無縫線路課程設(shè)計(jì)之中和軌溫及預(yù)留軌縫設(shè)計(jì)

1、軌道工程課程設(shè)計(jì)目錄一、簡介（1）二、設(shè)計(jì)參數(shù)（2）三、設(shè)計(jì)內(nèi)容（5）四、設(shè)計(jì)總結(jié)（13）五、參考文獻(xiàn)（14）六、程序設(shè)計(jì)（14）35一、簡介（一）、無縫線路鎖定軌溫及預(yù)留軌縫簡介無縫線路是當(dāng)今軌道結(jié)構(gòu)的一項(xiàng)重要新技術(shù)，是把標(biāo)準(zhǔn)長度的鋼軌焊連而成的長鋼軌線路。它是當(dāng)今軌道結(jié)構(gòu)的一項(xiàng)重要技術(shù)，是與重載、高速鐵路相適應(yīng)的新型軌道結(jié)構(gòu)。無縫線路是當(dāng)今軌道結(jié)構(gòu)的最佳選擇，世界各國競相發(fā)展。我國鐵路無縫線路的發(fā)展，近年來在技術(shù)上有很大的進(jìn)步，在數(shù)量上有較快增長。無縫線路是鐵路軌道現(xiàn)代化的重要內(nèi)容，經(jīng)濟(jì)效益顯著，在橋梁上鋪設(shè)無縫線路，可以減輕列車車論對橋梁的沖擊，改善列車和橋梁的運(yùn)營條件，延長設(shè)備使用壽命

2、，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。然而鋪設(shè)無縫線路是有條件的，主要是考慮氣候溫度的影響，因?yàn)槿f物都有熱脹冷縮的特點(diǎn)，對于無縫鋼軌，溫度的影響更為明顯，只有選擇適當(dāng)?shù)臏囟龋ㄎ覀兎Q為鎖定軌溫），才能盡可能的避免這方面的傷害。鎖定軌溫一般采用高于本地區(qū)的中間軌溫。（二）、設(shè)計(jì)的目的與意義中和軌溫（即無縫線路設(shè)計(jì)鎖定軌溫）是無縫線路設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題，涉及軌道工程這門課的主要理論。該設(shè)計(jì)目的是通過實(shí)際設(shè)計(jì)，更深入地掌握鐵路軌道的基本理論，自主練習(xí)，將所學(xué)知識用于實(shí)際的設(shè)計(jì)中，學(xué)以致用。完成該課程設(shè)計(jì)的意義在于讓所學(xué)的知識形成一個(gè)系統(tǒng)的體系，加固對知識的理解與應(yīng)用，逐漸熟悉使用規(guī)范，設(shè)

3、計(jì)手冊和查閱參考資料，培養(yǎng)自身分析問題、解決問題和獨(dú)立工作的能力。（三）、設(shè)計(jì)任務(wù)（1）收集資料，綜合分析。通過專業(yè)書籍及相關(guān)學(xué)術(shù)期刊的學(xué)習(xí)，了解無縫線路鋪設(shè)的意義及國內(nèi)外發(fā)展的現(xiàn)狀。并對路基上無縫線路設(shè)計(jì)的基本原理、方法及步驟有較清楚的了解。（2）通過計(jì)算，確定路基上無縫線路的允許降溫幅度。（3）通過計(jì)算，確定路基上無縫線路的允許升溫幅度。（4）通過計(jì)算，確定中和軌溫（即無縫線路設(shè)計(jì)鎖定軌溫）。中和軌溫確定是無縫線路設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題，涉及鐵路軌道這門課的主要理論。該設(shè)計(jì)的目的是通過實(shí)際設(shè)計(jì)，更深入地掌握鐵路軌道的基本理論（尤其是強(qiáng)度計(jì)算和溫度力計(jì)算理論）。（四）、本課程設(shè)計(jì)自選參數(shù)及自選計(jì)算軟

