長沙至昆明客運專線大坡道檢算(1)

1、長沙至昆明客運專線25坡道道岔檢算報告西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院2014年04月目 錄1 研究目的- 1 -2 設(shè)計資料- 1 -2.1.線路條件- 1 -2.2.溫度條件- 1 -2.3.列車荷載- 2 -3 計算模型和參數(shù)- 2 -3.1 計算原理- 2 -3.2.計算假定- 3 -3.3.計算模型- 4 -3.4.計算參數(shù)- 4 -4 檢算項目及方法- 5 -4.1.強度檢算- 5 -4.2.道岔可動部分縱向位移- 6 -4.3.限位器、間隔鐵螺栓剪力- 6 -5 大坡道上鋪設(shè)42號無縫道岔縱向力計算分析- 6 -5.1 伸縮工況- 6 -5.2 制（啟）動工況- 7 -5.3 鋼軌強度檢

2、算- 9 -5.4 斷軌工況- 10 -5.5 伸縮與制(啟)動組合工況- 10 -5.5.1 25 坡度- 10 -5.5.2 20 坡度- 12 -5.5.3 15 坡度- 13 -5.5.4 10 坡度- 14 -5.5.5 5 坡度- 15 -5.5.6 0 坡度- 16 -6 大坡道上鋪設(shè)18號無縫道岔縱向力計算分析- 17 -6.1 伸縮工況- 17 -6.2 制（啟）動工況- 18 -6.3 鋼軌強度計算- 20 -6.4 斷軌工況- 21 -6.5 伸縮與制(啟)動組合工況- 21 -6.5.1 25 坡度- 21 -6.5.2 20 坡度- 23 -6.5.3 15 坡度-

3、23 -6.5.4 10 坡度- 24 -6.5.5 5 坡度- 24 -6.5.6 0 坡度- 25 -7 總結(jié)及建議- 26 -1 研究目的隨著我國高速鐵路建設(shè)的深入，既有繁忙干線大范圍換鋪跨區(qū)間無縫線路以及新線全面推廣一次鋪設(shè)跨區(qū)間無縫線路，我國在橋上無縫線路、路基上無縫道岔等方面的技術(shù)日漸成熟。無縫道岔作為跨區(qū)間無縫線路的關(guān)鍵技術(shù)，近年來到得了迅猛發(fā)展，理論和實踐經(jīng)驗已經(jīng)比較成熟。但是在山區(qū)鐵路的困難地段，由于環(huán)保、節(jié)約用地或者地形條件的限制，部分聯(lián)絡(luò)線、走形線上的道岔不得不設(shè)置在坡度超過6 或者更大坡度的大坡道上。列車在長大坡道運行時經(jīng)常需要制動，而且其制動比在平原地帶更為復(fù)雜。坡道

4、地段鋪設(shè)無縫線路的問題主要是線路爬行，尤其是當(dāng)無縫道岔鋪設(shè)在大坡道上后，線路的爬行可能會影響到道岔幾何形位。道岔設(shè)在大坡道上將惡化道岔運營環(huán)境，不利于行車的安全性和舒適性。目前，國內(nèi)外尚無大坡道地段道岔鋪設(shè)、維護及運營管理的經(jīng)驗，列車通過道岔舒適性和安全性能否得到保證，道岔結(jié)構(gòu)是否安全和耐久，都有待進一步科學(xué)地論證。長沙至昆明客運專線-玉屏至昆明段的聯(lián)絡(luò)線，線路上鋪設(shè)限制坡度為25的無縫道岔。而目前，我國無縫道岔鋪設(shè)地段坡度一般不大于6，大坡道上鋪設(shè)無縫道岔尚缺乏實際工程經(jīng)驗。為保證列車運行的安全和穩(wěn)定性，需要重點關(guān)注列車制動所引起的軌道力，對其鋪設(shè)方案可行性進行研究。本報告以此大坡道無縫道岔

5、為例，考慮25的坡度，重點研究列車制動情況下坡度對無縫道岔受力變形的影響。2 設(shè)計資料2.1.線路條件長昆客運專線為雙線鐵路，設(shè)計運行速度為250km/h，正線線間距為5.0m，最大坡度為25。既有軌道為60kg/m鋼軌區(qū)間無縫線路，采用無砟軌道。正線按一次鋪設(shè)跨區(qū)間無縫線路設(shè)計。2.2.溫度條件由于未給定溫度資料，根據(jù)昆明地區(qū)的溫度資料，暫取軌溫變化幅度在3040之間。2.3.列車荷載列車荷載計算采用ZK活載，其示意圖如圖2-1所示，列車荷載長度取為400m，制動力大小以列車荷載與軌面摩擦系數(shù)之積表示，摩擦系數(shù)取0.250。 圖2-1 ZK活載示意圖3 計算模型和參數(shù)3.1 計算原理無縫道岔

