CN103952949B - Frp框架式轨枕结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及铁路轨道技术领域，尤其涉及一种FRP框架式轨枕结构，包括轨枕横梁构件；其中:所述轨枕横梁构件由FRP材料制成，该轨枕横梁构件为由上翼板、下翼板和中腹板构成的中空工型截面梁式构件，该工型截面梁式构件的中空内腔中填充有聚氨酯硬质泡沫体Ⅰ，所述轨枕横梁构件的两端设有榫槽；相邻两轨枕横梁构件由轨枕纵梁构件连接为一体，该轨枕纵梁构件也由FRP材料制成，所述轨枕纵梁构件为由顶板、底板和两侧板构成的中空箱形截面梁式构件，在该箱形截面梁式构件的中空内腔中填充有聚氨酯硬质泡沫体Ⅱ，该轨枕纵梁构件的两端具有与轨枕横梁构件榫槽匹配的榫头。所述轨枕结构适用于高速铁路，且使用寿命长和使用成本低。

Description

FRP框架式轨枕结构

技术领域

    本发明涉及铁路轨道技术领域，尤其涉及一种适用于高速铁路且使用寿命长和使用成本低的FRP框架式轨枕结构。

背景技术

随着高速铁路建设的发展，高速行驶安全性、舒适性和环保性的更高要求，促使支承钢轨的轨枕结构既要结构初始平整性和使用期几何不变性高，又要结构整体稳定性、减振降噪性和结构安全性、耐久性好，还要工业化施工程度高、工程质量易保证、后期维修养护省和使用期性价比优。现有的木轨枕和混凝土轨枕，无论是材料性能、结构形式还是结构功能和环保效果都难满足这种高技术要求，即使是已在日本大量推广应用和我国开始部份试用且评价比木、混凝土轨枕技术性能更优的聚氨酯合成轨枕，也因其结构整体性、稳定性和性价比等缺陷而难完全胜任。

综上所述，现有技术的木轨枕和混凝土轨枕由于其自身缺陷，无法满足高速铁路对轨枕性能的要求，尤其是木轨枕结构耐久性差和混凝土轨枕减振降噪性差的缺陷，不仅使其后期维护成本高和使用成本高，而且环保性差；聚氨酯合成轨枕也因其结构整体性、稳定性缺陷和使用成本高，也难满足高速铁路对轨枕结构的技术、经济综合要求。

为此，研发一种新的轨枕结构，以满足高速铁路安全性、舒适性和环保性对轨枕结构的高技术要求，一直以来是本领域技术人员较难攻克的技术难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于高速铁路且使用寿命长和使用成本低的FRP框架式轨枕结构。

为实现本发明上述目的而采用的技术方案是：一种FRP框架式轨枕结构，包括用于固定钢轨的轨枕横梁构件；其中:

所述轨枕横梁构件由FRP材料制成，该轨枕横梁构件又包括上翼板和下翼板，所述上翼板与下翼板之间通过中腹板连接成为中空的工型截面梁式构件，该工型截面梁式构件的内腔中填充有聚氨酯硬质泡沫体，该轨枕横梁构件两端支承钢轨处，对称地设有两块横隔板，所述两横隔板与其相交的上翼板和下翼板围合形成—中空的矩形截面榫槽，所述榫槽的轴线与钢轨的轴线一致；

相邻两轨枕横梁构件由轨枕纵梁构件连接为一体，所述轨枕纵梁构件也由FRP材料制成，该轨枕纵梁构件又包括顶板和底板，所述顶板与底板之间通过两块侧板连接成为中空的整体箱形截面梁式构件，在该整体箱形截面梁式构件的内腔中填充有聚氨酯硬质泡沫体，该轨枕纵梁构件的两端具有与轨枕横梁构件榫槽匹配的榫头；

