轨距1067mm铁路预应力PC轨枕枕上压力检算
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1、引言
安哥拉共和国本格拉铁路工程既有铁路轨枕为三十年前葡萄牙铁路公司设计的1067mm轨距钢轨枕,这种轨枕和混凝土轨枕相比较存在很多缺陷,而我国预应力混凝土轨枕从研究、生产到推广应用,历时四十多年,产量逾亿根,铺设里程累计达七万公里,与世界各国采用混凝土轨枕相比,数量上占有很大比例。而现在本格拉铁路采用预应力pc轨枕经检算完全能满足运输要求,且成熟技术对本格拉铁路提高轨枕的使用寿命,将有十分重要的作用。
假设钢轨上作用有轮载P,由文克尔弹性地基梁理论可推导出轮载作用点下,枕上压力R达到最大值
(1)
式中,a为轨枕间距;k为轨道系统特性参数,反映了轨道所有力学参数及相互关系,其计算表达式为
(2)
式中,EI为钢轨抗弯刚度,50kg/m钢轨的抗弯刚度为;Dp为扣件节点刚度;Db为道床和路基的支承刚度。
根据式(1)和式(2),表1计算了不同扣件节点刚度和道床支承刚度对应的静态枕上压力。计算采用的轨枕间距,根据《铁路线路维修规则》表3.3.1-2取值。
2.1静态枕上压力表
2.2静态枕上压力和每公里轨枕数量间匹配
安哥拉用轨枕采用弹条I型扣件,其结点静刚度一般为90～120kN/mm。道床厚度为45cm,其支承刚度约为130kN/mm。这样,22T轴重,每公里铺设轨枕1520根,枕上压力为53.95～56.15kN;每公里铺设1760根,枕上压力为47.90～49.85kN。
3轨距1067mm PC轨枕枕上准静态枕上压力
由于机车车辆的振动作用,钢轨上的动轮载要大于静轮载,引起枕上压力动力增值的主要因素是行车速度和钢轨偏载,分别用速度系数和偏载系数加以考虑。考虑速度效应和偏载效应计算所得的枕上压力称之为准静态枕上压力。
列车在区间直线轨道上行驶时,由于轮轨间的动力效应,导致作用在钢轨上的动轮载Pd大于静轮载P0,其增量随行车速度的增大而增大。一般用速度系数 表示动载增量与静轮载之比,则动轮载
(3)
计算枕上压力时,对蒸汽机车,当列车速度V≤120km/h时,速度系数
(4)
这样,当列车运行速度为120km/h时, 为0.72;当列车运行速度为80km/h时, 为0.48。
列车通过曲线时,由于存在未被平衡的超高(欠超高或过超高),产生偏载,使外轨或内轨轮载增加,其增量与静轮载的比值为偏载系数。的计算表达式为
(5)
式中,H为机车重心高度;S1为左右钢轨中心线间距离; 为欠超高或过超高。
安哥拉铁路轨距为1067mm,采用50kg/m钢轨,则S1为1137mm。我国机车最大重心高度H为2300mm。根据我国《铁路线路维修规则》,速度≤120km/h的线路欠超高一般不超高75mm。由这些参数值,可计算出安哥拉铁路的偏载系数为0.27。
考虑速度效应和偏载效应,准静态态枕上压力Rd与静态枕上压力Rj的关系为
(6)
根据式(6)和表1,安哥拉铁路不同扣件节点刚度和道床支承刚度对应的准静态枕上压力计算结果如表2所列。
3.1准静态枕上压力表
3.2准静态枕上压力和每公里轨枕数量间匹配
对安哥拉铁路,时速80km/h,22T轴重,每公里铺设轨枕1520根,其准静态枕上压力为94.41～98.26kN;时速120km/h,22T轴重,每公里铺设1760根,其准静态枕上压力为95.32～99.20kN。
4轨距1067mm PC轨枕枕上压力结论
通过上述检算,对安哥拉1067mm轨距铁
路,可得出以下结论:
4.1时速80km/h,22T轴重,每公里铺设轨枕1520根,其静态枕上压力为53.95～56.15kN,准静态枕上压力为94.41～98.26kN。
4.2时速120km/h,22T轴重,每公里铺设轨枕1760根,其静态枕上压力为47.90～49.85kN,准静态枕上压力为94.41～98.26kN。