4、件自選參數(shù)：施工地點(diǎn)：深圳地區(qū)最小曲線半徑：800m機(jī)車：韶山8(ss8)電力機(jī)車，vmax=120 km/h 計(jì)算軟件：microsoft visual c+ 6.0二、設(shè)計(jì)參數(shù)主要技術(shù)指標(biāo)：深圳地區(qū)某段線路鋪設(shè)無縫線路。 （一）、基本參數(shù)選取如下：鋼軌屈服強(qiáng)度s457mpa標(biāo)準(zhǔn)軌長度取25m鋼軌允許應(yīng)力352mpa附加壓力本設(shè)計(jì)可取為0（n）軌枕間距鋼軌附加應(yīng)力（mpa）10mpa路基填料沙粘土臨界溫升tk5鋼軌支座剛度d檢算鋼軌330000（n/cm）設(shè)計(jì)最大速度vmax120km/h檢算軌下基礎(chǔ)720000（n/cm）曲線最小半徑r800m接頭阻力ph510kn鋼的彈性模量e2.110

5、5mpa機(jī)車類型韶山8(ss8)電力機(jī)車鋼軌的線膨脹系數(shù)11.810-6/相鄰標(biāo)準(zhǔn)軌間預(yù)留軌縫ag18mm.表（1）（二）、具體參數(shù)如下各表：1、取正線軌道類型如下： 項(xiàng)目單位數(shù)量列車設(shè)計(jì)最高速度km/h120軌道結(jié)構(gòu)鋼軌kg/m60混凝土枕型號鋪枕根數(shù)根/km1667巖石、滲水土路基道渣一級cm面25底20表（2）2、鋼軌斷面尺寸特征如下： 鋼軌類型kg/m60鋼軌類型kg/m60每米質(zhì)量m/kg60.64軌頭所占面積ah/%37.47斷面積a/cm277.45軌腰所占面積aw/%25.29重心距軌底距離y1/mm81軌底所占面積ab/%37.24對水平軸的慣性矩ix/cm43217鋼軌高度

6、h/mm176對豎直軸的慣性矩iy/cm4524鋼軌寬度b/mm150下部截面系數(shù)w1/cm3（考慮垂直磨耗6mm）396軌頭高度h/mm48.5下部截面系數(shù)w2/cm3（考慮垂直磨耗6mm）339軌頭寬度b/mm73軌底橫向撓曲斷面系數(shù)wy/cm370軌腰厚度t/mm16.5表（3）3、混凝土枕尺寸如下： 軌枕類型主筋數(shù)量混凝土等級截面高度/mm截面寬度/cm底面積/cm2質(zhì)量/kg長度/cm軌下中間端部軌下中間7720320260107c6023.018.530.028表（4）4、軌枕扣件技術(shù)性能如下: 扣件性能彈條型扣件性能彈條型每個(gè)彈條初始扣壓力/kn10彈程/mm10扣壓節(jié)點(diǎn)垂直靜剛

7、度/kn/m60-80調(diào)軌距量/mm-812縱向防爬阻力/kn16調(diào)高量/mm10表（5）5、附加速度系數(shù)如下： 附加速度系數(shù)和速度范圍 km/h電力機(jī)車120v160160v200表（6）6、橫向水平力系數(shù)f如下：線路平面曲線半徑/m800橫向水平力系數(shù)f1.45表（7）7、深圳地區(qū)最高最、低及中間軌溫如下： 地區(qū)最高軌溫最低軌溫中間軌溫深圳58.7-0.229.5表（8）8、混凝土枕線路的初始彎曲如下： 初始彎曲60kg/m鋼軌彈性初彎（mm）2.5塑性初彎（mm）2.5表（9）9、機(jī)車類型為: 韶山8(ss8)電力機(jī)車，設(shè)計(jì)速度?。簐max=160km/h，機(jī)車參數(shù)如下： 機(jī)車型號輪軸名