6、兩端溫度力不平衡，如圖3-1所示。當(dāng)?shù)啦碇惫蓚?cè)股均與區(qū)間線路焊連時，右邊將承受四根鋼軌所傳遞的固定區(qū)溫度力，而左邊只承受二根鋼軌所傳遞的固定區(qū)溫度力；而當(dāng)無縫道岔僅直股與區(qū)間線路焊連時，右邊將有兩根鋼軌承受，兩根鋼軌承受接頭阻力。這樣無縫道岔左右端承受的溫度力是不平衡的，必將引起無縫道岔中鋼軌與岔枕向左端位移。圖3-1 無縫道岔受力示意圖岔枕在無縫道岔溫度力的傳遞中起著重要作用。由于道岔里軌（直曲基本軌為外軌，其余鋼軌均為里軌）類似于無縫線路的伸縮區(qū)，起著主動力的作用，引起岔枕的縱向位移及偏轉(zhuǎn)、彎曲，進而引起道岔外軌的位移，產(chǎn)生伸縮附加力。無縫道岔直側(cè)股鋼軌間存在著限位器、間隔鐵等傳力部件。為

7、了限制心軌和尖軌的伸縮位移，通常在尖軌跟端或可動心長翼軌末端設(shè)置一定數(shù)量的傳力部件，將道岔里軌的溫度力向外軌傳遞。這些傳力部件的阻力位移特性曲線是影響外軌附加溫度力和里軌伸縮位移的重要部件，宜控制在合適的范圍內(nèi)?；谟邢迒卧ㄋ⒌臒o縫道岔非線性阻力計算理論，是在吸取各種計算理論的優(yōu)點，克服其缺點的基礎(chǔ)上而發(fā)展的，該計算模型采用有限元分析法，以一根軌枕的鋼軌扣件節(jié)點為一個單元，建立節(jié)點作用力平衡方程，對道床縱向阻力、扣件縱向阻力、岔枕變形以及尖軌的限位器、心軌處的間隔鐵阻力等因素的作用可進行全面、真實、合理的考慮，比較符合實際情況。該計算模型的另一特點是能更方便地對道岔中的每一作用力因素變化

8、和道岔結(jié)構(gòu)每一部分的作用影響作具體分析，進行方案比較，可加強、改善道岔結(jié)構(gòu)起理論指導(dǎo)作用。3.2.計算假定無縫道岔計算理論中所采用的基本假定為： （1）尖軌與可動心軌前端可自由伸縮。尖軌或可動心軌尖端位移為其跟端位移與自由段伸縮位移之和。 （2）不考慮轍叉角大小的影響，假設(shè)導(dǎo)軌與長軌條平行，兩里軌長度相等。 （3）鋼軌按支承節(jié)點劃分有限梁單元，只發(fā)生沿線路縱向的位移；岔枕按鋼軌支承點劃分有限梁單元，可發(fā)生沿線路縱向的位移和轉(zhuǎn)角。 （4）扣件縱向阻力與鋼軌、岔枕的相對位移為非線性關(guān)系，作用于鋼軌節(jié)點和岔枕節(jié)點上，方向為阻止鋼軌相對岔枕位移。在簡化計算中常將扣件縱向阻力視為常量。 （5）考慮鋼軌與

9、岔枕間的相對扭轉(zhuǎn)，扣件扭矩與岔枕節(jié)點偏轉(zhuǎn)角呈非線性關(guān)系，作用于岔枕節(jié)點上，限制岔枕節(jié)點的偏轉(zhuǎn)位移。 （6）道床縱向阻力以單位岔枕長度的阻力計，與岔枕的位移呈非線性關(guān)系。在簡化計算時常將道床縱向阻力視為常量。道床縱向阻力沿岔枕長度方向均勻分布。 （7）考慮間隔鐵阻力對鋼軌伸縮位移的影響，間隔鐵阻力與鋼軌位移間的關(guān)系呈非線性。簡化計算時將其視為常量。（8）考慮轍跟限位器在基本軌與導(dǎo)軌間所傳遞的作用力，設(shè)道岔鋪設(shè)時限位器子母塊位置居中，間隔為7mm。當(dāng)子母塊貼靠時，限位器阻力與兩鋼軌間的相對位移呈非線性關(guān)系。簡化計算時假設(shè)兩者間由剛度相當(dāng)大的彈簧連接（由壓縮位移確定），基本上完全限制兩者間的相對位移

