北交大道鐵方向軌道課設(shè)

1、 軌道工程課程設(shè)計(jì)-路基上有砟軌道無(wú)縫線路課程設(shè)計(jì)姓名：張俞堯?qū)W號(hào)：13231266指導(dǎo)老師：高亮 辛濤張俞堯 軌道工程課程設(shè)計(jì) 13231266目錄第一章 簡(jiǎn)介2【1.1設(shè)計(jì)任務(wù)】2【1.2.設(shè)計(jì)目的和意義】2第二章 設(shè)計(jì)理論依據(jù)3【2.1無(wú)縫線路鋼軌強(qiáng)度檢算（確定允許降溫幅度）】3【2.2據(jù)無(wú)縫線路穩(wěn)定性條件確定允許的升溫幅度】4【2.3設(shè)計(jì)鎖定軌溫確定】4【2.4設(shè)置緩沖區(qū)，計(jì)算伸縮區(qū)長(zhǎng)度和緩沖區(qū)預(yù)留軌縫】5第三章 設(shè)計(jì)參數(shù)5【3.1軌道條件】5【3.2運(yùn)營(yíng)條件】5第四章 計(jì)算設(shè)計(jì)過(guò)程10【4.1軌道結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算】10【4.2鎖定軌溫的確定】12【4.3長(zhǎng)軌與標(biāo)準(zhǔn)軌之間預(yù)留軌縫設(shè)計(jì)】13

2、第五章 設(shè)計(jì)總結(jié)15第六章 參考文獻(xiàn)16【主要參考文獻(xiàn)】16第一章 簡(jiǎn)介無(wú)縫線路設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)線路、運(yùn)營(yíng)、氣候條件及軌道類型等因素進(jìn)行軌道強(qiáng)度、穩(wěn)定性等檢算，并確定設(shè)計(jì)鎖定軌溫。設(shè)計(jì)鎖定軌溫是無(wú)縫線路設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題，涉及軌道工程這門課的主要理論。該設(shè)計(jì)目的是使學(xué)生可以比較全面的掌握各種類型無(wú)縫線路的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，更深入地掌握軌道工程的基本理論（尤其是強(qiáng)度分析和溫度力計(jì)算理論）和設(shè)計(jì)方法?！?.1設(shè)計(jì)任務(wù)】（1）收集資料，綜合分析。通過(guò)專業(yè)書(shū)籍、相關(guān)規(guī)范及文獻(xiàn)的學(xué)習(xí)，了解無(wú)縫線路鋪設(shè)的意義及國(guó)內(nèi)外發(fā)展的現(xiàn)狀。并對(duì)路基上無(wú)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(guò)計(jì)算，確定路基上無(wú)縫線路的

3、允許降溫幅度。（3）通過(guò)計(jì)算，確定路基上無(wú)縫線路的允許升溫幅度。（4）通過(guò)計(jì)算，確定無(wú)縫線路設(shè)計(jì)鎖定軌溫。（5）通過(guò)計(jì)算，按普通無(wú)縫線路設(shè)計(jì)，設(shè)置緩沖區(qū)，計(jì)算（鎖定軌溫范圍的）預(yù)留軌縫?！?.2.設(shè)計(jì)目的和意義】鐵路軌道是土木工程中的一門重要學(xué)科，是從事城市軌道交通和鐵路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工以及管理等方面的重要基礎(chǔ)課。無(wú)縫線路是上個(gè)世紀(jì)開(kāi)始著手研究的一種軌道線路。與普通線路相比，無(wú)縫線路消滅了大量的接頭，具有行車平穩(wěn)、旅客乘坐舒適、機(jī)車車輛和軌道的維修費(fèi)用少、使用壽命長(zhǎng)等一系列優(yōu)點(diǎn)。隨著新建鐵路路基建筑質(zhì)量的提高及工后沉降大幅度降低、道床密實(shí)度及穩(wěn)定性達(dá)到設(shè)計(jì)開(kāi)通速度要求，新線上可以實(shí)現(xiàn)一次鋪設(shè)跨區(qū)

