無縫線路復習

1、第六章第六章 無縫線路無縫線路第一節(jié)第一節(jié) 概述概述第二節(jié)第二節(jié) 長鋼軌軸向溫度力長鋼軌軸向溫度力第三節(jié)第三節(jié) 無縫線路穩(wěn)定性無縫線路穩(wěn)定性第四節(jié)第四節(jié) 路基上的無縫線路軌道設計路基上的無縫線路軌道設計第五節(jié)第五節(jié) 橋上無縫線路橋上無縫線路6.1 6.1 鐵路無縫線路概述鐵路無縫線路概述l無縫線路定義無縫線路定義l無縫線路優(yōu)點無縫線路優(yōu)點l無縫線路發(fā)展概況無縫線路發(fā)展概況l無縫線路結構型式無縫線路結構型式l無縫線路鋪設范圍無縫線路鋪設范圍無縫線路定義無縫線路定義l用具有相當長度的焊接長度長鋼軌代替普用具有相當長度的焊接長度長鋼軌代替普通標準鋼軌的軌道稱為無縫線路。通標準鋼軌的軌道稱為無縫線路。

2、無縫線路優(yōu)點無縫線路優(yōu)點l無縫線路可減少養(yǎng)護維修勞力和材料。無縫線路可減少養(yǎng)護維修勞力和材料。l無縫線路可減少列車運行能耗。無縫線路可減少列車運行能耗。l無縫線路可以提高旅客的舒適度。無縫線路可以提高旅客的舒適度。l無縫線路可以降低線路的噪音。無縫線路可以降低線路的噪音。無縫線路結構型式無縫線路結構型式l溫度應力式。在運營過程中，隨著軌溫的變化，每溫度應力式。在運營過程中，隨著軌溫的變化，每段無縫線路除兩端的伸縮區(qū)放散部分溫度應力外，段無縫線路除兩端的伸縮區(qū)放散部分溫度應力外，通常不放散溫度應力，它有固定的鎖定軌溫；通常不放散溫度應力，它有固定的鎖定軌溫；l定期放散應力式。為減小無縫線路的最大

3、溫度應力定期放散應力式。為減小無縫線路的最大溫度應力值，定期進行應力放散，通常每年春、秋季各放散值，定期進行應力放散，通常每年春、秋季各放散一次，它有兩個鎖定軌溫；一次，它有兩個鎖定軌溫；l自動放散應力式。在無縫線路的中部或端部鎖定一自動放散應力式。在無縫線路的中部或端部鎖定一定長度，其余部分采用特制扣件，允許長軌條隨著定長度，其余部分采用特制扣件，允許長軌條隨著軌溫變化而伸縮，從而放散溫度應力，它無固定的軌溫變化而伸縮，從而放散溫度應力，它無固定的鎖定軌溫。鎖定軌溫。圖圖l溫度應力式無縫線路的發(fā)展經(jīng)歷了三個階段：溫度應力式無縫線路的發(fā)展經(jīng)歷了三個階段：l普通無縫線路普通無縫線路：無縫線路的軌

4、條長度不長，考慮：無縫線路的軌條長度不長，考慮自動閉塞區(qū)段絕緣接頭的設置、橋梁、隧道、道自動閉塞區(qū)段絕緣接頭的設置、橋梁、隧道、道岔銜接及施工養(yǎng)護維修的方便，其長軌長度一般岔銜接及施工養(yǎng)護維修的方便，其長軌長度一般為為1-2km，兩端鋪，兩端鋪2-4對標準軌組成的對標準軌組成的“緩沖區(qū)緩沖區(qū)”。l區(qū)間無縫線路區(qū)間無縫線路：隨著膠接絕緣接頭技術的推廣應：隨著膠接絕緣接頭技術的推廣應用及無縫線路施工技術的完善，為滿足列車提速用及無縫線路施工技術的完善，為滿足列車提速的需要，盡量減少鋼軌接頭的存在，把原來長的需要，盡量減少鋼軌接頭的存在，把原來長1-2km的長軌條延長，使長軌長度達到或接近兩個的長軌

