上海工程技術(shù)大學(xué)城市軌道交通公務(wù)概論4-1第四章 無縫線路

1、第第 四四 章章無無 縫縫 線線 路路第第 一一 節(jié)節(jié)概概 述述3一、鋪設(shè)無縫線路的意義一、鋪設(shè)無縫線路的意義 定義：無縫線路是將標(biāo)準(zhǔn)軌焊接而成的長鋼軌線路，定義：無縫線路是將標(biāo)準(zhǔn)軌焊接而成的長鋼軌線路，又稱焊接長鋼軌線路；又稱焊接長鋼軌線路； 特點(diǎn)：消除了大量接頭，從而具有行車平穩(wěn)、旅客特點(diǎn)：消除了大量接頭，從而具有行車平穩(wěn)、旅客舒適；同時(shí)機(jī)車車輛和軌道的維修費(fèi)用減少、使用舒適；同時(shí)機(jī)車車輛和軌道的維修費(fèi)用減少、使用壽命延長等特點(diǎn)。壽命延長等特點(diǎn)。 全世界全世界130萬萬 km 鐵路，鐵路，1/3為無縫線路。為無縫線路。 德德96%，法，法59%，美，美40%，蘇聯(lián)，蘇聯(lián)39%，中，中30%

2、二、形式的比較二、形式的比較1、普通線路的結(jié)構(gòu)、普通線路的結(jié)構(gòu)2、無縫線路的結(jié)構(gòu)、無縫線路的結(jié)構(gòu)長軌條長軌條長度：幾百米至幾千米長度：幾百米至幾千米普通線路接頭的缺點(diǎn)普通線路接頭的缺點(diǎn)車輪車輪 由于鋼軌接頭是線路的薄弱環(huán)節(jié)，列車通過時(shí)，車輪對(duì)接縫由于鋼軌接頭是線路的薄弱環(huán)節(jié)，列車通過時(shí)，車輪對(duì)接縫處軌端發(fā)生巨大的沖擊振動(dòng)，不僅影響行車平穩(wěn)和乘客的舒處軌端發(fā)生巨大的沖擊振動(dòng)，不僅影響行車平穩(wěn)和乘客的舒適，還加劇軌道設(shè)備的破損，如碎石道床發(fā)生局部下沉，導(dǎo)適，還加劇軌道設(shè)備的破損，如碎石道床發(fā)生局部下沉，導(dǎo)致空吊板，整體道床發(fā)生裂縫，車輪、鋼軌接頭及聯(lián)結(jié)零件致空吊板，整體道床發(fā)生裂縫，車輪、鋼軌接頭

3、及聯(lián)結(jié)零件發(fā)生磨耗和傷損等，接頭病害一直被人們認(rèn)為是軌道的重要發(fā)生磨耗和傷損等，接頭病害一直被人們認(rèn)為是軌道的重要病害之一。病害之一。鋼軌接頭鋼軌接頭 無縫線路的發(fā)展經(jīng)歷了兩大階段，第一階段由普無縫線路的發(fā)展經(jīng)歷了兩大階段，第一階段由普通線路過渡到一般無縫線路，約通線路過渡到一般無縫線路，約1-2公里長度，每段公里長度，每段無縫線路作為一個(gè)行車信號(hào)的閉塞區(qū)段，兩端設(shè)置緩無縫線路作為一個(gè)行車信號(hào)的閉塞區(qū)段，兩端設(shè)置緩沖區(qū)，并裝有信號(hào)設(shè)備。沖區(qū)，并裝有信號(hào)設(shè)備。 隨著無縫線路技術(shù)的發(fā)展，人們又將一般無縫線隨著無縫線路技術(shù)的發(fā)展，人們又將一般無縫線路進(jìn)一步焊接相連成幾十公里甚至一、二百公里的長路進(jìn)一

4、步焊接相連成幾十公里甚至一、二百公里的長度，這樣，超長型無縫線路便應(yīng)運(yùn)而生。度，這樣，超長型無縫線路便應(yīng)運(yùn)而生。 城軌線路，除了基地站場(chǎng)線以外，正線均采用城軌線路，除了基地站場(chǎng)線以外，正線均采用了超長型無縫線路的形式，所有運(yùn)營線基本上都是一了超長型無縫線路的形式，所有運(yùn)營線基本上都是一軌貫通。軌貫通。7F20世紀(jì)世紀(jì)60年代，我國曾在廣深線試鋪長年代，我國曾在廣深線試鋪長8km的無縫線路。的無縫線路。F80年代，北京局又在京山鐵路上試鋪了兩段分別為年代，北京局又在京山鐵路上試鋪了兩段分別為7.68km和和7.64km的無縫線路。的無縫線路。F1998年在滬寧下行線正儀常州間鋪設(shè)了跨年在滬寧下行

