一种纤维增强预应力钢筋混凝土轨枕

摘要

本发明涉及一种纤维增强预应力钢筋混凝土轨枕，所述轨枕为一体浇筑成型，所述轨枕包括：轨枕本体和承轨区，所述承轨区表面为钢轨卡接座，所述承轨区为两块，分别位于轨枕两侧钢轨的下方，并位于所述轨枕本体上方；只在所述承轨区掺入纤维增强材料，并在所述轨枕本体中配置加强筋，所述纤维增强材料主要布置在钢轨支承面下方的主要受力区域内。通过设计在混凝土轨枕生产过程中在特定区域内掺入纤维材料，提高混凝土的耐磨性能和抗裂性能，并很好的适应轨枕受力情况，从而提高混凝土轨枕的使用寿命，并提高铁路运行的稳定性。

权利要求

1.一种纤维增强预应力钢筋混凝土轨枕，所述轨枕为一体浇筑成型，所述轨枕包括：轨枕本体和承轨区，所述承轨区表面为钢轨卡接座，所述承轨区为两块，分别位于轨枕两侧钢轨的下方，并位于所述轨枕本体上方；只在所述承轨区掺入纤维增强材料，并在所述轨枕本体中配置加强筋，所述纤维增强材料主要布置在钢轨支承面下方的主要受力区域内，所述纤维增强材料根据所述轨枕所受应力情况进行不均匀布置，即：应力越大区域纤维增强材料布置越多，应力越小区域纤维增强材料布置越少。

2.如权利要求1所述的纤维增强预应力钢筋混凝土轨枕，其特征在于，所述混凝土轨枕的轨下截面高度为230～250mm，枕中截面为190～210mm，轨枕底面宽为270～320mm，

3.如权利要求1所述的纤维增强预应力钢筋混凝土轨枕，其特征在于，所述纤维增强材料采用玄武岩纤维或钢纤维材料

4.如权利要求1所述的纤维增强预应力钢筋混凝土轨枕，其特征在于，所述加强筋采用普通钢筋或预应力钢丝。

5.如权利要求1所述的纤维增强预应力钢筋混凝土轨枕，其特征在于，钢轨直接放置于承轨区表面，并通过所述钢轨卡接座进行卡接。

6.一种如上述权利要求1-5所述的纤维增强预应力钢筋混凝土轨枕的制造方法，采用两个浇筑管道，所述两个浇筑管道：一个浇筑纯混凝土材料，另一个浇筑最大纤维增强材料配比的混合料，所述两个浇筑管道均连接到出料口，所述出料口具有搅拌器，同时浇筑，先浇筑轨枕本体，然后浇筑承轨区，根据预设不同区域的纤维增强材料配比，同时浇筑，控制不同浇筑管道的出料速度，达到预设配比。

7.如权利要求6所述的制造方法，其特征在于，所述预设不同区域的纤维增强材料配比，通过有限元分析软件，确定应力分布情况，根据应力分布情况，进行纤维增强材料配比的布置，应力越大区域纤维增强材料布置越多，应力越小区域纤维增强材料布置越少。

说明书

一种纤维增强预应力钢筋混凝土轨枕

技术领域

[0001] 本发明涉及一种铁路轨枕，尤其是添加纤维增强材料的钢筋混凝土轨枕。

背景技术

[0002] 近年来，重载铁路运输在世界范围内迅速发展，重载铁路运输因其运能大、效率高、运输成本低而受到世界各国铁路的广泛重视，已被国际上公认为铁路货运发展的方向，不仅在一些幅员辽阔、资源丰富、煤炭和矿石等大宗货物运量占有较大比重的国家，如美国、加拿大、巴西、澳大利亚、南非等发展重载铁路，大量开行重载列车，而且在欧洲以客运为主的客货混运干线上也开始开行重载列车。重载铁路发展过程中，增加轴重是一个重要的技术方向，世界上部分国家在重载铁路中已开始运营30吨轴重及以上的重载列车，取得了一定的经验。

[0003] 由于重载列车速度的提高、轴重及运量的增加，相应地增大了对线路的作用，使得在大轴重、高密度的运营条件下，轨道结构伤损增加，线路设备病害发生和发展速度加快。

