目前我国重载线路大量使用的轨枕是Ⅲ型混凝土轨枕。Ⅲ型混凝土轨枕在重载线路应用过程中出现了一定的问题,如轨枕开裂、挡肩破损及道砟粉化严重等。为了更好的解决我国重载铁路轨枕破坏的问题,有必要设计专门的轨枕与之配套使用。本文提出了一种30 t轴重重载铁路轨枕的设计方案,以减少重载铁路轨枕的破坏,延缓道砟粉化,使重载铁路轨道结构更加完善。首先,根据各国重载铁路轨枕参数统计数据,初步确定了轨枕的最初尺寸范围。运用极限状态的方法对预应力混凝土轨枕的截面进行了初步设计。截面设计过程主要包括混凝土轨枕荷载作用效应(荷载弯矩及荷载应力)和截面抗力(承载弯矩及承载应力)计算。根据《铁路轨道极限状态法设计暂行规范》中预应力混凝土轨枕设计方法的相关规定,确定了轨枕承载能力极限状态、正常使用极限状态、疲劳极限状态下荷载作用效应的分项系数分别为1.5、1.2、1.0。研究了不同高度、宽度、长度下预应力混凝土轨枕的荷载作用效应和截面抗力变化规律,还分析了配筋率及预应力筋张拉力对轨枕抗力的影响,由此优选混凝土轨枕的截面尺寸。其次,利用ANSYS有限元软件,建立预应力混凝土轨枕有限元模型。研究了轨枕枕腰渐变、预应力筋的布置形式、道床支承状态等因素对混凝土轨枕应力状态的影响。基于混凝土轨枕应力状态,进一步优选了混凝土轨枕设计截面参数。最后,利用有限元理论和混凝土损伤理论,建立了混凝土轨枕静载抗裂试验有限元模型,研究所设计轨枕的开裂静荷载和开裂弯矩。并与Ⅲ型轨枕的抗裂性能进行对比,再次对设计轨枕的截面进行优选。根据理论计算和有限元数值计算结果,轨枕长度建议取值2 600 mm,轨枕轨下宽度建议值取为350~450 mm,轨枕轨下高度的取值建议为190~210 mm,枕腰渐变值建议取10%。由此初步确定了6种适用于30 t轴重重载铁路的轨枕截面。经过混凝土轨枕应力状态分析和混凝土轨枕静载抗裂性研究,确定混凝土轨枕最终设计截面为:5号轨枕截面,其中设计轨枕的配筋形式采用双排布置。该混凝土轨枕相对于传统的Ⅲ轨枕抗裂性能而言,轨下抗裂性能提高4.7%,轨中抗裂性能提高22.7%,轨枕的质量增大25.9%。