5、條延長，使長軌長度達到或接近兩個車站之間的長度。車站之間的長度。l跨區(qū)間無縫線路跨區(qū)間無縫線路:為了最大限度減少鋼軌接頭，為了最大限度減少鋼軌接頭，延長軌條長度，把區(qū)間無縫線路的長軌條延長延長軌條長度，把區(qū)間無縫線路的長軌條延長與車站道岔焊接在一起，成為跨區(qū)間無縫線路，與車站道岔焊接在一起，成為跨區(qū)間無縫線路，是當今無縫線路的發(fā)展方向。目前，我國無縫是當今無縫線路的發(fā)展方向。目前，我國無縫線路在京廣線上最長一段線路在京廣線上最長一段140km，京滬上最長，京滬上最長一段一段104km，此外長，此外長2060km的無縫線路數(shù)量的無縫線路數(shù)量更多，據(jù)統(tǒng)計我國現(xiàn)有跨區(qū)間無縫線路的數(shù)量更多，據(jù)統(tǒng)計我國

6、現(xiàn)有跨區(qū)間無縫線路的數(shù)量約約7000km。l跨區(qū)間無縫線路取消了緩沖軌，區(qū)間內(nèi)的絕緣跨區(qū)間無縫線路取消了緩沖軌，區(qū)間內(nèi)的絕緣接頭承受巨大縱向力，因此研究與生產(chǎn)高強度、接頭承受巨大縱向力，因此研究與生產(chǎn)高強度、高韌性的膠接絕緣接頭成為推廣應用超長無縫高韌性的膠接絕緣接頭成為推廣應用超長無縫線路關鍵技術之一。線路關鍵技術之一。l無縫線路結構按照連接方式可分為兩類：無縫線路結構按照連接方式可分為兩類：用緩沖用緩沖軌連接軌連接及及用鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器連接用鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器連接。l日本新干線上鋪設的無縫線路，每隔日本新干線上鋪設的無縫線路，每隔1.5km設置設置一組鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器，我國沈陽、哈爾濱鐵路局一組鋼

7、軌伸縮調(diào)節(jié)器，我國沈陽、哈爾濱鐵路局曾有曾有40km無縫線路采用鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器連接，無縫線路采用鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器連接，其優(yōu)點是必要時放散應力及處理故障方便，但因其優(yōu)點是必要時放散應力及處理故障方便，但因設備投資費用較高，在我國一般線路上不再大量設備投資費用較高，在我國一般線路上不再大量使用，但大橋上鋪設無縫線路仍然廣泛應用。使用，但大橋上鋪設無縫線路仍然廣泛應用。長軌條長軌條標準長度鋼軌標準長度鋼軌長軌條長軌條緩沖區(qū)緩沖區(qū)無縫線路的鋪設范圍無縫線路的鋪設范圍l由于無縫線路在嚴寒酷暑季節(jié)具有巨大的溫度拉由于無縫線路在嚴寒酷暑季節(jié)具有巨大的溫度拉力和壓力，因而在某些地區(qū)和某些特殊地段的應力和壓力，因

8、而在某些地區(qū)和某些特殊地段的應用受到限制，如用受到限制，如最大軌溫差、最小曲線半徑、最最大軌溫差、最小曲線半徑、最大坡道大坡道。l目前世界各國投入大量人力和物力從事研究，突目前世界各國投入大量人力和物力從事研究，突破已有的限制，擴大鋪設范圍。破已有的限制，擴大鋪設范圍。采用加強軌道結構的特殊措施采用加強軌道結構的特殊措施l采用加強軌道結構的特殊措施可在更小采用加強軌道結構的特殊措施可在更小半徑曲線上鋪設無縫線路，奧地利采用半徑曲線上鋪設無縫線路，奧地利采用翼形軌枕；我國采用了防脹擋板。翼形軌枕；我國采用了防脹擋板。奧地利采用翼形軌枕奧地利采用翼形軌枕我國在大溫差、小半徑曲線上應用的防脹擋板我國

