無縫線路教學(xué)ppt

1、第六章 無縫線路,一、無縫線路基本知識(shí) 二、無縫線路基本原理 三、無縫線路的穩(wěn)定性 四、普通無縫線路設(shè)計(jì) 五、橋上無縫線路設(shè)計(jì) 六、跨區(qū)間無縫線路,內(nèi)容提要,1基本概念 無縫線路也叫長(zhǎng)鋼軌線路。就是把若干根標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度的鋼軌經(jīng)焊接成為10002000m而鋪設(shè)的鐵路線路。 通常是在焊軌廠將無孔標(biāo)準(zhǔn)軌焊接成200500m的軌條，再運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)就地焊接后鋪設(shè)。,一、無縫線路基本知識(shí),2.鋪設(shè)無縫線路的意義,（1）無縫線路在長(zhǎng)鋼軌內(nèi)消滅了鋼軌接頭，列車通過時(shí)高頻沖擊荷載的動(dòng)態(tài)響應(yīng)消除，相應(yīng)地線路病害減少。,（3）無縫線路是當(dāng)今軌道結(jié)構(gòu)的最佳選擇，它以無可非議的優(yōu)越性得到各國(guó)鐵路的承認(rèn)。幾十年來，世界各國(guó)競(jìng)相發(fā)

2、展。我國(guó)鐵路無縫線路近年來在技術(shù)上有很大進(jìn)步，在數(shù)量上有快速增長(zhǎng)。,（2）美國(guó)統(tǒng)計(jì)，無縫線路鋼軌壽命延長(zhǎng)約40%；日本統(tǒng)計(jì)，采用無縫線路的鋼軌(50型)更換周期由原來的400Mt延長(zhǎng)到了500Mt。原蘇聯(lián)統(tǒng)計(jì)，通過總重500Mt以后的鋼軌（P65型）抽換數(shù)，降低了3倍。我國(guó)統(tǒng)計(jì)，無縫線路鋼軌使用壽命延長(zhǎng)1.25倍。,一、無縫線路基本知識(shí),（1）可延長(zhǎng)鋼軌使用壽命； （2）可減少養(yǎng)護(hù)維修勞力和材料； （3）可減少列車運(yùn)營(yíng)耗能； （4）鋪設(shè)CWR的附加費(fèi)用少。,無縫線路與有縫線路相比具有的優(yōu)點(diǎn)：,CWR:continuously welded rail,一、無縫線路基本知識(shí),（1）按處理溫度應(yīng)力的

3、方式分：,3.無縫線路的類型,放散應(yīng)力式無縫線路,溫度應(yīng)力式無縫線路,適用于年軌溫差較大的地區(qū)，或溫度力較大的特殊地段。,一、無縫線路基本知識(shí),溫度應(yīng)力式無縫線路,(1)結(jié)構(gòu)形式：是由一根焊接長(zhǎng)鋼軌及其兩端24根標(biāo)準(zhǔn)軌組成，并采用普通接頭的形式； (2)受力狀況：無縫線路鋪設(shè)鎖定后，在鋼軌內(nèi)部產(chǎn)生很大的溫度力，其值隨軌溫變化而異； (3)特 點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，鋪設(shè)維修方便，應(yīng)用廣泛； (4)鋪設(shè)范圍：對(duì)于直線軌道，鋪設(shè)50kg/m和60kg/m軌，每公里配量1840根或1667根混凝土枕時(shí)，鋪設(shè)溫度應(yīng)力式無縫線路允許軌溫差分別為100和104。,一、無縫線路基本知識(shí),（2）按長(zhǎng)軌條長(zhǎng)度分： 普通無

4、縫線路（溫度應(yīng)力式-有緩沖區(qū)） ：L10002000m 全區(qū)間無縫線路：L區(qū)間長(zhǎng)度 跨區(qū)間無縫線路：L區(qū)間長(zhǎng)度并焊連無縫道岔,一、無縫線路基本知識(shí),（3）按CWR鋪設(shè)位置分： 路基無縫線路； 橋上無縫線路； 岔區(qū)無縫線路,一、無縫線路基本知識(shí),（4）按長(zhǎng)鋼軌接頭的聯(lián)結(jié)型式分： 焊接接頭 膠結(jié)接頭 凍結(jié)接頭,一、無縫線路基本知識(shí),焊接接頭：閃光焊、氣壓焊 鋁熱焊,一、無縫線路基本知識(shí),國(guó) 外,4.無縫線路發(fā)展歷史,鋪設(shè)無縫線路能收到節(jié)約材料、勞力、能耗等綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果，是當(dāng)今軌道結(jié)構(gòu)的最佳選擇，它以無可非議的優(yōu)越性得到各國(guó)鐵路的承認(rèn)。幾十年來，世界各國(guó)競(jìng)相發(fā)展。我國(guó)鐵路無縫線路近年來在技術(shù)上有

5、很大進(jìn)步，在數(shù)量上有較快增長(zhǎng)。,中 國(guó),1915年，歐洲在有軌電車軌道上開始使用焊接長(zhǎng)鋼軌，焊接軌條長(zhǎng)度約為100200m。20世紀(jì)30年代，世界各國(guó)開始在鐵路上進(jìn)行鋪設(shè)試驗(yàn)。到了50、60年代，由于焊接技術(shù)的發(fā)展，無縫線路得到推廣應(yīng)用和迅速發(fā)展。,我國(guó)于1957年開始在京滬兩地各鋪設(shè)1 km無縫線路，次年才進(jìn)行大規(guī)模的試鋪。1961年底我國(guó)共鋪設(shè)無縫線路約150km，6070年代對(duì)在線路特殊地段鋪設(shè)無縫線路進(jìn)行了理論和試驗(yàn)研究，并取得了成功，為在線路上連續(xù)鋪設(shè)無縫線路創(chuàng)造了條件。至2007年，我國(guó)鐵路正線無縫線路長(zhǎng)度已達(dá)5.2萬公里，占正線總長(zhǎng)的比重達(dá)到58。,一、無縫線路基本知識(shí),一、無縫

6、線路基本知識(shí),4,5,一、無縫線路基本知識(shí),一、無縫線路基本知識(shí),5,一、無縫線路基本知識(shí),一、無縫線路基本知識(shí),一、無縫線路基本知識(shí),一、無縫線路基本知識(shí),二、無縫線路基本原理,（一 ）鋼軌伸縮位移、溫度力與軌溫變化的關(guān)系,一根長(zhǎng)度為l可自由伸縮的鋼軌，當(dāng)軌溫變化t 時(shí)，其伸縮量為,式中： 鋼軌的線膨脹系數(shù)，取0.0118mm/m/ =11.810-6/ ； l 鋼軌長(zhǎng)度，mm； t 軌溫變化幅度，。,二、無縫線路基本原理,無縫線路的特點(diǎn)是軌條很長(zhǎng)，當(dāng)軌溫變化時(shí)，鋼軌要發(fā)生伸縮，但由于有約束作用，不能自由伸縮，在鋼軌內(nèi)部要產(chǎn)生很大的軸向溫度力。為保證無縫線路的強(qiáng)度和穩(wěn)定，需要了解長(zhǎng)軌條內(nèi)溫度

7、力及其變化規(guī)律。,(6-1),如果鋼軌兩端完全被固定，不能隨軌溫變化而自由伸縮，則將在鋼軌內(nèi)部產(chǎn)生溫度應(yīng)力。根據(jù)虎克定律，溫度應(yīng)力t 為：,(6-2),式中：E鋼的彈性模量，E2.1105MPa； t鋼的溫度應(yīng)變。,將E、值代入式（2-2），則溫度應(yīng)力t為：,F鋼軌斷面積，mm2。,一根鋼軌所受的溫度力Pt為：,上述公式可知： 在兩端固定的鋼軌中所產(chǎn)生的溫度力僅與軌溫變化幅度有關(guān)，而與鋼軌本身長(zhǎng)度無關(guān)。因此理論上鋼軌可焊接任意長(zhǎng)，且對(duì)軌內(nèi)溫度力沒有影響?？刂茰囟攘Υ笮〉年P(guān)鍵是如何控制軌溫變化幅度t 。 對(duì)于不同類型的鋼軌，同一軌溫變化幅度產(chǎn)生的溫度力大小不同。 無縫線路鋼軌伸長(zhǎng)量與軌溫變化幅度

