铁路桥上架设铁轨的木枕存在品质下降、防腐处理不彻底等问题，导致其使用性能和寿命日趋下降，制约了运营速度、轴重和运量的提高。今天介绍一种新型的轨枕，就是复合材料合成轨枕。
木枕在世界铁路建设初期得到广泛应用，我国早期的铁路铁轨几乎都是采用明桥面木枕结构形式。但明桥面木枕在长期应用中暴露出很多缺点，主要包括易腐蚀、易开裂、使用寿命短、质量离散性大，一般使用寿命仅有5～10年，木枕表面承压能力差、防腐不环保，且其附属件存在扣件保持能力差、道钉易松弛、钩头螺栓易松动和错位等问题。上述缺点造成了钢桥明桥面的线路稳定性不佳、轨枕与桥面及钢轨连接性下降较快且离散性大、桥梁的振动响应大、养护维修工作量大等问题。
随着既有线运营速度、轴重及运量的不断提高，再加上满足轨枕使用要求的木材资源越来越匮乏，因此，一种新型的复合材料合成轨枕应运而生。
复合材料合成轨枕是指将玻璃纤维增强材料（纤维束、纤维布、毡）、不饱和聚酯树脂及辅助材料（催化剂、固化剂、紫外线吸收剂、填料等）在高温条件下通过拉挤成型生产出的一种中空结构新型合成轨枕，其生产线如图1 所示。该轨枕最大的优点是充分利用纤维增强材料的强度和树脂材料的弹性，其结构布置及生产工艺根据轨枕受力特性进行了优化，综合了传统的混凝土轨枕强度高和木枕弹性好的特性。
与木枕相比，复合材料合成轨枕具有强度高、耐腐蚀、使用寿命长、轨距保持能力好、扣件安装灵活及生产机械化、连续化等优点。合成轨枕扣件见图2。
复合材料合成轨枕性能参数测试主要包括本体取样性能参数和整体强度参数试验。由于目前还没有相关的合成轨枕标准，木枕也无相应强度标准，因此在合成轨枕研究过程中采用的试验方法均以既有混凝土轨枕及相应扣件标准为依据。合成轨枕试验样本的截面尺寸为24 cm（宽）×15 cm（高），单位质量为25.54 kg/m，其取样性能参数和整体强度参数分别见表1和表2。
由表1 和表2 可知，合成轨枕的力学性能指标远远高于木枕，部分指标甚至优于混凝土轨枕；与木枕相比，其各项指标均可进行量化分析、检验，工业化生产的成品质量一致性好。
轨道结构受力分布基本在5 根轨枕范围内，分析在失效和正常状态下5 根枕轨的受力情况：①每隔1根轨枕就有1根轨枕失效（即3根轨枕分担轮重）；②所有轨枕均能正常工作（即5根轨枕分担轮重）。 新型丝杠螺母由高性能工程塑料 iglidur J200 制成。 在 igus 测试实验室中，这款新材料制成的螺母在硬质阳极氧化铝丝杠上运行的使用寿命比同样工况下由标准螺母材料制成的螺母长三倍。 配合铝制丝杠使用时，这款新型工程塑料制成的螺母可以降低噪音、减少震动，而且重量更轻。 它在火车和飞机的门系统以及物流搬运和自动化领域的应用中非常常见。 圆柱形和法兰式丝杠螺母常备库 存，适用于大螺距螺纹丝杠和自锁梯形螺纹丝杠。
合成轨枕2 与木枕截面抗弯刚度一致，可作为替代木的最佳尺寸。考虑与扣件、纵梁及钩头螺栓的安装问题，对合成轨枕截面形式进行优化（图6），增设底面凸肋，用于轨枕底托安装使用。
钢桥明桥面木枕采用K 型扣件，为无挡肩结构扣件，因此合成轨枕也使用该类扣件。典型的无挡肩扣件包括WJ-7 型、DT-Ⅱ型扣件等，具有扣压力大、弹性好、轨距保持能力强等特点。 合成轨枕为等截面中空结构，可在轨枕上安装具有承轨槽的铁垫板。 中国铁道科学研究院集团有限公司针对该合成轨枕及明桥面木枕开发了MQ-1 型扣件（图7）［12］，在扣件连接设计上充分利用了轨枕的中空结构，在轨枕内腔设置贝母，用于固定与铁垫板连接的锚固螺栓。
由于钢桥明桥面上设有预拱度、纵横梁平交螺栓、防爬角钢等，因此轨枕在纵梁不同位置的安装高度也有所差别。对于木枕来说，一般在其底部刻槽，通过调整刻槽深度和刻槽位置满足不同安装位置要求。合成轨枕在满足使用强度和挠度要求的前提下，截面尺寸相对较小，因此在既有明桥面上有足够的空间调整安装高度。本轨枕 采用一种可调节的底托标准件组合结构（图8），底托标准件由不同厚度和型号的调高垫板、轨枕底托组成，可适应不同纵梁位置安装，减少现场作业量。 轨枕底托与轨枕底部凸肋形成纵横向限位以保证底托的稳定性。
合成轨枕可直接采用木枕钩头螺栓的安装方式。木枕开槽后若现场处理不得当，内部更加容易腐朽，而合成轨枕无材质腐朽问题且抗压强度高，能有效地发挥钩头螺栓的防转动止挡作用。通过对钩头螺栓的安装进行优化，利用中空结构内置贝母及内腔阻止贝母转动的特点，借助安装工艺孔安装钩头螺栓贝母。该方案不仅防止钩头螺栓转动，也增加了对螺栓的防护。
结论： 复合材料合成轨枕强度指标均远优于木枕，可进行量化指标检验，其使用寿命、质量一致性相对木枕均具有较大优势；复合材料合成轨枕作为铁路领域新应用，日后必将成为铁路轨轨枕更新换代的主流产品。
转载自：复材网
来源：铁道建筑
作者：凌烈鹏1 王冬立2 张炜3
（1、中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所，北京；2、朔黄铁路发展有限责任公司，北京；3、保定京铁轨道装备有限公司，河北保定）
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