10、。（9）當(dāng)?shù)啦韨?cè)股存在普通接頭時，接頭阻力視為常量。（10）無縫道岔前后區(qū)間無縫線路阻力視為常量，與普通無縫線路相同。3.3.計算模型由于整組道岔中，鋼軌、軌枕、扣件及其他部件數(shù)量較多，因此模型作了如下簡化：將鋼軌簡化成與U71軌截面相同的梁；將軌枕簡化為梯形截面梁；扣件、限位器、間隔鐵均采用非線性彈簧單元模擬。只考慮道岔的縱向運動。為了盡可能減小邊界條件的影響，模型邊界長度選取100米。模型中，扣件和鋼軌、扣件和軌枕通過節(jié)點位移耦合相連，限位器、間隔鐵通過節(jié)點與鋼軌位移耦合相連；軌枕與地基通過均布彈簧相連；鋼軌端部用非線性彈簧固定。模型種用八種材料分別模擬鋼軌、軌枕、扣件、限位器、間隔鐵、地

11、基彈簧和邊界彈簧。建好的整體道岔模型如圖3-2所示。以單組道岔為例進行分析，直側(cè)股均焊接、岔前岔后線路無爬行、與相鄰線路無鋪設(shè)軌溫差。 圖3-2（a） 鋼軌梁單元 圖3-2（b） 軌枕梁單元圖3-2（c） 道岔整體模型3.4.計算參數(shù)（1）道岔參數(shù)1. 對于國產(chǎn)42號客專道岔，道岔全長157.2m，前長60.573m，后長96.627m。道岔結(jié)構(gòu)參見相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計圖。2. 對于國產(chǎn)18號客專道岔，道岔全長69.0m，前長31.729m，后長37.271m。道岔結(jié)構(gòu)參見相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計圖。道岔采用的鋼軌為U71Mn（K）（即EN260），鋼軌屈服強度457MPa，鋼軌容許應(yīng)力457/1.3352M

12、Pa。岔區(qū)道床阻力參數(shù)：岔區(qū)道床阻力取1000kN/m；岔區(qū)扣件阻力參數(shù)：岔區(qū)扣件阻力取12.5kN/組；限位器阻力參數(shù)：多項式表達的非線性阻力間隔鐵阻力參數(shù)：多項式表達的非線性阻力4 檢算項目及方法4.1.強度檢算無縫線路鋼軌應(yīng)有足夠的強度，以保證在動彎應(yīng)力、溫度應(yīng)力及其他附加應(yīng)力共同作用下不會失效。此時，要求鋼軌所承受的各種應(yīng)力的總和不超過規(guī)定的容許值s，最新的無縫線路設(shè)計規(guī)范考慮了制動力的疊加作用： sdstszsfs （41） 式中 sd 鋼軌最大動彎拉應(yīng)力（MPa）；st 溫度應(yīng)力（MPa）；sf 鋼軌承受最大附加應(yīng)力；sz 鋼軌牽引（制動）應(yīng)力；s 鋼軌容許應(yīng)力，它等于鋼軌的屈服強

13、度ss除以安全系數(shù)K，sss/K。根據(jù)鐵路無縫線路設(shè)計規(guī)范，對于U71Mn鋼軌s取352MPa，對于U75V鋼軌s取363MPa。由鋼軌強度控制的鋼軌容許降溫幅度Dts可由下式計算： Dts(s-sd-sz -sf)/E （42）式中 sd 鋼軌底部下緣動彎應(yīng)力。由鋼軌強度條件確定允許的升溫幅度，計算公式與式（4-2）類似，只是動彎應(yīng)力需取鋼軌頭部的動彎壓應(yīng)力值。4.2.道岔可動部分縱向位移尖軌尖端與基本軌的相對位移限制40mm，心軌軌尖端與翼軌的相對位移限制20mm。4.3.限位器、間隔鐵螺栓剪力限位器和間隔鐵子母塊螺栓以剪切應(yīng)力不超限（直徑30mm，容許應(yīng)力264MPa，每限位器兩個螺栓的

14、容許縱向力為373kN）為控制標(biāo)準(zhǔn)。5 大坡道上鋪設(shè)42號無縫道岔縱向力計算分析5.1 伸縮工況計算鋼軌升溫30、32、34、36、38、40的工況，基本軌附加溫度力如圖5-1所示(圖中橫坐標(biāo)0點為道岔起點，下同)：圖5-2 基本軌附加力圖從圖5-1中可以看出，鋼軌升溫30、32、34、36、38、40時，鋼軌附加溫度力最大值為15.0KN，16.0KN，17.0KN，18.0KN，19.0KN，20.0KN。鋼軌附加溫度力均比較小。為了分析溫度對道岔部件位移的影響，表5-1列舉了各種溫度時的道岔尖軌、心軌位移。 表5-1 尖軌、心軌各種位移 （單位：mm）項目溫度/403836343230尖