8、t 、軌長(zhǎng)l有關(guān)，與鋼軌斷面積無關(guān)。,(6-3),(6-4),二、無縫線路基本原理,二、無縫線路基本原理,（一）,鋼軌溫度不同于氣溫。影響軌溫的因素比較復(fù)雜，它與氣候變化、風(fēng)力大小、日照強(qiáng)度、線路走向和所取部位等均有密切關(guān)系。根據(jù)多年觀測(cè)，最高軌溫Tmax要比當(dāng)?shù)刈罡邭鉁馗?825 ，最低軌溫Tmin比當(dāng)?shù)刈畹蜌鉁氐?3 。計(jì)算時(shí)通常取最高軌溫等于當(dāng)?shù)刈罡邭鉁丶?0 ，最低軌溫等于最低氣溫。,二、無縫線路基本原理,軌 溫,二、無縫線路基本原理,軌 溫,鎖定軌溫,所謂“鎖定”，就是用中間扣件(包括防爬設(shè)備)把無縫線路鋼軌緊扣在軌枕上，用接頭扣件把軌端充分夾緊，使之不能自由伸縮。 無縫線路鎖定時(shí)的

9、軌溫叫鎖定軌溫。我們通常把無縫線路全部扣件螺栓包括接頭螺栓擰緊時(shí)的軌溫作為鎖定軌溫。如果此間軌溫有波動(dòng)，則在“長(zhǎng)軌始端落槽時(shí)應(yīng)測(cè)定一次軌溫，到長(zhǎng)軌末端合攏，擰緊全部扣件螺栓，再測(cè)一次軌溫，以兩次平均值，作為該段無縫線路的鎖定軌溫”。,二、無縫線路基本原理,二、無縫線路基本原理,設(shè)計(jì)確定的鎖定軌溫稱為設(shè)計(jì)鎖定軌溫；鋪設(shè)無縫線路中，將長(zhǎng)軌條始終端落槽就位時(shí)的平均軌溫稱為施工鎖定軌溫；無縫線路運(yùn)行過程中處于溫度力為零狀態(tài)的軌溫稱為實(shí)際鎖定軌溫。施工鎖定軌溫應(yīng)在設(shè)計(jì)鎖定軌溫允許變化范圍之內(nèi)，常說的鎖定軌溫發(fā)生變化是指實(shí)際鎖定軌溫發(fā)生變化。 一旦設(shè)計(jì)和施工完成記入技術(shù)檔案，作為日后線路養(yǎng)護(hù)維修的依據(jù)，設(shè)

10、計(jì)和施工鎖定軌溫不允許隨意改變。鎖定軌溫是決定鋼軌溫度力水平的基準(zhǔn)，因此根據(jù)強(qiáng)度、穩(wěn)定條件確定鎖定軌溫是無縫線路設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。,二、無縫線路基本原理,鎖定軌溫的類型,鎖定軌溫是“零應(yīng)力軌溫”。顯然，在中間扣件和接頭扣件擰緊之前，鋼軌處于自由伸縮狀態(tài)，隨著軌溫的變化，該伸的已經(jīng)伸足了，該縮的已經(jīng)縮足了。因而在將扣件擰緊的那個(gè)短暫的時(shí)間，無縫線路鋼軌斷面受到的溫度力等于0。此時(shí)，無縫線路具備最安全的軌溫條件。鎖定之后，只要軌溫等于鎖定軌溫，無縫線路鋼軌斷面上承受的溫度力都等于0。,鎖定軌溫是軌溫變化度數(shù)的依據(jù)。計(jì)算溫度力和鋼軌限制伸縮量時(shí)，應(yīng)把鎖定軌溫作為基數(shù)去求取軌溫變化度數(shù)。所謂“軌溫變化度

11、數(shù)”，就是實(shí)際軌溫與鎖定軌溫的差數(shù)。如某無縫線路的鎖定軌溫是27，某時(shí)實(shí)測(cè)軌溫是57，則軌溫變化度數(shù)就是57-27=+30；某時(shí)實(shí)測(cè)軌溫是-8，則軌溫變化度數(shù)就是-8-27=-35?！?”、“-”分別表示軌溫上升和下降。,鎖定軌溫的性質(zhì),二、無縫線路基本原理,鎖定軌溫和鋼軌長(zhǎng)度是相關(guān)統(tǒng)一的。設(shè)計(jì)無縫線路時(shí)，鎖定軌溫定下來了，鋼軌長(zhǎng)度也就隨之定下來了。無縫線路鋪好鎖定之后，要想保持鎖定軌溫不變，就必須保持鋼軌長(zhǎng)度不變。如果鋼軌伸長(zhǎng)了，就意味著鎖定軌溫升高了；鋼軌縮短了，則意味著鎖定軌溫降低了。一旦鎖定軌溫偏離了設(shè)計(jì)范圍，就會(huì)給無縫線路的受力狀況帶來不良影響。,鎖定軌溫的高低，直接決定無縫線路承受

12、溫度力的大小，因而直接決定無縫線路的穩(wěn)定性。一個(gè)地區(qū)只有一個(gè)最高軌溫和一個(gè)最低軌溫。 如果鎖定軌溫定得過高，夏天無縫線路承受的溫度壓力倒是不大，但是到了冬天最低軌溫時(shí)，無縫線路將承受較大的溫度拉力而影響其穩(wěn)定性。 如果鎖定軌溫定得過低，冬天最低軌溫時(shí)無縫線路承受的溫度拉力倒是不大，但是到了夏天最高軌溫時(shí)，無縫線路將承受較大的溫度壓力，同樣影響其穩(wěn)定性。,鎖定軌溫的確定,二、無縫線路基本原理,鎖定軌溫與溫度力關(guān)系示意圖,二、無縫線路基本原理,算例,解：最大溫升幅度maxT1=63.020.0=43.0 最大溫降幅度maxT2 =30.0(17.9)=47.9 對(duì)于60kg/m鋼軌： 最大溫度壓力

13、：maxPt1=2.48max T1F=2.4843.07745825.9kN 最大溫度拉力：maxPt2=2.48maxT2F=2.4847.97745920.0kN,鄭州地區(qū)Tmax=63，Tmin=17.9，鎖定軌溫設(shè)計(jì)值Ts=25，鎖定軌溫變化范圍取25 5，即2030，計(jì)算60kg/m鋼軌最大溫度壓力和拉力。,二、無縫線路基本原理,（二）線路縱向阻力,二、無縫線路基本原理,線路阻力,縱向阻力,橫向阻力,豎向阻力,接頭阻力 扣件阻力 道床縱向阻力,道床橫向阻力 軌道框架水平剛度,道床豎向阻力 軌道框架垂直剛度,軌溫變化時(shí)，影響鋼軌兩端自由伸縮的原因是來自線路縱向阻力的抵抗，它包括接頭阻

14、力、扣件阻力及道床縱向阻力。,（二）線路縱向阻力,鋼軌兩端接頭處由鋼軌夾板通過螺栓擰緊，產(chǎn)生阻止鋼軌縱向位移的阻力，稱為接頭阻力，它由鋼軌夾板間的摩阻力和螺栓的抗剪力提供。為安全起見，我國(guó)接頭阻力PH僅考慮鋼軌與夾板間的摩阻力s，摩阻力s的大小主要取決于螺栓擰緊后的張拉力P和鋼軌與夾板間的摩擦系數(shù)f。,式中，n接頭一端的螺栓數(shù)，六孔夾板n=3； s鋼軌與夾板間對(duì)應(yīng)1枚螺栓（4個(gè)接 觸面）的摩阻力。,1、接頭阻力,二、無縫線路基本原理,(6-5),35,夾板受力圖,式中 P 一枚螺栓擰緊后的拉力（kN）； 一夾板接觸面的傾角，tani； i 一軌底頂面接觸面斜率， 50、75kg/m鋼軌：i14

15、； 43、60kg/m鋼軌：i13。,由圖可知： TP/2，則有：,二、無縫線路基本原理,(6-6),36,一枚螺栓對(duì)應(yīng)有四個(gè)接觸面，其上所產(chǎn)生的摩阻力之和為s，則有,當(dāng)鋼軌發(fā)生位移時(shí)，夾板與鋼軌接觸面之間將產(chǎn)生摩阻力F，阻止鋼軌的位移。,二、無縫線路基本原理,(6-7),(6-8),摩阻力的大小主要取決于螺栓擰緊后的張拉力和鋼軌與夾板之間的摩擦系數(shù)。根據(jù)對(duì)夾板受力狀態(tài)的分析表明，一根螺栓的拉力接近它所產(chǎn)生的接頭阻力，則接頭阻力的表達(dá)式可寫為PHnP。接頭阻力與螺栓材質(zhì)、直徑、擰緊程度和夾板孔數(shù)有關(guān)。在其他條件均相同的情況下，螺栓的擰緊程度就是保持接頭阻力的關(guān)鍵。,列車通過鋼軌接頭時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)