4、間無(wú)縫線路，消除了普通線路接頭的“記憶病害”，大幅度提高了軌道的平順性。無(wú)縫線路課程設(shè)計(jì)的目的是通過(guò)無(wú)縫線路的設(shè)計(jì)，鞏固提高已學(xué)的理論知識(shí)；通過(guò)課程設(shè)計(jì)實(shí)踐，樹(shù)立正確的設(shè)計(jì)思想，培養(yǎng)綜合運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力；學(xué)習(xí)無(wú)縫線路設(shè)計(jì)的一般過(guò)程，并了解設(shè)計(jì)時(shí)的注意事項(xiàng)以及設(shè)計(jì)之后的檢算內(nèi)容；同時(shí)，通過(guò)課程的設(shè)計(jì)，提高運(yùn)用程序解決有關(guān)計(jì)算及驗(yàn)算問(wèn)題的能力。課程設(shè)計(jì)對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實(shí)際問(wèn)題，鍛煉實(shí)踐能力都具有重要的意義。同時(shí)，對(duì)于提高實(shí)際工作能力和綜合素質(zhì)方面亦具有重要的意義。第二章 設(shè)計(jì)理論依據(jù)如圖揭示了該設(shè)計(jì)的主要思路，設(shè)計(jì)鎖定軌溫應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐能墱貤l件（）和

5、軌道允許的升溫幅度和降溫幅度來(lái)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(wú)縫線路的設(shè)計(jì)原則來(lái)確定。主要計(jì)算如下：【2.1無(wú)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(guò)鋼軌的允許應(yīng)力：式中：鋼軌動(dòng)彎拉應(yīng)力（Mpa），計(jì)算方法參見(jiàn)“軌道結(jié)構(gòu)力學(xué)分析”一章；鋼軌溫度拉應(yīng)力（Mpa）；鋼軌附加拉應(yīng)力（Mpa），如橋上的伸縮應(yīng)力和撓曲應(yīng)力、無(wú)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。鋼軌牽引（制動(dòng)）拉應(yīng)力（Mpa），按鐵路無(wú)縫線路設(shè)計(jì)規(guī)范附錄F計(jì)算。本設(shè)計(jì)只考慮路基上由制動(dòng)引起的附加應(yīng)力，可取；鋼軌允許應(yīng)力，按鐵路無(wú)縫線路設(shè)計(jì)規(guī)范3.2

6、.4條取值。因此允許的降溫幅度可由下式計(jì)算 時(shí)速超過(guò)200km時(shí)，還要參照斷縫允許值檢算（見(jiàn)鐵路無(wú)縫線路設(shè)計(jì)規(guī)范4.3），取最不利情況?！?.2據(jù)無(wú)縫線路穩(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： 橋梁或道岔無(wú)縫線路最大值附加壓力，本設(shè)計(jì)不考慮橋梁、道岔可取為零（N）。軌道允許的最大溫度壓力；根據(jù)無(wú)縫線路穩(wěn)定性理論計(jì)算，采用“統(tǒng)一公式”參考教材和參考文獻(xiàn)計(jì)算?！?.3設(shè)計(jì)鎖定軌溫確定】根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范，設(shè)計(jì)鎖定軌溫計(jì)算如下： 設(shè)計(jì)鎖定軌溫修正值，可取05°C。本設(shè)計(jì)可取0 ?！?.4設(shè)置緩沖區(qū)，計(jì)算伸縮區(qū)長(zhǎng)度和緩沖區(qū)預(yù)留軌縫】無(wú)縫線

7、路緩沖區(qū)宜根據(jù)計(jì)算設(shè)置24 對(duì)同類型定尺長(zhǎng)為25m 的鋼軌。按選定鎖定軌溫范圍（一般10°C），計(jì)算每個(gè)鎖定軌溫下的預(yù)留軌縫（取mm的整數(shù)倍）。伸縮區(qū)長(zhǎng)度、預(yù)留軌縫按規(guī)范或教材計(jì)算。第三章 設(shè)計(jì)參數(shù)【3.1軌道條件】 鋼軌：60kg/m，標(biāo)準(zhǔn)軌長(zhǎng)度25m，垂直磨耗6mm，屈服強(qiáng)度457Mpa，鋼軌斷面面積，底寬，對(duì)水平軸的慣性矩，；鋼軌支座剛度D：檢算鋼軌D=300000（N/cm），檢算軌下基礎(chǔ) D=700000（N/cm）軌枕：III型混凝土枕，1667根/km，軌枕間距a=60cm，長(zhǎng)度l=250cm；道床：道碴為一級(jí)道碴，道床頂面寬度3.4m，面碴厚25cm，底碴厚20cm；