5、線正儀常州間鋪設(shè)了跨17個(gè)區(qū)間、個(gè)區(qū)間、33個(gè)車站、長個(gè)車站、長104.6km全路第一的跨區(qū)間無縫線路，創(chuàng)中國全路第一的跨區(qū)間無縫線路，創(chuàng)中國企業(yè)新紀(jì)錄。企業(yè)新紀(jì)錄。F2000年又延伸到棲霞山，長為年又延伸到棲霞山，長為232.2km，再次刷新全國新，再次刷新全國新紀(jì)錄；紀(jì)錄；F2002年滬寧下行南京至南翔年滬寧下行南京至南翔288.85km，已鋪設(shè)成功跨區(qū)，已鋪設(shè)成功跨區(qū)間無縫線路，消滅普通接頭間無縫線路，消滅普通接頭5277個(gè)。個(gè)。F2004年年11月實(shí)現(xiàn)南京至上海月實(shí)現(xiàn)南京至上海333km，可以說一根鋼軌到南，可以說一根鋼軌到南京。京。三、無縫線路的結(jié)構(gòu)三、無縫線路的結(jié)構(gòu) 無縫線路的平面

6、結(jié)構(gòu)分為固定區(qū)、伸縮區(qū)、緩沖無縫線路的平面結(jié)構(gòu)分為固定區(qū)、伸縮區(qū)、緩沖區(qū)等組成部分。區(qū)等組成部分。固定區(qū)固定區(qū)伸縮區(qū)伸縮區(qū)伸縮區(qū)伸縮區(qū)緩沖區(qū)緩沖區(qū)緩沖區(qū)緩沖區(qū)25m 12.5m12.5m 25m25m 12.5m12.5m 25m1.1.固定區(qū)固定區(qū)無縫線路長軌條的中間部分在一般情況下基本上無縫線路長軌條的中間部分在一般情況下基本上處于穩(wěn)定狀態(tài)而不能伸縮，這一范圍稱為固定區(qū)。處于穩(wěn)定狀態(tài)而不能伸縮，這一范圍稱為固定區(qū)。固定區(qū)固定區(qū)伸縮區(qū)伸縮區(qū)伸縮區(qū)伸縮區(qū)緩沖區(qū)緩沖區(qū)緩沖區(qū)緩沖區(qū)2.2.伸縮區(qū)伸縮區(qū) 在長軌條的兩端，鋼軌受溫度的影響，在一定距離范圍內(nèi)，在長軌條的兩端，鋼軌受溫度的影響，在一定距離

7、范圍內(nèi)，要發(fā)生一定的伸縮變化，這一范圍，稱為伸縮區(qū)。伸縮區(qū)長要發(fā)生一定的伸縮變化，這一范圍，稱為伸縮區(qū)。伸縮區(qū)長度根據(jù)年軌溫差幅值、道床縱向阻力、鋼軌接頭阻力等參數(shù)度根據(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，一般為計(jì)算確定，一般為50100米。米。固定區(qū)固定區(qū)伸縮區(qū)伸縮區(qū)伸縮區(qū)伸縮區(qū)緩沖區(qū)緩沖區(qū)緩沖區(qū)緩沖區(qū)3.3.緩沖區(qū)緩沖區(qū)為滿足伸縮區(qū)鋼軌長度的變化，必須在伸縮區(qū)以外，設(shè)置幾根短為滿足伸縮區(qū)鋼軌長度的變化，必須在伸縮區(qū)以外，設(shè)置幾根短軌，并于短軌之間設(shè)置軌縫來調(diào)節(jié)長軌條伸縮變化的影響。這一軌，并于短軌之間設(shè)置軌縫來調(diào)節(jié)長軌條伸縮變化的影響。這一短軌區(qū)范圍就稱之緩沖區(qū)。短軌區(qū)

8、范圍就稱之緩沖區(qū)。通常，緩沖區(qū)由通常，緩沖區(qū)由24節(jié)標(biāo)準(zhǔn)軌節(jié)標(biāo)準(zhǔn)軌(含廠制縮短軌含廠制縮短軌)組成，普通絕緣接組成，普通絕緣接頭為頭為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)或節(jié)或4節(jié)標(biāo)準(zhǔn)軌中間。節(jié)標(biāo)準(zhǔn)軌中間。 緩沖區(qū)鋼軌接頭必須使用緩沖區(qū)鋼軌接頭必須使用109級(jí)螺栓，扭矩應(yīng)級(jí)螺栓，扭矩應(yīng)保持在保持在700900Nm。絕緣接頭軌縫不得小于。絕緣接頭軌縫不得小于6mm。 固定區(qū)固定區(qū)伸縮區(qū)伸縮區(qū)伸縮區(qū)伸縮區(qū)緩沖區(qū)緩沖區(qū)緩沖區(qū)緩沖區(qū)無縫線路與道岔的銜接 岔前無縫線路平面示意圖（單股鋼軌）岔前無縫線路平面示意圖（單股鋼軌） 道岔道岔 緩沖區(qū)緩沖區(qū)

