3.53.02.5轨枕位移/mm2.01.51.00.5 弹性轨枕 普通轨枕20304050607080901001100.0枕上荷载/kN图15.3.3 道床荷载与轨枕位移实测曲线
表15.3.2 道床支承刚度实测值 （kN/mm）
枕上荷载(kN) 普通轨枕 弹性轨枕 40 70 14 50 74 17 60 77 19 70 85 23 80 93 25 90 99 28 100 105 31 3）钢轨支座综合刚度Kz的计算值
钢轨支座综合刚度根据轨下胶垫刚度（60-10-11型KP=100kN/mm）和道床支承刚度实测值按串联弹簧模式计算，其结果见表15.3.3。
表15.3.3 钢轨支座综合刚度计算值 （kN/mm）
枕上荷载(kN) 普通轨枕 弹性轨枕 40 41 12 50 43 15 60 44 16 70 46 19 80 48 20 90 50 22 100 51 24 4）轨道刚度Kr的计算
以枕上压力60kN，钢轨支座综合刚度实测值普通轨枕轨道44kN/mm，弹性轨枕轨道16kN/mm为计算条件，则据轨道垂向刚度计算公式Kr = ((4Kz/a)3·EI)1/4，可得两种轨道的轨道刚度Kr分别为：
普通轨枕Kr=((4×44000/540)3×6.4449×1012)1/4=122kN/mm 弹性轨枕Kr=((4×16000/540)3×6.4449×1012)1/4=57kN/mm 5）对比分析
①根据试验结果分析推算的弹性轨枕轨道刚度为57kN/mm，它恰到好处于轨道合理刚度期望值55~65kN/mm范围内，若与在同样试验条件下所推算的普通轨枕轨道刚度122kN/mm相比，可见，使用弹性轨枕至少可提高轨道弹性一倍以
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上。
②作为对比，日本新干线研发的弹性轨枕，要求碴上实尺弹性轨枕静刚度目标值为40kN/mm，轨道支点刚度目标值为20kN/mm左右，如此，弹性轨枕轨道刚度Kr为：
Kr=((4×20000/600)3×6.4743×1012)1/4=63kN/mm
而德国高速有碴轨道，要求采用B70普通混凝土枕(有效支承面积F=5700cm2)和Zw700弹性基板(静刚度Kp=70kN/mm)，据此在良好路基上的道床支承刚度Kb、轨道支点刚度Kz和轨道刚度Kr分别为：
Kb=570000×0.5×0.15=42.75kN/mm Kz=42.75×70/(42.75+70) =26.54kN/mm Kr=((4×26540/600)3×6.4155×1012)1/4=77kN/mm
由此可见，本项目研发的弹性轨枕轨道刚度Kr=57kN/mm与日本新干线弹性轨枕轨道刚度Kr=63kN/mm大体相当。而优于德国高速线B70普通混凝土枕轨道刚度Kr=77kN/mm。为降低轨道刚度，德国正在试铺Kp=27kN/mm的弹性基板，如是，轨道刚度将变成Kr=54kN/mm，也起到了铺设弹性轨枕的作用。这里应当指出，德国之所以采用刚度如此低的弹性基板，是由于Vossloh扣件结构与中国和日本所用的扣件系统不同。
6）本节小结
道床支承刚度的实测计算结果表明：
①普通轨枕轨道刚度高于弹性轨枕轨道刚度2倍以上； ②弹性轨枕轨道刚度持有木枕轨道刚度水平；
③采用弹性轨枕对提高轨道弹性，降低轨道刚度，减少养护维修工作量是有利的、可行的。
（2）道床横向阻力
从保证无缝有碴轨道的膨曲稳定性出发，必需掌握弹性轨枕的道床横向阻力特性。图15.3.4为道床横向阻力测试布置图，图15.3.5为Ⅱ型弹性轨枕与Ⅱ型普通轨枕两种试验轨道道床横向阻力的测试结果。
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千斤顶加载横梁：百分表：压力传感器钢轨轨枕百分表固定架54017001614
图15.3.4 道床横向阻力测试布置图（单位mm） （13.8）/kN/枕12(10.2)10864200246810道床横向阻力 弹性轨枕 普通轨枕轨枕横向位移/mm图15.3.5 道床横向阻力测试结果
实测结果表明，同一位移的道床横向阻力弹性轨枕小于普通轨枕，这是因和道床碎石相接触的防振橡胶层的弹性变形所致。当轨枕横向位移为2mm时，试验轨道道床横向阻力的测试值Ⅱ型普通轨枕为13.8kN/枕，Ⅱ型弹性轨枕为10.2kN/枕。根据以往对Ⅱ型PC枕有碴轨道的现场实测统计结果一般为9.8kN/枕来看，弹性轨枕试验轨道接近该值，这对于无缝线路的稳定性没有特别的问题。
（3）轨枕荷载力矩
设置枕下垫板的弹性轨枕在使用中轨枕的荷载力矩如何是人们所关注的一个问题。为此，按图15.3.6所示的布置图测试了弹性轨枕与普通轨枕的轨下和中间截面的荷载力矩。图15.3.7和图15.3.8分别为弹性轨枕与普通轨枕轨下和中间截面荷载力矩测试结果。
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荷载P电阻应变片加载梁轨枕道碴槽 图15.3.6 轨枕荷载力矩测试布置图 10/kN.m86轨下截面荷载力矩42 弹性轨枕 普通轨枕0020406080100承轨槽荷载/kN
图15.3.7 轨下截面轨枕荷载力矩测试结果 10/kN.m86中间截面荷载力矩42 弹性轨枕 普通轨枕0020406080100承轨槽荷载/kN
图15.3.8 中间截面轨枕荷载力矩测试结果
由图15.3.7和图15.3.8可知，在同一承轨槽荷载作用下，弹性轨枕荷载力矩低于无枕下垫板的普通轨枕。轨下截面荷载力矩约降低1.5kN·m左右，而中间截面随着荷载的增大弹性轨枕的荷载力矩增幅明显比普通轨枕缓慢，这表明弹性轨枕在高速重载的运营条件下更利于改善轨枕的受力状态。
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15.3.3 室内动载试验结果及分析 （1）概述
为了解和掌握弹性轨枕在有碴轨道中的作用，对实尺弹性轨枕和普通轨枕两种有碴轨道，利用脉冲疲劳试验机进行了重复荷载作用下轨道的下沉特性和橡胶垫板的耐久性能试验。
脉冲疲劳试验是以静载Pmin=60kN，动载Pmax=400kN，频率f=8.33Hz的动载条件连续加载400万次。数据采集使用DDS32数据采集仪和位移传感器及TOSHIBA笔记本电脑，图15.3.9为测试框图，图15.3.10为试验全景。
疲劳荷载 位移传感器 数据采集 数据存储 数据整理
图15.3.9 脉冲疲劳试验框图
图15.3.10 脉冲疲劳试验实景
（2）道床下沉特性 1）评价准则
对于有碴轨道来说，道床下沉是轨道下沉的主要来源。那么用什么指标来评价道床下沉特性呢？一般，在道床捣固作业之后，道床下沉的变化过程可用
y = -re-αx + βx + γ
来描述。式中：y─ 道床下沉量，x─ 累计通过总重，e─ 自然对数的底，α─ 压实下沉系数，β─ 流动下沉系数，γ─ 捣固质量系数。
因而，可用上式中对道床下沉快慢影响最大的三个主要参数α、β、γ来评价。α值大意味着经过较小的荷载反复作用次数道床的初期压实过程就很快完结了；β值则表示道床长期下沉的增长率，显然β值小意味着道床变形增长慢；而γ值
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