16、會(huì)使扭力矩下降，接頭阻力值降低。所以定期檢查扭力矩，重新擰緊螺帽，保證接頭阻力值在長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)過程中保持不變是一項(xiàng)十分重要的措施。軌道設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，無縫線路接頭螺栓扭矩不應(yīng)低于900Nm，接頭阻力采用490kN。并規(guī)定，正線軌道鋼軌接頭螺栓應(yīng)采用10.9級(jí)及以上高強(qiáng)接頭螺栓；站線軌道應(yīng)采用8.8級(jí)及以上高強(qiáng)接頭螺栓。,二、無縫線路基本原理,接頭阻力影響因素分析,接頭阻力特點(diǎn)： （1）其本質(zhì)是摩擦力，只有存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì) 時(shí)，才產(chǎn)生； （2）鋼軌首先要克服接頭阻力，然后才能伸長(zhǎng)或縮短； （3）鋼軌從伸長(zhǎng)轉(zhuǎn)入縮短或從縮短轉(zhuǎn)入伸長(zhǎng)狀態(tài)要克服 兩倍接頭阻力。,二、無縫線路基本原理,1、接頭阻力,

17、列車通過鋼軌接頭時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)，會(huì)使扭力矩下降，接頭阻力值降低。據(jù)國(guó)內(nèi)外資料，可降低到靜力測(cè)定值的4050。所以，定期檢查扭力矩，重新擰緊螺帽，保證接頭阻力值在長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)過程中保持不變，是一項(xiàng)十分重要的措施。修理規(guī)則規(guī)定無縫線路鋼軌接頭必須采用10.9級(jí)螺栓，扭矩應(yīng)保持在700900Nm。表81所示為計(jì)算時(shí)采用的接頭阻力值。,1、接頭阻力,二、無縫線路基本原理,中間扣件和防爬設(shè)備抵抗鋼軌沿軌枕面縱向位移的阻力，稱扣件阻力。為了防止鋼軌爬行，要求扣件阻力必須大于道床縱向阻力?？奂枇κ怯射撥壟c軌枕墊板面之間的摩阻力和扣壓件與軌底扣著面之間的摩阻力所組成。摩阻力的大小取決于扣件扣壓力和摩擦系數(shù)的大小。

18、,P扣件一側(cè)扣壓件對(duì)鋼軌的扣壓力； 1鋼軌與墊板之間的摩擦系數(shù)； 2鋼軌與扣壓件之間的摩擦系數(shù)。,2、扣件阻力,二、無縫線路基本原理,一組扣件的阻力F為：,(6-7),扣壓力P與螺栓所受拉力P拉的大小有關(guān)。以扣板式扣件為例，按右圖可得P的算式如下：,(6-8),二、無縫線路基本原理,根據(jù)鐵科院試驗(yàn)，如果混凝土軌枕上采用橡膠墊板，不論是扣板式還是彈條式扣件，其摩擦系數(shù)為1+2=0.8。 實(shí)測(cè)資料指出，在一定的扭矩下，扣件阻力隨鋼軌位移的增加而增大。當(dāng)鋼軌位移達(dá)到某一定值之后，鋼軌產(chǎn)生滑移，阻力不再增加。 墊板壓縮和扣件局部磨損將導(dǎo)致扣件阻力下降。 列車通過時(shí)的振動(dòng)，會(huì)使螺帽松動(dòng)，扭矩下降，導(dǎo)致扣

19、件阻力下降。,二、無縫線路基本原理,為此，鐵路線路維修規(guī)則規(guī)定：扣板扣件扭矩應(yīng)保持在80120Nm；彈條扣件為100150Nm。,二、無縫線路基本原理,3、道床縱向阻力,道床縱向阻力與道床密實(shí)度、道砟粒徑、材質(zhì)、道床斷面、搗固質(zhì)量及臟污程度有關(guān)。道床在清篩松動(dòng)后縱向阻力明顯下降，隨著運(yùn)營(yíng)時(shí)間的推移，可逐漸恢復(fù)正常值。只要鋼軌與軌枕間的扣件阻力大于道床縱向阻力，則無縫線路長(zhǎng)鋼軌的溫度應(yīng)力和溫度應(yīng)變的縱向分布規(guī)律將完全由接頭阻力和道床縱向阻力確定。,二、無縫線路基本原理,道床縱向阻力是指道床抵抗軌道框架（鋼軌和軌枕組裝而成，也稱軌排）縱向位移的阻力。一般以每根軌枕的阻力R，或每延厘米分布阻力r表示

20、。它是抵抗鋼軌伸縮、防止線路爬行的重要參數(shù)。,道床縱向阻力與位移的關(guān)系曲線,表6.4 道床縱向阻力,二、無縫線路基本原理,道床縱向阻力是由軌枕與道床之間的摩阻力和軌枕盒內(nèi)道砟抗推力組成。 右圖是實(shí)測(cè)得到的單根軌枕在正常軌道狀態(tài)下，道床縱向阻力與位移的關(guān)系曲線?？梢钥闯?，處于正常狀態(tài)下的軌道，單根軌枕的道床縱向阻力隨著位移的增大而增加，當(dāng)位移達(dá)到一定量值后，軌枕盒內(nèi)的道砟顆粒之間的嚙合被破壞，即使位移繼續(xù)增加，阻力也不再增大。 混凝土軌枕位移小于2mm，木枕小于1mm，道床縱向阻力呈線性增長(zhǎng)。無縫線路設(shè)計(jì)中，采用軌枕位移為2mm時(shí)相應(yīng)的道床縱向阻力值，見下表。,溫度力沿長(zhǎng)鋼軌的縱向分布，常用溫度

21、力圖來表示，故溫度力圖實(shí)質(zhì)是鋼軌內(nèi)力圖。 溫度力圖的橫坐標(biāo)表示鋼軌長(zhǎng)度，縱坐標(biāo)表示鋼軌的溫度力（拉力為正，壓力為負(fù)）。 鋼軌內(nèi)部溫度力和鋼軌外部阻力隨時(shí)保持平衡是溫度力縱向分布的基本條件。 一根焊接長(zhǎng)鋼軌沿其縱向的溫度力分布并不是均勻的。它不僅與阻力和軌溫變化幅度等因素有關(guān)，而且還與軌溫變化的過程有關(guān)。,（三） 溫度力圖,二、無縫線路基本原理,為簡(jiǎn)化計(jì)算，通常假定接頭阻力PH為常量。無縫線路長(zhǎng)軌條鎖定后，當(dāng)軌溫發(fā)生變化，由于有接頭的約束，長(zhǎng)軌條不產(chǎn)生伸縮，只在鋼軌全長(zhǎng)范圍內(nèi)產(chǎn)生溫度力Pt，這時(shí)有多大溫度力作用于接頭上，接頭就提供相等的阻力與之平衡。當(dāng)溫度力Pt大于接頭阻力PH時(shí)，鋼軌才能伸縮。

22、因此在克服接頭阻力階段，溫度力的大小等于接頭阻力，即,1、約束條件,（1） 接頭阻力的約束,二、無縫線路基本原理,式中，tH接頭阻力能阻止鋼軌伸縮的軌溫變化幅度。,(6-14),接頭阻力被克服后，當(dāng)軌溫繼續(xù)變化時(shí)，道床縱向阻力開始阻止鋼軌伸縮。但道床縱向阻力的產(chǎn)生是體現(xiàn)在道床對(duì)軌枕的位移阻力，隨著軌枕位移的根數(shù)的增加，相應(yīng)的阻力也增加。為計(jì)算方便，常將單根軌枕的阻力換算為鋼軌單位長(zhǎng)度上的阻力r，并取為常量。 由上述特征可見，道床縱向阻力是以阻力梯度r的形式分布。故在克服道床縱向阻力階段，鋼軌有少量伸縮，鋼軌內(nèi)部分溫度力放散，因而各截面的溫度力并不相等，以斜率r分布。,（2）道床縱向阻力的約束,