8、稱輪重kn輪距cm構(gòu)造速度km/h韶山8(ss8)電力機(jī)車第一轉(zhuǎn)向架i107.8290客160ii107.8610第二轉(zhuǎn)向架i107.8ii107.8290表（10）三、設(shè)計(jì)內(nèi)容（一）、設(shè)計(jì)思路無縫線路中和軌溫計(jì)算的主要思路如圖：圖中揭示了該設(shè)計(jì)的主要思路。中和軌溫應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐能墱貤l件（）和軌道允許的升溫幅度和降溫幅度來確定。因此確定軌道允許的升溫幅度和降溫幅度是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。應(yīng)根據(jù)無縫線路的設(shè)計(jì)原則來確定。主要計(jì)算如下：1. 無縫線路鋼軌強(qiáng)度檢算（確定允許降溫幅度）強(qiáng)度條件應(yīng)使作用在鋼軌上的各種應(yīng)力總合不超過鋼軌的允許應(yīng)力：式中：鋼軌動(dòng)彎應(yīng)力（mpa），計(jì)算方法參見“軌道結(jié)構(gòu)力學(xué)分析”一章；鋼

9、軌溫度應(yīng)力（mpa）；鋼軌附加應(yīng)力（mpa），如橋上的伸縮應(yīng)力和撓曲應(yīng)力、無縫道岔基本軌附加應(yīng)力、列車制動(dòng)等引起的附加應(yīng)力等。本設(shè)計(jì)只考慮路基上由制動(dòng)引起的附加應(yīng)力，可??；鋼軌允許應(yīng)力。因此允許的降溫幅度可由下式計(jì)算 式中：鋼軌動(dòng)彎應(yīng)力（mpa），取拉應(yīng)力計(jì)算值。2. 據(jù)穩(wěn)定性條件確定允許的升溫幅度根據(jù)穩(wěn)定性計(jì)算求得的允許溫度壓力后，可計(jì)算出允許的升溫幅度： 式中： 附加壓力，本設(shè)計(jì)可取為零（n）。軌道允許的最大溫度壓力；根據(jù)無縫線路穩(wěn)定性理論計(jì)算，采用“統(tǒng)一公式”教材和參考文獻(xiàn)1。3. 中和軌溫確定根據(jù)圖，中和軌溫計(jì)算如下： 4. 預(yù)留軌縫的計(jì)算根據(jù)預(yù)留軌縫的原則，冬季軌縫不應(yīng)超過構(gòu)造軌縫可

10、得預(yù)留軌縫上限：夏季軌縫不頂緊可得預(yù)留軌縫下限：式中、從鎖定軌溫至當(dāng)?shù)刈畹蛙墱貢r(shí)，長軌、短軌一端的縮短量、從鎖定軌溫至當(dāng)?shù)刈罡哕墱貢r(shí)，長軌、短軌一端的伸長量無縫線路預(yù)留軌縫：（二）、計(jì)算過程1. 軌道結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算：計(jì)算最大靜位移、彎矩和枕上壓力：當(dāng)d=33000n/mm、a=600mm時(shí)，u=55.00mpak=0.0011944mm-1當(dāng)d=72000n/mm、a=600mm時(shí)，u=120.0mpa;k=0.0014517mm-1計(jì)算最大靜位移、彎矩和枕上壓力：對于ss8電力機(jī)車，轉(zhuǎn)向架間距離超過5m，故不考慮各轉(zhuǎn)向架的互相影響。各輪載及轉(zhuǎn)向架各軸間距均相同，故只需取第一轉(zhuǎn)向架進(jìn)行計(jì)算。第一

11、個(gè)輪的計(jì)算=1.125772（mm）=22121228（nm） = 46002.913(n)軌道強(qiáng)度檢算1、計(jì)算、速度系數(shù)偏載系數(shù)（未被平衡的超高一般不大于75mm）曲線半徑r=800m時(shí)，查表5-5可得橫向水平力系數(shù)f=1.45故2、軌枕檢算（1）、軌下斷面正彎矩檢算滿足要求（2）、中間斷面負(fù)彎矩檢算，滿足要求1、 道床頂面壓應(yīng)力檢算，滿足要求2、 路基基床表面壓應(yīng)力檢算現(xiàn)有道床厚度為滿足要求3、 鋼軌強(qiáng)度檢算60kg/m鋼軌，當(dāng)垂直磨耗為6mm時(shí)，截面磨量w底=375000mm3,w頭=291000mm3，故：軌底外緣拉應(yīng)力軌頭外緣壓應(yīng)力溫度應(yīng)力取t=51mpa，檢算鋼軌強(qiáng)度：軌底：底+t