9、無縫線路無縫線路無縫線路也可以與道岔進(jìn)行焊接，以消滅緩沖區(qū)的接頭無縫線路也可以與道岔進(jìn)行焊接，以消滅緩沖區(qū)的接頭 早期的無縫線路受各種條件的限制，最短的只有幾百米，早期的無縫線路受各種條件的限制，最短的只有幾百米，一般設(shè)計(jì)為一般設(shè)計(jì)為1-2公里長度。緩沖區(qū)的短軌區(qū)，選擇一個(gè)軌縫公里長度。緩沖區(qū)的短軌區(qū)，選擇一個(gè)軌縫作為絕緣接頭，安裝絕緣設(shè)備，使前后的軌道電路隔斷，作為絕緣接頭，安裝絕緣設(shè)備，使前后的軌道電路隔斷，從而形成一個(gè)閉塞區(qū)段。從而形成一個(gè)閉塞區(qū)段。四、無縫線路的類型 無縫線路分為鎖定應(yīng)力式和放散應(yīng)力式兩大類，無縫線路分為鎖定應(yīng)力式和放散應(yīng)力式兩大類，其中，放散應(yīng)力式又可以分為：定期放散

10、應(yīng)力式和其中，放散應(yīng)力式又可以分為：定期放散應(yīng)力式和自動(dòng)放散應(yīng)力式。自動(dòng)放散應(yīng)力式。 溫度應(yīng)力式溫度應(yīng)力式放散溫度應(yīng)力式放散溫度應(yīng)力式普通接頭聯(lián)結(jié)形式普通接頭聯(lián)結(jié)形式伸縮接頭聯(lián)結(jié)形式伸縮接頭聯(lián)結(jié)形式自動(dòng)放散式自動(dòng)放散式定期放散式定期放散式結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)類型類型1、鎖定式無縫線路、鎖定式無縫線路 鎖定式無縫線路，用線路配件將鋼軌鎖定，鎖定式無縫線路，用線路配件將鋼軌鎖定，無論軌溫上升還是下降，通過多種阻力與溫?zé)o論軌溫上升還是下降，通過多種阻力與溫度力相抗衡，使鋼軌內(nèi)應(yīng)力得到鎖定，不讓度力相抗衡，使鋼軌內(nèi)應(yīng)力得到鎖定，不讓其釋放。如地面碎石道床線路及遂道內(nèi)的整其釋放。如地面碎石道床線路及遂道內(nèi)的整體道床

11、線路均采用鎖定應(yīng)力式無縫線路。體道床線路均采用鎖定應(yīng)力式無縫線路。2、自動(dòng)放散應(yīng)力式、自動(dòng)放散應(yīng)力式 放散應(yīng)力式無縫線路是對(duì)鋼軌不完全鎖定，使長放散應(yīng)力式無縫線路是對(duì)鋼軌不完全鎖定，使長鋼軌在溫度力作用下進(jìn)行一定量的伸縮，具體方鋼軌在溫度力作用下進(jìn)行一定量的伸縮，具體方法就是在長軌條兩端設(shè)置鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器，當(dāng)軌法就是在長軌條兩端設(shè)置鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器，當(dāng)軌溫發(fā)生變化時(shí)，鋼軌內(nèi)應(yīng)力隨著鋼軌的伸縮而得溫發(fā)生變化時(shí)，鋼軌內(nèi)應(yīng)力隨著鋼軌的伸縮而得到一定量的釋放。如特大橋梁或城市高架橋面上到一定量的釋放。如特大橋梁或城市高架橋面上鋪設(shè)軌道均采用放散應(yīng)力式無縫線路，以減少鋼鋪設(shè)軌道均采用放散應(yīng)力式無縫線路，以