9、在大溫差、小半徑曲線上應用的防脹擋板6.2 6.2 長鋼軌軸向溫度力長鋼軌軸向溫度力 6.2.1 完全約束的長鋼軌溫度力完全約束的長鋼軌溫度力6.2.2 設有緩沖區(qū)的長鋼軌溫度力設有緩沖區(qū)的長鋼軌溫度力6.2.1 6.2.1 完全約束的長鋼軌溫度力完全約束的長鋼軌溫度力 LTLTTTTs-=-，溫溫度度變變化化幅幅度度C06/108 .11鋼鋼軌軌的的線線膨膨脹脹系系數(shù)數(shù)，TELLEEtt鋼鋼軌軌鋼鋼的的彈彈性性模模量量E27211/101 . 2/101 . 2cmNmNELPPTs-鋼軌鎖定軌溫，又稱零應力軌溫（鋼軌鎖定軌溫，又稱零應力軌溫（）T-鋼軌計算溫度（鋼軌計算溫度（）；高溫時，取

10、當?shù)貧鉁丶樱?；高溫時，取當?shù)貧鉁丶?0，低溫時取當?shù)貧鉁?。長隧道內(nèi)，最高軌溫，低溫時取當?shù)貧鉁?。長隧道內(nèi)，最高軌溫可按當?shù)刈罡邭鉁赜??？砂串數(shù)刈罡邭鉁赜?。FPttFT 67108 .11101 . 2）鋼鋼軌軌橫橫截截面面積積（2cmFl鋼軌伴隨軌溫變化的伸縮變形完全受到約束時，鋼軌伴隨軌溫變化的伸縮變形完全受到約束時，其溫度應力僅僅與其軌溫變化幅度呈線性關系，其溫度應力僅僅與其軌溫變化幅度呈線性關系，而與鋼軌的長度無關。而與鋼軌的長度無關。l只要能夠?qū)崿F(xiàn)鋼軌的完全約束，無縫線路可以只要能夠?qū)崿F(xiàn)鋼軌的完全約束，無縫線路可以任意的增加長度而不會增加鋼軌應力。任意的增加長度而不會增加鋼軌應力。例例

11、6.16.1 l鄭州地區(qū)鄭州地區(qū)Tmax=63，Tmin=17.9，鎖定軌溫設計值，鎖定軌溫設計值Ts=25，鎖定軌溫變化范圍取，鎖定軌溫變化范圍取255，即，即2030，計，計算算60kg/m鋼軌最大溫度壓力和拉力。鋼軌最大溫度壓力和拉力。解：解： 最大溫升幅度最大溫升幅度maxT1=63.020.0=43.0 最大溫降幅度最大溫降幅度maxT2 =30.0（17.9）=47.9 對于對于60kg/m鋼軌，最大溫度壓力：鋼軌，最大溫度壓力： maxPt1=Emax T1F =2.110711.810-64377.45826260.73N 最大溫度拉力：最大溫度拉力： maxPt2=EmaxT

12、2F =2.110711.810-647.977.45919302.07N6.3 6.3 無縫線路軌道穩(wěn)定性無縫線路軌道穩(wěn)定性l6.3.1 無縫線路軌道穩(wěn)定性概念無縫線路軌道穩(wěn)定性概念l6.3.2 影響無縫線路穩(wěn)定性的因素影響無縫線路穩(wěn)定性的因素l6.3.3 計算模型及其求解計算模型及其求解l6.3.4 無縫線路軌道穩(wěn)定性計算例題無縫線路軌道穩(wěn)定性計算例題l處于高溫條件下的無縫線路軌道易于發(fā)生橫向位處于高溫條件下的無縫線路軌道易于發(fā)生橫向位移，形成線路方向不良，影響列車行駛的平穩(wěn)性，移，形成線路方向不良，影響列車行駛的平穩(wěn)性，甚至脹軌跑道，引發(fā)列車脫軌事故。因此，無縫甚至脹軌跑道，引發(fā)列車脫軌

13、事故。因此，無縫線路軌道穩(wěn)定性成為鐵路運輸業(yè)普遍關注的問題線路軌道穩(wěn)定性成為鐵路運輸業(yè)普遍關注的問題之一。之一。 6.3.1 6.3.1 無縫線路軌道穩(wěn)定性概念無縫線路軌道穩(wěn)定性概念 l無縫線路軌道穩(wěn)定性主要研究無縫線路軌道穩(wěn)定性主要研究高溫條件下軌道高溫條件下軌道橫向位移與鋼軌溫度力的變化規(guī)律，并針對軌橫向位移與鋼軌溫度力的變化規(guī)律，并針對軌道及其運營環(huán)境條件，確定相應的軌溫變化幅道及其運營環(huán)境條件，確定相應的軌溫變化幅度及橫向變形位移容許值，制定相應的軌道設度及橫向變形位移容許值，制定相應的軌道設計標準及線路維修標準。計標準及線路維修標準。l無縫線路軌道在橫向受到道床的約束，由于鋼無縫線路

