书
书
书
第
５３
卷
第
４
期
２０１８
年
８
月
西
南
交
通
大
学
学
报
ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＳＯＵＴＨＷＥＳＴ ＪＩＡＯＴＯＮＧ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ
Ｖｏｌ． ５３ Ｎｏ． ４
Ａｕｇ． ２０１８
收稿日期
：
２０１７０７２０
基金项目
：国家自然科学基金资助项目（
Ｕ１２３４２０１
）
作者简介
：井国庆（
１９７９
—），男，副教授，博士，研究方向为轨道结构及轨道力学，电话：
１５９０１１７３０４８
，
Ｅｍａｉｌ
：
ｇｑｊｉｎｇ＠ ｂｊｔｕ． ｅｄｕ． ｃｎ
引文格式
：井国庆，付豪，贾文利，等
．
框架优化型
Ⅲｃ
轨枕道床横向阻力试验研究［
Ｊ
］
．
西南交通大学学报，
２０１８
，
５３
（
４
）：
７２７７３２．
ＪＩＮＧ Ｇｕｏｑｉｎｇ
，
ＦＵ Ｈａｏ
，
ＪＩＡ Ｗｅｎｌｉ
，
ｅｔ ａｌ． Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｌａｔｅｒａｌ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ Ⅲｃ ｓｌｅｅｐｅｒ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆｒａｍｅ
ｔｙｐｅｓ
［
Ｊ
］
． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
，
２０１８
，
５３
（
４
）：
７２７７３２．
文章编号
：
０２５８２７２４
（
２０１８
）
０４０７２７０６ ＤＯＩ
：
１０． ３９６９ ／ ｊ． ｉｓｓｎ． ０２５８２７２４． ２０１８． ０４． ００９
框架优化型
Ⅲｃ
轨枕道床
横向阻力试验研究
井国庆
１
，
付
豪
１
，
贾文利
１
，
姚
力
２
，
林红松
２
（
１．
北京交通大学土木建筑工程学院，北京
１０００４４
；
２．
中铁二院工程集团有限责任公司，四川 成都
６１００３１
）
摘
要
：为对标准
Ⅲｃ
型轨枕进行外形优化及揭示轨枕优化前后道床横向阻力特性，针对
Ⅲｃ
型轨枕特定部位
增设混凝土加宽（加厚）块，形成
３
种框架式轨枕，结合道床横向阻力测试实验，分析对比不同道床断面形式下
（砟肩宽度
３００ ｍｍ
堆高
０ ｍ
；砟肩宽度
５００ ｍｍ
堆高
０ ｍ
；砟肩宽度
５００ ｍｍ
堆高
１５０ ｍ
）各框架轨枕与标准
Ⅲｃ
型轨枕道床横向阻力数值
．
研究结果表明：在不同道床断面型式下，各型框架轨枕均能有效增大道床横向阻力，
相较于标准
Ⅲｃ
型轨枕，
Ａ
型框架轨枕（轨枕承轨台双翼缘型）可提升道床横向阻力
３７． ８％ ～ ５０． ８％
，
Ｂ
型框架
轨枕（枕中截面十字型）可提升道床横向阻力
２５． ５％ ～ ４１． ０％
，
Ｃ
型框架轨枕（轨枕承轨台下底部加厚型）可提
升道床横向阻力
１３． ３％ ～ ２３． ０％ ．
关键词
：道床横向阻力；框架轨枕；断面尺寸
中图分类号
：
Ｕ２１１． ２
文献标志码
：
Ａ
Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｌａｔｅｒａｌ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ
Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ Ⅲｃ Ｓｌｅｅｐｅｒ ｗｉｔｈ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ Ｆｒａｍｅ Ｔｙｐｅｓ
ＪＩＮＧ Ｇｕｏｑｉｎｇ
１
，
ＦＵ Ｈａｏ
１
，
ＪＩＡ Ｗｅｎｌｉ
１
，
ＹＡＯ Ｌｉ
２
，
ＬＩＮ Ｈｏｎｇｓｏｎｇ
２
（
１． Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
，
Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
，
Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００４４
，
Ｃｈｉｎａ
；
２． Ｃｈｉｎａ Ｒａｉｌｗａｙ Ｅｒｙｕａｎ
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ． Ｌｔｄ．
，
Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１００３１
，
Ｃｈｉｎａ
）
Ａｂｓｔｒａｃｔ
：
Ｔｏ ｏｐｔｉｍｉｚｅ ｔｈｅ ｇｅｏｍｅｔｒｙ ｏｆ ｔｈｅ Ⅲ ｃ ｍｏｎｏｂｌｏｃｋ ｓｌｅｅｐｅｒ ａｎｄ ｒｅｖｅａｌ ｔｈｅ ｖａｒｉａｔｉｏｎ
ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ｂａｌｌａｓｔ ｂｅｄ ｌａｔｅｒａｌ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｂｅｆｏｒｅ ａｎｄ ａｆｔｅｒ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ
，
ｔｈｒｅｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆｒａｍｅ
ｓｌｅｅｐｅｒｓ ｗｅｒｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ａｎｄ ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ｂｙ ａｄｄｉｎｇ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｂｌｏｃｋｓ ｔｏ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｐａｒｔｓ ｏｆ ｔｈｅ Ⅲｃ ｍｏｎｏｂｌｏｃｋ
ｓｌｅｅｐｅｒ． Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｂａｌｌａｓｔ ｂｅｄ ｌａｔｅｒａｌ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｔｅｓｔ
，
Ｔｈｅ ｆｒａｍｅ ｓｌｅｅｐｅｒｓ ａｎｄ Ⅲ ｃ ｍｏｎｏｂｌｏｃｋ
ｓｌｅｅｐｅｒ ｗｅｒｅ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｆｏｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｂａｌｌａｓｔ ｂｅｄ ｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎｓ
（
ｓｈｏｕｌｄｅｒ ｗｉｄｔｈ ３００ ｍｍ
，
ｓｈｏｕｌｄｅｒ ｈｅｉｇｈｔ
０ ｍｍ
；
ｓｈｏｕｌｄｅｒ ｗｉｄｔｈ ５００ ｍｍ
，
ｓｈｏｕｌｄｅｒ ｈｅｉｇｈｔ ０ ｍｍ
；
ｓｈｏｕｌｄｅｒ ｗｉｄｔｈ ５００ ｍｍ
，
ａｎｄ ｓｈｏｕｌｄｅｒ ｈｅｉｇｈｔ
１５０ ｍｍ
）
． Ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｅａｃｈ ｆｒａｍｅ ｓｌｅｅｐｅｒ ｃａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｌａｔｅｒａｌ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｗｉｔｈ
ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｂａｌｌａｓｔ ｂｅｄ ｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎｓ． Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ
，
ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ Ⅲｃ ｍｏｎｏｂｌｏｃｋ ｓｌｅｅｐｅｒ
，
ｔｈｅｒｅ ｉｓ
３７． ８％ － ５０． ０％ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｉｎ ｌａｔｅｒａｌ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｆｏｒ ｆｒａｍｅ ｓｌｅｅｐｅｒ ｔｙｐｅ Ａ
（
ｅｎｄｗｉｎｇｅｄ ｓｌｅｅｐｅｒ
），
２５． ５％ － ４１． ０％ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｆｏｒ ｆｒａｍｅ ｓｌｅｅｐｅｒ ｔｙｐｅ Ｂ
（
ｍｉｄｄｌｅｗｉｎｇｅｄ ｓｌｅｅｐｅｒ
），
ａｎｄ １３． ３％ － ２３． ０％
ｉｎｃｒｅａｓｅ ｆｏｒ ｆｒａｍｅ ｓｌｅｅｐｅｒ ｔｙｐｅ Ｃ
（
ｂｕｍｐｅｄ ｓｌｅｅｐｅｒ
）
．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ
：
ｌａｔｅｒａｌ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ
；
ｆｒａｍｅ ｓｌｅｅｐｅｒ
；
ｓｅｃｔｉｏｎ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ
西
南
交
通
大
学
学
报
第
５３
卷
道床横向阻力作为有砟道床力学特性重要参
数和控制指标，对轨道几何形位及无缝线路稳定性
有着重要的影响，足够的阻力是保证列车行驶的安
全性和舒适性，防止有砟轨道无缝线路跑道胀道的
必要条件
［
１２
］
．
道床横向阻力提升可从道床和轨枕
两个方面着手：道床层面包括道砟颗粒形状、级配、
材质、道床断面尺寸、密实度、脏污层度等
［
３８
］
；轨枕
层面包括轨枕形状、尺寸、重量、材质等
［
１
，
９１１
］
．
除此
之外，道床横向阻力受运营维修如清筛、捣固影响
较大，也是研究内容之一，如道床捣固后横向阻力
值减小可达
５０％
［
１２１３
］
．
需要指出的是，近年来从道
床层面提高道床阻力已经遇到瓶颈，很难再有较大
空间
．
与此同时，随着重载和超高速有砟道床发展
以及应用环境和技术条件的复杂性和多样性，对道
床横向阻力提出了更高要求
［
１
］
．
包括重载铁路某
些特殊地段，尤其是在小曲线半径处、温差过大地
段、曲线超高地段等；如设计时速
４００ ｋｍ ／ ｈ
俄罗斯
莫喀高铁、英国
ＨＳ２
高铁和抗震要求的伊朗德伊
高铁等，以上这些对道床阻力、无缝线路稳定性、飞
砟防治产生巨大挑战
．
需要再次强调的是，轨枕设
计是提高有砟道床纵横向阻力、降低道床垂向动
力、延缓道床劣化及降低飞砟的有效手段
［
１
，
５
］
．
在
此背景条件下，新型轨枕研发和运用应运而生，对
普通条型轨枕的尺寸、长度、外形、材料、配筋及重
量等方面进行优化，包括摩擦型轨枕、加钉轨枕、纤
维轨枕、异型轨枕、重载新型轨枕等
［
１４２２
］
．
与此同
时，传统普通条枕通过砟肩堆高方式增加道床横向
阻力增加了飞砟发生几率，难以满足超高速铁路无
缝线路稳定性和飞砟安全性要求
．
因此框架轨枕成
为上述问题有效解决方案之一
．
目前道床横向阻力
研究多考虑普速铁路和常规工作状态，研究主要集
中于普通条枕、维修稳定前后、脏污状态、断面形式
等的影响规律和宏观力学特性，缺乏针对我国标准
Ⅲｃ
型轨枕的优化及优化后新型轨枕的道床阻力
测试分析
．
为提高轨枕底部阻力、枕心阻力和砟肩阻力，
本文基于普通条枕道床横向阻力分担与组成相关
研究，在标准
Ⅲｃ
型混凝土轨枕上设计制作
３
种新
型轨枕，形成了具有骨架式构造的条形轨枕，后文
称为框架式轨枕
．
所设计制造框架轨枕不影响有砟
道床养护维修作业
．
同时通过道床横向阻力现场试
验，测试、比较、分析各框架轨枕与标准
Ⅲｃ
型混凝
土轨枕的横向阻力特性
．
本次实验中道床状态与实
际运营线路具有区别，本文横向阻力测试所用道床
为新铺道床，铺设过程中分层采用小型压实机密