12、減少鋼軌內(nèi)應(yīng)力對(duì)橋梁所發(fā)生的影響軌內(nèi)應(yīng)力對(duì)橋梁所發(fā)生的影響。（南京大橋、上。（南京大橋、上海三號(hào)線）海三號(hào)線）溫度調(diào)節(jié)器也稱為尖軌接頭溫度調(diào)節(jié)器也稱為尖軌接頭3、定期放散應(yīng)力式、定期放散應(yīng)力式 在定期放散應(yīng)力式無縫線路上，每年對(duì)無縫線路在定期放散應(yīng)力式無縫線路上，每年對(duì)無縫線路的溫度調(diào)整或放散的溫度調(diào)整或放散12次，以減小長軌條中的溫度次，以減小長軌條中的溫度力。在放散溫度力時(shí)，將長軌條的所有扣件松開，力。在放散溫度力時(shí)，將長軌條的所有扣件松開，使它能自由伸縮，放散其內(nèi)部的溫度應(yīng)力，并在使它能自由伸縮，放散其內(nèi)部的溫度應(yīng)力，并在一定的溫度條件下重新將全部鋼軌扣件扣緊。這一定的溫度條件下重新將全

13、部鋼軌扣件扣緊。這種方法主要用于年溫差變化幅度較大的寒冷地區(qū)種方法主要用于年溫差變化幅度較大的寒冷地區(qū)(年溫差大于年溫差大于100地區(qū)地區(qū))。由于此種方法需要化費(fèi)。由于此種方法需要化費(fèi)較多的人力和物力，工序繁雜，故很少采用。較多的人力和物力，工序繁雜，故很少采用。第第 二二 節(jié)節(jié)無縫線路的基本原理無縫線路的基本原理一、溫度力及溫度應(yīng)力一、溫度力及溫度應(yīng)力 1、溫度力、溫度力 無縫線路，當(dāng)軌溫變化時(shí)，由于鋼軌被鎖無縫線路，當(dāng)軌溫變化時(shí)，由于鋼軌被鎖定，無法伸縮，于是在鋼軌內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)力，定，無法伸縮，于是在鋼軌內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)力，這種由于軌溫變化而產(chǎn)生的內(nèi)力，稱為這種由于軌溫變化而產(chǎn)生的內(nèi)力，稱為“溫度

14、力溫度力”。溫度力的單位為。溫度力的單位為 N、kN。一根可自由伸縮的鋼軌，當(dāng)軌溫變化時(shí)，其伸縮量一根可自由伸縮的鋼軌，當(dāng)軌溫變化時(shí)，其伸縮量為為L = L t式中：式中：L 伸縮量（伸縮量（mm） 鋼軌的線膨脹系數(shù)，取鋼軌的線膨脹系數(shù)，取11.810-6 即每米鋼軌當(dāng)軌溫變化一度時(shí)鋼軌伸縮即每米鋼軌當(dāng)軌溫變化一度時(shí)鋼軌伸縮0.0000118米米 L 鋼軌長度（米）；鋼軌長度（米）； t 軌溫變化幅度（軌溫變化幅度（）；）；2、溫度應(yīng)力、溫度應(yīng)力 （溫度力強(qiáng)度）（溫度力強(qiáng)度） 單位斷面上的溫度力，稱為單位斷面上的溫度力，稱為“溫度應(yīng)力溫度應(yīng)力”。溫度應(yīng)。溫度應(yīng)力的單位為力的單位為 N / cm

15、2 如果鋼軌完全被固定，不能隨軌溫變化而自由伸縮，如果鋼軌完全被固定，不能隨軌溫變化而自由伸縮，則將在鋼軌內(nèi)部產(chǎn)生溫度力，溫度力與溫度應(yīng)力的則將在鋼軌內(nèi)部產(chǎn)生溫度力，溫度力與溫度應(yīng)力的關(guān)系是，溫度力為鋼軌全斷面所受到的力（拉力或關(guān)系是，溫度力為鋼軌全斷面所受到的力（拉力或壓力）而溫度應(yīng)力為單位斷面上所受到的力，溫度壓力）而溫度應(yīng)力為單位斷面上所受到的力，溫度應(yīng)力是溫度力強(qiáng)度的表示。應(yīng)力是溫度力強(qiáng)度的表示。根據(jù)虎克定律，溫度應(yīng)力為：根據(jù)虎克定律，溫度應(yīng)力為：t t = E = E = E = E L / / L= E = E L t / / L= E = E t式中：式中：t t 溫度應(yīng)力；溫度

