高速鐵路無砟軌道鋼軌原始彎曲測試與統計分析

曾樹清 袁家鈺 曾志平

(1.寧鄉縣第十三高級中學，湖南長沙 410600;2.中南大學土木工程學院，湖南 長沙 410075)

0 引言

防止無縫線路脹曲是無縫線路誕生以來一直備受關注的熱點問題［1］。影響無縫線路軌道穩定的主要因素包括鋼軌溫升幅度、鋼軌原始彎曲、道床橫向阻力以及軌道框架剛度［2］。有關研究人員對普通鐵路無縫線路鋼軌原始彎曲和道床橫向阻力等參數進行了大量的測試與分析，得出了相應的統計規律，有效地指導了無縫線路軌道結構的設計、施工與養護維修。近年來，我國高速鐵路呈跨越式發展之勢，其軌道結構的形式及相關技術標準也日新月異，如100 m定尺長鋼軌、無砟軌道等。行車速度越高，軌道結構平順性和穩定性的要求就越苛刻。為了保證高速鐵路的高平順性，軌道結構各個部件的設計、制造、運輸和施工都非常嚴格。因而，長鋼軌的原始彎曲也可能與普通鐵路鋼軌的原始彎曲存在較大的差異。本文采用弦線法，對某高速鐵路開通運營之前的鋼軌原始彎曲進行了測試，經數理統計分析，得出鋼軌原始彎曲矢度與平方之比的平均值與標準差，可為高速鐵路無縫線路穩定性計算提供參考。

1 測試方法

鋼軌原始彎曲采用弦線法測量［3］，即在直線軌道上用不同的弦長(10 m，8 m，6 m，4 m)，用小鋼尺量測其對應的原始彎曲矢度(如圖1所示)。

圖1 鋼軌原始彎曲測量方法

2 測試結果及分析

2014年1月22日～2014年1月25日，在某即將開通的高速鐵路上進行測量，共測量數據90組，測量過程中平均軌溫為18.7℃。線路基本概況如下:設計時速350 km，CRTSⅡ板式無砟軌道，100 m定尺長鋼軌，福斯羅300型彈條扣件。測量結果如圖2和表1所示。從中可見，鋼軌原始彎曲具有較大的離散性。且隨著弦長增加，鋼軌原始彎曲矢度的平均值及標準差也隨之增大。由于測量期間鋼軌溫度比較低，測量結果可視為鋼軌塑性原始彎曲。將不同弦長測得的原始彎曲矢度除以弦長的平方，得到原始彎曲的平均值、標準差及變異系數分別為1.992×10－7，6.409×10－8和0.30。將鋼軌原始彎曲矢度與弦長平方之比作正態檢驗如圖3所示。采用t檢驗法進行檢驗可得，h=0，sig=1，由此可知，鋼軌原始彎曲矢度與弦長平方之比近似服從正態分布，95%的置信區間為［1.930×10－7～2.055×10－7］。對比文獻［4］的結果可知，高速鐵路鋼軌原始彎曲矢度與弦長平方之比明顯小于普通鐵路鋼軌原始彎曲矢度與弦長平方之比(1.754 9×10－6)，這也反映了高速鐵路鋼軌具有更好的平順性。

圖2 鋼軌原始彎曲測試結果示意圖

表1 鋼軌原始彎曲測試結果

圖3 正態分布檢驗

3 結語

通過對高速鐵路無砟軌道鋼軌無縫線路的現場測試和數理統計分析表明:

1)高速鐵路鋼軌原始不平順較小，鋼軌原始彎曲矢度與弦長平方之比約等于普通鐵路鋼軌原始彎曲矢度與弦長平方之比的1/8;

2)高速鐵路鋼軌原始彎曲矢度與弦長平方之比具有比較大的離散性，但可視為正態分布。

［1］陳秀方.軌道工程［M］.北京：中國建筑工業出版社，2005：120-182.

［2］高 亮.軌道工程［M］.北京：中國鐵道出版社，2010：153-192.

［3］中南大學土木工程學院.青藏鐵路格望段無縫線路試驗段關鍵技術的研究子課題報告［R］.長沙：中南大學，2007：41-50.

［4］TB 10082-2005，鐵路軌道設計規范［S］.