15、軌絕對位移19.118.217.216.315.314.3尖軌相對于基本軌伸縮位移19.118.217.216.315.314.3尖軌相對于岔枕伸縮位移19.118.217.216.315.314.3心軌絕對位移9.28.88.37.87.46.9心軌相對于翼軌伸縮位移9.28.88.37.87.46.9心軌相對于岔枕伸縮位移9.28.88.37.87.46.9當(dāng)升溫40時，尖軌尖端與基本軌最大相對位移為19.1mm，小于40mm，心軌尖端與翼軌最大相對位移為9.2 mm，小于20mm，滿足規(guī)范要求。5.2 制（啟）動工況在坡度為25的坡道上制動時，輪軌啟動力率根據(jù)UIC標(biāo)準(zhǔn)取0.275，道岔

16、直股從左向右制動，鋼軌縱向力、鋼軌位移圖分別如圖5-2、5-3所示：圖5-2 鋼軌縱向力 圖5-3 鋼軌位移坡度分別為0、5、10、15、20、25時的鋼軌縱向力及位移如表5-2所示：表5-2 不同坡度時鋼軌位移、縱向力坡度鋼軌最大位移mm鋼軌最大縱向拉力kN鋼軌最大縱向壓力kN00.67081.03081.63750.68082.48483.321100.69383.93885.038150.70685.39286.505200.72086.84688.251250.73488.30089.877圖5-4、5-5、5-6分別為不同坡度下，鋼軌最大位移、鋼軌最大縱向壓力、最大縱向拉力隨坡度變化

17、的趨勢圖。圖5-4鋼軌最大位移變化圖 圖5-5鋼軌縱向壓力變化圖 圖5-6鋼軌縱向拉力變化圖從圖5-4、5-5、5-6中可以看出，隨著坡度的增大，鋼軌最大位移和最大鋼軌縱向力絕對值都近似呈線性遞增。提取道岔心軌、尖軌的位移如表5-3所示。 表5-3 制動工況的心軌、尖軌各種位移（單位mm）項目坡度2520151050尖軌絕對位移4.74.64.54.44.34.2尖軌相對于基本軌伸縮位移4.74.64.54.44.34.2尖軌相對于岔枕伸縮位移4.74.64.54.44.34.2心軌絕對位移0.610.600.590.580.570.56心軌相對于翼軌伸縮位移0.610.600.590.580

18、.570.56心軌相對于岔枕伸縮位移0.610.600.590.580.570.56由表5-3可知，坡度為25時，尖軌尖端與基本軌最大相對位移為4.7mm，小于40mm，心軌尖端與翼軌最大相對位移為0.61 mm，小于20mm，滿足規(guī)范要求。由表5-3可知，坡度對尖軌、心軌的各種位移的影響較小。比較尖軌尖端與心軌尖端的的相對位移，圖5-7為尖軌尖端相對于基本軌的位移隨坡度變化圖，圖5-8為心軌尖端相對于翼軌的位移隨坡度變化圖。圖5-7 尖軌尖端相對基本軌的位移圖 圖5-8 心軌尖端相對翼軌的位移圖從圖5-7、5-8中可以看出，隨著坡度的增大，尖軌尖端相對于基本軌的位移和心軌尖端相對于翼軌的位移

19、都近似的呈線性在增長。圖5-9為不同坡度時的扣件節(jié)點位移： 圖5-9 不同坡度的扣件節(jié)點位移在單純的制動力作用下，扣件節(jié)點位移均未超過其極限位移2mm。（注：圖中節(jié)點位移超過2mm是道岔尖軌、心軌的可動部分的位移，下同）5.3 鋼軌強度檢算鋼軌動彎應(yīng)力計算，根據(jù)線路條件和運營條件計算得：軌頭最大壓應(yīng)力為154.63 MPa，軌底最大拉應(yīng)力為119.99 Mpa（根據(jù)初步資料得）。當(dāng)鋼軌升溫40時，升溫附加溫度應(yīng)力為2.58MPa。制動附加力按最大坡度25計算，最大制動附加拉力為88.300KN，對應(yīng)應(yīng)力為11.4MPa，最大制動附加壓力為89.877KN，對應(yīng)應(yīng)力為11.6MPa。鋼軌強度檢算