所述榫头插入与其匹配的榫槽，实现轨枕横梁构件与轨枕纵梁构件的紧密配合式榫铆连接，构成轨枕横梁构件和轨枕纵梁构件上下共面的框架式整体轨枕结构；

使用时，所述框架式整体轨枕结构通过轨枕横梁构件贯通其上翼板上连接螺栓孔中的钢轨扣件紧固螺栓固定钢轨，轨枕横梁构件和轨枕纵梁构件底面齐平地弹性支承在道床上。

由于上述结构采用轻质、高强、完全弹性且弹性模量低的FRP材料制成，不仅动载疲劳性能好，而且能耐酸、碱、盐介质腐蚀，电绝缘性优，-30～70℃温度范围材料力学性能不降低，材料老化寿命不低于50年，故可保证FRP框架式轨枕结构设计寿命（≥30年）内的结构整体性、稳定性、耐久性和减振降噪效果几乎不降低，还可保证该轨枕结构适用于各种复杂边界条件和恶劣气候条件比木轨枕、混凝土轨枕及聚氨酯合成轨枕更有效，从而使轨道结构和高速铁路系统的结构安全性、营运舒适性和环保性得到真正有效的提高。并且，该轨枕结构结构自重轻（约为混凝土轨枕结构的1/10），工业化施工程度高，工程质量易保证，使用寿命长，使用期内无涂装养护和维修少，还省去了轨下及枕下橡胶减振垫，简化了钢轨扣件的构造与安装，可实现轨枕结构纵、横梁构件不拆除钢轨的快速更换，一期工程造价低于聚氨酯合成轨枕，使用期性价比优于木轨枕、混凝土轨枕和聚氨酯合成轨枕，用于高速铁路不仅使用寿命长和使用成本低；而且有望成为高速铁路轨道系统最优秀的轨枕结构形式。

附图说明

本发明可以通过附图给出的非限定性实施例进一步说明。

图1为本发明位于道床上的立面结构示意图。

图2为本发明位于道床俯视方向的结构示意图。

图3为本发明轨枕横梁构件的结构立面示意图。

图4为图3中A-A向结构剖面示意图。

图5为图3中B-B向结构剖面示意图。

图6为本发明轨枕纵梁构件的结构立面示意图。

图7为图6中C-C向结构剖面示意图。

图8为图6中D-D向结构剖面示意图。

图中：1、轨枕横梁构件；2、轨枕纵梁构件；3、钢轨；4、道床；11、上翼板；12、中腹板；13、下翼板；14、横隔板；15、聚氨酯硬质泡沫体Ⅰ；16、榫槽；17、凹槽Ⅰ；18、连接螺栓孔；21、顶板；22、侧板；23、底板；24、平隔板；25、聚氨酯硬质泡沫体Ⅱ；26、榫头；27、凹槽Ⅱ；。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

参见附图1至附图8，图中的FRP框架式轨枕结构，包括用于固定钢轨3的轨枕横梁构件1；其特征在于:

所述轨枕横梁构件1由FRP材料制成，该轨枕横梁构件1又包括上翼板11和下翼板13，所述上翼板11与下翼板13之间通过中腹板12连接成为中空的工型截面梁式构件，该工型截面梁式构件的中空内腔中填充有聚氨酯硬质泡沫体Ⅰ15，该轨枕横梁构件1的两端支承钢轨处，对称地设有两块横隔板14，所述两横隔板14与其相交的上翼板11和下翼板13围合形成一中空的矩形截面榫槽16，所述榫槽16的轴线与钢轨3的轴线一致；

相邻两轨枕横梁构件1由轨枕纵梁构件2连接为一体，所述轨枕纵梁构件2也由FRP材料制成，该轨枕纵梁构件2又包括顶板21和底板23，所述顶板21与底板23之间通过两块侧板22连接成为中空的整体箱形截面梁式构件，在该箱形截面梁式构件的中空内腔中填充有聚氨酯硬质泡沫体Ⅱ25，该轨枕纵梁构件2的两端具有与轨枕横梁构件1榫槽16匹配的榫头26；

所述榫头26插入与其匹配的榫槽16，实现轨枕横梁构件1与轨枕纵梁构件2的紧密配合式榫铆连接，构成轨枕横梁构件1和轨枕纵梁构件2上下共面的框架式整体轨枕结构；

使用时，所述框架式整体轨枕结构通过轨枕横梁构件1贯通其上翼板11上连接螺栓孔18中的钢轨扣件紧固螺栓固定钢轨3，轨枕横梁构件1和轨枕纵梁构件2底面齐平地弹性支承在道床4上。在该实施例中，轨枕横梁构件1与轨枕纵梁构件2榫铆连接成整体轨枕结构的连接方式，既保证了框架式轨枕结构的组装快速简单和几何精度高，又保证了该轨枕结构的温变伸缩可通过轨枕纵梁构件2的榫头26在轨枕横梁构件1的榫槽16内滑动实现而减小结构的附加约束内力。

