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1、城市轨道交通钢轨扣件的研究与设计摘 要 重点论述城市轨道交通工程钢轨用扣件的性能、技术参数及设计要求,分析目前我国城市轨道交通中主要钢轨扣件的使用情况及需要研究的问题。关键词 城市轨道交通 钢轨扣件 减振 轨距 水平调整量 道床钢轨扣件的作用是保持钢轨的正确位置,防止钢轨纵横向位移,提供一定的轨道弹性,并将钢轨所受的力传递给轨下基础。1主要性能1)有足够的强度和耐久性城市轨道交通运营时间长、行车密度高、维修条件差,要求钢轨扣件必须具有足够的强度和耐久性,以确保行车安全。2)有一定的轨距和水平调整性能城市轨道交通多采用整体道床结构,线路曲线半径小,钢轨存在磨耗。这就要求扣件应具有一定的轨距、
2、水平调整性能,以解决曲线钢轨磨耗和结构的不均匀沉降及施工误差所造成的轨距、钢轨水平超限。3)有良好的绝缘性能城市轨道交通一般均利用走行轨作为回流轨,这就要求扣件必须具备良好的绝缘性能,防止电流通过扣件泄漏,造成结构钢筋和市政管线的电腐蚀。4)有良好的减振弹性城市轨道交通穿行于居民区内,对减振降噪的环保要求很高,钢轨扣件必须具有良好的减振性能,衰减轨道振动,降低噪声传播。5)有一定的通用互换性扣件结构应力求简单,零部件少,具有一定的通用互换性,造价低,施工和维修方便。2设计参数确定城市轨道交通钢轨扣件的设计参数必须考虑其相关工程的情况:线路敷设方式、线路技术参数、行车速度、车辆轴重及钢轨类型
3、等。扣件的主要设计参数包括:扣压力、防爬阻力、节点刚度、耐疲劳性能、轨距及水平调整量、绝缘性能等。一般可通过下列方式,确定其设计参数。2.1扣压力及防爬阻力扣件的扣压力和防爬阻力是一对共生参数,静态防爬阻力等于扣压力乘以综合摩擦系数。扣件的扣压力的大小是确保钢轨稳定的关键,它与车辆的轴重、速度及是否采用无缝线路及轨下垫层的性能有关。当车辆轴重大、速度较高,采用一般线路时,要求钢轨扣件的扣压力就大;轴重轻、速度低,采用无缝线路时,扣压力可以小一些。扣压力的大小应保证在扣件的使用周期里,当列车制动时,钢轨不发生永久性位移。对于城市轻轨,一般轴重低于160kN,速度不超过100km/h,故对扣件
4、扣压力的要求不是很高,理论计算及实践证明,单一扣压件的扣压力在6~8kN是可以满足要求的。值得注意的是:过大的扣压力并不是有利的,这将导致轨下弹性垫层的初始压缩量增大,损失减振弹性。2.2扣件节点刚度扣件的节点刚度是考查扣件弹性的指标,包括静刚度值、动刚度值及动静比,均需通过室内试验确定。扣件垂向静刚度值是取扣件压缩变形曲线某一段的割线斜率来确定的,一般20~40kN/mm比较合适;动刚度值是扣件的重要指标,表明扣件在动荷载作用下的弹性,即减振性能;设计扣件动静比应控制在1.4以下。2.3轨距及水平调整性能考虑城市景观及运营维修的方便,城市轨道交通地下线、高架线多采用整体道床,在施工、运营
5、中结构均会有施工误差,产生不均匀的沉降。同时,也会因轮轨互相作用使轨距及钢轨水平发生变化而超限。轨距调整量主要是解决施工误差和钢轨侧磨而致轨距超限的问题,故要求负的调整量要大。考虑城市轨道交通工务大修周期长,日常维修条件差,要求扣件的轨距调整量比国铁的大,整体道床扣件轨距调整量一般可设计为+8、-12mm。结构的沉降绝大部分是在结构设计时考虑并采取措施,但小量的变化仍需钢轨扣件来调整。就目前的结构及轨道施工技术,对地下线要求钢轨扣件有20~30mm的水平调整量。水平调整量的大小与地质情况密切相关,在不良地质条件下,需要扣件有大的水平调整量。对于高架线,要求钢轨扣件有30~40mm水平调整量
6、,主要解决由于相邻桥墩的沉降差落值及梁的收缩徐变而引起的梁面上拱。2.4绝缘性能城市轨道交通对钢轨扣件的绝缘性能要求很高,一方面是走行轨作为供电回流轨的要求,另一方面是移动闭塞信号的要求。扣件绝缘性能不好,长此以往,除导致大量电流泄漏、浪费电能外,还会因杂散电流而腐蚀结构钢筋和市政管线。在城市轨道设计中,供电、信号等专业对钢轨扣件的绝缘性能都会提出具体要求。就目前的材料技术,达到这些要求是完全可行的。通常扣件中的单个绝缘部件常态绝缘电阻均可以达到108Ω以上,能满足对扣件的绝缘要求。2.5耐久性能扣件的耐久性是通过疲劳试验来验证的,疲劳试验能验证扣件抵抗重复荷载的性能,我国通常是取小半径曲
7、线上的扣件所受的最大荷载来进行试验的。设计扣件时,要依据地铁实测小半径200m曲线地段扣件所受的力,并参照国内外同类扣件的设计荷载。要求组装扣件疲劳荷载一般取竖向50kN,横向30kN,能承受300万次疲劳荷载的循环试验,各部件不损坏。3设计要求城市轨道交通钢轨扣件从结构型式上大致分为两种:一种是带铁垫板的弹性分开式扣件,用于整体道床和地面线木枕碎石道床,另一种是不带铁垫板的弹性不分开式扣件,用于地面线和高架线砼枕碎石道