14、軌道在橫向受到道床的約束，由于鋼軌制造及列車運行等原因，導致軌道方向不良，軌制造及列車運行等原因，導致軌道方向不良，即存在所謂的即存在所謂的“軌道原始彎曲軌道原始彎曲”。在上述條件。在上述條件下，無縫線路軌道的橫向位移下，無縫線路軌道的橫向位移f與鋼軌溫升幅與鋼軌溫升幅度度T之間存在著如圖之間存在著如圖6-8的關系。的關系。 lf0表示軌道存在的原始彎曲矢度，依橫向位移隨表示軌道存在的原始彎曲矢度，依橫向位移隨鋼軌溫升的變化特征，曲線變化可分為三個階段鋼軌溫升的變化特征，曲線變化可分為三個階段:l第一階段第一階段: OA：軌溫上升，因軌道橫向位移：軌溫上升，因軌道橫向位移受到道床的約束，軌道保

15、持原始彎曲的狀態(tài)，橫受到道床的約束，軌道保持原始彎曲的狀態(tài)，橫向位移不發(fā)生增長。向位移不發(fā)生增長。 l第二階段第二階段: AB：軌道隨鋼軌溫升發(fā)生橫向位移，：軌道隨鋼軌溫升發(fā)生橫向位移，軌道的彎曲矢度進一步擴大，習慣稱為軌道的彎曲矢度進一步擴大，習慣稱為脹軌脹軌階段。階段。 l第三階段第三階段: BC（經(jīng)過（經(jīng)過S點）：鋼軌溫升超過點）：鋼軌溫升超過TB之后，軌道將發(fā)生突發(fā)性橫移，即位移驟然之后，軌道將發(fā)生突發(fā)性橫移，即位移驟然擴大，并可能伴隨有輕微響聲，習慣稱為擴大，并可能伴隨有輕微響聲，習慣稱為跑道跑道。 圖圖6-8l在普遍的力學原理中，對于存在原始彎曲（初始在普遍的力學原理中，對于存在原

16、始彎曲（初始缺陷）的受壓桿件，其受力平衡狀態(tài)曲線有如圖缺陷）的受壓桿件，其受力平衡狀態(tài)曲線有如圖6-96-9所示的形狀，極值點所示的形狀，極值點B B對應著壓桿失穩(wěn)。從實對應著壓桿失穩(wěn)。從實用的觀點出發(fā)，各國鐵路工程界趨向于采取以下用的觀點出發(fā)，各國鐵路工程界趨向于采取以下兩個穩(wěn)定性判別準則來處理無縫線路穩(wěn)定性問題兩個穩(wěn)定性判別準則來處理無縫線路穩(wěn)定性問題: :安全溫升法安全溫升法、極限狀態(tài)法極限狀態(tài)法（1 1）安全溫升法）安全溫升法l前蘇聯(lián)米辛柯（前蘇聯(lián)米辛柯（MeHko）美國柯爾（美國柯爾（Kerr）等人主張采用值作為控制無縫線路穩(wěn)定性設計的等人主張采用值作為控制無縫線路穩(wěn)定性設計的取值，

17、取值， TS稱為安全溫升，如圖稱為安全溫升，如圖6-9所示。以安所示。以安全溫升判別無縫線路穩(wěn)定性，全溫升判別無縫線路穩(wěn)定性，其主要出發(fā)點是：其主要出發(fā)點是：當鋼軌溫升幅值小于當鋼軌溫升幅值小于TS 時，無論軌道的原始時，無論軌道的原始彎曲以及外力作用所引起的橫向變形積累擴展到彎曲以及外力作用所引起的橫向變形積累擴展到何等程度，其軸向溫度壓力不會超過何等程度，其軸向溫度壓力不會超過B點，線路點，線路也不會發(fā)生脹軌跑道。也不會發(fā)生脹軌跑道。（2）極限狀態(tài)法）極限狀態(tài)法 l我國鐵道部頒布的統(tǒng)一無縫線路穩(wěn)定性計算公式我國鐵道部頒布的統(tǒng)一無縫線路穩(wěn)定性計算公式規(guī)定，由鋼軌溫升所引起的軌道橫向位移最大值

