科普 | 无缝钢轨热涨冷缩问题是如何解决的-全球快讯
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上海市土木工程学会
(资料图片)
在高铁出现之前，乘坐火车时“哐当哐当哐当……”的声音，是很多人难以忘却的经历和回忆。坐在今天的高铁上，会发现车轮与铁轨间有节奏的“哐当”声响很难再听得到。网上有人说，发生这种变化是因为原来在钢轨街接的地方是有缝隙的，但现在的铁轨之间都是没有缝隙的，所以也就没有了噪声。
这是真的吗？
首先，必须要说上面的说法是真的！
在以前的铁路上，靠近钢轨仔细观察，会发现每隔10余米，两截钢轨之间就会留有一点空隙。
为什么要在钢轨间留一点空隙呢？原来，这样做是为了解决钢轨的热胀冷缩问题。如果没有这个缝隙的话，钢轨受热伸长就会相互挤压、扭曲、上拱，使整条铁路变形。夏天天气炎热时，钢轨长度增大，没有预留缝隙的钢轨只能向上隆起，显然这样对行车安全不利。为避免这种现象的发生，必须在钢轨之间预留缝隙。
西安局阎良工务段职工进行钢轨防胀检查
钢轨间的缝隙到底应当留多大合适呢？为了行车安全，轨缝一般不能超过11mm，由实验测定：钢轨温度每变化1℃，每一米钢轨就会伸缩0.011mm。在中国，南方和北方的铁路线上，冬夏之间的气温通常可相差80℃左右，根据固体线膨胀关系计算下来，每一段钢轨的长度以12.5m为宜。
再告诉大家一个有趣的数字，以前从北京到广州（京广铁路）钢轨间留的缝隙加起来有2000m长。
现在的铁轨没有缝隙了，是为了消除这种“哐当”声吗？
其实之所以要选择使用无缝铁轨是因为高速铁路的必须要求。由于车轮会对钢轨产生冲击，列车运行速度过高的时候，钢轨间的缝隙会有造成火车脱轨的危险。当火车的时速超过140公里之后，就必须要使用无缝铁轨。
那么，无缝铁轨的热胀冷缩问题怎么解决呢？
以前用的是枕木和道钉，压力不够，无法锁定轨道，所以需要留有缝隙来释放压力。无缝轨就是把铁轨因为热胀冷缩导致的温度形变控制在两个轨枕之间。具体做法就是用扣板和螺栓将铁轨死死的摁在轨枕上。因为固定装置是具有弹性的(上下方向)，那么当来自钢轨向上提升所产生的升力，由固定装置将力转移吸收到自身，并最终将力通过螺丝传给枕木。而钢轨下面橡胶垫的膨胀系数比钢轨大，所以一直可以保持钢轨底部为非空受力状态。
无缝钢轨无缝钢轨的在焊接处是通过紧固件来抑制热涨冷缩的，每个紧固件提供1吨的力，两端各100个紧固件。共计200吨的力。
当然上述描述只是整体上的原理，细节上是很多技术技术进步的综合，如：
在轨道钢材上下功夫，选热胀冷缩形变较小的材料制造钢轨；
用优质的轨枕和扣件，压力足够大，将铁轨死死压在轨枕上，在顺着轨道方向上不会位移。所有的形变（应力）被锁定在轨枕之间的一小段铁轨里，不会集中爆发出来；
焊接技术的进步，充分考虑铁轨当地温度的变化区间，选择适中的温度焊接无缝轨，压紧扣件，专业上俗称锁定轨温。这样温度正负变化所产生的应力都在可控制范围内。
列车设计运行上的技术，当车轮行至两根钢轨接缝时，车轮踏面的一部分压在第一根钢轨上的同时，车轮踏面的另一部分同时压在第二根钢轨上了，使两根钢轨同时受力，使车轮平滑通过两钢轨接缝处，不产生振动。
南宁局玉林工务段职工进行钢轨应力放散调整作业
除了上面的因素之外，也有网友认为是因为普通铁路是以石子和枕木为基础的，铁轨无依无靠地裸露于枕木上，与地表不接触，温差比地面大，任何膨胀收缩都是自己承担，做成无缝必然造成隆起或断裂。
现在的高速铁路都是高架结构、钢筋混凝土材料，钢轨与路面的温度、膨胀系数都是一致的，无需对钢轨的热胀冷缩做特殊处理。列车经过时造成的升温效应微乎其微，靠弯道以及弹簧和橡胶材料的辅助完全能够消化。至于铆钉，仅仅是起到防止脱轨的作用而已。
最后，再为大家奉上一些无缝铁轨的小常识：
1.高铁那么铁轨长，无缝钢轨怎么生产出来的？
无缝钢轨在刚生产出来的时候，也是一节一节的，通过无缝钢轨焊接机，将两根钢轨相邻两端升温至1000度以上，然后两根轨道挤压到一起。这样焊接出来的轨道，可以达到500米长。经过焊接、打磨、检验一道道工序的钢轨，将被运输到铺设现场，再与其它轨道再次焊接，最终成为几百公里长的无缝轨道。
2.中国那么大，从南到北用的都是这种无缝钢轨技术吗？
中国的南方一年四季温差相对较小，所以它更适合于铺设无缝线路。中国的北方夏天跟冬天的温差比较大，需要定期把钢轨扣件全部打开，进行应力释放。南方就基本不用应力释放。
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