实，铺设完成后未经过列车碾压密实
．
１
材料及方法
１． １
框架轨枕
国内外研究表明条形轨枕道床横向阻力
Ｆ
主
要由轨枕底部阻力
Ｆ
１
、轨枕两侧阻力
Ｆ
２
、砟肩阻力
Ｆ
３
组成
［
２３
］
，即
Ｆ ＝ Ｆ
１
＋ Ｆ
３
＋ Ｆ
２
，如图
１
所示
．
图
１
条形轨枕阻力组成
Ｆｉｇ． １ Ｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎ ｏｆ ｌａｔｅｒａｌ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ
条形轨枕道床横向阻力分担比例根据线路运
营条件不同，一般来说，轨枕底部提供横向阻力约
３０％ ～ ４０％
，砟肩部位所提供的阻力约
３０％ ～
５０％
，轻轨两侧所提供的阻力约
１５％ ～ ２０％
［
３
，
２４
］
．
考虑到横向阻力是由道砟颗粒与轨枕表面摩擦、颗
粒错动滑移和道砟颗粒重新排列而产生，枕底、枕
端、枕心均是提供道床横向阻力的重要部位，优化
轨枕各部位外形可增大各部位轨枕与道砟颗粒间
咬合作用和范围
．
因此基于我国标准
Ⅲｃ
型混凝土
轨枕，同时考虑有砟道床传统养护维修作业工序，
本文设计了
３
种框架轨枕：
Ａ
为在我国标准
Ⅲｃ
型
混凝土轨枕承轨台设计翼缘进行两端加宽（
Ｈ
型
混凝土轨枕）；
Ｂ
为在我国标准
Ⅲｃ
型混凝土轨枕
中部进行加宽（十字型混凝土轨枕）；
Ｃ
为在我国
标准
Ⅲｃ
型混凝土轨枕承轨台底部进行加厚（
π
型
混凝土轨枕）
． ３
种基础新型混凝土轨枕与我国标
准
Ⅲｃ
型混凝土轨枕如图
２
所示
．
图
２
各型轨枕示意
Ｆｉｇ． ２ Ｄｉａｇｒａｍｓ ｏｆ ｆｒａｍｅ ｓｌｅｅｐｅｒｓ
按设计尺寸特制混凝土块，在我国标准
Ⅲｃ
型
轨枕特定部位上，如承轨台底部、边缘及轨枕中部
８
２
７
第
４
期
井国庆，等：框架优化型
Ⅲｃ
轨枕道床横向阻力试验研究
采用高强
ＡＢ
胶，粘结特制混凝土块，制作各型框
架混凝土轨枕，如图
３
所示，图中从左至右依次为
Ａ
、
Ｂ
、
Ｃ
框架轨枕所粘结小块尺寸
．
混凝土块设计
尺寸基于标准
Ⅲｃ
型轨枕尺寸、轨枕间距（
０． ６ ｍ
）
及我国高速铁路设计规范所规定的特级道砟粒径
．
（
ａ
）俯视图
（
ｂ
）正视图
图
３
混凝土块尺寸图（单位：
ｃｍ
）
Ｆｉｇ． ３ Ｄｉａｇｒａｍｓ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｂｌｏｃｋ
（
ｕｎｉｔ
：
ｃｍ
）
本文所用特制混凝土小块采用
Ｃ６０
高强混凝
土，所 用 胶 体 为 专 用 高 强
ＡＢ
胶，抗 拉 强 度
４０ ＭＰａ．
本文旨在测试各型框架轨枕及
Ⅲｃ
型混凝
土轨枕横向阻力，各框架轨枕黏结面经计算具有足
够抗剪强度，阻力实验后，道砟胶黏结面并未发生
破坏，胶黏结面结实可靠
．
框架轨枕实物如图
４．
图
４
框架轨枕（从左至右依次为
Ａ
、
Ｂ
、
Ｃ
型）
Ｆｉｇ． ４ Ｐｉｃｔｕｒｅｓ ｏｆ ｆｒａｍｅ ｓｌｅｅｐｅｒｓ
（
Ａ
、
Ｂ
、
Ｃ ｆｒｏｍ ｌｅｆｔ ｔｏ ｒｉｇｈｔ
）
Ａ
、
Ｂ
框架式轨枕中混凝土块高
１８． ５ ｃｍ
，保证
与轨枕中部顶面平齐且略低于承轨台平面；设置斜
面保证与轨枕贴合；混凝土块梯形截面上长度
１３ ｃｍ
大于两个道砟最大粒径，下长度
１０ ｃｍ
大于
两个道砟平均粒径，同时保证相邻轨枕最窄处间距
大于两个道砟最大粒径
． Ａ
框架轨枕混凝土块沿轨
枕长度方向取
１４ ｃｍ
，取约为承轨台平面长度的
１ ／ ２
；
Ｂ
框架轨枕混凝土块沿轨枕长度方向取
１８ ｃｍ
，约为轨枕中部平面长度的
２ ／ ３
；
Ｃ
框架轨枕
混凝土块横向宽度取轨枕底面宽度
３２ ｃｍ
，纵向厚
度
８ ｃｍ
略大于一个道砟的最大粒径
６． ３ ｃｍ
，且约
为两个道砟平均粒径，沿轨枕长度方向取
１４ ｃｍ
，
约为承轨台平面长度的
１ ／ ２．
１． ２
有砟道床
本文试验为道床横向阻力测试实验，测试地点
位于北京交通大学滨海学院室外试验场内，人工铺
设
１２ ｍ
有砟轨道
．
