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混凝土軌枕
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關于四川工業(yè)軌枕的種類以及應用
軌枕作為軌道結構的重要組成部分，位于鋼軌和道床之間，主要功能為：承受來自鋼軌的各向壓力并均勻分布于道床，保持軌道幾何形位，抵抗縱橫向位移。傳統的軌枕因材料不同可分為木枕、鋼枕和預應力鋼筋混凝土軌枕。其中木枕很早開始使用，全..已鋪設超過25億根。木枕具有彈性高、易于加工、使用方便，但易腐蝕、難以保持軌道幾何形位等特點。鋼枕出現于19世紀80年代，質量輕、壽命長，但絕緣性差、振動噪聲大。1943年第1根鋼筋預應力混凝土軌枕開始使用，因縱橫向阻力大、使用壽命長而得到推廣，但具有質量大、彈性差等缺點。為了增強軌枕的使用壽命，降低軌枕生產支出，減少軌枕生產過程中的環(huán)境污染，逐漸開始研究復合軌枕。
1、防風沙軌枕：
該軌枕主要利用文丘里效應，通過增加承軌部位距離道床表面高度，使鋼軌與承軌臺組合而成的過流斷面面積增大，有利于風沙通過間隙流動，..風沙沉積；同時，鋼軌抬高，即使出現風沙沉積，掩埋鋼軌的速率也得到降低；承軌臺兩端為圓臺形，可減少風阻系數、道床積沙量，不影響搗固維修。在此軌枕基礎上開發(fā)出防風沙軌道板，但當風向與軌道結構非正交時，文丘里效應減弱。南非于1989年開發(fā)出T型軌道結構，2008年應用于比亞沙漠和沙特阿拉伯。該系統安裝和維修費用低，無道床臟污問題。
2、防飛砟軌枕：
在高速列車運行過程中，道砟在列車風荷載和道床振動共同作用下會離開道床，擊打轉向架、車體，導致兩者損傷。同時，遺留在鋼軌表面的道砟會在列車荷載作用下引起鋼軌損傷。飛砟主要受列車車速、道砟粒徑、密度、級配、軌枕的形狀和布置影響。需要指出的是，在嚴寒地區(qū)，速度較低的列車因冰雪原因出現飛砟現象。目前，國內外針對飛砟采用的主要措施包括：優(yōu)化道床斷面、聚氨酯固化道床、優(yōu)化道砟級配等。
通過對軌枕結構優(yōu)化也能達到飛砟的效果。西班牙鐵路管理局通過流體力學原理，研制出空氣動力學軌枕。該軌枕頂部與側面緩和過渡，無棱角，軌枕中部圓潤凸起，道砟不易遺留在軌枕表面；軌枕與道床平順過渡，減少臺階空腔繞流效應，降低風壓分布30%以上。寬軌枕通過減少軌枕間距也可降低飛砟概率。
3、Y字型鋼軌：
齒軌鐵路是一種爬坡鐵路，與普通鐵路不同的是，在軌道中部鋪設與鋼軌平行的齒條，同時在列車下部安裝與齒條相匹配的齒輪。該結構可克服黏著力不足的問題，增強爬坡能力，減少展線長度。
齒軌鐵路軌道由齒條、鋼軌、軌枕、道床、道岔、聯結部件等組成，多應用于困難復雜的山地鐵路。因此要求軌道結構在滿足強度、剛度、穩(wěn)定性的基礎上，還要構造簡單，維修工作量少。在列車運行過程中，齒條將縱向力傳遞到軌枕中部，然而普通預應力混凝土軌枕中部為薄弱環(huán)節(jié)，不適用于齒軌鐵路。鋼枕憑借輕質、便于運輸、壽命長、有良好耐久性等特點，可應用于齒軌鐵路。除常見的普通鋼枕外，可采用其他形式鋼枕。Y字型鋼枕見下圖，該軌枕結構由2根主鋼梁和2根副鋼梁組成；在1個扣件內，主鋼梁與副鋼梁相平行；主副鋼梁由底部表面焊接的L型鋼和頂部表面焊接的矩型鋼連接。較傳統鋼軌枕，該軌枕縱橫向阻力大，抗彎剛度大，適用于齒軌鐵路。
道床橫向阻力是無縫線路穩(wěn)定性的重要影響因素，主要靠道砟顆粒滑移錯動、重新排列并與軌枕表面摩擦產生。軌枕底部、側部、端部均是提供橫向阻力的重要部件，通過優(yōu)化底部、側部、端部外形可增加橫向阻力，框架型、摩擦型軌枕因此應運而生。井國慶設計了3種框架型軌枕、付豪設計了3種摩擦型軌枕，并對框架型軌枕和摩擦型軌枕進行了橫向阻力試驗。試驗結果表明：與普通條形軌枕相比，框架型軌枕很高可提高橫向阻力37.8%；摩擦型軌枕可增加橫向阻力10%～20%。
5、自動補砟軌枕：
軌道在未加載情況下，軌枕處于懸空狀態(tài)，稱為空吊板現象。日本為減少空吊板現象，研發(fā)出自動補砟軌枕。在軌下安裝“沉降補償裝置”，該裝置具有2個嵌套的盒子（即內盒、外盒）內盒的上表面與軌枕連接固定，外盒下部與道砟相接觸。內盒中充滿直徑2 mm的鋼球，當外盒下沉，在內、外盒之間形成空隙，鋼球進入空隙使得軌枕（外盒）與道砟保持接觸。
隨著鐵路的不斷發(fā)展，要求軌枕在滿足傳統功能的基礎上具有特殊功能，從而使得線路在復雜環(huán)境中的運行安穩(wěn)，如防風沙軌枕可延緩風沙地區(qū)風沙沉積和道床板結；同時，軌枕結構設計可處理線路運行中常見的安穩(wěn)性問題，如防飛砟軌枕可降低飛砟風險和幾率，Y字型鋼枕應用于齒軌鐵路，可提高齒軌鐵路縱橫向阻力等。隨著未來鐵路所面臨的安穩(wěn)問題和環(huán)境問題更加復雜，材料技術和軌道研究更加深入，將會出現更多的特殊功能軌枕。結合運營環(huán)境，對軌枕結構、材料進行優(yōu)化使其滿足所需功能，是未來軌枕設計的重要方向。
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