18、規(guī)定，由鋼軌溫升所引起的軌道橫向位移最大值不得超過不得超過2mm，該值所對應的鋼軌溫升幅度為容，該值所對應的鋼軌溫升幅度為容許溫升幅度許溫升幅度TN ，如圖，如圖6-9所示。所示。其主要出發(fā)點其主要出發(fā)點是：是：軌道橫向位移超過軌道橫向位移超過2mm時，將易于形成軌道時，將易于形成軌道橫向變形積累，增大鋼軌彎曲矢度，逐漸降低無橫向變形積累，增大鋼軌彎曲矢度，逐漸降低無縫線路的穩(wěn)定性，最后導致無縫線路脹軌跑道。縫線路的穩(wěn)定性，最后導致無縫線路脹軌跑道。道床道床橫向阻力橫向阻力無縫線路脹軌跑道后的軌道狀態(tài)無縫線路脹軌跑道后的軌道狀態(tài) 00ASS2B3C0ABs+0TTATBTSf+f0f0圖圖6-

19、8 6-8 軌道橫向位移與鋼軌溫升幅度關系曲線軌道橫向位移與鋼軌溫升幅度關系曲線00=+foe+圖圖6-9 6-9 受壓桿件受力平衡狀態(tài)曲線受壓桿件受力平衡狀態(tài)曲線6.3.2 6.3.2 影響無縫線路穩(wěn)定性的因素影響無縫線路穩(wěn)定性的因素 l試驗研究及運營經(jīng)驗表明，影響無縫線路穩(wěn)定試驗研究及運營經(jīng)驗表明，影響無縫線路穩(wěn)定性的主要因素有：性的主要因素有：鋼軌的溫升幅度鋼軌的溫升幅度、軌道原始軌道原始不平順不平順、道床橫向阻力道床橫向阻力以及以及軌道框架剛度軌道框架剛度等。等。前兩項是促使無縫線路軌道失穩(wěn)的因素，后兩前兩項是促使無縫線路軌道失穩(wěn)的因素，后兩項是保持穩(wěn)定性的因素。另外，道床縱向阻力項是

20、保持穩(wěn)定性的因素。另外，道床縱向阻力和中間扣件的抗扭轉(zhuǎn)作用對無縫線路軌道穩(wěn)定和中間扣件的抗扭轉(zhuǎn)作用對無縫線路軌道穩(wěn)定性影響較小。性影響較小。 一、鋼軌的溫升幅度一、鋼軌的溫升幅度 l鋼軌的溫升幅度鋼軌的溫升幅度是鋼軌相對于鎖定溫度的軌溫升是鋼軌相對于鎖定溫度的軌溫升高值。已如上述，隨著軌溫的升高，長鋼軌不斷高值。已如上述，隨著軌溫的升高，長鋼軌不斷積累的溫度壓力超過某個極限值后，軌道將喪失積累的溫度壓力超過某個極限值后，軌道將喪失穩(wěn)定，橫向變形迅速增長，形成軌道方向不良，穩(wěn)定，橫向變形迅速增長，形成軌道方向不良，危及行車安全。鋼軌溫升幅度的增長是無縫線路危及行車安全。鋼軌溫升幅度的增長是無縫線

