小阻力扣件縱向阻力試驗(yàn)研究

李彬嘉　姚佳兵　謝志偉

（西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院 四川·成都 611756）

摘 要：針對橋上無縫線路小阻力扣件進(jìn)行大量縱向阻力的試驗(yàn)研究，設(shè)計多功能縱向阻力試驗(yàn)臺，分別進(jìn)行不同膠墊類型、螺栓扭矩和有無豎向載荷情況下的扣件縱向阻力試驗(yàn)，研究扣件阻力的影響規(guī)律。結(jié)果表明：不同類型的膠墊對扣件阻力的影響較大；在無載狀態(tài)時扭矩對扣件阻力的影響為線性關(guān)系，有載時則不然。

關(guān)鍵詞：無縫線路 小阻力扣件 縱向阻力

中圖分類號：U238 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-3973（2013）006-078-02

1 引言

隨我國鐵路不斷向高速、重載方向發(fā)展，為減輕輪軌沖擊，提高旅客乘坐舒適度，延長設(shè)備使用壽命，無縫線路得到了越來越廣泛的應(yīng)用。

無縫鋼軌在橋梁上鋪設(shè)時除受到列車動荷載、溫度力、制動力等作用外，還受到由于橋梁的伸縮變形或撓曲變形而產(chǎn)生的縱向附加力作用?？v向附加力增加了鋼軌應(yīng)力，增加了斷軌和失穩(wěn)的危險性。已有眾多研究表明：減小扣件阻力可以有效降低梁軌間的相互作用，從而降低縱向附加力。橋上無縫線路采用小阻力扣件是避免采用鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器、減少橋梁和無縫線路受力的有效措施 。

為了研究通過改變膠墊類型和扭矩來實(shí)現(xiàn)小阻力的機(jī)理，試驗(yàn)選用了有砟軌道使用的彈條V型扣件配合X3型彈條，軌下膠墊采用了鋼復(fù)合膠墊和普通膠墊兩種，分別在三種不同的扭矩作用下來測試它的縱向阻力值。

2 扣件縱向阻力測定

為了測定扣件縱向阻力值，設(shè)計了專門的工裝，將一截短鋼軌、兩個百分表、一個電子千斤頂，彈條V型扣件安裝在設(shè)計好的工裝上，用扭力扳手實(shí)現(xiàn)螺栓扭矩扭的調(diào)節(jié)（80、100、120N·m）。

測量無載阻力時，用10？kN/min的速度頂推鋼軌一端，當(dāng)推力達(dá)到2.5kN？.3kN時，持時30s；之后繼續(xù)加載，推力達(dá)到5kN？.6kN時再持時30s，穩(wěn)定后記錄千斤頂電子表和百分表讀數(shù)，并取兩個百分表讀數(shù)的平均值，實(shí)時計算出縱向位移。當(dāng)位移超過允許限值的4倍（0.8-1cm）時快速卸載至零，繼續(xù)測量鋼軌位移2min。將普通膠墊更換為鋼復(fù)合膠墊，重復(fù)上述測量。

測量有載阻力時，在短鋼軌上加置鋼棒作為滾軸，在滾軸與鋼軌的接觸面均勻地涂一層潤滑油，上墊一塊墊板，另加置一臺千斤頂施加50kN豎向荷載，其余測量步驟同無載阻力。

3 試驗(yàn)結(jié)果

3.1 數(shù)值擬合與分析

對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，用最小二乘法對不同工況下的位移-阻力散點(diǎn)圖進(jìn)行擬合。無載試驗(yàn)結(jié)果均采用對數(shù)函數(shù)；對有載試驗(yàn)，考慮到鋼復(fù)合膠墊此時較接近理想彈塑模型，因而采用直線擬合，普通膠墊仍用對數(shù)形式。有載情況下螺栓扭矩的影響較為微弱，因而采用一個典型方程予以描述；無載情況則引入螺栓扭矩來描述其影響。彈條V型小阻力扣件縱向阻力與位移的方程分別為式（1）、（2）、（3）、（4）。

3.2 結(jié)果分析

本文按照實(shí)際試驗(yàn)情況來確定其彈性位移值及對應(yīng)的扣件阻力，即下墊鋼復(fù)合膠墊在有載時取位移0.7mm時的阻力值，其余情況均取位移為1mm時的阻力值。結(jié)果見表1、表2。

試驗(yàn)結(jié)果顯示：

（1）采用普通膠墊的扣件彈塑臨界點(diǎn)比采用鋼復(fù)合膠墊的扣件要高，即普通膠墊的抗滑移能力要強(qiáng)，特別是在有豎向荷載的情況下，兩者的擬合曲線有較大差別，這是因?yàn)槠胀z墊在50kN豎向力的作用下會發(fā)生較大變形，使鋼軌陷入其中，在滑移之后仍然與軌底面有一定粘結(jié)，而鋼復(fù)合膠墊變形較小，與軌底面粘結(jié)較弱，因而采用鋼復(fù)合膠墊的扣件位移未達(dá)到1mm便已滑移，此后阻力便不再增加。

（2）除無載狀態(tài)時普通膠墊扣件阻力與《送審稿》較一致外，有載狀態(tài)下的普通膠墊縱向阻力值和鋼復(fù)合膠墊縱向阻力值，以及無載狀態(tài)下的鋼復(fù)合膠墊縱向阻力值均與《送審稿》有差異。造成無載狀態(tài)時阻力結(jié)果偏大的原因是扭矩較大，彈條V型作為小阻力扣件時緊固扭矩為95N·m，我們則取有100、120N·m的螺栓扭矩，因而阻力偏大；根據(jù)前人所作實(shí)驗(yàn)結(jié)果，《送審稿》在有載扣件阻力取值方面確實(shí)偏小，因而有有載狀態(tài)下扣件阻力有所差異純屬正常。另根據(jù)扣件構(gòu)造，我們可知彈條V型扣件用于小阻力扣件時通常采用X3型彈條，下墊單層橡膠墊板，故無載下采用下墊鋼復(fù)合膠墊時會與規(guī)范略有出入，屬正常情況。

4 結(jié)語

綜上所述，可得如下結(jié)論：

（1）根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，采用鋼復(fù)合膠墊的彈條V型扣件能夠很好的達(dá)到小阻力的效果，適用于由于溫差較大或者重載運(yùn)輸引起附加力較大的橋上線路，同時對于螺栓扭矩適用范圍較寬，施工中也較容易控制。

（2）采用普通膠墊的彈條V型扣件阻力值較大，需要控制螺栓扭矩以防阻力過大，這也是施工單位在現(xiàn)場最容易出現(xiàn)問題的地方，建議將采用普通膠墊的彈條V型扣件用在縱向附加力較小的線路上，并且控制螺栓扭矩在80N·m左右。

參考文獻(xiàn)：

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