12、+f=159.95+51+10=220.95（mpa）,滿足要求軌頭：頭+t+f=206.12+51+10=267.12（mpa）,滿足要求4，計(jì)算匯總 根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，軌道各部件應(yīng)力或彎矩都未超過標(biāo)準(zhǔn)允許值，軌道強(qiáng)度合格，結(jié)果匯總見下表：軌道各部分強(qiáng)度檢算結(jié)果匯總檢算項(xiàng)目鋼軌應(yīng)力（mpa）軌枕檢算斷面彎矩(knm)道床頂面應(yīng)力zmax（mpa）基床表面應(yīng)力l（mpa）軌底外緣拉應(yīng)力底(mpa)軌頭外緣壓應(yīng)力頭(mpa)軌下斷面正彎矩mg(knm)中間斷面負(fù)彎矩mc(knm)計(jì)算值159.95206.129.70-8.150.430.115允許值35235213.310.50.50.152.

13、 中和軌溫計(jì)算 根據(jù)強(qiáng)度條件確定容許降溫幅度：允許應(yīng)力鋼軌附加應(yīng)力鋼軌彈性模量線膨脹系數(shù)由之前計(jì)算得到的應(yīng)力值：軌底外緣拉應(yīng)力 根據(jù)穩(wěn)定性條件確定容許升溫幅度：彈性初始彎曲矢度foe=2.5（mm）塑性初始彎曲矢度fop=2.5（mm）彈性初始彎曲半波長lo=4000（mm）最小曲線半徑r=800000（mm）塑性初始彎曲半徑變形曲率鋼軌斷面垂直軸慣性矩iy=5240000（mm4）等效道床阻力通過查表內(nèi)插取得：q=7.25 n/mm，由公式：可以求得：，與相差較大，所以按下式重新計(jì)算其矢度： 得，重新計(jì)算得還是有較大出入，再次計(jì)算，再次計(jì)算，所以由公式： 得p=2084948.465 n所以

14、得軌道框架的允許溫度壓力 所以由公式 ，（附加應(yīng)力可取為0）得 計(jì)算中和軌溫已知深圳地區(qū)最高軌溫為58.7c,最低軌溫-0.2c由中和軌溫計(jì)算公式 可以求得得施工溫度區(qū)間應(yīng)為： 40.1c，50.1c得如下軌溫圖：3. 預(yù)留軌縫計(jì)算 長軌與標(biāo)準(zhǔn)軌之間預(yù)留軌縫設(shè)計(jì)：先假設(shè)鎖定軌溫為45.1，所以得最大溫度力=2.48=2.487745（45.1+0.2）=870104.28 n=2.48=2.487745（58.7-45.1）=261223.36 n接頭阻力值ph根據(jù)表7-3取為510000n，易發(fā)現(xiàn)，比接頭阻力值還小，故軌道在夏季施工時(shí)不會(huì)因溫度升高出現(xiàn)伸長，所以，同時(shí)根據(jù)公式可求得冬季施工時(shí)

15、=2.61mm =2.04由構(gòu)造軌縫可求得：其余溫度的預(yù)留軌縫：溫度/c預(yù)留軌縫/mm40.18.041.17.042.17.043.17.044.17.045.17.046.16.047.16.048.16.049.16.050.15.0 標(biāo)準(zhǔn)軌之間預(yù)留軌縫設(shè)計(jì)：其余溫度的預(yù)留軌縫：溫度/c預(yù)留軌縫/mm40.18.041.18.042.17.043.17.044.17.045.17.046.17.047.17.048.17.049.16.050.16.0四、設(shè)計(jì)總結(jié)本設(shè)計(jì)根據(jù)所給工程資料對深圳某段無縫線路軌道的鎖定軌溫和預(yù)留軌縫進(jìn)行了設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)中主要參照課本上的知識進(jìn)行參數(shù)選擇和設(shè)計(jì)。同