23、二、無縫線路基本原理,1、約束條件,A,A,l,Pt,2、軌溫正向變化時(shí)的溫度力圖基本溫度力圖,無縫線路鎖定后，軌溫單向變化時(shí)，溫度力沿鋼軌縱向分布的規(guī)律，稱為基本溫度力圖。,二、無縫線路基本原理,（1）當(dāng)軌溫 t 等于鎖定軌溫 t0 時(shí)，鋼軌內(nèi)部無溫度力，即Pt =0，如下圖中AA線。,A,A,l,Pt,（2）當(dāng)t = t0 - t tH 時(shí)，軌端無位移，溫度拉力在整個(gè)長(zhǎng)軌條內(nèi)均勻 分布，Pt = 2.48Ft。,Pt = 2.48Ft,二、無縫線路基本原理,A,A,l,Pt,（3）當(dāng)t =tH 時(shí)，軌端無位移，溫度拉力在整個(gè)長(zhǎng)軌條內(nèi)均勻分布， Pt = PH ，圖中BB線。,B,B,PH,

24、二、無縫線路基本原理,A,A,l,Pt,（4）當(dāng)t tH 時(shí)，道床縱向阻力開始發(fā)揮作用，軌端開始產(chǎn)生收縮位移，在鋼軌發(fā)生縱向位移的長(zhǎng)度范圍內(nèi)放散部分溫度力，圖中CC 范圍內(nèi)任意截面的溫度力為：,B,B,PH,r x,x,C,C,式中：x 為軌端至發(fā)生縱向位移的鋼軌任一斷面之間的距離(mm)。,Pt = 2.48Ft,二、無縫線路基本原理,A,A,l,Pt,（5）當(dāng) t 降到最低軌溫Tmin時(shí)，鋼軌內(nèi)產(chǎn)生最大溫度拉力Pt 拉max，如圖中 DD 線。這時(shí)發(fā)生縱向位移的鋼軌長(zhǎng)度達(dá)到最大值 ls ， ls 稱為伸縮區(qū)長(zhǎng)度。,B,B,ls,C,C,D,D,max Pt 拉,伸縮區(qū),伸縮區(qū),固定區(qū),二、

25、無縫線路基本原理,A,A,l,Pt,B,B,ls,D,D,max Pt 拉,伸縮區(qū),伸縮區(qū),固定區(qū),此時(shí)max Pt 拉 和 ls 可按下式計(jì)算： max Pt 拉= 2.48Ft 拉max=2.48F ( t0 -Tmin) (N),(mm),二、無縫線路基本原理,(6-15),(6-16),上面分析了軌溫從t0下降到Tmin時(shí)，溫度力縱向變化的情況。同理，當(dāng)軌溫從鎖定軌溫變化到最高軌溫時(shí)，長(zhǎng)軌內(nèi)溫度力的分布與降溫時(shí)相仿，不同的是軌溫升高時(shí)，鋼軌內(nèi)將產(chǎn)生溫度壓力，其最大值為： max Pt 壓= 2.48Ft 壓max=2.48F (Tmax - t0 ) (N) 伸縮區(qū)長(zhǎng)度 ls 按下式計(jì)

26、算。伸縮區(qū)長(zhǎng)度一般取50100m，宜取為標(biāo)準(zhǔn)軌長(zhǎng)度的整倍數(shù)。,二、無縫線路基本原理,(mm),3、軌溫反向變化時(shí)的溫度力圖,當(dāng)軌溫隨著氣溫循環(huán)往復(fù)變化時(shí)，溫度力的變化會(huì)與前述單向變化有所不同，根據(jù)鎖定軌溫 t0 的不同，其可能大于、等于或小于當(dāng)?shù)刂虚g軌溫 t 中，因而溫度力分布圖也相應(yīng)有三種不同形式。,二、無縫線路基本原理,（6-17）,3、軌溫反向變化時(shí)的溫度力圖,（1）當(dāng)t TmintH時(shí)，軌溫回升，鋼軌有伸長(zhǎng)趨勢(shì)，首先仍然遇到接頭阻力的抵抗，鋼軌全長(zhǎng)范圍內(nèi)溫度拉力減小，溫度力圖平行下移PH值，接頭處溫度拉力變?yōu)榱?。溫度力分布如圖中AEE。,二、無縫線路基本原理,先以常見的t0t中的情況進(jìn)

27、行分析。軌溫由t0下降到Tmin時(shí)，溫度力圖為ABCDD（由于溫度力圖左右對(duì)稱，圖中僅畫出了左側(cè)部分）。當(dāng)軌溫開始回升時(shí)，溫度力的變化情況如下：,（2）當(dāng)tH t Tmin2tH時(shí)，這時(shí)接頭阻力反向起作用，溫度力圖繼續(xù)平行下移PH值，此時(shí)接頭處承受溫度壓力，固定區(qū)仍為溫度拉力，如圖中FGG所示。,二、無縫線路基本原理,（3）當(dāng)t Tmin2tH時(shí)，正、反向接頭阻力已被完全克服完，鋼軌要開始伸長(zhǎng)，這時(shí)道床縱向阻力起作用，部分長(zhǎng)度上溫度力梯度反向，在伸縮區(qū)溫度壓力以斜率r而增加，如圖中FT所示。,3、軌溫反向變化時(shí)的溫度力圖,（4）當(dāng)tTmax時(shí)，固定區(qū)溫度壓力達(dá)到maxPt后，由于t拉maxt壓

28、max，固定區(qū)溫度力平行下移到HH，則HN與FT的交點(diǎn)，出現(xiàn)了溫度壓力峰P峰，其值大于固定區(qū)的溫度壓力。溫度壓力峰等于固定區(qū)最大溫度拉力與最大溫度壓力的平均值，即：,二、無縫線路基本原理,（6-19）,（6-18）,3、軌溫反向變化時(shí)的溫度力圖,t0與t中的差異會(huì)形成溫度力峰值P峰=0.5(maxPt拉+minPt壓)。當(dāng)t0t中時(shí)，在伸縮區(qū)出現(xiàn)溫度壓力峰值；當(dāng)t0 t中時(shí)，在伸縮區(qū)出現(xiàn)溫度拉力峰值；當(dāng)t0=t中時(shí)，在伸縮區(qū)不會(huì)出現(xiàn)溫度壓力峰值，在軌溫上升過程中，在伸縮區(qū)會(huì)出現(xiàn)溫度力峰值，但小于P峰。 溫度壓力峰值是引起無縫線路失穩(wěn)的重要隱患，特別是在春夏之交，發(fā)生的概率最大，所以在線路養(yǎng)護(hù)維

29、修作業(yè)時(shí)，應(yīng)特別注意伸縮區(qū)無縫線路的穩(wěn)定性。,二、無縫線路基本原理,3、軌溫反向變化時(shí)的溫度力圖,4、軌端伸縮量計(jì)算,從溫度力圖知，無縫線路長(zhǎng)軌條中部承受大小相等的溫度力，鋼軌不能伸縮，稱為固定區(qū)。在兩端，溫度力是變化的，在克服道床縱向阻力階段，鋼軌有少量的伸縮，稱為伸縮區(qū)。伸縮區(qū)兩端的調(diào)節(jié)軌，稱為緩沖區(qū)。在設(shè)計(jì)中要對(duì)緩沖區(qū)的軌縫進(jìn)行計(jì)算，因此需對(duì)長(zhǎng)軌及標(biāo)準(zhǔn)軌端的伸縮量進(jìn)行計(jì)算。,由前述溫度力圖可見，其中陰影線部分為克服道床縱向阻力階段釋放的溫度力，從而實(shí)現(xiàn)鋼軌伸縮。由材料力學(xué)可知，軌端伸縮量與陰影線部分面積的關(guān)系為：,（1）長(zhǎng)軌一端的伸縮量,（6-20）,二、無縫線路基本原理,標(biāo)準(zhǔn)軌軌端伸縮

30、量計(jì)算方法與長(zhǎng)軌的基本相同。由于標(biāo)準(zhǔn)軌長(zhǎng)度短，隨著軌溫變化，在克服完接頭阻力后，在克服道床縱向阻力時(shí)，由于軌枕根數(shù)有限，很快被全部克服完。 在標(biāo)準(zhǔn)軌內(nèi)最大的溫度力只有PH+rl/2（l為標(biāo)準(zhǔn)軌長(zhǎng)度）。標(biāo)準(zhǔn)軌一端溫度力釋放的面積為陰影線部分BCGH。同理，可得到軌端伸縮量計(jì)算公式為：,（2）標(biāo)準(zhǔn)軌一端的伸縮量,式中，maxPt從鎖定軌溫到最低或最高軌溫 時(shí)所產(chǎn)生的溫度力。,（6-21）,二、無縫線路基本原理,算例：某地區(qū)鋪設(shè)無縫線路，已知該地區(qū)年最高軌溫為65.2，最低軌溫為-20.6，道床阻力梯度為9.1N/mm，接頭阻力為490KN，60kg/m鋼軌斷面面積為7745mm2，當(dāng)鎖定軌溫為當(dāng)?shù)?/p>