8、路基填料：沙粘土； 曲線最小半徑為，取半徑為800m；【3.2運(yùn)營(yíng)條件】SS4電力機(jī)車，Vmax=100km/h主要技術(shù)指標(biāo)：天津地區(qū)某段線路鋪設(shè)無(wú)縫線路。 基本參數(shù)選取如下：鋼軌屈服強(qiáng)度s457MPa標(biāo)準(zhǔn)軌長(zhǎng)度取25m鋼軌允許應(yīng)力352Mpa附加壓力（N）本設(shè)計(jì)可取0軌枕間距鋼軌附加應(yīng)力10MPa路基填料沙粘土臨界溫升tk0鋼軌支座剛度D檢算鋼軌300000（N/cm）變形曲線弦長(zhǎng)l04m檢算軌下基礎(chǔ)700000（N/cm）允許未被平衡超高h(yuǎn)75cm曲線最小半徑R800m鋼的彈性模量E2.1×105Mpa機(jī)車類型SS4電力機(jī)車鋼軌的線膨脹系數(shù)11.8×10-6/設(shè)計(jì)最大速

9、度Vmax100km/h接頭阻力PH490KN相鄰標(biāo)準(zhǔn)軌間預(yù)留軌縫ag18mm具體參數(shù)如下各表：1、取正線軌道類型如下：項(xiàng)目單位重型運(yùn)營(yíng)條件年通過(guò)總質(zhì)量Mt2550列車設(shè)計(jì)最高速度km/h100軌道結(jié)構(gòu)鋼軌Kg/m60混凝土枕型號(hào)-鋪枕根數(shù)根/km1667巖石、滲水土路基雙層道渣c(diǎn)m面渣25 低渣202、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(duì)水平軸的慣性矩Ix/cm43217鋼軌高度H/mm176對(duì)

10、豎直軸的慣性矩Iy/cm4524鋼軌寬度B/mm150下部截面系數(shù)W1/cm3396軌頭高度h/mm48.5下部截面系數(shù)W2/cm3339軌頭寬度b/mm73軌底橫向撓曲斷面系數(shù)Wy/cm370軌腰厚度t/mm16.53、鋼軌頭部磨耗輕傷標(biāo)準(zhǔn)如下（Vmax=100km/h）：鋼軌kg/m總磨耗/mm垂直磨耗/mm側(cè)面磨耗/mm60149144、混凝土枕尺寸如下：軌枕型類主筋數(shù)量混凝土等級(jí)截面高度/mm截面寬度/cm底面積/cm2質(zhì)量/kg長(zhǎng)度/cm軌下中間端部軌下中間7720320260107C6023.018.530.0285、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

11、扣壓力/KN10彈條變形量/mm10扣壓節(jié)點(diǎn)垂直靜剛度/KN/m60-80調(diào)軌距量/mm-812縱向防爬阻力/KN16調(diào)高量/mm106、附加速度系數(shù)如下：附加速度系數(shù)速度范圍 km/h電力機(jī)車V1200.6V/1007、橫向水平力系數(shù)f如下（取曲線半徑R=800）：線路平面曲線半徑/m800橫向水平力系數(shù)f1.45注：本設(shè)計(jì)中取每千米軌枕數(shù)目為1667,肩寬設(shè)為30cm, 等效道床阻力通過(guò)查表內(nèi)插取得：Q=7.25 N/mm8、天津最高最、低及中間軌溫如下：地區(qū)最高軌溫最低軌溫中間軌溫天津60.5-22.918.89、等效道床阻力Q如下（線路容許彎曲矢度f(wàn)=0.2cm）： 線路條件每千米軌枕

12、根數(shù)碎石道床、混凝土枕混凝土軌枕肩寬30cm1667Q=72.5N/cm10、混凝土枕線路的初始彎曲如下：（見(jiàn)軌道結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)資料附表）初始彎曲60kg/m鋼軌彈性初彎（mm）2.5塑性初彎（mm）2.5路容許彎曲矢度f(wàn)（mm）211、機(jī)車類型為: SS4電力機(jī)車，設(shè)計(jì)速度取：Vmax=100km/h韶山4（SS4）第一轉(zhuǎn)向架I112.8300100II112.8520第二轉(zhuǎn)向架I112.8300II112.8520第三轉(zhuǎn)向架I112.8II112.8300第四轉(zhuǎn)向架I112.8520II112.830012、道床狀態(tài)參數(shù)指標(biāo)如下： 指標(biāo)軌枕類型鐵路特征單枕道床縱向阻力 r2(KN)一股鋼軌單

