钢轨和钢轨附件

钢轨提供了三种功能。它必须抵抗来自车轮的接触压力，它必须能够在沿着轨道的几 个轨枕上分配车轮荷载，并且它必须重复地这样做而不被破坏。为了完成这个，钢轨必须 坚硬且具有足够的刚度、抗弯强度和疲劳强度。

图19-10 钢轨的主要尺寸

为了提供弯曲刚度和强度，钢轨定形为稍微类似I梁的截 面。但是轨头制作得比普通I梁更窄且更深，以更好地抵抗来 自带凸缘轮的接触压力和磨损。　表19-2和图19-10显示了已 经在真实的钢轨吨位中轧制或现今在美国轧制的截面的主要 尺寸和物理性能。更加巨大的截面用于繁忙交通和高速线路中。

在美国和加拿大，钢轨的标准长度是39ft。

在轨腰一侧以凸起的文字轧制的商标给出了轨道每码以 磅计的重量、截面编号、制造厂、轧制的年月以及制造的方法。一个典型的商标如下：

表19-2 钢轨截面的物理特性

在轨腰的相反侧，火印钢轨以显示熔炼炉号、钢轨字母 (锭铁的状态) 以及锭铁 编号。

当前，仅仅制造每码重115lb或更重的钢轨，除非依据特殊的定制。可以在美国铁道 工程和线路养护协会的《铁道工程手册》 中得到钢轨规范。典型的钢轨的化学成分示于表 19-3。为标准钢轨规定的最低布氏硬度是300。在高强钢轨 (合金或热处理的) 中的布氏 硬度通常是340～380。对内部缺陷进行超声波试验，超过39ft的长度的钢轨必须满足对 侧弯和向上弯曲的规定尺寸容差要求。

表19-3 钢轨的化学成分限制，重量百分比

锰

硅

0.80～1.1

0.10～0.60

硫，最多

0.037

钢轨的控制冷却 (在控制的条件下减缓冷却速率) 在防止微细龟裂方面是有效的。这 些可能导致使用中横向裂纹的发展，因此控制冷却包含在钢轨规范中，除了钢轨是由真空 脱气钢制成之外。

在曲线上，很多铁道使用使轨头上面部分热处理的充分热处理钢轨，或者合金钢钢 轨，以更好地经受住发生在曲线外轨的凸缘磨损以及发生在低轨上的金属变形和起皱。

1 钢轨中的应力和应变

由异乎寻常的重荷载产生的钢轨应力和降低，可以通过将钢轨认为是一个在弹性支承 上的连续梁来计算 (美国铁路工程学会论文集，第19卷，pp.878-896)。对于通常使用中 的轨枕间隔，钢轨是连续支承的这个假定不会引起重大的误差。轨座的弹性模量u是使钢 轨压低1in时所必需的均布线荷载 (lb/in)。进一步假定，在任一点，钢轨在其支座上的 压力 (lb/in) 是

p=uy (19.15)

式中 y——钢轨降低量，单位为in。

另一个重要的术语是从施加轮载的点到由此荷载引起的弯矩变成0然后反向的点之间 的距离X₁ (in)。

(19.16)

式中 E——钢轨钢的弹性模量 (30000ksi);

I——钢轨的惯性矩 (in⁴)。

对于单轮重，沿着钢轨的弯矩和钢轨降低可以按照M0和Y0从图19-11中确定。

M₀＝0.318PX₁ (19.17)

(19.18)

式中 P——轮重 (lb);

M₀——轮重产生的弯矩 (in · lb);

Y₀——在轮重下钢轨的降低 (in)。

因为总是多于一个轮重，通过一次施加一个车轮并代数组合这些作用，控制图表可以 用于确定对于所有车轮钢轨中任一点处的弯矩和降低。那么，在该点轨底的最大弯曲应力 可以通过将总弯矩除以轨道对底部的截面模量来确定。通过计算相对于轨枕间隔的平均钢 轨降低量并乘以轨枕间隔和模量u，可以确定轨枕荷载或反作用力。

u的数值必须通过在轨道中的实际测量来确定。这个数值从对于带有很少道碴和压实 不好的道床的轨道上的500变化到对带有足够的道碴和压实良好的道床的轨道上的2000或更大。u的数值在计算钢轨应力中不是关键的，但是对于钢轨降低是重要的。