[0004] 轨枕是轨道结构的关键部件，承受着来自钢轨的各向荷载并传递于道床，同时有效保持轨道的轨距、轨向等几何形态。轨枕按其材质分为木枕、混凝土枕、钢枕和复合材料轨枕等。随着高速、重载铁路发展，预应力钢筋混凝土枕已在世界铁路运输行业中的主要结构形式。混凝土枕的特点是自重大、刚度大、保持轨道几何能力强，有利于提高轨道的平顺性和稳定性。但随着重载运输的发展，现场调研显示混凝土轨枕在大轴重、大运量重载铁路中出现了不同程度的伤损现象，主要形式包括承轨面磨损、挡肩破损、轨枕轨下及中间截面横向裂纹等。因此，结合重载铁路运输的快速发展的工程背景，迫切需要研发一种性能优良的轨枕结构，控制轨枕伤损和劣化现象的发生、发展，延长预应力钢筋混凝土轨枕使用寿命。

[0005] 专利CN103790078A，公开了一种变厚框架式无砟轨道板，其底板(6)为长方体，在底板一个面上，沿长方体长度方向轴线(5)对称设有凸台(4)，沿凸台上表面的长度方向均布有承轨台(8)，底板上设有通孔(9)，通孔处于凸台之间，在底板、凸台中布设有玻璃纤维增强筋，底板、凸台、承轨台采用超高性能混凝土UHPC一体浇注成型，底板形成通过横向加筋混凝土结构(10)连接的框架结构，超高性能混凝土由水泥、石英砂、石英粉、硅灰、减水剂、钢纤维配制而成。该轨道板，为一体成型，纤维增强材料均匀布置在整个轨道板中，虽然强度增强，但弹塑性增大，应变变大，尤其在重载条件下，轨距的形变也会增大，同时纤维材料需要整体添加，其成本也会提高。

[0006] 专利CN05153674A，公开了一种轨距挡板(3)，由玄武岩纤维合成材料制成，玄武岩纤维合成材料的组分和组分的重量份配比包括：玄武岩纤维20～60份；聚氨酯20～40份；环氧树脂15～40份；稀释剂5～20份。橡胶垫板(8)的左右两侧对称设置挡板座(4)，挡板座(4)由玄武岩纤维合成材料制成。实际上，仅仅为局部部件采用纤维材料制成，与轨枕本体是分体的，由于该部件与混凝土轨枕材质不一致，导致其接触面上容易磨损松动，造成隐患。

[0007] 而专利CN105040531所述公开的，弹性轨枕包括轨枕本体(2)和设置于轨枕本体下方的弹性垫(1)，弹性垫通过粘结剂与轨枕本体的下表面粘结，并通过锚钉(3)与轨枕本体固定在一起。设置位置导致整体弹性变化过大，而且也会导致接触面受损。

[0008] 专利CN101457504A公开的增强纤维合成轨枕(1)，由增强纤维材料、纤维毡或编织布经树脂浸渍，通过设计截面形状的成型模具拉挤成型，并使之在模具内固化；增强纤维由高强度的玻璃纤维丝或玄武岩纤维丝或其他高强度、绝缘的纤维丝制作的无捻粗纱构成；设计截面形状可为中空结构，其内可填充砂石填料等。其采用空心设置，虽然省材料，仍然是均匀设置，而且受力较小，不能适应重载铁路的要求。

发明内容

[0009] 为解决上述问题，本发明意在提供一种纤维增强预应力钢筋混凝土轨枕，通过设计在混凝土轨枕生产过程中在特定区域内掺入纤维材料，提高混凝土的耐磨性能和抗裂性能，并很好的适应轨枕受力情况，从而提高混凝土轨枕的使用寿命，并提高铁路运行的稳定性。具体技术方案如下：

[0010] 一种纤维增强预应力钢筋混凝土轨枕，所述轨枕为一体浇筑成型，所述轨枕包括：轨枕本体和承轨区，所述承轨区表面为钢轨卡接座，所述承轨区为两块，分别位于轨枕两侧钢轨的下方，并位于所述轨枕本体上方；只在所述承轨区掺入纤维增强材料，并在所述轨枕本体中配置加强筋，所述纤维增强材料主要布置在钢轨支承面下方的主要受力区域内。