16、應(yīng)力； E E 鋼的彈性模量鋼的彈性模量 E=20.58E=20.5810104 4 MpaMpa； 鋼的鋼的溫度應(yīng)變；溫度應(yīng)變； 因此，不難看出，溫度應(yīng)力僅與軌溫變化幅度因此，不難看出，溫度應(yīng)力僅與軌溫變化幅度有關(guān)，而與鋼軌本身的長度無關(guān)，從理論上講，鋼有關(guān)，而與鋼軌本身的長度無關(guān)，從理論上講，鋼軌可任意增長而不影響其內(nèi)部的溫度應(yīng)力值，這就軌可任意增長而不影響其內(nèi)部的溫度應(yīng)力值，這就是無縫線路發(fā)展為現(xiàn)代超長軌節(jié)無縫線路的主要理是無縫線路發(fā)展為現(xiàn)代超長軌節(jié)無縫線路的主要理論根據(jù)。降低鋼軌內(nèi)應(yīng)力的關(guān)鍵在于如何控制軌溫論根據(jù)。降低鋼軌內(nèi)應(yīng)力的關(guān)鍵在于如何控制軌溫變化幅度。變化幅度。一根鋼軌全斷面所

17、受的溫度力為：一根鋼軌全斷面所受的溫度力為：P = t t F = 242.8 t F式中：式中：F 鋼軌斷面積鋼軌斷面積(cmcm),),可以查閱鋼軌斷面表可以查閱鋼軌斷面表通過計(jì)算通過計(jì)算, 一根鋼軌在軌溫變化一根鋼軌在軌溫變化1時(shí)內(nèi)部溫度應(yīng)力時(shí)內(nèi)部溫度應(yīng)力值如下值如下: 鋼軌類型鋼軌類型(kg/m(kg/m)斷面積斷面積(cm(cm)每變化每變化1時(shí)的內(nèi)部應(yīng)力時(shí)的內(nèi)部應(yīng)力 ( (kNkN) )434357.0057.0013.8413.84454557.6157.6113.9913.995065.8015.986077.4518.807595.0623.08二、鎖定軌溫二、鎖定軌溫 在無

18、縫線路長軌條始端至終端全部落槽的在無縫線路長軌條始端至終端全部落槽的條件下，將兩端鋼軌接頭聯(lián)結(jié)零件和所有條件下，將兩端鋼軌接頭聯(lián)結(jié)零件和所有扣件全部緊固的過程稱為鎖定?？奂烤o固的過程稱為鎖定。 無縫線路長軌條在鎖定的過程中所測(cè)得的無縫線路長軌條在鎖定的過程中所測(cè)得的軌溫，稱為鎖定軌溫。軌溫，稱為鎖定軌溫。鎖定軌溫的確定鎖定軌溫的確定 由于長軌條全部鎖定的操作，有一個(gè)時(shí)間過由于長軌條全部鎖定的操作，有一個(gè)時(shí)間過程，所以，鋪設(shè)無縫線路時(shí)，把扣件開始緊程，所以，鋪設(shè)無縫線路時(shí)，把扣件開始緊固至緊固結(jié)束，分三次測(cè)量軌溫，取平均值固至緊固結(jié)束，分三次測(cè)量軌溫，取平均值作為鎖定軌溫。作為鎖定軌溫。 地

19、名地名最高軌溫最高軌溫最低軌溫最低軌溫地名地名最高軌溫最高軌溫最低軌溫最低軌溫北京北京626-22。8上海上海603-12。1天津天津650-22。9杭州杭州621-10。5石家莊石家莊6275-26。5福州福州598-2。5太原太原614-29。5南京南京630-14。0呼和浩特呼和浩特580-36。2合肥合肥610-20。6鄭州鄭州630-17。9濟(jì)南濟(jì)南625-19。7武漢武漢610-17。5西安西安652-20。6長沙長沙630-9。5蘭州蘭州591-23。3廣州廣州587-0。3西寧西寧524-26。6昆明昆明523-5。4銀川銀川595-30。6貴陽貴陽595-9。5烏魯木齊烏魯木

20、齊607-41。5南寧南寧604-2。1沈陽沈陽593-33。1成都成都601-4。6大連大連561-19。9南昌南昌606-7。7長春長春595-36。5衡陽衡陽613-7。0哈爾濱哈爾濱591-41。4牡丹江牡丹江575-45。2齊齊哈爾齊齊哈爾575-39。5嫩江嫩江581-47。3青島青島566-20。0各地鋼各地鋼軌溫度軌溫度（） 由于大由于大自然氣自然氣候變化候變化的影響，的影響，本表資本表資料只能料只能作為參作為參考?？肌?0無縫線路阻力分析無縫線路阻力分析軌道阻力軌道阻力縱向阻力縱向阻力橫向阻力橫向阻力豎向阻力豎向阻力接頭阻力接頭阻力扣件阻力扣件阻力道床縱向阻力道床縱向阻力道床