试验采用我国标准
Ⅲｃ
型混凝
土枕及各型框架轨枕，轨枕间距
６００ ｍｍ
，边坡坡度
１∶ １． ７５
，道床厚度
３５０ ｍｍ
，相邻轨枕间道砟与轨枕
中部顶面平齐，砟肩宽度、堆高依工况而异；试验道
砟为水洗玄武岩碎石，道砟粒径级配等各项指标均
符合特级道砟的要求
［
２５
］
．
铺设时采用分层夯实保证道床密实度，采用
１１０
型电动平板夯实机对
３５０ ｍｍ
厚道床分
４
层
４
次夯实铺设，轨枕放置后，枕心及砟肩部位采用
３
层
３
次夯实
．
为保证试验对比准确，所有工况严
格采用同样铺设夯实方法，保证道床密实度相同
．
现场阻力测试如图
５
所示
．
（
ａ
）加载装置
（
ｂ
）位移计
图
５
现场阻力测试
Ｆｉｇ． ５ Ｌａｔｅｒａｌ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｉｎｓｉｔｕ ｔｅｓｔ
每组测试结束后，等待轨枕回弹，换填道砟，采
用电动平板夯实机重新对道床进行夯实，最大限度
保证每次试验道床情况相同，每组工况测试
３
组实
验数据，将
３
组实验数据取平均值，试验结果中轨
枕位移
２ ｍｍ
时阻力值为该轨枕的道床横向阻力
．
９
２
７
西
南
交
通
大
学
学
报
第
５３
卷
１． ３
试验工况
为研究各框架轨枕与标准
Ⅲｃ
型轨枕横向阻
力受砟肩宽度、堆高影响，对比分析各框架轨枕与
标准
Ⅲｃ
型轨枕在相同道床断面下横向阻力情况
．
取轨枕类型、砟肩宽度、砟肩堆高为测试变量，其余
实验道床参数均取定值，轨枕间距为
６００ ｍｍ
，边坡
坡度为
１∶ １． ７５
，道床厚度为
３５０ ｍｍ
，相邻轨枕间道
砟与轨枕中部顶面平齐
．
共设置
１２
种工况，如表
１．
表
１
试验工况
Ｔａｂ． １ Ｔｅｓｔ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｍｍ
工况
轨枕类型
砟肩宽度
砟肩堆高
１
标准
Ⅲｃ
型
５００ ０
２
标准
Ⅲｃ
型
５００ １５０
３
标准
Ⅲｃ
型
３００ ０
４ Ａ
框架轨枕
５００ ０
５ Ａ
框架轨枕
５００ １５０
６ Ａ
框架轨枕
３００ ０
７ Ｂ
框架轨枕
５００ ０
８ Ｂ
框架轨枕
５００ １５０
９ Ｂ
框架轨枕
３００ ０
１０ Ｃ
框架轨枕
５００ ０
１１ Ｃ
框架轨枕
５００ １５０
１２ Ｃ
框架轨枕
３００ ０
２
结果与分析
２． １ Ａ
型框架轨枕
标准
Ⅲｃ
型轨枕与
Ａ
框架轨枕在工况
１ ～ ６
下
横向阻力
轨枕位移曲线如图
６．
由图
６
可知，各工
况下阻力位移曲线无明显峰值也无峰值软化现象，
阻力随位移增大而逐渐增大，曲线趋势表明新铺道
床并未达到致密状态
［
２６
］
． Ａ
型框架轨枕相较于标
准
Ⅲｃ
型轨枕，在砟肩宽度
５００ ｍｍ
，堆高为
０
下，
阻力提升约
３． １ ｋＮ
（
４３． ７％
），与铁科院现场测试结
果具有高度吻合
［
１６
］
；在砟肩宽度
５００ ｍｍ
，堆高
１５０ ｍｍ
下，阻力提升约
３． ７ ｋＮ
（
３７． ８％
）；在砟肩宽度
３００ ｍｍ
，堆高为
０
下，阻力提升约
３． １ ｋＮ
（
５０． ８％
）
．
对比工况
１
、
２
，砟肩堆高由
０
增至
１５０ ｍｍ
，标
准
Ⅲｃ
型轨枕道床横向阻力值由约
７． １ ｋＮ
增至
９． ８ ｋＮ
；对比工况
１
、
３
，砟肩宽度由
３００ ｍｍ
增至
５００ ｍｍ
时，标准
Ⅲｃ
型轨枕道床横向阻力由约
６． １ ｋＮ
增至
７． １ ｋＮ
；对比工况
４
、
５
，砟肩堆高由
０
增
至
１５０ ｍｍ
时，
Ａ
框架轨枕阻力由约
１０． ２ ｋＮ
增至
１３． ５ ｋＮ
，提升约
３． ３ ｋＮ
，相同砟肩堆高变化情况
下标准
Ⅲｃ
型轨枕阻力提升
２． ７ ｋＮ
，
Ａ
框架轨枕横
向阻力受砟肩堆高变化影响更大；对比工况
４
、
６
，砟
肩宽度由
３００ ｍｍ
增至
５００ ｍｍ
时，
Ａ
框架轨枕阻力
由约
９． ２ ｋＮ
增至
１０． ２ ｋＮ
，增加约
１． ０ ｋＮ
，标准
Ⅲｃ
型轨枕在同样砟肩变化下阻力提升值也约为
１． ０ ｋＮ
，
Ａ
框架和标准