框架式轨枕结构与其上钢轨3的外部连接，一是通过轨枕横梁构件1与轨枕纵梁构件2共面支承钢轨的大面积弹性支承连接；二是通过轨枕横梁构件1贯通其上翼板11螺栓孔18的钢轨3扣件紧固螺栓压紧钢轨3约束钢轨横向位移的局部约束连接。

框架式轨枕结构与其下道床4的外部连接，一是轨枕横梁构件1与轨枕纵梁构件2作为弹性地基框架梁与道床4的弹性支承连接；二是轨枕横梁构件1底面的凹槽Ⅰ17和轨枕纵梁构件2底面的凹槽Ⅱ27约束道床板、桥面板与其连接的环氧砂浆层构成纵横向剪力齿及约束道床碎石构成纵横向摩阻带增加的咬合式界面连接。

为增强轨枕横梁构件1与道床4连接的稳固性，上述实施例中，优选地：所述轨枕横梁构件1的下翼板13上设置有至少一个凹槽Ⅰ17，该凹槽Ⅰ17位于下翼板13的下壁板上且贯通整个下翼板13的下壁板。所述凹槽Ⅰ17的截面形状为矩形。所述凹槽Ⅰ17为三个。

为增强轨枕横梁构件1的使用性能，上述实施例中，优选地：所述轨枕横梁构件1的中腹板12的两侧板贯通上翼板11的上下壁板和下翼板13的上下壁板，将轨枕横梁构件1的中空内腔分隔成相互独立的七个独立内腔，聚氨酯硬质泡沫体Ⅰ15将独立内腔填满。

为增强轨枕纵梁构件2与道床4连接的稳固性，上述实施例中，优选地：所述轨枕纵梁构件2的底板23上设置有至少一个凹槽Ⅱ27，该凹槽Ⅱ27位于底板23外壁且贯通整个底板23外壁。所述凹槽Ⅱ27的截面形状为矩形。所述凹槽Ⅱ27为两个。

为增强轨枕纵梁构件2的使用性能，上述实施例中，优选地：所述轨枕纵梁构件2的两块侧板22之间设置有两块平隔板24，该平隔板24将轨枕纵梁构件2的中空内腔分隔为相互独立的三个独立内腔，聚氨酯硬质泡沫体Ⅱ25将独立内腔填满。

为增强轨枕纵梁构件2与轨枕横梁构件1连接的稳固性，上述实施例中，优选地：所述轨枕纵梁构件2的榫头26的截面面积小于轨枕纵梁构件2的截面面积，且榫头26位于轨枕纵梁构件2端头的几何中心。

在上述实施例中，FRP制成的框架式轨枕结构，既能通过FRP轨枕横梁构件1和轨枕纵梁构件2的高精度标准件以榫铆连接方式构成结构几何形状的初始精确性和使用期不变性高、轨枕纵梁构件2的榫头可在轨枕横梁构件1的榫槽内自由温变伸缩而不增加其约束内力的长效几何不变结构体系，又能配合轨枕横梁构件1的凹槽Ⅰ17和轨枕纵梁构件2的凹槽Ⅱ27与道床4增加的咬合式界面约束连接，提高框架式轨枕结构的面内外稳定性及抗变形破坏能力，还能借助轨枕横梁构件1和轨枕纵梁构件2共面增大的钢轨弹性支承面积及二者内腔内分别填充的聚氨酯硬质泡沫体Ⅰ15和聚氨酯硬质泡沫体Ⅱ25，增大轨枕结构对钢轨的弹性支承均匀性及减振降噪效果，减小轨枕结构传给钢轨的反作用力和传给道床的荷载集度，使整个轨道系统借助于该轨枕结构更合理的结构形式，获得结构体系受力更合理、更安全、减振降噪效果更明显、更均匀和结构耐久性更可靠的优异结构效果。例如，FRP框架式轨枕结构的承载能力和抗变形破坏能力，比木、混凝土、聚氨酯合成轨枕提高50%以上，减振降噪性能比木、混凝土轨枕提高50%以上，工程造价比聚氨酯合成轨枕节省20%以上。