21、橫向阻力道床橫向阻力軌道框架水平剛度軌道框架水平剛度道床豎向阻力道床豎向阻力軌道框架垂直剛度軌道框架垂直剛度三、阻三、阻 力力三、阻三、阻 力力 無縫線路鎖定后，長軌條兩端由于溫度變無縫線路鎖定后，長軌條兩端由于溫度變化而引起的伸縮量受到限制，這種阻止鋼化而引起的伸縮量受到限制，這種阻止鋼軌伸縮位移的力就是軌伸縮位移的力就是縱向縱向阻力，它包括接阻力，它包括接頭阻力、道床縱向阻力及扣件阻力三種。頭阻力、道床縱向阻力及扣件阻力三種。1、接頭阻力、接頭阻力 接頭阻力由鋼軌與夾板之間的摩阻力和螺栓的抗彎、抗剪接頭阻力由鋼軌與夾板之間的摩阻力和螺栓的抗彎、抗剪力提供。為考慮安全度，接頭阻力只計(jì)摩阻力。

22、螺栓的擰力提供。為考慮安全度，接頭阻力只計(jì)摩阻力。螺栓的擰緊程度是保持接頭阻力的關(guān)鍵。接頭阻力必須達(dá)到下表的緊程度是保持接頭阻力的關(guān)鍵。接頭阻力必須達(dá)到下表的規(guī)定：規(guī)定： 一級(jí)螺栓的扭力矩應(yīng)不低于一級(jí)螺栓的扭力矩應(yīng)不低于980N.m，二級(jí)螺栓的扭力矩，二級(jí)螺栓的扭力矩應(yīng)不低于應(yīng)不低于680Nm，三級(jí)螺栓不應(yīng)低于，三級(jí)螺栓不應(yīng)低于440 Nm。 列車通過鋼軌接頭時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)，會(huì)使扭力矩下降，接頭列車通過鋼軌接頭時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)，會(huì)使扭力矩下降，接頭阻力也相應(yīng)降低。所以，要定期檢查扭力矩，重新擰緊螺阻力也相應(yīng)降低。所以，要定期檢查扭力矩，重新擰緊螺栓，以保持接頭阻力值。栓，以保持接頭阻力值。螺栓級(jí)別及

23、強(qiáng)度螺栓級(jí)別及強(qiáng)度 螺桿所受拉力（螺桿所受拉力（kNkN）六孔夾板六孔夾板接頭阻接頭阻 力力R R（kNkN）級(jí)別級(jí)別屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度（MpaMpa）24mnmn22mnmn24mnmn22mnmn一一686216186588二二490157137392三三2748878264234目前，一種新型的目前，一種新型的“施必牢施必牢”螺栓，改善了螺紋絲口的設(shè)螺栓，改善了螺紋絲口的設(shè)計(jì)，能大大減低扭力矩衰減的程度，已得到廣泛的應(yīng)用。計(jì)，能大大減低扭力矩衰減的程度，已得到廣泛的應(yīng)用。 鋼軌與夾板間對(duì)應(yīng)鋼軌與夾板間對(duì)應(yīng)1 1枚螺栓的摩阻力；枚螺栓的摩阻力； 接頭一端的螺栓數(shù)。接頭一端的螺栓數(shù)。 摩阻力的

24、大小主要取決于螺栓擰緊后的摩阻力的大小主要取決于螺栓擰緊后的張拉力張拉力 和和鋼軌與夾板之間的摩擦系數(shù)鋼軌與夾板之間的摩擦系數(shù) 。圖為夾板的受力情。圖為夾板的受力情況。況。 接頭螺栓擰緊后產(chǎn)生的拉力接頭螺栓擰緊后產(chǎn)生的拉力 在夾板的上、下接觸在夾板的上、下接觸面上將產(chǎn)生分力。圖中面上將產(chǎn)生分力。圖中 為水平分力；為水平分力； 為法向分力，為法向分力，它垂直于夾板的接觸面；它垂直于夾板的接觸面； 為為 與與 的合力，它與的合力，它與的夾角等于摩擦角的夾角等于摩擦角 。 由圖可知：由圖可知： ，則有：，則有：SnPfPTNRTNN2PT )sin(2cos2PPRSnPH35式中式中 一枚螺栓擰緊

