《軌道工程》課程設(shè)計(jì)任務(wù)書及算例解讀

1、軌道工程課程設(shè)計(jì)普通無縫線路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)任務(wù)書一、課程設(shè)計(jì)性質(zhì)、任務(wù)與目的軌道工程課程設(shè)計(jì)是土木工程專業(yè)的一門實(shí)踐性課程；本課程設(shè)計(jì)主 要訓(xùn)練學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的能力， 培養(yǎng)學(xué)生用定性分析方法對(duì)問題進(jìn)行 綜合分析和評(píng)價(jià)。本課程設(shè)計(jì)是在學(xué)過軌道的基礎(chǔ)知識(shí)后，對(duì)“軌道強(qiáng)度計(jì) 算” 、“無縫線路軌道設(shè)計(jì)” 、“軌道結(jié)構(gòu)組成”等知識(shí)的拓寬與綜合應(yīng)用。通 過作業(yè)，使學(xué)生在鞏固所學(xué)軌道結(jié)構(gòu)組成、 軌道強(qiáng)度計(jì)算的基本方法， 熟悉并運(yùn) 用課堂所學(xué)內(nèi)容，從而加深對(duì)所學(xué)內(nèi)容的理解， 提高綜合分析和解決問題的能力。熟練掌握普通無縫線路設(shè)計(jì)步驟， 了解無縫線路的特點(diǎn)及受力特征。 通過對(duì) 普通無縫線路的設(shè)計(jì)，達(dá)到對(duì)整

2、個(gè)軌道體系的全面的認(rèn)識(shí)。二、設(shè)計(jì)要求1獨(dú)立完成，有獨(dú)特見解。2文字清晰，條理清楚，步驟完整。 3文面、圖面整潔，裝訂整齊。三、設(shè)計(jì)資料1. 軌溫：(0) 蘭州地區(qū) ;(1) 石家莊地區(qū) ;(2) 西寧地區(qū) ;(3) 西安地區(qū) (4) 合肥地區(qū) ;(5) 鄭州地區(qū) ;(6) 長沙地區(qū)。按自己對(duì)應(yīng)的學(xué)號(hào)的倒數(shù)第二位選取相應(yīng)地區(qū)的軌溫。2. 軌道條件(1) 鋼軌：為60kg/m的鋼軌、按預(yù)期垂磨6mm計(jì)算；緩沖區(qū)鋼軌采用每根 長25m的標(biāo)準(zhǔn)軌；軌鋼容許應(yīng)力：(T s = 36500X 104Pa；(2) 軌枕：混凝土U型軌枕，每公里鋪設(shè) 1840根，a=544mm(3) 扣件：接頭扣件為巾24mm

3、10.9級(jí)螺栓，六孔夾板；中間扣件為彈條U型扣件，橡膠墊板；道床：碎石道碴，頂寬3.3m,曲線外側(cè)加寬0.05m。道碴為一級(jí)道碴，道 碴厚30cm,底碴厚20cm,道床厚度h= 30+ 20/2= 40 cm,3線路等級(jí)及最小曲線半徑 線路等級(jí)：I級(jí)線路； 最小曲線半徑：FU= 600m4行駛機(jī)車最咼仃駛速度：V ma=120km/h;=0.012283/cm鋼軌支座彈性剛度：檢算鋼軌D = 300kN/cm ;輪重和軸距排列如表1所示。(共有10種前五種為內(nèi)燃機(jī)車，后五種是電 力機(jī)車，分別按學(xué)號(hào)的最后一位選取自己的機(jī)車的類型)表1機(jī)車計(jì)算資料類型輪軸輪重(kN)輪距(cm)構(gòu)造速度(km/h

4、)內(nèi) 燃 機(jī) 車ND第一轉(zhuǎn)向架I105120195n105215出105420第二轉(zhuǎn)向架I105215n105195出105ND第一轉(zhuǎn)向架I115120205n115195出115930第二轉(zhuǎn)向架I115195n115205出115東方紅4第一轉(zhuǎn)向架I115120180n115210出115787第二轉(zhuǎn)向架I115輪重(kN)輪距(cm)構(gòu)造速度(km/h)210n 115180川 115I 108.5255第一轉(zhuǎn)向架n 108.5180108.5NY820120I 108.5180108.5第二轉(zhuǎn)向架255108.5115115255第一轉(zhuǎn)向架180115NY7870120115180第二轉(zhuǎn)