31、中間軌溫加5時(shí)，試計(jì)算： （1）克服接頭阻力所需升降的軌溫； （2）固定區(qū)最大拉、壓溫度力； （3）伸縮區(qū)長(zhǎng)度； （4）繪制軌溫從鎖定軌溫單向變化到最高、最低溫度時(shí)的溫度力圖，并標(biāo)注有關(guān)數(shù)據(jù)。,二、無縫線路基本原理,Pt拉max=2.48Ft拉max=2.48F(t0Tmin)=2.487745 (27.3+20.6)=920044 N =920.044 kN,二、無縫線路基本原理,解：（1）,（2）,Pt壓max=2.48Ft壓max=2.48F(Tmax t0)=2.487745 (65.227.3)=727968 N =727.968 kN,（3）,=47257.58mm 即：ls1=4

32、7.258m,=26150.33mm 即：ls2=26.150m,即 ls=50m。,二、無縫線路基本原理,二、無縫線路基本原理,三、無縫線路的穩(wěn)定性,無縫線路作為一種新型軌道結(jié)構(gòu)，其最大特點(diǎn)是在夏季高溫季節(jié)在鋼軌內(nèi)部存在巨大的溫度壓力，容易引起軌道橫向變形。,（一）穩(wěn)定性概念,三、無縫線路的穩(wěn)定性,在列車動(dòng)力或人工作業(yè)等干擾下，軌道彎曲變形有時(shí)會(huì)突然增大，這一現(xiàn)象稱為脹軌跑道（也稱臌曲），在理論上稱為喪失穩(wěn)定。這對(duì)列車運(yùn)行的安全是個(gè)極大的威脅。,穩(wěn)定性分析的目的：研究溫度壓力、軌道原始不平順、道床橫向阻力以及軌道框架剛度之間的關(guān)系，了解脹軌跑道的發(fā)生機(jī)理，分析其力學(xué)條件和主要影響因素的作用，

33、計(jì)算出保證線路穩(wěn)定的允許溫度壓力。,脹軌跑道的發(fā)展過程： 基本可分為三個(gè)階段。 持穩(wěn)階段（AB） 脹軌階段（BK） 跑道階段（KC）,三、無縫線路的穩(wěn)定性,圖中縱坐標(biāo)為鋼軌溫度壓力Pt，橫坐標(biāo)為軌道彎曲變形矢度f0+f，f0為軌道原始彎曲矢度。漲軌跑道總是從軌道的薄弱地段（即具有原始彎曲的不平順）開始，依橫向位移隨鋼軌溫升的變化特征，曲線變化可分為三個(gè)階段:,第一階段: 持穩(wěn)階段（AB），軌溫上升，溫度壓力增大，但軌道不變形。,第二階段: 漲軌階段（BK），隨著軌溫的增加，溫度壓力也隨著增加，此時(shí)軌道開始出現(xiàn)微小變形，此后，溫度壓力的增加與橫向變形之間呈非線性關(guān)系。,第三階段: 跑道階段（KC

34、），當(dāng)Pt達(dá)到臨界值Pk時(shí)，這時(shí)軌溫稍有升高或稍有外部干擾時(shí)，軌道將會(huì)突然發(fā)生鼓曲，道砟拋出，軌枕斷裂，鋼軌發(fā)生較大變形，軌道受到嚴(yán)重破壞，至此穩(wěn)定性完全喪失。,三、無縫線路的穩(wěn)定性,通過大量調(diào)查發(fā)現(xiàn)，很多次的脹軌跑道事故并非溫度壓力過大所致，而是由于對(duì)無縫線路起穩(wěn)定作用的因素認(rèn)識(shí)不足，在養(yǎng)護(hù)維修中破壞了這些因素而發(fā)生的。因此，需要研究喪失穩(wěn)定和保持穩(wěn)定兩方面的因素，發(fā)展有利因素限制不利因素，提高無縫線路的穩(wěn)定性，充分發(fā)揮其優(yōu)越性。,（二）影響無縫線路穩(wěn)定性的因素,1.保持穩(wěn)定的因素,（1）道床橫向阻力,道床抵抗軌道框架橫向位移的阻力稱為道床橫向阻力，它是防止無縫線路脹軌跑道，保證無縫線路穩(wěn)定

35、性的主要因素。鐵路工程經(jīng)驗(yàn)表明，在穩(wěn)定軌道框架的因素中，道床的貢獻(xiàn)約為65%，鋼軌約為25%，扣件約為10%。,三、無縫線路的穩(wěn)定性,道床橫向阻力的構(gòu)成：由軌枕兩側(cè)及底部與道砟接觸面之間的摩阻力，和枕端的砟肩阻止橫移的抗力組成。其中，道床肩部的阻力占2030%，軌枕兩側(cè)占2030%，軌枕底部占50%。為使道床橫向阻力達(dá)到設(shè)計(jì)要求，不僅要求道床斷面符合標(biāo)準(zhǔn)尺寸，還應(yīng)搗固緊密，其道床密實(shí)度應(yīng)達(dá)到1700kg/m3。,道床對(duì)每根軌枕的橫向阻力Q0，可用試驗(yàn)方法獲得。試驗(yàn)表明Q0與軌枕橫向位移f呈非線性關(guān)系，如圖所示。道床橫向阻力Q0與軌枕類型、道床斷面尺寸、道砟材料及其密實(shí)度有關(guān)。由圖可見，寬軌枕線

36、路橫向道床阻力最高，混凝土軌枕線路次之，木枕線路最低。,三、無縫線路的穩(wěn)定性,標(biāo)準(zhǔn)道床對(duì)每根軌枕的橫向阻力Q0（N）與道床單位橫向阻力q （N/cm）有下列關(guān)系：,通過試驗(yàn)研究，可得出 q 與軌道橫向位移 f 的如下關(guān)系式：,a軌枕間距。,q道床單位橫向阻力，N/cm； q0道床單位橫向阻力初始值，N/cm； c1、 c2、 z、 n阻力系數(shù) 。,三、無縫線路的穩(wěn)定性,道砟材料：不同材質(zhì)的道砟提供的阻力也不一樣。距國(guó)外資料，砂礫石道床比碎石道床阻力低3040；道床粒徑較大提供的橫向阻力也較大，如粒徑由2565mm減小到1530mm，橫向阻力將降低2040。 道床飽滿程度：根據(jù)美國(guó)和英國(guó)鐵路的試

37、驗(yàn)研究，在同類軌道的條件下，經(jīng)過長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)密實(shí)穩(wěn)定的道床橫向阻力最大，機(jī)械搗固后阻力顯著減小。 線路維修作業(yè)的影響：維修作業(yè)中，凡擾動(dòng)道床，如起道搗固、清篩等改變道砟間或道砟與軌枕間的接觸狀態(tài)，都會(huì)導(dǎo)致道床阻力的下降。 列車動(dòng)荷載：在列車的動(dòng)荷載作用下，每根軌枕所提供的橫向阻力是不同的。這是因?yàn)檐壍揽蚣茉谳嗇d作用下會(huì)產(chǎn)生正撓曲，而距輪載一定范圍內(nèi)則會(huì)出現(xiàn)負(fù)撓曲，使兩轉(zhuǎn)向架之間的軌道框架最大抬高量可達(dá)0.10.3mm，從而大大削弱這一范圍內(nèi)軌枕所提供的橫向阻力。,三、無縫線路的穩(wěn)定性,道床肩寬：適當(dāng)?shù)牡来布鐚捒梢蕴峁┮欢ǖ臋M向阻力，但不是肩寬越大，橫向阻力就總會(huì)增大。軌枕端部的橫向阻力是軌枕橫移擠

38、動(dòng)砟肩道砟棱體時(shí)的阻力，并最終形成破裂面，砟肩的寬度必須覆蓋這一破裂面，以保證具有較大的阻力?；瑒?dòng)體之外的道床對(duì)枕端橫向阻力不起作用。破裂面的頂寬用下式計(jì)算：,H軌枕端埋入道床的深度； 摩擦角，一般取3550。,三、無縫線路的穩(wěn)定性,據(jù)有關(guān)測(cè)試比較，與30cm的肩寬相比，肩寬增加到50cm時(shí)，阻力值可增加16%，若再加寬，阻力將不再增加。日本鐵路認(rèn)為，砟肩寬度超過4060cm的道床，橫向阻力將不再增加。因此，有關(guān)國(guó)家對(duì)砟肩寬度規(guī)定了限值：美國(guó)為50cm；日本為55cm；前蘇聯(lián)為45cm；我國(guó)普通線路為30cm，無縫線路為4050cm。 國(guó)內(nèi)外的試驗(yàn)表明，道床肩部堆高也可提高道床橫向阻力。砟肩堆