Ⅲｃ
型轨枕阻力提升值基本
相同
．
图
６
标准
Ⅲｃ
、
Ａ
型轨枕横向阻力
位移
Ｆｉｇ． ６ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｏｆ
Ⅲｃ ｓｌｅｅｐｅｒ ａｎｄ Ａ ｆｒａｍｅ ｓｌｅｅｐｅｒ
从轨枕与道床相互作用分析，
Ａ
型框架轨枕在
轨枕承轨台处增设翼缘，增加了轨枕端头处轨枕移
动时道砟剪切锲体径向宽度，理论上相较于标准
Ⅲｃ
型轨枕砟肩宽度及堆高的变化对于轨枕横向
阻力影响更大，然而本次试验结果中砟肩宽度变化
对于
Ａ
型轨枕及标准
Ⅲｃ
轨枕阻力影响基本相同，
其原因可能为
Ａ
型轨枕所增翼缘加宽部位位于承
轨台底部，离轨枕端部较远，影响道砟剪切锲体范
围还未到达砟肩宽度
３００ ｍｍ
外部位，但已到达道
床砟肩堆高部位
．
同时由于轨枕两端均设置有翼缘
加宽，相邻轨枕间道砟与轨枕相互作用除轨枕侧面
摩擦作用外还存在翼缘加宽处抗剪切滑动阻力，该
部分阻力对横向阻力提升也有较大贡献
．
２． ２ Ｂ
型框架轨枕
标准
Ⅲｃ
型轨枕与
Ｂ
型框架轨枕在工况
１
和
７
、工况
２
和
８
及工况
３
和
９
情况下横向阻力
轨枕
位移曲线如图
７．
由图
７
可知：各工况下阻力位移
曲线无明显峰值也无峰值软化，阻力随位移增大而
逐渐增大；
Ｂ
型框架轨枕相较于标准
Ⅲｃ
型轨枕，在
砟肩宽度
５００ ｍｍ
和砟肩为
０
下，阻力提升约
２． ４ ｋＮ
（
３３． ８％
）；在砟肩宽度
５００ ｍｍ
和砟肩堆高
１５０ ｍｍ
下，
阻力提升约
２． ５ ｋＮ
（
２５． ５％
）；在砟肩宽度
３００ ｍｍ
和砟
肩堆高为
０
下，阻力提升约
２． ５ ｋＮ
（
４１． ０％
）
．
对比工况
７
、
８
，砟肩堆高由
０
增至
１５０ ｍｍ
时，
Ｂ
框架轨枕阻力由约
９． ５ ｋＮ
提升至
１２． ３ ｋＮ
，增
大约
２． ８ ｋＮ
，相较于标准
Ⅲｃ
型轨枕相同砟肩堆高
变化时的阻力提升值
２． ７ ｋＮ
并无明显差异；对比
０
３
７
第
４
期
井国庆，等：框架优化型
Ⅲｃ
轨枕道床横向阻力试验研究
工况
７
、
９
，砟肩宽度由
３００ ｍｍ
增至
５００ ｍｍ
时，
Ｂ
框
架轨枕阻力由约
８． ６ ｋＮ
增加至
９． ５ ｋＮ
，增加约
０． ９ ｋＮ
，相较于标准
Ⅲｃ
型轨枕相同砟肩宽度变化
时阻力提升约
１． ０ ｋＮ
，并无明显变化
．
由试验数据
可大致判断，
Ｂ
型框架轨枕与标准
Ⅲｃ
型轨枕横向
阻力受道砟砟肩部位变化的影响基本相同
．
图
７
标准
Ⅲｃ
、
Ｂ
型轨枕横向阻力
位移
Ｆｉｇ． ７ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｏｆ
Ⅲｃ ｓｌｅｅｐｅｒ ａｎｄ Ｂ ｆｒａｍｅ ｓｌｅｅｐｅｒ
根据轨枕与道床相互作用分析，
Ｂ
型框架轨枕
在轨枕中部增设加宽，加宽部位距轨枕端头部位较
远，轨枕发生位移时翼缘加宽部位影响道砟颗粒集
中于轨枕中部两侧，轨枕端头处道砟滑动剪切锲体
体积并无明显变化，因而相较于标准
Ⅲｃ
型轨枕，
砟肩宽度及砟肩堆高的提升对轨枕横向阻力的增
加效果相差不大
．
但由于轨枕中部设置有翼缘加
宽，相邻轨枕间道砟与轨枕相互作用除摩擦作用外
还存在轨枕中部翼缘加宽处抗剪切滑动阻力，该部
分阻力对横向阻力提升有较大贡献
．
２． ３ Ｃ
型框架轨枕
标准
Ⅲｃ
型轨枕与
Ｃ
型框架轨枕在工况
１
和
１０
、工况
２
和
１１
以及工况
３
和
１２
情况下横向阻
力
轨枕位移曲线如图
８
所示
．
由图
８
可知：各工况
下阻力位移曲线无明显峰值也无峰值软化现象；
Ｃ
型框架轨枕相较于标准
Ⅲｃ
型轨枕，在砟肩宽度
５００ ｍｍ
和砟肩为
０
下，阻力提升约
１． ２ ｋＮ
（
１６． ９％
）；
在砟肩宽度
５００ ｍｍ
和砟肩堆高
１５０ ｍｍ
下，阻力提升
约
１． ３ ｋＮ
（
１３． ３％
）；在砟肩宽度
３００ ｍｍ
和砟肩堆高为
０
下，阻力提升约
１． ４ ｋＮ
（
２３． ０％
）
．
对比工况
１０
、
１１
，砟肩宽度
５００ ｍｍ
，砟肩堆高由
０
增至