16、時(shí)，對于不懂的問題請教了老師和同學(xué)，通過本次軌道工程課程設(shè)計(jì)我對整個(gè)知識體系有了個(gè)較完整的回顧，對所學(xué)知識有所鞏固，對于軟件的使用也有了更深入、熟悉的操作。對于本次課設(shè)最終結(jié)果，我得出以下結(jié)論：1、 南方地區(qū)溫差小，由此產(chǎn)生的溫度應(yīng)力比北方地區(qū)要小。而且南方地區(qū)最低軌溫較高，即使是由于降溫引起的溫度應(yīng)力，起始軌溫也得達(dá)到70多度才能最終引起最大溫度應(yīng)力，這幾乎是不可能的。2、 南方地區(qū)由于升溫引起的溫度應(yīng)力較小，故接頭阻力足以抵抗溫度應(yīng)力引起的伸長。所以在夏季施工，幾乎不用考慮鋼軌的伸長。3、 由于夏季鋼軌不會(huì)伸長，預(yù)留軌縫的控制因素完全在于冬季收縮量以及18mm的構(gòu)造軌縫，最終預(yù)留軌縫應(yīng)在6

17、7mm之間。4、 最終結(jié)論是，中和軌溫取45.1c，長軌與標(biāo)準(zhǔn)軌之間預(yù)留軌縫7.0mm，標(biāo)準(zhǔn)軌之間預(yù)留軌縫7.0 mm.五、參考文獻(xiàn)1、軌道工程中國鐵道出版社 高亮主編；2、鐵路軌道中國鐵道出版社谷愛軍主編；3、鐵路無縫線路中國鐵道出版社廣鐘巖等；4、鐵道工程西南交通大學(xué)出版社郝瀛主編；5、鐵路軌道設(shè)計(jì)規(guī)范（tb10082-2005）。六、程序設(shè)計(jì)源程序代碼（c語言）如下： 計(jì)算動(dòng)彎矩md、撓曲變形yd、枕上壓力rd#include#includevoid main()double d,d1,a,u,u1,k,k1,e,ix,y0,m0,r0,p0i,xi,x1,x2; printf(請輸入計(jì)

18、算鋼軌用支座剛度d:n);scanf(%lf,&d); printf(請輸入計(jì)算軌枕、道床、基床用鋼軌支座剛度d1:n);scanf(%lf,&d1);printf(請輸入鋼軌軌枕間距a:n);scanf(%lf,&a);printf(請輸入鋼軌彈性模量e:n);scanf(%lf,&e);printf(請輸入鋼軌截面慣性矩ix:n);scanf(%lf,&ix);printf(請輸入機(jī)車的輪重p0i:n);scanf(%lf,&p0i);printf(請輸入機(jī)車的軸距xi:n);scanf(%lf,&xi);u=d/a;u1=d1/a;x1=u/(4*e*ix);x2=u1/(4*e*ix)

19、;k=sqrt(sqrt(x1);k1=sqrt(sqrt(x2);m0=1/(4*k)*p0i*(1+exp(-k*xi)*(cos(k*xi)-sin(k*xi)+exp(-k*2*xi)*(cos(k*2*xi)-sin(k*2*xi);y0=k/(2*u)*p0i*(1+exp(-k*xi)*(cos(k*xi)+sin(k*xi)+exp(-k*2*xi)*(cos(k*2*xi)+sin(k*2*xi);r0=a*k1/2*p0i*(1+exp(-k1*xi)*(cos(k1*xi)+sin(k1*xi)+exp(-k1*2*xi)*(cos(k1*2*xi)+sin(k1*2*x

20、i);printf(鋼軌基礎(chǔ)彈性模量u=%7.2lfn,u);printf(剛比系數(shù)k=%lfn,k);printf(靜彎矩m0=%lfn,m0); printf(枕上壓力r0=%lfn,r0);printf(鋼軌的撓曲變形y0=%lfn,y0);double vmax, ho,ao,bo,md,yd,rd,f; printf(請輸入軌道允許的最高速度vmax:n);scanf(%lf,&vmax);printf(請輸入軌道的未被平衡超高值ho:n);scanf(%lf,&ho); printf(請輸入橫向水平力系數(shù)f:n);scanf(%lf,&f);ao=0.6*vmax/100;bo=0

