重增加軌下截面荷載彎矩增加較快。當(dāng)垂向荷載為350 kN 時，軌下枕頂側(cè)面、軌下枕底側(cè)面、枕中頂面、枕中底部側(cè)面彎矩值分別為10.8，11.5，2.8，4.3 kN·m；當(dāng)垂向荷載為400 kN時，軌下枕頂側(cè)面、軌下枕底側(cè)面、枕中頂面、枕中底部側(cè)面彎矩值分別為12.5，12.7，3.1，4.7 kN·m。

4.4.2 垂向、橫向荷載同時作用

試驗(yàn)時先在軌道結(jié)構(gòu)上施加固定的垂向荷載，然后通過鋼軌軌頭向軌道結(jié)構(gòu)均勻緩慢地施加橫向荷載，直至鋼軌軌頭橫向位移達(dá)到4 mm。記錄同時施加垂向、橫向荷載時軌枕軌下截面和枕中截面測試通道的應(yīng)變。通過軌枕彎矩標(biāo)定系數(shù)換算得到軌枕的軌下和枕中截面不同位置的荷載彎矩。

鋼軌橫向位移為4 mm 時的軌枕彎矩試驗(yàn)測試結(jié)果見表4。垂向荷載為400 kN時軌枕彎矩隨橫向荷載變化曲線見圖2。

表4 鋼軌橫向位移為4 mm時的軌枕彎矩試驗(yàn)測試結(jié)果

圖2 垂向荷載為400 kN時彎矩隨橫向荷載變化曲線

由表4和圖2可知，當(dāng)施加一定的垂向荷載時，軌下截面及枕中截面彎矩均達(dá)到一定數(shù)值；施加橫向荷載小于60 kN 時，各截面彎矩數(shù)值變化不大；橫向荷載大于60 kN 且逐漸增加時，軌下截面彎矩開始減小，枕中底部彎矩開始隨橫向荷載增加而增加。

4.4.3 單根軌枕彎矩試驗(yàn)

試驗(yàn)時在單根軌枕上組裝好扣件，放置垂向力與橫向力之比為2∶1 的加力架，對加力架施加垂向荷載，最大垂向荷載為225 kN，此時最大橫向荷載為112.5 kN。記錄軌枕軌下截面和枕中截面測試通道的應(yīng)變，并換算得到軌枕的軌下和枕中截面不同位置的荷載彎矩。垂向、橫向荷載作用在單根軌枕時軌枕彎矩變化曲線見圖3?？芍?，單枕狀態(tài)下，隨荷載增加，軌下、枕中截面彎矩均近似線性增加。當(dāng)垂向荷載為225 kN、橫向荷載為112.5 kN時，軌下枕頂側(cè)面、軌下枕底側(cè)面、枕中頂面、枕中底部側(cè)面彎矩分別為9.7，9.6，8.2，4.1 kN·m。

圖3 垂向、橫向荷載作用在單根軌枕時軌枕彎矩變化曲線

4.4.4 軌枕荷載彎矩試驗(yàn)小結(jié)

從3種工況的試驗(yàn)結(jié)果來看：①軌下枕頂側(cè)面、軌下枕底側(cè)面彎矩最大值分別為12.5，12.7 kN·m，發(fā)生在軌道結(jié)構(gòu)只施加400 kN 垂向荷載的情況下；②枕中頂面彎矩最大值為8.2 kN·m，發(fā)生在單根軌枕彎矩試驗(yàn)中，此時垂向荷載為225 kN，橫向荷載為112.5 kN；③枕中底部側(cè)面彎矩最大值為11.7 kN·m，此時軌道結(jié)構(gòu)垂向荷載為400 kN，橫向荷載為165 kN。

由以上結(jié)果可知，對于重載軌枕在垂向荷載單獨(dú)作用、垂向和橫向荷載耦合作用等不同的荷載組合工況下，軌下截面彎矩以及枕中截面彎矩均有一定的安全余量，軌枕強(qiáng)度能夠滿足35～40 t 軸重鐵路的承載要求。

5 結(jié)論

1）結(jié)合國內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)及已有的研究成果，提出了35～40 t 軸重重載鐵路有砟軌道結(jié)構(gòu)方案：68 kg/m 鋼軌無縫線路，適應(yīng)40 t 軸重的彈條有螺栓扣件或彈條無螺栓扣件，適應(yīng)40 t 軸重的2.6 m 長混凝土軌枕，特級或一級材質(zhì)、一級級配道砟，砟肩寬度400～500 mm，無砟肩堆高，道床邊坡1∶1.75，道床厚度350 mm。

2）在35～40 t軸重實(shí)尺軌道模型中，測得軌道結(jié)構(gòu)剛度為161.0 kN/mm，獲得了35，40 t 軸重荷載作用下軌道結(jié)構(gòu)及路基不同部位的荷載作用值，在垂向荷載分別為 350，400 kN 時，枕上支點(diǎn)壓力、枕下 0.55 m 位置基床表層壓應(yīng)力、枕下0.95 m 位置基床壓應(yīng)力分別為 67.6 kN、196 kPa、2.5 kPa 和 76.9 kN、217 kPa、3.2 kPa。

3）依據(jù)鐵運(yùn)〔2006〕146 號《鐵路線路修理規(guī)則》中動態(tài)軌距擴(kuò)大量在Ⅱ級標(biāo)準(zhǔn)下不大于8 mm 的要求，將鋼軌傾翻量為4 mm 時鋼軌不傾覆且能夠保持橫向彈性變形狀態(tài)作為判別扣件能夠通過防鋼軌傾翻性能試驗(yàn)的依據(jù)。試驗(yàn)結(jié)果表明，施加350，400 kN 垂向荷載時，鋼軌橫向位移達(dá)到4 mm 所需的水平荷載分別為154，165 kN，此時軌道結(jié)構(gòu)仍處于橫向彈性變形狀態(tài)，且扣件保持完好狀態(tài)，軌道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，說明扣件具有良好的防鋼軌傾翻性能。

4）在對軌道結(jié)構(gòu)只施加垂向荷載、垂向和橫向荷載同時作用、單根軌枕同時承受垂向和橫向荷載3 種工況下，測得軌下枕頂側(cè)面、軌下枕底側(cè)面彎矩最大值分別為12.5，12.7 kN·m，枕中頂面彎矩最大值為8.2 kN·m，枕中底部側(cè)面彎矩最大值為11.7 kN·m。對于重載軌枕在垂向荷載單獨(dú)作用、垂向和橫向荷載耦合作用等不同的荷載組合工況下，軌下截面彎矩以及枕中截面彎矩均有一定的安全余量，軌枕強(qiáng)度能夠滿足35～40 t軸重重載鐵路的承載要求。