铁路线路阻力:道床横向阻力

1.道床横向阻力的定义

道床横向阻力是指道床抵抗轨道框架横向位移的阻力。它是防止胀轨跑道、保持无缝线路轨道稳定的重要因素。

道床横向阻力是由轨枕两侧及枕底与道砟接触面之间的摩阻力和枕端枕端碓肩阻止轨枕横移的抗力组成。

2.影响道床横向阻力的因素

影响道床横向阻力的因素主要有;道床的饱满程度﹑道床肩宽、道床肩部堆高、道砟种类及粒径尺寸,线路维修作业影响,轨枕类型等。

3.道床横向阻力的组成

道床橫向阻力由轨枕的两侧及底部与道床接触面之间的摩阻力和轨枕端部道床的抗剪力组成。

4.道床横向阻力的大小

1)道床横向阻力大小与位移的关系

经试验测得，宽轨枕、混凝土轨枕、木枕的横向阻力与位移的关系曲线如图1所示。其弹性工作范围
亦为2mm左右。

图1 道床横向阻力与位移的关系

2)道床横向阻力的最小值计算公式

通过对大量试验资料的数理统计分析，得出了不同条件下正常轨道道床横向阻力的最小值表达式为

$$q=q_0-C_1y^2+C_2y^2$$

式中

q一道床横向阻力的最小可 能值( N/mm );

q₀一初 始道床横向阻力( N/mm );

y一轨枕横向位移 ( mm );

z、n、C₁、C₂– 系数，见表1。

表1 道床纵向阻力系数

北京交通大学在大秦线对Ⅱ、Ⅲ型混凝土枕线路的道床横向阻力进行了测试，得出的道床横向阻力系数见表2所列。

宽枕道床横向阻力表达式为

$$q=q_0-C_1y+C_2y^{\frac{1}{2}}$$

式中：q一道床横向阻力 的最小可能值( N/mm )；q₀一初始道床横向阻力(N/mm)；y一轨枕横向位移(mm);C₁ C₂一系数，见表2。

表2 Ⅱ、Ⅲ型混凝土枕道床横向阻力系数

表2 混凝土宽枕道床横向阻力系数

注:道床肩宽均为40 cm。

5.道床横向阻力的主要影响因素

1 )道床的饱满程度

道床的饱满程度关系到轨枕与道砟接触面的大小及道砟之间的相互啮合，直接影响道床阻力值。道床越饱满，其横向阻力越大。试验资料表明，木枕与道砟各接触面的阻力占道床横向阻力的百分数为:枕底14%~22%，枕侧35%~53%，枕端30%~32%。

2)道床肩宽

图1 轨枕端部破裂面

道床肩部所承担的道床横向阻力约占总道床横向阻力的1/3。其阻力形成在于轨枕产生位移时扰动道砟使棱体滑动，构成滑动面，该滑动面上的被动土压力即为这部分阻力，如图1所示。滑动体的大小直接影响轨枕端部的阻力，滑动体的顶宽b为

$$b=H\cdot \tan\left ( 45^\circ +\frac{\varphi }{2}\right )$$

式中   H一轨枕端部高度 ;     φ一道砟摩擦角，φ=35°~ 50°。

以II型混凝土枕为例，H=200mm，φ=50°，则b=549mm。试验表明，道床肩宽从300 mm增加到550 mm,总阻力增加16%，若再加宽，阻力值就不再增大了。这说明适当的肩宽可能提供一定的横向阻力，但并不是肩宽越大，横向阻力就越大。

3)道床肩部堆高

由图1可以看出，在滑动棱体内堆高道砟，加大了滑动体的质量，因此增加了横向阻力。试验表明:在肩宽为550 mm、道床堆高为185 mm的梯形棱体，道床横向阻力比不堆高时要增加12%，比肩宽为300mm的道床增大34%。国内外无缝线路广泛使用肩部堆高道砟，如图2所示。

图2 道床肩部堆高（单位:mm）

4)道砟的种类及粒径

不同材质的道砟，它们之间的摩阻力也不同。如砂砾石道床，砾石棱角圆滑，阻力值比碎石道床低30%~40%。道砟粒径应有一定的级配，德国试验表明:粒径级配由25~65mm减少到15~30mm,道床橫向阻力相应降低20%~40%。

5)线路维修作业的影响

线路维修作业如起道捣固、清筛等都影响道砟之间的咬合和接触状况,导致道床阻力下降。
表2为混凝土枕线路，当轨枕位移为2mm时各种作业后的阻力降低的比值。

线路整修作业后道横向阻力降低值

6)行车条件的影响

列车通过时，迫使两转向架之间的轨道框架向上抬起，加之列车经过时引起的振动都会使道床阻力下降。

文献引用：

刘兴文主编的《铁路轨道》2011年版