5、向架n 115255川 115230類型輪軸輪重(kN)輪距(cm)構(gòu)造速度(km/h)n115180出115870I115180第二轉(zhuǎn)向架n115255出115表2鋼軌截面特性表垂直磨耗(mm)項(xiàng)目鋼軌類型(kg/m)7560500斷面積f( cm2)95.0677.4565.8對(duì)水平軸慣性矩j x( cm2)449032172037對(duì)豎直軸慣性矩J y ( cm2)661524377軌底截面系數(shù)W 1 (cm5)509396287軌頭截面系數(shù)W 2 (cm )4323392516對(duì)水平軸慣性矩Jx ( cm?)28791827對(duì)豎直軸慣性矩J y ( cm2)498360軌底截面系數(shù)W 1

6、 (cm )375275軌頭截面系數(shù)W 2 (cm5)2912309對(duì)水平軸慣性矩J x ( cm2)26901702軌底截面系數(shù)W 1 (cm )363264軌頭截面系數(shù)W 2 (cm )264216表3速度系數(shù)|二牽引種類速度系數(shù)。計(jì)算軌底彎曲應(yīng)力用計(jì)算軌道下沉及軌下基礎(chǔ) 各部件的荷載及應(yīng)用內(nèi)燃0.4 V1000.3V100電力0.6V1000.45V100表4鋼軌強(qiáng)度鋼種屈服極限Mpa強(qiáng)度極限MpaU 74,U74CU410785軌道特征單根軌枕的道床縱向阻力R（N）一股鋼軌下單位道床縱向阻力r （ N/mm1840 根 /km1760 根 /Km木枕線路70006.46.1混凝土枕線路

7、100009.18.7UyiM n , U7 iMn SiCu456883表5道床縱向阻力5 線路條件原始彈性彎曲矢度：fe=0.3cm ;原始塑性彎曲矢度：fp= 0.3cm；線路容許彎曲矢度：f= 0.2cm；原始彎曲半波長：I。= 400cm等效道床阻力：CH 87N/ cm；鋼軌對(duì)豎直軸的慣性矩：Jy = 524cm4軌道框架換算系數(shù)：B = 2。6鐵路線路修理規(guī)則中的有關(guān)無縫線路的一些規(guī)定第1條 允許速度為120km/ h（不含）160km/h的線路應(yīng)鋪設(shè)跨區(qū)間或全 區(qū)間無縫線路，允許速度大于160 km/h的線路應(yīng)鋪設(shè)跨區(qū)間無縫線路。第2條 溫度應(yīng)力式無縫線路，一般由固定區(qū)、伸縮區(qū)

8、、緩沖區(qū)三部分構(gòu) 成。固定區(qū)長度不得短于 50 m。伸縮區(qū)長度應(yīng)根據(jù)年軌溫差幅值、道床縱向阻 力、鋼軌接頭阻力等參數(shù)計(jì)算確定，一般為 50100m緩沖區(qū)一般由24節(jié)標(biāo) 準(zhǔn)軌（含廠制縮短軌）組成，普通絕緣接頭為4節(jié)，采用膠接絕緣接頭時(shí)，可將膠 接絕緣鋼軌插在2節(jié)或4節(jié)標(biāo)準(zhǔn)軌中間。緩沖區(qū)鋼軌接頭必須使用不低于10.9級(jí)的螺栓，螺栓扭矩應(yīng)保持在 7001100N- m。絕緣接頭軌縫不得小于 6mm第3條無縫線路必須有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。鋪設(shè)無縫線路應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)軌 道結(jié)構(gòu)，根據(jù)各地軌溫幅度并按 鋪設(shè)無縫線路允許溫差表（附錄六）所列允許 溫升 tu和允許溫降 td計(jì)算中和軌溫，確定設(shè)計(jì)鎖定軌溫。特殊情況需

9、加 強(qiáng)軌道結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)根據(jù)行車條件和線路平縱斷面情況進(jìn)行強(qiáng)度、穩(wěn)定性及緩沖區(qū) 軌縫檢算。中和軌溫按下式計(jì)算：tsfTmaxTmin ：td _ ：tu 2 2式中Atd， tu允許溫降和允許溫升（附錄六）;Tmax，Tmin-當(dāng)?shù)貧v史最咼、最低軌溫; tk中和軌溫修正值，取05C第4條 曲線半徑小于400 m或當(dāng)?shù)刈畲筌墱胤瘸^ 鋪設(shè)無縫線路允許 溫差表)(附錄六)中允許鋪設(shè)無縫線路最大軌溫幅度時(shí)，應(yīng)作特殊設(shè)計(jì)。長大坡道、制動(dòng)地段及行駛重載列車區(qū)段鋪設(shè)無縫線路時(shí)，可采取加強(qiáng)措施。第5條橋上鋪設(shè)無縫線路應(yīng)滿足下列要求：一、位于無縫線路固定區(qū)的跨度不大于 32m的簡支梁橋。二、 當(dāng)?shù)刈畲筌墱刈兓?/p>