[0011] 进一步地，所述纤维增强材料根据所述轨枕所受应力情况进行不均匀布置，即：应力越大区域纤维增强材料布置越多，应力越小区域纤维增强材料布置越少。

[0012] 进一步地，所述混凝土轨枕的轨下截面高度为230～250mm，枕中截面为190～210mm，轨枕底面宽为270～320mm，

[0013] 进一步地，所述纤维增强材料采用玄武岩纤维或钢纤维材料

[0014] 进一步地，所述加强筋采用普通钢筋或预应力钢丝。

[0015] 进一步地，钢轨直接放置于承轨区表面，并通过所述钢轨卡接座进行卡接。

[0016] 一种如上述纤维增强预应力钢筋混凝土轨枕的制造方法，采用两个浇筑管道，所述两个浇筑管道：一个浇筑纯混凝土材料，另一个浇筑最大纤维增强材料配比的混合料，所述两个浇筑管道均连接到出料口，所述出料口具有搅拌器，同时浇筑，先浇筑轨枕本体，然后浇筑承轨区，根据预设不同区域的纤维增强材料配比，同时浇筑，控制不同浇筑管道的出料速度，达到预设配比。

[0017] 进一步地，所述预设不同区域的纤维增强材料配比，通过有限元分析软件，确定应力分布情况，根据应力分布情况，进行纤维增强材料配比的布置，应力越大区域纤维增强材料布置越多，应力越小区域纤维增强材料布置越少。

[0018] 采用本发明，能够达到以下技术效果：

[0019] 采用一体成型设计，轨枕受力均匀，整体性、耐久性提高，施工效率高，成本低；只在特定区域加入纤维材料，能够适应轨枕的受力情况，保持整体刚性和稳定性的前提下，提高耐久性；采用特定方式进行纤维材料的布置，可以更好的使轨枕适应重载铁路的应力需求

附图说明

[0020] 图1是本发明的轨枕的立面图；

[0021] 图2是本发明的轨枕的侧视图；

[0022] 图3是本发明的轨枕平面图。

具体实施方式

[0023] 下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

[0024] 如图1-3所示，一种纤维增强预应力钢筋混凝土轨枕，所述轨枕为一体浇筑成型，所述轨枕包括：轨枕本体3和承轨区2，所述承轨区2表面为钢轨卡接座，所述承轨区2为两块，分别位于轨枕两侧钢轨的下方，并位于所述轨枕本体上方；只在所述承轨区2掺入纤维增强材料，并在所述轨枕本体中配置加强筋1，所述纤维增强材料主要布置在钢轨支承面下方的主要受力区域内。

[0025] 进一步地，所述纤维增强材料根据所述轨枕所受应力情况进行不均匀布置，即：应力越大区域纤维增强材料布置越多，应力越小区域纤维增强材料布置越少。

[0026] 进一步地，所述混凝土轨枕的轨下截面高度为230～250mm，枕中截面为190～210mm，轨枕底面宽为270～320mm，

[0027] 进一步地，所述纤维增强材料采用玄武岩纤维或钢纤维材料

[0028] 进一步地，所述加强筋1采用普通钢筋或预应力钢丝。

[0029] 进一步地，钢轨直接放置于承轨区表面，并通过所述钢轨卡接座进行卡接。

[0030] 一种如上述纤维增强预应力钢筋混凝土轨枕的制造方法，采用两个浇筑管道，所述两个浇筑管道：一个浇筑纯混凝土材料，另一个浇筑最大纤维增强材料配比的混合料，所述两个浇筑管道均连接到出料口，所述出料口具有搅拌器，同时浇筑，先浇筑轨枕本体，然后浇筑承轨区，根据预设不同区域的纤维增强材料配比，同时浇筑，控制不同浇筑管道的出料速度，达到预设配比。也可以采用多段浇筑的方式，将承轨区按照应力分布情况分为N段，N≥3，在不同段浇筑不同纤维配比的混合料，由于同样路段的轨枕的应力分布基本相似，采用多段浇筑的方式可以实现大规模连续生产。

[0031] 进一步地，所述预设不同区域的纤维增强材料配比，通过有限元分析软件，确定应力分布情况，根据应力分布情况，进行纤维增强材料配比的布置，应力越大区域纤维增强材料布置越多，应力越小区域纤维增强材料布置越少。采用多段浇筑的方式，也是采用有限元分析软件，确定应力分布情况，根据应力分布情况，将承轨区分为N段，不同的段采用不同的纤维配比混合料。

[0032] 本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。不能以此限定本发明实施的范围，故其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修改，皆应仍属本发明权利要求书涵盖之范畴。