１５０ ｍｍ
时，
Ｃ
框架轨枕阻力由约
８． ３ ｋＮ
提
升至
１１． １ ｋＮ
，增大约
２． ８ ｋＮ
，相较于标准
Ⅲｃ
型轨
枕相同砟肩堆高变化时的阻力提升值
２． ７ ｋＮ
并无
明显差异；对比工况
１０
、
１２
，砟肩堆高为
０
，砟肩宽
度由
３００ ｍｍ
增至
５００ ｍｍ
时，
Ｃ
框架轨枕阻力由
约
７． ５ ｋＮ
增至
８． ３ ｋＮ
，增加约
０． ８ ｋＮ
，相较于标准
Ⅲｃ
型轨枕阻力提升约
１． ０ ｋＮ
，略有减少，与日本模型
试验吻合度较好
［
１５
］
．
图
８
标准
Ⅲｃ
、
Ｃ
型轨枕横向阻力
位移
Ｆｉｇ． ８ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｏｆ
Ⅲｃ ｓｌｅｅｐｅｒ ａｎｄ Ｃ ｆｒａｍｅ ｓｌｅｅｐｅｒ
根据轨枕与道床相互作用分析，
Ｃ
型框架轨枕
在轨枕承轨台底部设置加厚台，轨枕底部轨枕道砟
相互作用由简单的相互摩擦作用变为相互摩擦与
轨枕底部道砟剪切作用相结合，剪切作用等同于在
轨枕承轨台底部加厚区域各形成了一个道砟剪切
锲体，对横向阻力的提升有明显作用，但加厚部位
距离轨枕端头较远，加厚部位所影响范围并未达到
轨枕端部，因而相较于标准
Ⅲｃ
型轨枕，砟肩宽度和
堆高改变对
Ｃ
型框架轨枕横向阻力影响几乎相同
．
３
结
论
本文通过设计、优化我国标准
Ⅲｃ
型轨枕，采
用高强胶黏结特制混凝土块，制作
３
种框架轨枕，
开展道床横向阻力试验测试标准
Ⅲｃ
型轨枕及各
框架轨枕横向阻力，试验表明各型框架轨枕相较于
标准
Ⅲｃ
型轨枕道床横向阻力均有较大提升作用
．
本文所优化的框架轨枕对于轨枕选型、减少道床断
面尺寸和道砟用量、降低建设成本具有一定意义
．
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１
３
７
西
南
交
通
大
学
学
报
第
５３
卷
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Ｊ
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，
４９
（
６
）：
９５４９６０．
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：
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ
Ｒａｉｌ ａｎｄ Ｒａｐｉｄ Ｔｒａｎｓｉｔ
，
２００６
，
２２０
（
４
）：
４２５４３３．
［
５
］
ＪＩＮＧ Ｇ Ｑ
，
ＬＵＯ Ｑ
，
ＷＡＮＧ Ｚ Ｊ． Ｍｉｃｒｏａｎａｌｙｓｉｓ ｌａｔｅｒａｌ
ｂａｌｌａｓｔ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ ｓｅｉｓｍｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ
［
Ｊ
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． Ｊｏｕｒｎａｌ
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，
２０１４
，
１６
（
１
）：
５３３５４４．
［
６
］
ＲＥＭＥＮＮＩＫＯＶ Ａ
，
ＫＡＥＷＵＮＲＵＥＮ Ｓ． Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ
ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｎ ｄｙｎａｍｉｃ ｒａｉｌｗａｙ ｓｌｅｅｐｅｒ ／ ｂａｌｌａｓｔ
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，
２００６
，
４６
（
１
）：
５７６６．
［
７
］
ＴＵＴＵＭＬＵＥＲ Ｅ
，
ＨＵＡＮＧ Ｈ
，
ＨＡＳＨＡＳＨ Ｙ． Ａｇｇｒｅｇａｔｅ
ｓｈａｐｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｎ ｂａｌｌａｓｔ ｔａｍｐｉｎｇ ａｎｄ ｒａｉｌｒｏａｄ ｔｒａｃｋ
ｌａｔｅｒａｌ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ
［
Ｃ
］
∥ ＡＲＥＭＡ Ａｎｎｕａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ．
Ｌｏｉｓｖｉｌｌｅ Ｋｅｎｔｕｃｋｙ
：
ＡＲＥＭＡ
，
２００６
：
１７２０．
［
８
］
ＬＥＰＥＮ Ｌ
，
ＢＨＡＮＤＡＲＩ Ａ Ｒ
，
ＰＯＷＲＩＥ Ｗ． Ｓｌｅｅｐｅｒ ｅｎｄ
ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ ｂａｌｌａｓｔｅｄ ｒａｉｌｗａｙ ｔｒａｃｋｓ
［
Ｊ
］
． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ
Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｇｅｏｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
，
２０１４
，
１４０
（
５
）：
０４０１４００４．
［
９
］
ＺＡＫＥＲＩ Ｊ Ａ
，
ＢＡＫＨＴＩＡＲＹ Ａ． Ｃｏｍｐａｒｉｎｇ ｌａｔｅｒａｌ
ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｔｏ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｓｌｅｅｐｅｒ ｉｎ ｂａｌｌａｓｔｅｄ ｒａｉｌｗａｙ
ｔｒａｃｋｓ
［
Ｊ
］
． Ｓｃｉｅｎｔｉａ Ｉｒａｎｉｃａ
，
２０１４
，
２１
（
１
）：
１０１１０７．
［
１０
］
ＬＥＰＥＮ Ｌ． Ｔｒａｃｋ ｂｅｈａｖｉｏｕｒ
：
ｔｈｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ
ｓｌｅｅｐｅｒ ｔｏ ｂａｌｌａｓｔ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ
［
Ｄ
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：
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（
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）：
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ｅｔ ａｌ．
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ＬＵＴＣＨ Ｒ Ｈ
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北
方交通大学学报，
１９９９
，
２３
（
４
）：
９１９５．
ＧＡＯ Ｌｉａｎｇ
，
ＧＵ Ａｉｊｕｎ． Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ｎｅｗ ｔｅｓｔｉｎｇ
ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｂａｌｌａｓｔ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ
［
Ｊ
］
． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｏｒｔｈｅｒｎ
Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
，
１９９９
，
２３
（
４
）：
９１９５．
（编辑：郭菊彬）
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