10、度、橋長及其采用軌枕、扣件符合表5的規(guī)定。三、 無縫線路在橋梁兩端路基上每端鎖定長度均不應(yīng)小于100m不在上述規(guī)定之列的橋梁，應(yīng)對(duì)鋼軌、墩臺(tái)的受力狀態(tài)、冬季鋼軌折斷時(shí)斷 縫的大小進(jìn)行檢算。若各項(xiàng)檢算結(jié)果未超過允許值則可鋪設(shè)。橋梁有淺基、孔徑不足、偏心超限、載重等級(jí)不足或支座、墩臺(tái)病害等，鋪 設(shè)無縫線路前必須進(jìn)行嚴(yán)格檢算。表5橋上扣件相關(guān)規(guī)定鋼軌類型(kg / m)最大軌溫幅度(C )允許橋梁長度(m)扣件類型與扭矩鋼梁橋和混凝土梁無 碴橋混凝土梁有碴橋5060 70 300鋼梁橋：K型扣件 混凝土梁無碴橋：WJ2型扣件扣件扭矩：6080N -m加強(qiáng)橋頭線路的鎖定YJ 一 1型扣件扭矩：6080

11、N - m彈條1型、彈條n型扣件扭矩： 與線路上相同加強(qiáng)橋頭線路的鎖定71 80 24081 90 20091 100 1606060 70 22071 80 20081 90 16091 10020006=521752 m(6) 鋼軌動(dòng)彎應(yīng)力計(jì)算0.4V。.口“朋100100 h=75mm3 =0.002 h=0.002 X 75=0.15 f= 1.6軌底動(dòng)彎應(yīng)力 5 :Md52175 =139.lMPa375軌頭動(dòng)彎應(yīng)力 5：MdW2= 55=179.3 MPa291(7) 鋼軌制動(dòng)應(yīng)力列車制動(dòng)時(shí)，在列車前面的鋼軌受壓，后面的鋼軌受拉。 米取鋼軌制動(dòng)應(yīng)力 5= 10MPa(8) 容許的軌

12、溫變化幅度計(jì)算根據(jù)強(qiáng)度條件，計(jì)算容許的軌溫變化幅度，其條件式為:od+ 5+ 5三sd而5=2.5t (MPa)所以，軌底容許的降溫變化幅度為：輊丄 輊t降Ss- S1- Sf2.5365- 139.1- 102.5=86.3 C軌頭容許的升溫變化幅度為:Ss- S2- St2.5=365- 179.3- 10= 70.3 C2.502 穩(wěn)定壓力計(jì)算 (1)線路條件原始彈性彎曲矢度：f0e=0.3cm ；原始塑性彎曲矢度：fp= 0.3cm ;線路容許彎曲矢度:f= 0.2cm；原始彎曲半波長：|0 = 400cm ；等效道床阻力：Q = 87N/cm ; 鋼軌對(duì)豎直鈾的慣性矩：Jy = 49

13、8cm4;軌道框架換算系數(shù)：3= 2。(2)溫度壓力計(jì)算有塑性原始彎曲圓曲線的合成曲率為：111=十rRR012600 108 0.32(400)= 3.17 10/cm有關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算：3 nEJY= 2X9.87 21X106 X524= 2.06 氷ONcm43 =0.129二驗(yàn)算變形曲線長度I :|2 Q訂 BEJy2 JI +RiEJy)2eJy二 2 4 (ffoe)QRi=右 20.6 x 3.17 x 105 +J(20.6x 3.17)2 x107 +102 _720.6 1010 0.5 870.129=20.43 104cm2I =452.0cm因計(jì)算得I =452.0cm，

14、與400cm相差較大，再設(shè)I =452.0cm，重新計(jì)算fe：oe =|24000 3oe2 =20.43 1042 = 0.383 cm400將fe=0.383cm代入，驗(yàn)算變形曲線長度I :丄 120.3.1102013.17)2“010+2010109583 佃I2870.1294=21.01 10 cm因計(jì)算得I =458.3cm,與452cm還有一定誤差，再設(shè)10=458.3cm，重新計(jì)算 仏：oe =|2 | 2嬰=21.01104.383 4 =0.394 cm20.43 04將fe=0.394cm代入，驗(yàn)算變形曲線長度I :I2 = 1：870.6 3.17 105.(20.6

