小阻力扣件纵向阻力试验研究

（西南交通大学土木工程学院 四川·成都 611756）

摘 要：针对桥上无缝线路小阻力扣件进行大量纵向阻力的试验研究，设计多功能纵向阻力试验台，分别进行不同胶垫类型、螺栓扭矩和有无竖向载荷情况下的扣件纵向阻力试验，研究扣件阻力的影响规律。结果表明：不同类型的胶垫对扣件阻力的影响较大；在无载状态时扭矩对扣件阻力的影响为线性关系，有载时则不然。

关键词：无缝线路 小阻力扣件 纵向阻力

中图分类号：U238 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）006-078-02

1 引言

随我国铁路不断向高速、重载方向发展，为减轻轮轨冲击，提高旅客乘坐舒适度，延长设备使用寿命，无缝线路得到了越来越广泛的应用。

无缝钢轨在桥梁上铺设时除受到列车动荷载、温度力、制动力等作用外，还受到由于桥梁的伸缩变形或挠曲变形而产生的纵向附加力作用。纵向附加力增加了钢轨应力，增加了断轨和失稳的危险性。已有众多研究表明：减小扣件阻力可以有效降低梁轨间的相互作用，从而降低纵向附加力。桥上无缝线路采用小阻力扣件是避免采用钢轨伸缩调节器、减少桥梁和无缝线路受力的有效措施 。

为了研究通过改变胶垫类型和扭矩来实现小阻力的机理，试验选用了有砟轨道使用的弹条V型扣件配合X3型弹条，轨下胶垫采用了钢复合胶垫和普通胶垫两种，分别在三种不同的扭矩作用下来测试它的纵向阻力值。

2 扣件纵向阻力测定

为了测定扣件纵向阻力值，设计了专门的工装，将一截短钢轨、两个百分表、一个电子千斤顶，弹条V型扣件安装在设计好的工装上，用扭力扳手实现螺栓扭矩扭的调节（80、100、120N·m）。

测量无载阻力时，用10？kN/min的速度顶推钢轨一端，当推力达到2.5kN？.3kN时，持时30s；之后继续加载，推力达到5kN？.6kN时再持时30s，稳定后记录千斤顶电子表和百分表读数，并取两个百分表读数的平均值，实时计算出纵向位移。当位移超过允许限值的4倍（0.8-1cm）时快速卸载至零，继续测量钢轨位移2min。将普通胶垫更换为钢复合胶垫，重复上述测量。

测量有载阻力时，在短钢轨上加置钢棒作为滚轴，在滚轴与钢轨的接触面均匀地涂一层油，上垫一块垫板，另加置一台千斤顶施加50kN竖向荷载，其余测量步骤同无载阻力。

3 试验结果

3.1 数值拟合与分析

对试验数据进行处理，用最小二乘法对不同工况下的位移-阻力散点图进行拟合。无载试验结果均采用对数函数；对有载试验，考虑到钢复合胶垫此时较接近理想弹塑模型，因而采用直线拟合，普通胶垫仍用对数形式。有载情况下螺栓扭矩的影响较为微弱，因而采用一个典型方程予以描述；无载情况则引入螺栓扭矩来描述其影响。弹条V型小阻力扣件纵向阻力与位移的方程分别为式（1）、（2）、（3）、（4）。

3.2 结果分析

本文按照实际试验情况来确定其弹性位移值及对应的扣件阻力，即下垫钢复合胶垫在有载时取位移0.7mm时的阻力值，其余情况均取位移为1mm时的阻力值。结果见表1、表2。

试验结果显示：

（1）采用普通胶垫的扣件弹塑临界点比采用钢复合胶垫的扣件要高，即普通胶垫的抗滑移能力要强，特别是在有竖向荷载的情况下，两者的拟合曲线有较大差别，这是因为普通胶垫在50kN竖向力的作用下会发生较大变形，使钢轨陷入其中，在滑移之后仍然与轨底面有一定粘结，而钢复合胶垫变形较小，与轨底面粘结较弱，因而采用钢复合胶垫的扣件位移未达到1mm便已滑移，此后阻力便不再增加。

（2）除无载状态时普通胶垫扣件阻力与《送审稿》较一致外，有载状态下的普通胶垫纵向阻力值和钢复合胶垫纵向阻力值，以及无载状态下的钢复合胶垫纵向阻力值均与《送审稿》有差异。造成无载状态时阻力结果偏大的原因是扭矩较大，弹条V型作为小阻力扣件时紧固扭矩为95N·m，我们则取有100、120N·m的螺栓扭矩，因而阻力偏大；根据前人所作实验结果，《送审稿》在有载扣件阻力取值方面确实偏小，因而有有载状态下扣件阻力有所差异纯属正常。另根据扣件构造，我们可知弹条V型扣件用于小阻力扣件时通常采用X3型弹条，下垫单层橡胶垫板，故无载下采用下垫钢复合胶垫时会与规范略有出入，属正常情况。

4 结语

综上所述，可得如下结论：

（1）根据试验结果，采用钢复合胶垫的弹条V型扣件能够很好的达到小阻力的效果，适用于由于温差较大或者重载运输引起附加力较大的桥上线路，同时对于螺栓扭矩适用范围较宽，施工中也较容易控制。

（2）采用普通胶垫的弹条V型扣件阻力值较大，需要控制螺栓扭矩以防阻力过大，这也是施工单位在现场最容易出现问题的地方，建议将采用普通胶垫的弹条V型扣件用在纵向附加力较小的线路上，并且控制螺栓扭矩在80N·m左右。

参考文献：

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