25、后的拉力一枚螺栓擰緊后的拉力(kN)(kN)； 夾板接觸面的傾角，夾板接觸面的傾角，tan tan ； 軌底頂面接觸面斜率，軌底頂面接觸面斜率，5050、75kg/m75kg/m鋼軌：鋼軌：l/4l/4；4343、60kg/m60kg/m鋼軌：鋼軌： l/3l/3。 當(dāng)鋼軌發(fā)生位移時(shí)，當(dāng)鋼軌發(fā)生位移時(shí)，夾板與鋼軌接觸面之間將產(chǎn)生摩夾板與鋼軌接觸面之間將產(chǎn)生摩阻力阻力 ， 將阻止鋼軌的位移。將阻止鋼軌的位移。 一枚螺栓對(duì)應(yīng)有四個(gè)接觸面，其上所產(chǎn)生的摩阻力之一枚螺栓對(duì)應(yīng)有四個(gè)接觸面，其上所產(chǎn)生的摩阻力之和和 為：為： =P=P PiiiiFFffRNfFcossin2PcosSfPFScossin

26、2436 對(duì)應(yīng)于一枚螺栓所提供的摩阻力可作如下分析。鋼的摩擦對(duì)應(yīng)于一枚螺栓所提供的摩阻力可作如下分析。鋼的摩擦系數(shù)一般為系數(shù)一般為0.250.25，而，而 ，則有，則有 arctan0.25arctan0.25；又；又有有 arctan arctan 。將以上相應(yīng)值代入求式。將以上相應(yīng)值代入求式(81)(81)，可得到：，可得到：7070、50kg/m50kg/m鋼軌：鋼軌： 1.03P1.03P；6060、43kg/m43kg/m鋼軌鋼軌 0.900.90P P。 上式表明，上式表明，一枚螺栓的拉力接近它所產(chǎn)生的接頭阻力一枚螺栓的拉力接近它所產(chǎn)生的接頭阻力。在。在此情況下，接頭阻力此情況下，

27、接頭阻力 的表達(dá)式，可寫成：的表達(dá)式，可寫成： 式中式中 接頭阻力接頭阻力(kN)(kN)； 一枚螺栓的拉力一枚螺栓的拉力(kN)(kN)； 接頭一端螺栓枚數(shù)，我國鐵路接頭一端螺栓枚數(shù)，我國鐵路 3 3。 接頭阻力與接頭阻力與螺栓材質(zhì)、直徑、螺栓材質(zhì)、直徑、擰緊程度擰緊程度和夾板孔數(shù)和夾板孔數(shù)有關(guān)。有關(guān)。在其他條件均相同的情況下，螺栓的擰緊程度就是保持接頭阻在其他條件均相同的情況下，螺栓的擰緊程度就是保持接頭阻力的關(guān)鍵。扭力矩力的關(guān)鍵。扭力矩T T與螺栓拉力的關(guān)系可用經(jīng)驗(yàn)公式表示：與螺栓拉力的關(guān)系可用經(jīng)驗(yàn)公式表示： tanfissHPPnPHHPPnnPDKT37 式中 擰緊螺帽時(shí)的扭力矩(N

28、m)； K扭矩系數(shù)，K0.180.24； P螺栓拉力(kN)； D螺栓直徑（mm）。 列車通過鋼軌接頭時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)，會(huì)使扭力矩下降，接頭阻力值降低。據(jù)國內(nèi)外資料，可降低到靜力測(cè)定值的4050。所以，定期檢查扭力矩，重新擰緊螺帽，保證接頭阻力值在長期運(yùn)營過程中保持不變，是一項(xiàng)十分重要的措施。 表 計(jì)算時(shí)采用的接頭阻力值。T 2、扣件阻力、扣件阻力各種中間扣件和防爬設(shè)備抵抗鋼軌縱向位各種中間扣件和防爬設(shè)備抵抗鋼軌縱向位移的阻力，稱為扣件阻力。移的阻力，稱為扣件阻力。 扣件阻力必須大于道床縱向阻力，否則，扣件阻力必須大于道床縱向阻力，否則，鋼軌將沿軌枕移動(dòng)。對(duì)混凝土軌枕來說，鋼軌將沿軌枕移動(dòng)。對(duì)混凝

29、土軌枕來說，要求其中間扣件的扭力矩保持在要求其中間扣件的扭力矩保持在80-120Nm。扣件阻力也隨著列車的反復(fù)碾壓而逐漸下扣件阻力也隨著列車的反復(fù)碾壓而逐漸下降，因此，要進(jìn)行周期性的檢查與回緊。降，因此，要進(jìn)行周期性的檢查與回緊?？奂枇?duì)比表扣件阻力對(duì)比表名名 稱稱單單 位位阻阻 力（力（kNkN）混凝土軌枕扣件混凝土軌枕扣件每根軌枕每根軌枕5.9分開式扣件分開式扣件每根軌枕每根軌枕14.7普通道釘普通道釘每根軌枕每根軌枕0.043、道床縱向阻力、道床縱向阻力 道床抵抗軌枕縱向移動(dòng)的阻力，稱為道床縱向阻道床抵抗軌枕縱向移動(dòng)的阻力，稱為道床縱向阻力。道床縱向阻力受道碴材質(zhì)、顆粒大小、道床力。道