20、見表5-4。表5-4 鋼軌強度檢算結(jié)果動彎應(yīng)力應(yīng)力30應(yīng)力40伸縮力制動力3040MPaMPaMPaMPaMPaMPaMPa拉119.9974.499.22.5811.4208.37233.17壓154.6374.499.22.5811.6243.21268.01從上面的結(jié)果可以看出，鋼軌強度的計算的結(jié)果在鋼軌應(yīng)力（352 MPa）要求范圍之內(nèi)。5.4 斷軌工況計算斷軌力時考慮一種工況：第2股道斷，斷縫位置設(shè)在降溫時伸縮附加拉力較大的地方，即距離最左端270m。斷軌時，鋼軌位移如下圖5-10所示：5-10 斷軌時鋼軌位移由圖5-10可知，斷縫值8.27 mm，遠小于斷縫限值70mm，滿足要求。

21、5.5 伸縮與制(啟)動組合工況5.5.1 25 坡度以25 坡度為例，計算最大升溫工況與最不利制（啟）動工況的組合，其基本軌縱向附加力如圖5-11所示：圖5-11 鋼軌縱向附加力由圖5-11可知，基本軌縱向力附加壓力最大值為144.1KN，對應(yīng)的鋼軌應(yīng)力為18.61MPa，基本軌縱向力附加拉力最大值為89.7KN，對應(yīng)的鋼軌應(yīng)力為11.58MPa，與鋼軌動彎應(yīng)力之和均小于鋼軌的容許應(yīng)力365MPa。道岔尖軌、心軌位移如表5-5所示。表5-5 尖軌、心軌各種位移(單位：mm)(坡度25)項目溫度403836343230尖軌絕對位移23.922.921.920.919.919.0尖軌相對于基本軌

22、伸縮位移23.922.921.920.919.919.0尖軌相對于岔枕伸縮位移23.922.921.920.919.919.0心軌絕對位移9.89.38.88.37.87.3心軌相對于翼軌伸縮位移9.89.38.88.37.87.3心軌相對于岔枕伸縮位移9.89.38.88.37.87.3直股間隔鐵16.815.915.114.313.412.6側(cè)股間隔鐵16.715.815.014.213.312.5由表5-5可知，隨著溫度的增加，尖軌、心軌的位移近似呈線性增加。當(dāng)升溫幅度為40時，提取道岔部分鋼軌的扣件節(jié)點位移如圖5-12所示：圖5-12 扣件節(jié)點位移由圖5-12可知，扣件節(jié)點位移均未超過

23、2mm的限值。5.5.2 20 坡度同理，計算20 坡度時的尖軌、心軌的位移，如表5-6所示： 表5-6 尖軌、心軌各種位移(單位：mm)(坡度20)項目溫度403836343230尖軌絕對位移23.822.821.820.819.818.9尖軌相對于基本軌伸縮位移23.822.821.820.819.818.9尖軌相對于岔枕伸縮位移23.822.821.820.819.818.9心軌絕對位移9.89.38.88.37.87.3心軌相對于翼軌伸縮位移9.89.38.88.37.87.3心軌相對于岔枕伸縮位移9.89.38.88.37.87.3直股間隔鐵16.815.915.114.313.41

24、2.6側(cè)股間隔鐵16.715.815.014.213.312.5由表5-6可知，隨著溫度的增加，尖軌、心軌的位移近似呈線性增加。當(dāng)升溫幅度為40時，提取道岔部分鋼軌的扣件節(jié)點位移如圖5-13所示：圖5-13 扣件節(jié)點位移由圖5-13可知，扣件節(jié)點位移均未超過2mm的限值。5.5.3 15 坡度同理，計算15 坡度時的尖軌、心軌的位移，如表5-7所示： 表5-7 尖軌、心軌各種位移 （單位：mm）（坡度15）項目溫度403836343230尖軌絕對位移23.722.721.720.719.818.8尖軌相對于基本軌伸縮位移23.722.721.720.719.818.8尖軌相對于岔枕伸縮位移23

25、.722.721.720.719.818.8心軌絕對位移9.89.38.88.47.97.4心軌相對于翼軌伸縮位移9.89.38.88.47.97.4心軌相對于岔枕伸縮位移9.89.38.88.47.97.4直股間隔鐵16.815.915.114.313.412.6側(cè)股間隔鐵16.715.815.014.213.312.5由表5-7可知，隨著溫度的增加，尖軌、心軌的位移近似呈線性增加。當(dāng)升溫幅度為40時，提取道岔部分鋼軌的扣件節(jié)點位移如圖5-14所示：圖5-14 鋼軌位移由圖5-14可知，扣件節(jié)點位移均未超過2mm的限值。5.5.4 10 坡度同理，計算10 坡度時的尖軌、心軌的位移，如表5-

