成功大學郭振銘老師攝

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鐵路工程
Railroad Engineering
軌道(三)
承托系統-軌枕
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軌道承托系統

目的



承載鋼軌下傳壓力,保護路基或高架結構
確保列車行駛安全舒適
傳統道渣式軌道

力的傳遞


輪軌接觸  鋼軌  軌枕  道渣
點
 線  小面積  大面積
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
軌枕功能

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

固定鋼軌,保持軌距,防止軌條側移、爬行
承載車重分布至道渣,減少沈陷及喪失幾何線形
抵抗側向、縱向力
軌枕材質




木枕:彈性、輕便。但壽命較短、阻抗力較低
混凝土枕:堅韌、抗磨損、抗老化、材質均勻、抗溫
濕伸縮、形狀多樣。缺乏彈性、易斷
鋼枕:重(阻抗力高)。價高、鏽蝕、絕緣養護不易
合成塑膠:服務年限長、質輕易搬運。太貴
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Source: http://www.gmt.co.uk/560H-1a-2.jpg/560H-1a-2-full.jpg
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Source: http://www.gmt.co.uk/560H-1a-2.jpg/560H-1a-2-full.jpg
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
種類
Pre ten sio n ed m o n ob lo ck
單塊枕
 雙塊枕


形狀與功能
plain tie
 joint tie
 bridge tie
 switch tie

Po st ten sio n ed m o n ob lo ck
Tw in blo ck
Source:軌道工程技術講義, 高速鐵路籌備處, 1993
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Source:軌道工程技術講義, 高速鐵路籌備處, 1993
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為什麼鋼軌座相鄰、或間距不同?
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
軌枕支承力

新鋪軌道
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反覆作用、震動壓實後,中央道渣較兩側緊密
 中央bending  斷裂
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
軌枕底部反力



Source:軌道工程技術講義, 高速鐵路籌備處, 1993
假設0.4—0.5N/m2均佈載重
正常較集中於鋼軌座下,枕中央反力小
通常最大正彎矩發生於慢速重軸載重
最大負彎矩隨動力載重增加而增加
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P
L2
P
L1
L2
w
L
L
2
0
PL1
P(L1 - 2L2 )
Mc 
  wxdx 
2
4
Mr  
L2
0
PL2
wxdx 
L
2
Mallow = allowI/c , where I = bh3/12, c = h/2  Mallow = allow(bh2/6)
If reduce the tie length L from 2591mm to 2438mm  Pallow 33% less
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依經驗觀察,
理想枕木長
約為軌距兩
倍;
太長
先
斷
1. 中央
2. 鋼軌座下
3. 同時
Source: Hay, William W., Railroad Engineering,John Wiley & Sons,1982
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0.0
0.10
0.20
0.30
P : 25000 lb Load on one rail
125 lb Rail
85 lb Rail
Distribution of Rail Force to Sleepers (from Talbot).
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
軌枕底部臨界應力
 上部因素
 下部因素
 軸重
 道渣支承狀況
 輪軌衝擊效應(鋼輪
 鋼軌、軌枕、道
完整程度、鋼軌接縫、焊
接品質、鋼軌表面平整、
避振系統)
渣之相對勁度
 車軸間距
 最大車速
 本身因素
 最小彎道半徑
 軌枕長度
 扣件系統之彈性
 軌枕間距
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
軌枕尺寸


底面積、側斷面都與道碴間的摩擦力有關
側斷面﹕斷面積需提供最大側向阻抗力

寬度   支承面積 ,但較難使枕下道渣有效支承


高度   抗彎強度、軌枕重量、側向抵抗力


以提供足夠的斷面係數以抵抗彎矩為度
底面 ﹕降低下傳道渣壓力


務使鋼軌與枕木的接觸面積壓力小於枕木抗壓強度
重覆載重的沈陷量與軌枕底面積成反比
鋼軌座﹕1:40 – 1:20向中央傾斜
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
預力混凝土軌枕之生產

精度要求﹕



先拉預力混凝土早期強度要求﹕


軌枕本身 —  3 mm
埋設扣件零件 —  0.8mm
14 — 15小時高溫養治達到35 — 40 MPa
生產方式


先拉法﹕長生產線(long line method)、短生產線(short line method)
後拉法﹕立即脫模(instant demoulding method)
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
枕木配置

影響軌道的承載能力



以不影響砸道之最小間距為原則(間距30cm以上為
理想)
荷重大時可縮小枕木間距
一般以每公里根數表示


一般區間約自1,400至1,800根左右
曲線地段、上下坡地段、路基軟弱處所,及列車載重大、
速度快及輪送量大的路線,枕木配置須較密。
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