39、高比砟肩加寬效果更明顯，并可節(jié)約道砟。這項(xiàng)措施為國(guó)內(nèi)外無縫線路廣泛采用。我國(guó)鐵路砟肩一般堆高15cm；法國(guó)鐵路堆高10cm，呈三角形，阻力值增加10%15%；日本鐵路堆高10cm，呈三角形，每根軌枕的橫向阻力由60007000N提高到10 000N；英國(guó)和法國(guó)的砟肩堆高已列為無縫線路道床斷面標(biāo)準(zhǔn)。英國(guó)還規(guī)定：凡半徑小于800 m的曲線，肩寬3560cm，并堆高砟肩。,三、無縫線路的穩(wěn)定性,軌道框架剛度反映軌道框架抵抗橫向彎曲的能力。軌道框架剛度越大，抵抗橫向彎曲變形的能力就越強(qiáng)。軌道框架剛度在水平面內(nèi)等于兩股鋼軌的橫向水平剛度及鋼軌與軌枕節(jié)點(diǎn)間的阻矩抵抗橫向彎曲能力的總和。 兩股鋼軌的水平剛度

40、為：EI=2EIy，Iy為一根鋼軌對(duì)豎直軸的慣性矩。 扣件阻矩與軌枕類型、扣件類型、扣壓力及鋼軌相對(duì)于軌枕的轉(zhuǎn)角有關(guān)。可以表示為鋼軌相對(duì)軌枕轉(zhuǎn)角的冪函數(shù)：,（2） 軌道框架剛度,H、阻矩系數(shù),三、無縫線路的穩(wěn)定性,2.喪失穩(wěn)定的因素,（1） 鋼軌的溫度壓力,軌道初始橫向彎曲則是影響無縫線路穩(wěn)定的直接原因。脹軌跑道多發(fā)生在軌道的初始彎曲處。因此，控制軌道的初始彎曲大小，對(duì)提高無縫線路的穩(wěn)定性有重要作用。 初始彎曲一般可分為彈性初始彎曲和塑性初始彎曲?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)查表明，大量塑性初始彎曲矢度為34mm，測(cè)量的波長(zhǎng)為47m，塑性初始彎曲矢度占總初始彎曲矢度的58.33。,（2） 軌道的初始橫向彎曲,由于溫

41、升引起鋼軌中的軸向溫度壓力是無縫線路穩(wěn)定問題的根本原因。,三、無縫線路的穩(wěn)定性,軌道結(jié)構(gòu)的工作特點(diǎn)是荷載的重復(fù)性與隨機(jī)性，加上自然條件的影響，使得軌道存在各種不平順，不得不對(duì)線路進(jìn)行經(jīng)常或定期的修理，線路狀態(tài)的變化會(huì)降低無縫線路的穩(wěn)定性。因此，無縫線路對(duì)其穩(wěn)定性需要考慮一定的安全儲(chǔ)備量。,（四）穩(wěn)定性安全儲(chǔ)備量分析,1.初始彎曲的影響,在相同線路結(jié)構(gòu)和同等狀態(tài)下，軌道變形量一定時(shí)，對(duì)于不同的初彎波長(zhǎng)，相應(yīng)的臨界溫度力和軌溫差是不同的，即存在最不利初彎波長(zhǎng)，相對(duì)應(yīng)的軌溫差為最小值。 計(jì)算時(shí)考慮一定的安全性，根據(jù)初彎有關(guān)參數(shù)計(jì)算鋼軌最不利初始彎曲波長(zhǎng)l0，對(duì)于60、50kg/m鋼軌無縫線路的最不利

42、初始彎曲波長(zhǎng)l0分別為720cm和700cm。,三、無縫線路的穩(wěn)定性,2.允許溫差的確定,初始彎曲分布的隨機(jī)性、道床密實(shí)度、扣件擰緊程度的不均勻性； 軌溫測(cè)量不精確； 計(jì)算結(jié)果誤差； 高溫條件下，無縫線路可能產(chǎn)生橫向累積變形。,在無縫線路上存在不確定因素，因此不能將穩(wěn)定計(jì)算得到的臨界溫差作為允許溫差使用，應(yīng)當(dāng)考慮一定安全儲(chǔ)備量。采用安全系數(shù)K0作為安全儲(chǔ)備量的評(píng)價(jià)，安全系數(shù)K0包括基本安全系數(shù)KA和附加安全系數(shù)KC，它們之間關(guān)系是：,基本安全系數(shù)的確定，主要考慮下列影響因素：,三、無縫線路的穩(wěn)定性,無縫線路縱向力分布不均勻； 運(yùn)營(yíng)過程中鎖定軌溫的變化。,附加安全系數(shù)的確定，主要考慮下列影響因素

43、：,允許溫差設(shè)計(jì)，把限制軌道累積變形作為基本條件，有利于提高無縫線路的穩(wěn)定性。通常取 f0.02cm所對(duì)應(yīng)的軌溫差作為穩(wěn)定性允許溫差。 考慮在軌道彎曲變形范圍內(nèi)縱向力分布不均勻，計(jì)算時(shí)修正鎖定溫度8,即將穩(wěn)定性允許溫差減去8。 在直線及半徑R2000m曲線區(qū)段上，為保證有充裕的養(yǎng)護(hù)維修作業(yè)時(shí)間，考慮高溫季節(jié)也可安排必要的養(yǎng)護(hù)維修作業(yè)，因此在允許鋪軌溫差中，再減去 8 。 在半徑R2000m曲線區(qū)段上，鎖定軌溫差異在作業(yè)安排的軌溫差中加以修正，而允許鋪軌溫差不作修正。,三、無縫線路的穩(wěn)定性,無縫線路穩(wěn)定性統(tǒng)一計(jì)算公式 1977年提出，假定變形曲線波長(zhǎng)與初始波長(zhǎng)相等，并取變形為2mm時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度壓

44、力，除以安全系數(shù)，即為保證線路穩(wěn)定的允許溫度壓力。鐵路軌道設(shè)計(jì)規(guī)范仍采用統(tǒng)一公式。 不等波長(zhǎng)穩(wěn)定性計(jì)算公式 我國(guó)在1990年5月1日開始實(shí)施的無縫線路鋪設(shè)及養(yǎng)護(hù)維修方法，穩(wěn)定性計(jì)算采用鐵科院盧耀榮等提出的變形波長(zhǎng)與初始彎曲波長(zhǎng)不相等的計(jì)算公式（以下簡(jiǎn)稱“不等波長(zhǎng)公式” 。,Page 83,三、無縫線路的穩(wěn)定性,(五)無縫線路穩(wěn)定性計(jì)算公式,Page 84,統(tǒng)一公式計(jì)算簡(jiǎn)圖,三、無縫線路的穩(wěn)定性,把整個(gè)軌道框架視為鋪設(shè)于均勻介質(zhì)（道床）中的一根細(xì)長(zhǎng)壓桿；軌道彈性初始彎曲為半波正弦曲線，塑性初始彎曲為圓曲線，在變形過程中變形曲線端點(diǎn)無位移；不考慮扣件變形能。,統(tǒng)一公式的基本假定,統(tǒng)一計(jì)算公式,1,

45、三、無縫線路的穩(wěn)定性,統(tǒng)一計(jì)算公式,三、無縫線路的穩(wěn)定性,統(tǒng)一計(jì)算公式,鋼軌失穩(wěn)時(shí)溫度壓力為,三、無縫線路的穩(wěn)定性,將 代入式(6.42)重新計(jì)算l，如果l與最后假定的l0相差不大，就可將 及相應(yīng)的l值代入式( 6.41)計(jì)算出計(jì)算溫度力P，再除以安全系數(shù)，即可得到兩股鋼軌組成的軌道框架的允許溫度壓力,式中，安全系數(shù)K取為1.3。,三、無縫線路的穩(wěn)定性,算 例,給定f ，計(jì)算不同 l 對(duì)應(yīng)的P，積分常數(shù) 根據(jù)不同 f 時(shí)的Pf 平衡狀態(tài)方程，求得臨界矢度、波長(zhǎng)、溫度壓力 溫度力非均勻性修正及安全系數(shù),Page 92,不等波長(zhǎng)公式計(jì)算簡(jiǎn)圖,三、無縫線路的穩(wěn)定性,93,不等波長(zhǎng)公式基本假定,軌道為