26、8所示： 表5-8 尖軌、心軌各種位移 （單位：mm）（坡度10）項目溫度403836343230尖軌絕對位移23.622.621.720.719.818.8尖軌相對于基本軌伸縮位移23.622.621.720.719.818.8尖軌相對于岔枕伸縮位移23.622.621.720.719.818.8心軌絕對位移9.89.38.88.37.87.4心軌相對于翼軌伸縮位移9.89.38.88.37.87.4心軌相對于岔枕伸縮位移9.89.38.88.37.87.4直股間隔鐵16.815.915.114.313.412.6側(cè)股間隔鐵16.715.815.014.213.312.5由表5-8可知，隨著

27、溫度的增加，尖軌、心軌的位移近似呈線性增加。當(dāng)升溫幅度為40時，提取道岔部分鋼軌的扣件節(jié)點位移如圖5-15所示：圖5-15 鋼軌位移由圖5-15可知，扣件節(jié)點位移均為超過2mm的限值。5.5.5 5 坡度同理，計算5 坡度時的尖軌、心軌的位移，如表5-9所示： 表5-9 尖軌、心軌各種位移 (單位：mm)(坡度5)項目溫度403836343230尖軌絕對位移23.622.621.620.619.618.7尖軌相對于基本軌伸縮位移23.622.621.620.619.618.7尖軌相對于岔枕伸縮位移23.622.621.620.619.618.7心軌絕對位移9.79.38.78.37.77.4心

28、軌相對于翼軌伸縮位移9.79.38.78.37.77.4心軌相對于岔枕伸縮位移9.79.38.78.37.77.4直股間隔鐵16.815.915.114.313.412.6側(cè)股間隔鐵16.715.815.014.213.312.5由表5-9可知，隨著溫度的增加，尖軌、心軌的位移近似呈線性增加。當(dāng)升溫幅度為40時，提取道岔部分鋼軌的扣件節(jié)點位移如圖5-16所示：圖5-16 鋼軌位移由圖5-16可知，扣件節(jié)點位移均未超過2mm的限值。5.5.6 0 坡度同理，計算0 坡度時的尖軌、心軌的位移，如表5-10所示： 表5-10 尖軌、心軌各種位移 (單位：mm)(坡度0)項目溫度40383634323

29、0尖軌絕對位移23.522.521.520.519.518.6尖軌相對于基本軌伸縮位移23.522.521.520.519.518.6尖軌相對于岔枕伸縮位移23.522.521.520.519.518.6心軌絕對位移9.79.38.78.37.77.4心軌相對于翼軌伸縮位移9.79.38.78.37.77.4心軌相對于岔枕伸縮位移9.79.38.78.37.77.4直股間隔鐵16.815.915.114.313.412.6側(cè)股間隔鐵16.715.815.014.213.312.5由表5-10可知，隨著溫度的增加，尖軌、心軌的位移近似呈線性增加。當(dāng)升溫幅度為40時，提取道岔部分鋼軌的扣件節(jié)點位移

30、如圖5-17所示：圖5-17 鋼軌位移由圖5-17可知，扣件節(jié)點位移均未超過2mm的限值。6 大坡道上鋪設(shè)18號無縫道岔縱向力計算分析6.1 伸縮工況計算鋼軌升溫30、32、34、36、38、40的工況，基本軌附加溫度力如圖6-1所示： 圖6-1 基本軌伸縮附加力圖從圖6-1中可以看出，當(dāng)鋼軌升溫30，32，34，36，38，40時，鋼軌附加溫度力分別為86.05KN，91.39KN，97.08KN，102.90KN，108.84KN，114.29KN。為了分析溫度對道岔部件位移的影響，表6-1列舉了各種溫度時的道岔尖軌、心軌位移。 表6-1 尖軌、心軌各種位移 （單位：mm）項目溫度/403

31、836343230尖軌絕對位移9.08.68.17.77.26.8尖軌相對于基本軌伸縮位移9.08.68.17.77.26.8尖軌相對于岔枕伸縮位移9.08.68.17.77.26.8心軌絕對位移5.04.84.54.34.03.8心軌相對于翼軌伸縮位移5.04.84.54.34.03.8心軌相對于岔枕伸縮位移5.04.84.54.34.03.8當(dāng)升溫40時，尖軌尖端與基本軌最大相對位移為9.0mm，小于40mm，心軌尖端與翼軌最大相對位移為5.0mm，小于20mm，滿足規(guī)范要求。6.2 制（啟）動工況在坡度為25的坡道上制動時，輪軌啟動力率根據(jù)UIC標(biāo)準(zhǔn)取0.275，道岔直股從左向右制動，鋼