13、位道床阻力r(N/cm)III1667根/km18.3kN15213、SS4軸重圖如下圖所示第四章 計(jì)算設(shè)計(jì)過(guò)程【4.1軌道結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算】剛比系數(shù)：則最大動(dòng)彎矩為：速度系數(shù)： 電力機(jī)車偏載系數(shù)：=0.002h , h采用75mm（考慮最不利情況）； 曲線半徑：R=800m ，可得曲線上橫向水平力系數(shù)：f=1.45 （1）計(jì)算剛度相對(duì)比值K當(dāng)驗(yàn)算鋼軌D=30000N/mm，a=600mm時(shí)， 當(dāng)檢算軌下基礎(chǔ)D=70000N/mm，a=600mm時(shí)， （2）計(jì)算最大靜位移、彎矩和枕上壓力（3）計(jì)算、 電力機(jī)車運(yùn)行速度V=100km/h,查表得：檢算鋼軌應(yīng)力 檢算鋼軌下沉及軌下基礎(chǔ)各部件 曲線半徑R

14、=800m，取其未被平衡欠超高最大值=75mm，故偏載系數(shù)為：則有：【4.2鎖定軌溫的確定】（1） 根據(jù)強(qiáng)度條件確定允許的降溫幅度其中，,（2） 根據(jù)穩(wěn)定條件確定允許的升溫幅度彈性初始彎曲矢度f(wàn)oe=2.5（mm）塑性初始彎曲矢度f(wàn)op=2.5（mm）彈性初始彎曲半波長(zhǎng)l0=4000（mm）最小曲線半徑R=800000（mm）路容許彎曲矢度：f=2mm塑性初始彎曲半徑變形曲率 鋼軌斷面垂直軸慣性矩本設(shè)計(jì)中取每千米軌枕數(shù)目為1667,肩寬設(shè)為30cm, 等效道床阻力通過(guò)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)算得再次計(jì)算，再次計(jì)算

15、，所以由公式： 得P=2084948.465 N所以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（3）設(shè)計(jì)鎖定軌溫的確定已知天津地區(qū)最高軌溫為60.5°C,最低軌溫-22.9°C【4.3長(zhǎng)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20.4，所以得最大溫度力=2.48=2.487745（20.4+22.9）=831689.08 N=2.48=2.487745（60.5-20.4）=770224.76N接頭阻力=490kN，道床縱向阻力r=152N/cm（根據(jù)道床縱向阻力表查得）；長(zhǎng)軌與標(biāo)準(zhǔn)軌之間的預(yù)留軌縫：以鎖定軌溫為20.4為例，冬季： 夏季： 因此表格

16、算出其余溫度的預(yù)留軌縫：（計(jì)算過(guò)程見(jiàn)附件）溫度/預(yù)留軌縫/cm15.41.05610741716.41.01019347117.40.96427952518.40.91836557819.40.87245163220.40.82653768621.40.7806237422.40.73470979423.40.68879584824.40.64288190125.40.596967955標(biāo)準(zhǔn)軌之間預(yù)留軌縫設(shè)計(jì)：（20.4°C）因此表格算出其余溫度的預(yù)留軌縫：（計(jì)算過(guò)程見(jiàn)附件）溫度/°C預(yù)留軌縫/cm15.41.00038095316.40.97085714317.40.94

17、133333318.40.91180952419.40.88228571420.40.85276190521.40.82323809522.40.79371428623.40.76419047624.40.73466666725.40.705142857第五章 設(shè)計(jì)總結(jié)課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力的重要環(huán)節(jié),是對(duì)學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過(guò)程。課程設(shè)計(jì)不僅是對(duì)前面所學(xué)知識(shí)的一種檢驗(yàn)，而且也是對(duì)自己能力的一種提高。本次的課程設(shè)計(jì)對(duì)我們來(lái)說(shuō)不僅是一種鍛煉，更是一種提升。真正的學(xué)以致用，檢驗(yàn)我們對(duì)課本知識(shí)的掌握情況的同時(shí)，加深我們對(duì)主干知識(shí)的理解和認(rèn)知，能夠?qū)⑶昂笾R(shí)有機(jī)地結(jié)合貫穿起來(lái)，形成自己的知識(shí)體系。在本次課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，我也發(fā)現(xiàn)了自己的諸多不足和上課遺漏的知識(shí)點(diǎn)，給我敲響了警鐘，我知道了此門課程的重點(diǎn)和核心所在，也知道了以后軌道工程的發(fā)展方向。在綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，提出問(wèn)題、解決問(wèn)題的過(guò)程中，我提升了自身的實(shí)際操作能力、計(jì)算能力和耐心細(xì)心的品質(zhì)。總之，學(xué)到了很多東西。此外