46、無限長(zhǎng)梁，曲線軌道視為半徑等于R的曲梁，并埋置在均勻介質(zhì)（道床）中；假定梁初始彎曲的線形為正弦線；假定梁在溫度壓力作用下，變形曲線與初始彎曲波形相似，但波長(zhǎng)不等。,三、無縫線路的穩(wěn)定性,94,不等波長(zhǎng)計(jì)算公式,（6.46）,三、無縫線路的穩(wěn)定性,三、無縫線路的穩(wěn)定性,96,不等波長(zhǎng)計(jì)算公式,三、無縫線路的穩(wěn)定性,鋼軌失穩(wěn)時(shí)溫度壓力為,（6.58）,其中,三、無縫線路的穩(wěn)定性,（6.59）,Page 98,統(tǒng)一公式和不等波長(zhǎng)公式計(jì)算假定,三、無縫線路的穩(wěn)定性,四、普通無縫線路設(shè)計(jì),我國(guó)無縫線路的基本結(jié)構(gòu)型式為溫度應(yīng)力式。普通無縫線路設(shè)計(jì)，主要指區(qū)間內(nèi)的無縫線路設(shè)計(jì)，其主要內(nèi)容為確定鎖定軌溫和結(jié)構(gòu)

47、計(jì)算。,四、普通無縫線路設(shè)計(jì),（一）確定設(shè)計(jì)鎖定軌溫,d鋼軌承受的最大動(dòng)彎應(yīng)力/MPa t溫度應(yīng)力/MPa c鋼軌承受的制動(dòng)應(yīng)力，一般按10MPa計(jì)算 鋼軌容許應(yīng)力，等于鋼軌屈服強(qiáng)度s除以安全系數(shù)K， = s/K,1.根據(jù)強(qiáng)度條件確定允許的升降溫幅度,無縫線路鋼軌應(yīng)有足夠的強(qiáng)度，以保證在動(dòng)彎應(yīng)力、溫度應(yīng)力及其他附加應(yīng)力共同作用下不被破壞，仍能正常工作。此時(shí)，要求鋼軌所承受的各種應(yīng)力之和不超過規(guī)定的容許值，即,d1鋼軌底部下緣動(dòng)彎應(yīng)力/MPa 。,允許的降溫幅度為,四、普通無縫線路設(shè)計(jì),允許的升溫幅度為,d2鋼軌頂部上緣動(dòng)彎應(yīng)力/MPa 。,極限強(qiáng)度b=785MPa級(jí)鋼軌， s=405MPa；

48、極限強(qiáng)度b=883MPa級(jí)鋼軌， s=457MPa；,一般鋼軌K=1.3，再用軌K=1.35。,根據(jù)穩(wěn)定條件求得允許溫度壓力P后，計(jì)算允許升溫幅度為：,2.根據(jù)穩(wěn)定條件確定允許的升溫幅度,四、普通無縫線路設(shè)計(jì),根據(jù)穩(wěn)定條件確定允許的升溫幅度和根據(jù)強(qiáng)度條件確定允許的升溫幅度，二者取小值作為線路的允許升溫幅度。,無縫線路鋼軌折斷后，軌縫不能超過一定限值，否則將引起輪軌間過大的作用力，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)危及行車安全。 行車速度200kg/h及以上的鐵路線上，規(guī)定有砟軌道斷縫限值為70mm，無砟軌道斷縫限值為100mm。行車速度200kg/h以下的路基無縫線路不考慮斷縫限值，只在橋上無縫線路設(shè)計(jì)中考慮該限值

49、。 根據(jù)固定區(qū)內(nèi)鋼軌折斷后的斷縫允許值可確定允許降溫幅度為：,3.根據(jù)斷軌軌縫允許值確定允許的降溫幅度,四、普通無縫線路設(shè)計(jì),根據(jù)斷軌條件確定允許的降溫幅度和根據(jù)強(qiáng)度條件確定允許的降溫幅度，二者取小值作為線路的允許降溫幅度。,tmax、 tmin鋪軌地區(qū)最高、最低軌溫 ； tK溫度修正值，可根據(jù)當(dāng)?shù)鼐唧w情況取05，保證設(shè)計(jì)鎖定軌溫較中間軌溫高3 5。,無縫線路鋪設(shè)時(shí)施工鎖定軌溫的范圍一般取設(shè)計(jì)鎖定軌溫5即t0=te 5 ，則上限tm=te+5；下限tn=te-5；且滿足,4.設(shè)計(jì)鎖定軌溫的確定,四、普通無縫線路設(shè)計(jì),考慮到鋪設(shè)溫度應(yīng)力式無縫線路的主要的危險(xiǎn)不是來自溫度拉力而是溫度壓力，所以通常

50、把設(shè)計(jì)鎖定軌溫定得比中間軌溫略高一些。,（二）無縫線路結(jié)構(gòu)計(jì)算,1.軌條長(zhǎng)度,軌條長(zhǎng)度應(yīng)考慮線路平、縱面條件、道岔、道口、橋梁、隧道所在位置，原則上按閉塞區(qū)間長(zhǎng)度設(shè)計(jì)，一般長(zhǎng)度為10002000m。軌節(jié)長(zhǎng)度最短一般為200m，特殊情況下不短于150m。在長(zhǎng)軌之間、道岔與長(zhǎng)軌之間、絕緣接頭處需設(shè)置緩沖區(qū)，緩沖區(qū)一般設(shè)置24根同類型25m標(biāo)準(zhǔn)軌。 對(duì)于緩沖區(qū)、伸縮區(qū)以及其間接頭的布置，均有一系列規(guī)定，設(shè)計(jì)時(shí)執(zhí)行無縫線路鋪設(shè)及養(yǎng)護(hù)維修方法中有關(guān)規(guī)定。,2.伸縮區(qū)長(zhǎng)度,伸縮區(qū)長(zhǎng)度ls按前述推導(dǎo)公式計(jì)算，一般取50100m，宜取為標(biāo)準(zhǔn)軌長(zhǎng)度的整數(shù)倍。,四、普通無縫線路設(shè)計(jì),3.預(yù)留軌縫,長(zhǎng)軌條一端伸縮量

51、和標(biāo)準(zhǔn)軌一端伸縮量按前述公式計(jì)算。,按冬季軌縫不超過構(gòu)造軌縫的條件，可算得預(yù)留軌縫上限為,確定預(yù)留軌縫原則與普通線路相同。緩沖區(qū)中標(biāo)準(zhǔn)軌之間的預(yù)留軌縫也與普通線路相同。長(zhǎng)軌與標(biāo)準(zhǔn)軌之間的預(yù)留軌縫計(jì)算如下:,按夏季軌縫不頂嚴(yán)的條件，其下限為,則預(yù)留軌縫為,若鋼軌絕緣接頭采用膠接絕緣接頭，則允許緩沖區(qū)軌縫擠嚴(yán)。,從鎖定軌溫到當(dāng)?shù)刈畹蛙墱氐目s短量 從鎖定軌溫到當(dāng)?shù)刈罡哕墱氐纳扉L(zhǎng)量,四、普通無縫線路設(shè)計(jì),4.防爬設(shè)備的設(shè)置,在無縫線路的伸縮區(qū)和緩沖區(qū)上，因鋼軌可能有伸縮，必須布置足夠的防爬設(shè)備，保證無相對(duì)于軌枕的縱向移動(dòng)。為此，要求鋼軌與軌枕間扣件阻力大于軌枕與道床間的縱向阻力。即,四、普通無縫線路設(shè)

52、計(jì),式中： 1對(duì)防爬器提供的阻力（N），見表6.3； 1根軌枕上扣件阻力（N），見表6.3； 1根軌枕提供的道床阻力（N），見表6.4； 配置1對(duì)防爬器的軌枕數(shù)。,緩沖區(qū)的防爬設(shè)備與伸縮區(qū)相同。采用彈條扣件時(shí)，一般可不裝防爬器。,穿銷式防爬器,研究實(shí)例：某地區(qū)最高年軌溫為65，最低年軌溫-35，型混凝土軌枕，等效道床阻力為115N/cm，鋼軌容許強(qiáng)度為351MPa，計(jì)算得軌底拉應(yīng)力為161MPa，軌頭壓應(yīng)力為208MPa，制動(dòng)應(yīng)力取為10MPa，根據(jù)穩(wěn)定條件求得允許溫度壓力為1335.8kN，斷縫容許值為90mm，線路縱向阻力160N/cm，鋼軌彈性模量2.1105MPa，截面積77.45cm