在上述实施例中，FRP是指Fiber Reinforced Polymer，即纤维增强复合材料。

显然，上述描述的所有实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范畴。

综上所述，本发明完全适用于高速铁路，不仅使用寿命长和使用成本低，而且有望成为高速铁路轨道系统最优秀的轨枕结构形式。

Claims (10)

1.一种FRP框架式轨枕结构，包括用于固定钢轨（3）的轨枕横梁构件（1）；其特征在于:

所述轨枕横梁构件（1）由FRP材料制成，该轨枕横梁构件（1）又包括上翼板（11）和下翼板（13），所述上翼板（11）与下翼板（13）之间通过中腹板（12）连接成为中空的工型截面梁式构件，所述工型截面梁式构件的中空内腔中填充有聚氨酯硬质泡沫体Ⅰ（15），该轨枕横梁构件（1）两端支承钢轨（3）处，对称地设有两块横隔板（14），所述两横隔板（14）与其相交的上翼板（11）和下翼板（13）围合形成—中空的矩形截面榫槽（16），所述榫槽（16）的轴线与钢轨（3）的轴线一致；

相邻两轨枕横梁构件（1）由轨枕纵梁构件（2）连接为一体，所述轨枕纵梁构件（2）也由FRP材料制成，该轨枕纵梁构件（2）又包括顶板（21）和底板（23），所述顶板（21）与底板（23）之间通过两块侧板（22）连接成为中空的整体箱形截面梁式构件，在该箱形截面梁式构件的中空内腔中填充有聚氨酯硬质泡沫体Ⅱ（25），该轨枕纵梁构件（2）的两端具有与轨枕横梁构件（1）榫槽（16）匹配的榫头（26）；

所述榫头（26）插入与其匹配的榫槽（16），实现轨枕横梁构件（1）与轨枕纵梁构件（2）的紧密配合式榫铆连接，构成轨枕横梁构件（1）和轨枕纵梁构件（2）上下共面的框架式整体轨枕结构；

使用时，所述框架式整体轨枕结构通过轨枕横梁构件（1）贯通其上翼板（11）上连接螺栓孔（18）中的钢轨扣件紧固螺栓固定钢轨（3），轨枕横梁构件（1）和轨枕纵梁构件（2）底面齐平地弹性支承在道床（4）上。

2.根据权利要求1所述的FRP框架式轨枕结构，其特征在于：所述轨枕横梁构件（1）的下翼板（13）上设置有至少一个凹槽Ⅰ（17），该凹槽Ⅰ（17）位于下翼板（13）的下壁板上且贯通整个下翼板（13）的下壁板。

3.根据权利要求2所述的FRP框架式轨枕结构，其特征在于：所述凹槽Ⅰ（17）的截面形状为矩形。

4.根据权利要求2或3所述的FRP框架式轨枕结构，其特征在于：所述凹槽Ⅰ（17）为三个。

5.根据权利要求1所述的FRP框架式轨枕结构，其特征在于：所述轨枕横梁构件（1）的中腹板（12）的两侧板贯通上翼板（11）的上下壁板和下翼板（13）的上下壁板，将轨枕横梁构件（1）的中空内腔分隔成相互独立的七个独立内腔，聚氨酯硬质泡沫体Ⅰ（15）将独立内腔填满。

6.根据权利要求1所述的FRP框架式轨枕结构，其特征在于：所述轨枕纵梁构件（2）的底板（23）上设置有至少一个凹槽Ⅱ（27），该凹槽Ⅱ（27）位于底板（23）外壁且贯通整个底板（23）外壁。

7.根据权利要求6所述的FRP框架式轨枕结构，其特征在于：所述凹槽Ⅱ（27）的截面形状为矩形。

8.根据权利要求6或7所述的FRP框架式轨枕结构，其特征在于：所述凹槽Ⅱ（27）为两个。

9.根据权利要求1所述的FRP框架式轨枕结构，其特征在于：所述轨枕纵梁构件（2）的两块侧板（22）之间设置有两块平隔板（24），该平隔板（24）将轨枕纵梁构件（2）的中空内腔分隔为相互独立的三个独立内腔，聚氨酯硬质泡沫体Ⅱ（25）将独立内腔填满。

10.根据权利要求1所述的FRP框架式轨枕结构，其特征在于：所述轨枕纵梁构件（2）的榫头（26）的截面面积小于轨枕纵梁构件（2）的截面面积，且榫头（26）位于轨枕纵梁构件（2）端头的几何中心。