15、 3.17)2 1010 26 10594 870.1294=21.08 X0 cmI =459.1cml =459.1cm 與上面的 l0=458.3cm 相接近，因此將 I 2= 21.08 Xl04cm, f0e=0.394cm 代入下式，求溫度壓力 Pn。EJyJfoe) . 43Q|2I二oeJ220.6 1010(0.2 0.394)40.129 87 21.08 104 542025706 N0.2 0.394 0.129 3.17 10 21.08 10421.08 104(3)容許溫度壓力計(jì)算采取安全系數(shù)： K = 1.25 容許溫度壓力PJI Pn2025706 ,_P -

16、1620564 NK 1.25（4）容許的升溫變化幅度計(jì)算根據(jù)穩(wěn)定性條件，計(jì)算容許的升溫變化幅度。鋼軌斷面積F= 77.45cm2容許的增溫變化幅度為：輊P1635643“ 焦臌t升2 = 2創(chuàng)250F= 2 250? 77.45=8 臌切=70.3（強(qiáng)度條件允許溫升）所以 |t升 =41.3 鎖定軌溫計(jì)算由強(qiáng)度和穩(wěn)定條件確定鎖定軌溫鋪軌下限鎖定軌溫（受穩(wěn)定條件限制）：tsf（下）=Tmax-輊七升=62.6- 41.8= 20.8 鋪軌上限鎖定軌溫（受強(qiáng)度條件限制）：tsf （上） = Tmin + 輊 t降 = - 22.8 + 86.3 = 63.5 故20.8C tsf63.5 C（2

17、）確定的鎖定軌溫式中用:規(guī)范中規(guī)定鎖定軌溫的取值為tsf上皿3工一，tk2 262.6 (-22.8) 86.3 -41.8= 十2 2 ts , tc允許溫升和允許溫降；T max, T min當(dāng)?shù)貧v史最咼、最低軌溫;_ 5 =42.6 一 5 tk中和軌溫修正值，取 05 Co但考慮到為了便于施工， 一般應(yīng)保證設(shè)計(jì)鎖定軌溫較中間軌溫的上浮一個(gè)值,本設(shè)計(jì)米f般應(yīng)保證設(shè)計(jì)鎖定軌溫較中間軌溫的上浮值，取為35 Co故分析得出其范圍為 2325 C由于取為25 C時(shí)其施工鎖定軌溫為 2030 C,其下限超出上述條件確定出的下限，故取為26C，其施工鎖定軌溫為2131 Co（3）確定鋪軌鎖定軌溫的范

18、圍根據(jù)上述條件確定的的鎖定軌溫為26 C是合理的鎖定軌溫，而且在由強(qiáng)度和穩(wěn)定條件計(jì)算所得的鎖定軌溫范圍之內(nèi)，所以最后選定鎖定軌溫為：設(shè)計(jì)鎖定軌溫tsf=26 C41. 6CCy1 CA53.8=1041.7kN 最大溫度壓力 Ptmax壓：Ptmax 壓=250 -F max 升=250X77.45 X41.6=805.48kN溫度拉力引起的伸縮區(qū)長度ls1 :siRmax 拉-Ph1041.7- 57091=51.84 m805.48 - 57091=25.88 m溫度壓力引起的伸縮區(qū)長度ls2 :R max壓-PH ls2=-r為安全起見，伸縮區(qū)長度采用ls = 75m。防爬器的布置一根軌

19、枕上中間扣件的阻力Pc= 16kN ;一根軌枕的道床縱向阻力Rs= 10kN ;從上述可看出，中間扣件阻力大于道床縱向阻力，可不需要在伸縮區(qū)布置防爬器，但中間扣件扭力矩應(yīng)經(jīng)常保持在80120N- m范圍內(nèi)，中間扣件阻力才能達(dá)到上述要求。5.緩沖區(qū)預(yù)留軌縫計(jì)算(1)長軌一端的伸縮量長軌一端的伸長量 入長伸滋申%x壓-PH)2 =(805480- 570000)2 ?io 1.9mm2EFr2創(chuàng)21 10 倉療7.45 91長軌一端的縮短量入長縮l長縮二(R max拉Ph)22EFr2(1041703- 570000)2 創(chuàng)21 104 倉 77.45 917.5 mm標(biāo)準(zhǔn)軌一端的伸長量 入短伸I短伸=r -Io8121 104 100 77.4510(805480 -570000)25009125002IL2_8=1.4mm標(biāo)準(zhǔn)軌一端的縮短量入短縮:1短