53、2。 問能否在250m曲線上鋪設(shè)無縫線路？,問題思考： 1、無縫線路維修作業(yè)是否有時(shí)間限制及作業(yè)條件限制？ 道床擾動(dòng)阻力下降，須有作業(yè)軌溫條件限制，一般在鎖定軌溫15范圍作業(yè)。 2、軌溫不平順對(duì)無縫線路穩(wěn)定性的影響如何？ 方向不平順會(huì)引起脹軌。 3、豎向上是否也會(huì)脹軌？ 一般不會(huì)，但在梁端溫度力集中及豎曲線上也會(huì)，無砟軌道彈性支承塊也會(huì)。 4、鋼軌越重越容易脹軌？ 鋼軌越重越容易脹軌，溫度力的增加幅度，較框架剛度增加幅度大。 5、鋼軌在脹軌階段有何處理措施？ 澆水、覆冰、堆重、停車。,6、夏天換軌有何要求？ 計(jì)算伸縮量；插入合適長(zhǎng)度的鋼軌；鎖定軌溫時(shí)放散。 7、等效道床阻力是否隨2mm處的道床

54、橫向阻力增大而增大？ 等效道床阻力是軌枕橫向位移范圍內(nèi)的綜合阻力，與2mm前阻力斜率關(guān)系極大。,圖2 道床橫向阻力,五、橋上無縫線路設(shè)計(jì),橋上無縫線路的優(yōu)點(diǎn),可以減輕列車車輪對(duì)橋梁的沖擊 改善列車和橋梁的運(yùn)營(yíng)條件 延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命 減少養(yǎng)護(hù)維修工作量 這些優(yōu)點(diǎn)在行車速度提高時(shí)尤為顯著。,橋上無縫線路的受力特點(diǎn),橋上無縫線路不同于一般鋪設(shè)在路基上的無縫線路。橋跨結(jié)構(gòu)因溫度變化而伸縮，同時(shí)受到列車荷載作用而撓曲，因此，橋上無縫線路除受機(jī)車車輛荷載，軌溫變化和列車制動(dòng)作用外，還將受到橋跨結(jié)構(gòu)伸縮變形引起的伸縮附加力和撓曲變形引起的撓曲附加力。與此同時(shí)，鋼軌也對(duì)橋跨結(jié)構(gòu)施加大小相等方向相反的反作用力。

55、橋上無縫線路一旦斷裂，不僅危及行車安全，也將對(duì)橋跨結(jié)構(gòu)造成斷軌附加力，所有這些附加力均將通過橋跨結(jié)構(gòu)而作用于墩臺(tái)上。,橋上無縫線路的設(shè)計(jì)要求,嚴(yán)格控制軌道與橋梁相互作用的附加力； 控制長(zhǎng)軌條的縱向力，保證無縫線路的穩(wěn)定性和鋼軌強(qiáng)度； 控制鋼軌折斷時(shí)的斷縫，確保行車安全； 控制橋梁墩臺(tái)的縱向水平力值，確保橋梁的安全使用。,設(shè)計(jì)橋上無縫線路時(shí)，為保證軌道及橋梁結(jié)構(gòu)的安全，提高行車的平穩(wěn)性和舒適性，在設(shè)計(jì)中必須充分考慮無縫線路與橋梁的相互作用：,橋上無縫線路的扣件布置,扣件布置原則：大跨度、高墩橋梁減小扣件縱向阻力，小跨度、矮墩橋梁增大扣件縱向阻力。 長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)實(shí)踐證明，使用小阻力扣件有利于減小墩臺(tái)和

56、軌道結(jié)構(gòu)受力。同時(shí)使用小阻力扣件是避免采用鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器的最有效措施。 但是過小的線路縱向阻力會(huì)使焊接長(zhǎng)鋼軌低溫?cái)嗔押螽a(chǎn)生過大的軌縫，影響行車安全。 因此對(duì)扣件縱向阻力要有個(gè)合理的取值。,橋上無縫線路的伸縮調(diào)節(jié)器布置,對(duì)混凝土梁橋：根據(jù)墩臺(tái)受力檢算，能不設(shè)鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器盡可能不設(shè)，為使混凝土連續(xù)梁的固定墩受力減小，也可在中跨的跨中設(shè)置雙向調(diào)節(jié)器，只當(dāng)混凝土連續(xù)梁的聯(lián)長(zhǎng)很長(zhǎng)或條件困難的情況下才在梁的兩端分別設(shè)置調(diào)節(jié)器。 對(duì)鋼梁橋：因梁的伸縮位移量很大，為補(bǔ)償鋼梁位移引起的鋼軌位移，應(yīng)在梁端設(shè)置鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器。,伸縮調(diào)節(jié)器,5.1 橋上無縫線路的附加力,橋上無縫線路設(shè)計(jì)除計(jì)算長(zhǎng)鋼軌的溫度力作用之外

57、，還應(yīng)計(jì)算橋上縱向附加力作用，包括：伸縮力、撓曲力、斷軌力及制動(dòng)力。,一、伸縮力,梁跨結(jié)構(gòu)因溫度變化而伸縮。在明橋面上，梁跨結(jié)構(gòu)翼緣的這種縱向變形（即伸縮位移），受到梁軌間聯(lián)結(jié)的約束，使鋼軌產(chǎn)生縱向附加力的作用。在有砟橋上，道床也對(duì)梁、軌間的相對(duì)位移產(chǎn)生約束阻力，使鋼軌形成附加縱向力。伴隨溫度變化，因梁軌相對(duì)位移而產(chǎn)生的鋼軌縱向附加力稱之為伸縮力。,溫度力作用下梁、軌位移,二、撓曲力,在列車荷載作用下，梁跨結(jié)構(gòu)因撓曲引起梁軌相對(duì)位移而產(chǎn)生的鋼軌縱向附加力稱之為撓曲力。,三、制動(dòng)力,如果列車在橋上制動(dòng)，列車制動(dòng)引起鋼軌伸縮而產(chǎn)生的縱向附加力稱為制動(dòng)附加力。 以上鋼軌縱向附加力通過梁軌相互作用而傳

58、遞于梁跨結(jié)構(gòu)和固定支座，致使橋梁墩臺(tái)承受附加水平力作用并產(chǎn)生彈性變形，發(fā)生墩頂縱向位移。,四、斷軌力,因橋上長(zhǎng)鋼軌折斷，引起橋跨結(jié)構(gòu)與長(zhǎng)鋼軌相對(duì)縱向位移而產(chǎn)生的縱向力稱為斷軌力。斷軌力通過梁、軌間的約束傳遞于墩臺(tái)的固定支座。,5.2 伸縮力、撓曲力計(jì)算方法,橋梁固定支座是理想的鉸支座，不計(jì)活動(dòng)支座對(duì)梁體縱向位移的影響; 梁體溫度變化僅為單方向的升溫和降溫，不考慮梁溫升降的交替變化; 計(jì)算撓曲力時(shí)，簡(jiǎn)支梁按兩跨梁上布置列車荷載計(jì)算，連續(xù)梁在邊跨（1跨）或固定支座至梁端的多跨梁上布置荷載計(jì)算; 不考慮伸縮力、撓曲力的相互影響，伸縮力、撓曲力分別計(jì)算。,一、計(jì)算假定,1.力學(xué)平衡方程 2.變形協(xié)調(diào)方

59、程 3.邊界條件,二、基本方程式,1.力學(xué)平衡方程,在鋼軌計(jì)算長(zhǎng)度范圍內(nèi)，截取微段長(zhǎng)度dx，其所受之力如圖所示：,鋼軌微段受力示意圖,(6-69),(6-70),(6-71),(6-72),2.變形協(xié)調(diào)條件,一般情況下，在梁跨某個(gè)部位存在梁、軌相對(duì)位移為零（即軌、梁的位移量相等）的點(diǎn)，由此建立梁軌變形協(xié)調(diào)方程：,（A）第一變形協(xié)調(diào)方程,(6-73),溫度力作用下梁、軌位移,FH,x,豎向荷載作用下梁、軌伸縮位移,(6-74),(6-75),（B）第二變形協(xié)調(diào)方程,位于無縫線路固定區(qū)的橋梁，在伸縮力和撓曲力的分布范圍內(nèi)，鋼軌拉伸和壓縮變形的代數(shù)和應(yīng)為零，其變形協(xié)調(diào)方程式為：,(6-76),3.邊界條件,在無縫線路固定區(qū)，發(fā)生鋼軌位移的起點(diǎn)及終點(diǎn)，其位移及鋼軌附加力均為零，即存在下列邊界條件：,(6