32、軌縱向力、鋼軌位移圖分別如圖6-2、6-3所示： 圖6-2 鋼軌縱向力 圖6-3 鋼軌位移坡度分別為0、5、10、15、20、25時的鋼軌縱向力及位移如表6-2所示：表6-2 不同坡度時鋼軌位移、縱向力坡度鋼軌最大位移mm鋼軌最大縱向壓力kN鋼軌最大縱向拉力kN00.66681.37179.28650.67982.97480.918100.69484.57782.502150.70786.33284.090200.72187.74785.756250.73589.53887.344圖6-4、6-5、6-6分別為不同坡度下，鋼軌最大位移、鋼軌最大縱向壓力、最大縱向拉力隨坡度變化的趨勢圖。圖6-4

33、鋼軌最大位移變化圖 圖6-5鋼軌縱向壓力變化圖 圖6-6鋼軌縱向拉力變化圖從圖6-4、6-5、6-6中可以看出，隨著坡度的增大，鋼軌最大位移和最大鋼軌縱向力絕對值都近似呈線性遞增。提取道岔心軌、尖軌的位移如表6-3所示。 表6-3 制動工況的心軌、尖軌各種位移（單位mm）項目坡度2520151050尖軌絕對位移1.021.000.980.960.940.93尖軌相對于基本軌伸縮位移1.010.990.980.960.940.92尖軌相對于岔枕伸縮位移1.011.000.980.960.940.92心軌絕對位移0.350.340.330.320.310.30心軌相對于翼軌伸縮位移0.350.34

34、0.330.320.310.30心軌相對于岔枕伸縮位移0.350.340.330.320.310.30由表6-3可知，坡度為25時，尖軌尖端與基本軌最大相對位移為1.02mm，小于40mm，心軌尖端與翼軌最大相對位移為0.33 mm，小于20mm，滿足規(guī)范要求。由表6-3可知，坡度對尖軌、心軌的各種位移的影響較小。比較尖軌尖端與心軌尖端的的相對位移，圖6-7為尖軌尖端相對于基本軌的位移隨坡度變化圖，圖6-8為心軌尖端相對于翼軌的位移隨坡度變化圖。 圖6-7 尖軌尖端相對基本軌的位移圖 圖6-8 心軌尖端相對翼軌的位移圖從圖6-7、6-8中可以看出，隨著坡度的增大，尖軌尖端相對于基本軌的位移和心

35、軌尖端相對于翼軌的位移都近似的呈線性在增長。圖6-9為不同坡度時的扣件節(jié)點位移： 圖6-9 不同坡度的扣件節(jié)點位移在單純的制動力作用下，扣件節(jié)點位移均未超過其極限位移2mm。（注：圖中節(jié)點位移超過2mm是道岔尖軌、心軌的可動部分的位移，下同）6.3 鋼軌強度計算鋼軌動彎應(yīng)力計算，根據(jù)線路條件和運營條件計算得：軌頭最大壓應(yīng)力為154.63 MPa，軌底最大拉應(yīng)力為119.99 Mpa（根據(jù)初步資料得）。當(dāng)鋼軌升溫40時，升溫附加溫度力為114.29KN，對應(yīng)應(yīng)力為14.76MPa。制動附加力按最大坡度25計算，最大制動附加拉力為87.344KN，對應(yīng)應(yīng)力為11.3MPa，最大制動附加壓力為89.

36、538KN，對應(yīng)應(yīng)力為11.5MPa。鋼軌強度檢算見表6-4。表6-4 鋼軌強度檢算結(jié)果動彎應(yīng)力應(yīng)力30應(yīng)力40伸縮力制動力3040MPaMPaMPaMPaMPaMPaMPa拉119.9974.499.214.7611.3220.45245.25壓154.6374.499.22.5811.5255.29280.09從上面的結(jié)果可以看出，鋼軌強度的計算的結(jié)果在鋼軌應(yīng)力（352 MPa）要求范圍之內(nèi)。6.4 斷軌工況計算斷軌力時考慮一種工況：第2股道斷，斷縫位置設(shè)在降溫時伸縮附加拉力較大的地方，即距離最左端92m（路基上）。斷軌時，鋼軌位移如下圖6-10所示：6-10 斷軌時鋼軌位移由圖6-10可

37、知，斷縫值8.32 mm，遠小于斷縫限值70mm，滿足要求。6.5 伸縮與制(啟)動組合工況6.5.1 25 坡度以25 坡度為例，計算最大升溫工況與最不利制（啟）動工況的組合，其基本軌縱向附加力力如圖6-11所示：圖6-11 基本軌附加力由圖6-11可知，基本軌縱向附加壓力最大值為132.85KN，對應(yīng)的鋼軌應(yīng)力為17.15MPa，基本軌縱向附加拉力最大值為88.85KN，對應(yīng)的鋼軌應(yīng)力為11.47MPa，與鋼軌動彎應(yīng)力、溫度力之和均小于鋼軌的容許應(yīng)力365MPa。道岔尖軌、心軌位移如表6-5所示。 表6-5 尖軌、心軌各種位移(單位：mm)(坡度25)項目溫度403836343230尖軌絕