21、路喪失穩(wěn)定的最關鍵因素。喪失穩(wěn)定的最關鍵因素。 二、軌道原始彎曲二、軌道原始彎曲 l軌道原始彎曲軌道原始彎曲是指無縫線路軌道在鋼軌零應力是指無縫線路軌道在鋼軌零應力狀態(tài)下固有的方向不平順。鋼軌的焊接、制造、狀態(tài)下固有的方向不平順。鋼軌的焊接、制造、運輸以及養(yǎng)護維修等作業(yè)過程中的不良后果，運輸以及養(yǎng)護維修等作業(yè)過程中的不良后果，都可導致軌道的原始彎曲。軌道原始彎曲通常都可導致軌道的原始彎曲。軌道原始彎曲通常包括包括塑性原始彎曲塑性原始彎曲和和彈性原始彎曲彈性原始彎曲。塑性原始。塑性原始彎曲是鋼軌在軋制、運輸、焊接和鋪設過程中彎曲是鋼軌在軋制、運輸、焊接和鋪設過程中形成的塑性變形，呈現(xiàn)鋼軌軸線不平

22、直。彈性形成的塑性變形，呈現(xiàn)鋼軌軸線不平直。彈性原始彎曲是在溫度力和列車橫向力的反復作用原始彎曲是在溫度力和列車橫向力的反復作用下產(chǎn)生的，鋼軌彈性原始彎曲的特點是積蓄有下產(chǎn)生的，鋼軌彈性原始彎曲的特點是積蓄有彈性形變位能。彈性形變位能。 三、道床橫向阻力三、道床橫向阻力 l道床抵抗軌道框架橫向位移的阻力稱為道床抵抗軌道框架橫向位移的阻力稱為道床橫向道床橫向阻力阻力，它是防止無縫線路脹軌跑道，保證無縫線，它是防止無縫線路脹軌跑道，保證無縫線路穩(wěn)定性的主要因素。鐵路工程經(jīng)驗表明，在穩(wěn)路穩(wěn)定性的主要因素。鐵路工程經(jīng)驗表明，在穩(wěn)定軌道框架的因素中，道床的貢獻約為定軌道框架的因素中，道床的貢獻約為65%

23、，鋼，鋼軌約為軌約為25 %，扣件約為，扣件約為10 %。 l道床橫向阻力的構成道床橫向阻力的構成是：道床肩部的阻力占是：道床肩部的阻力占2030%，軌枕兩側占，軌枕兩側占2030%，軌枕底部占，軌枕底部占50%。為使道床橫向阻力達到設計要求，不僅要求道床為使道床橫向阻力達到設計要求，不僅要求道床斷面符合標準尺寸，還應搗固緊密，其道床密實斷面符合標準尺寸，還應搗固緊密，其道床密實度應達到度應達到1700kg/m3。四、軌道框架剛度四、軌道框架剛度 l軌道框架剛度軌道框架剛度反映軌道框架抵抗橫向彎曲的能力。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軌道框架剛度越

24、大，抵抗橫向彎曲變形的能力就越強。強。軌道框架剛度軌道框架剛度是兩股鋼軌的橫向水平剛度及鋼是兩股鋼軌的橫向水平剛度及鋼軌與軌枕節(jié)點間的阻矩抵抗橫向彎曲能力的總和。軌與軌枕節(jié)點間的阻矩抵抗橫向彎曲能力的總和。l軌道框架的水平剛度可取為：軌道框架的水平剛度可取為： EJEJy軌軌道道框框架架換換算算系系數(shù)數(shù)）（兩兩根根鋼鋼軌軌橫橫向向水水平平剛剛度度2cmNEJl6.5.1 6.5.1 橋上無縫線路概況橋上無縫線路概況l6.5.2 6.5.2 橋上無縫線路的附加力橋上無縫線路的附加力l6.5.3 6.5.3 伸縮力、撓曲力計算方法伸縮力、撓曲力計算方法l6.5.4 6.5.4 橋上無縫線路設計橋上無縫線路設計6.5 橋上無縫線路橋上無縫線路 6.5.2 6.5.2 橋上無縫線路的附加力橋上無縫線路的附加力 l橋上無縫線路設計除計算長鋼軌的溫度力橋上無縫線路設計除計算長鋼軌的溫度力作用之外，還應計算橋上縱向附加力作用，作用之外，還應計算橋上縱向附加力作用，包括：包括：伸縮力、撓曲力、制動力及斷軌力伸縮力、撓曲力、制動力及斷軌力。 一、伸縮力一、伸縮力 l梁跨結構因溫度變化而伸縮。在明橋面上，梁跨梁跨結構因溫度變化而伸縮。在明橋面上，梁跨結構翼