21、.002*ho;md=m0*f*(1+ao+bo);yd=y0*(1+ao+bo); rd=r0*(1+ao+bo);printf(鋼軌上的動(dòng)彎矩為md=%lfn,md);printf(動(dòng)荷載下枕上壓力rd=%lfn,rd);printf(動(dòng)荷載下鋼軌的撓曲變形yd=%lfn,yd); 計(jì)算允許溫度壓力#include#include#define k 1.3#define pai 3.1415926double l0=4000,r0,f0p,r1,r,p,e,iy;double f=2,q,p00,c,d,l2,f0e,l,f0e1;double b,temp;int main()doubl

22、e i,j,l1;printf(請輸入彈性初始彎矩矢度f0e:n);scanf(%lf,&f0e);printf(請輸入塑性初始彎矩矢度f0p:n);scanf(%lf,&f0p);printf(請輸入鋼軌彈性模量e:n);scanf(%lf,&e);printf(請輸入鋼軌截面慣性矩iy:n);scanf(%lf,&iy);printf(請輸入等效道床阻力q:n);scanf(%lf,&q); printf(請輸入最小曲線半徑r:n);scanf(%lf,&r);r0=l0*l0/(8*f0p);r1=1/(1/r)+(1/r0);c=2*e*iy*pai*pai/r1;temp=e*iy*

23、(pow(pai,5)/2; l2=(1/q)*(c+sqrt(c*c+temp*(f+f0e)*q);l=sqrt(l2); f0e1=l*l*f0e/(l0*l0);d=fabs(l0-l);printf(重新計(jì)算后的l=%lfn,l);while(d=2)l1=l;b=f0e1; l=sqrt(1/q)*(c+sqrt(c*c+temp*(f+f0e1)*q);d=fabs(l1-l); f0e1=l*l*f0e1/(l1*l1);printf(重新計(jì)算后的l=%lfn,l);f0e=b;i=(temp*(f+f0e)/(l*l*l*l)+q;j=(f+f0e)*(pow(pai,3)/

24、(4*l*l)+(1/r1);p=i/j;p00=p/k;printf(鋼軌允許溫度壓力p=%lfn,p00);printf(計(jì)算誤差為d=%lfn,d);return 0; 計(jì)算長軌和緩沖軌間預(yù)留縫#include#includevoid main()double t11=40.1,41.1,42.1,43.1,44.1,45.1,46.1,47.1,48.1,49.1,50.1,doublef,a,e,r2,w,ag,ph,tmax,tmin,l,r,pt1,pt2,l1,l2,l3,l4,a1,a2,a0;int i; printf(請輸入鋼軌截面面積f:n);scanf(%lf,&f)

25、;printf(請輸入鋼軌軌枕間距a:n);scanf(%lf,&a);printf(請輸入鋼軌彈性模量e:n);scanf(%lf,&e);printf(請輸入鋼軌每枕縱向阻力r2:n);scanf(%lf,&r2);printf(請輸入鋼軌的線膨脹系數(shù)w:n);scanf(%lf,&w);printf(請輸入相鄰標(biāo)準(zhǔn)軌間預(yù)留軌縫ag:n);scanf(%lf,&ag);printf(請輸入鋼軌接頭阻力ph:n);scanf(%lf,&ph);printf(請輸入最高軌溫tmax:n);scanf(%lf,&tmax);printf(請輸入最低軌溫tmin:n);scanf(%lf,&tmi

26、n);printf(請輸入標(biāo)準(zhǔn)軌的長度l:n);scanf(%lf,&l); r=r2/(2*a);for(i=0;i11;i+)pt1=2.48*f*(ti-tmin);pt2=2.48*f*(tmax-ti);if(pt1=ph)l1=0;l2=0;elsel1=(pt1-ph)*(pt1-ph)/(2*e*f*r);l2=(pt1-ph)*l/(2*e*f)-r*l*l/(8*e*f);if(pt2=ph)l3=0;l4=0;elsel3=(pt2-ph)*(pt2-ph)/(2*e*f*r);l4=(pt2-ph)*l/(2*e*f)-r*l*l/(8*e*f);a1=ag-(l1+l2);a2=l3+l4;a0=(a1+a2)/2;printf(當(dāng)溫度為%lf鋼軌預(yù)留軌縫為%lfn,ti,a0); 計(jì)算緩沖軌和緩沖軌間預(yù)留縫#include#includevoid main()double t11