38、對位移10.099.639.168.708.257.80尖軌相對于基本軌伸縮位移10.099.629.158.708.247.79尖軌相對于岔枕伸縮位移10.09 9.629.168.708.257.79心軌絕對位移5.375.114.864.614.364.11心軌相對于翼軌伸縮位移5.365.114.864.614.364.10心軌相對于岔枕伸縮位移5.365.114.864.614.364.10直股間隔鐵17.616.815.915.014.113.3側(cè)股間隔鐵17.516.615.714.914.013.1由表6-5可知，隨著溫度的增加，尖軌、心軌的位移近似呈線性增加。尖軌尖端與基本軌

39、最大相對位移為10.09mm，小于40mm，心軌尖端與翼軌最大相對位移為5.37 mm，小于20mm，滿足規(guī)范要求。6.5.2 20 坡度同理，計算20 坡度時的尖軌、心軌的位移，如表6-6所示： 表6-6 尖軌、心軌各種位移(單位：mm)(坡度20)項目溫度403836343230尖軌絕對位移10.079.619.148.688.237.78尖軌相對于基本軌伸縮位移10.079.609.138.688.237.77尖軌相對于岔枕伸縮位移10.079.619.148.688.237.78心軌絕對位移5.365.114.864.604.354.10心軌相對于翼軌伸縮位移5.365.114.854

40、.604.354.10心軌相對于岔枕伸縮位移5.365.114.854.604.354.10直股間隔鐵17.616.815.915.014.113.3側(cè)股間隔鐵17.516.615.714.914.013.1由表6-6可知，隨著溫度的增加，尖軌、心軌的位移近似呈線性增加。尖軌尖端與基本軌最大相對位移為10.07mm，小于40mm，心軌尖端與翼軌最大相對位移為5.36 mm，小于20mm，滿足規(guī)范要求。6.5.3 15 坡度同理，計算15 坡度時的尖軌、心軌的位移，如表6-7所示： 表6-7 尖軌、心軌各種位移 （單位：mm）（坡度15）項目溫度403836343230尖軌絕對位移10.059.

41、599.128.678.217.76尖軌相對于基本軌伸縮位移10.059.589.118.668.217.76尖軌相對于岔枕伸縮位移10.059.589.128.668.217.76心軌絕對位移5.355.104.854.604.354.09心軌相對于翼軌伸縮位移5.355.104.854.604.344.09心軌相對于岔枕伸縮位移5.355.104.854.604.344.09直股間隔鐵17.616.815.915.014.113.2側(cè)股間隔鐵17.516.615.714.914.013.1由表6-7可知，隨著溫度的增加，尖軌、心軌的位移近似呈線性增加。尖軌尖端與基本軌最大相對位移為10.0

42、5mm，小于40mm，心軌尖端與翼軌最大相對位移為5.35 mm，小于20mm，滿足規(guī)范要求。6.5.4 10 坡度同理，計算10 坡度時的尖軌、心軌的位移，如表6-8所示： 表6-8 尖軌、心軌各種位移 （單位：mm）（坡度10）項目溫度403836343230尖軌絕對位移10.039.579.108.658.207.74尖軌相對于基本軌伸縮位移10.039.569.098.648.197.74尖軌相對于岔枕伸縮位移10.039.569.108.648.197.74心軌絕對位移5.355.104.844.594.344.09心軌相對于翼軌伸縮位移5.355.094.844.594.344.0

43、9心軌相對于岔枕伸縮位移5.355.094.844.594.344.09直股間隔鐵17.616.815.915.014.113.2側(cè)股間隔鐵17.516.615.714.814.013.1由表6-8可知，隨著溫度的增加，尖軌、心軌的位移近似呈線性增加。尖軌尖端與基本軌最大相對位移為10.03mm，小于40mm，心軌尖端與翼軌最大相對位移為5.35 mm，小于20mm，滿足規(guī)范要求。6.5.5 5 坡度同理，計算5 坡度時的尖軌、心軌的位移，如表6-9所示： 表6-9 尖軌、心軌各種位移 (單位：mm)(坡度5)項目溫度403836343230尖軌絕對位移10.019.559.088.638.187.73尖軌相對于基本軌伸縮位移10.019.559.088.628.177.72尖軌相對于岔枕伸縮位