30、床縱向阻力受道碴材質(zhì)、顆粒大小、道床端面、密實(shí)程度、臟污程度、軌道框架結(jié)構(gòu)等因端面、密實(shí)程度、臟污程度、軌道框架結(jié)構(gòu)等因素的影響。道床阻力表示方式為每根軌枕為單位素的影響。道床阻力表示方式為每根軌枕為單位或每延長厘米軌道為單位。阻力值見下表?；蛎垦娱L厘米軌道為單位。阻力值見下表。 道床的縱向阻力與道床的豐滿程度和道床的密實(shí)道床的縱向阻力與道床的豐滿程度和道床的密實(shí)程度有關(guān)，我們既要保證道床的幾何尺寸符合設(shè)程度有關(guān)，我們既要保證道床的幾何尺寸符合設(shè)計(jì)規(guī)定，又要加強(qiáng)道床的密實(shí)，才能確保其阻力計(jì)規(guī)定，又要加強(qiáng)道床的密實(shí)，才能確保其阻力達(dá)到要求。達(dá)到要求。道床阻力對(duì)比表道床阻力對(duì)比表線路特征線路特征每

31、根軌枕每根軌枕道床縱向阻道床縱向阻力力R R（N N）一股鋼軌下道床縱向阻力一股鋼軌下道床縱向阻力P P（N/cmN/cm）1840根根/km/km1根根1760/km/km木枕木枕68656360混凝土枕混凝土枕98069085阻力的被動(dòng)特征阻力的被動(dòng)特征l 軌道的三種阻力，無論是接頭阻力、道床阻力還軌道的三種阻力，無論是接頭阻力、道床阻力還是扣件阻力，它們都不是主動(dòng)力而是被動(dòng)力是扣件阻力，它們都不是主動(dòng)力而是被動(dòng)力.l 根據(jù)作用力與反作用力的原理，這些阻力隨著溫根據(jù)作用力與反作用力的原理，這些阻力隨著溫度力的變化而變化，它們的總和與溫度力大小相等，度力的變化而變化，它們的總和與溫度力大小相

32、等，而方向相反。而方向相反。l 當(dāng)軌溫與鎖定軌溫相等時(shí)，各種阻力也隨之消失。當(dāng)軌溫與鎖定軌溫相等時(shí)，各種阻力也隨之消失。l 線路構(gòu)件在某一狀態(tài)下的阻力大小與它能提供多線路構(gòu)件在某一狀態(tài)下的阻力大小與它能提供多大的阻力是兩個(gè)概念。當(dāng)溫度力突破構(gòu)件所能提供大的阻力是兩個(gè)概念。當(dāng)溫度力突破構(gòu)件所能提供的最大阻力時(shí)，軌道的結(jié)構(gòu)便發(fā)生位移或變形。的最大阻力時(shí)，軌道的結(jié)構(gòu)便發(fā)生位移或變形。四、無縫線路的應(yīng)力分布四、無縫線路的應(yīng)力分布、長軌條的約束條件、長軌條的約束條件溫度力與接頭阻力相等是鋼軌與夾板發(fā)生相對(duì)移動(dòng)的臨溫度力與接頭阻力相等是鋼軌與夾板發(fā)生相對(duì)移動(dòng)的臨界狀態(tài)，只有當(dāng)溫度力大于接頭阻力時(shí)，兩者才發(fā)

33、生相對(duì)移界狀態(tài)，只有當(dāng)溫度力大于接頭阻力時(shí)，兩者才發(fā)生相對(duì)移動(dòng)。動(dòng)。長軌條的約束分接頭阻力和道床阻力約束條件。長軌條的約束分接頭阻力和道床阻力約束條件。假定鋼軌接頭阻力假定鋼軌接頭阻力 Rj 為一常量。當(dāng)長軌條中的溫度力為一常量。當(dāng)長軌條中的溫度力 Pt 小于接頭阻力小于接頭阻力 Rj 時(shí)，鋼軌與夾板之間不發(fā)生任何相對(duì)位移。時(shí)，鋼軌與夾板之間不發(fā)生任何相對(duì)位移。綜合阻力綜合阻力當(dāng)軌溫反向變化時(shí)，長軌條中的溫度力減小，當(dāng)軌溫反向變化時(shí)，長軌條中的溫度力減小，當(dāng)溫度力變化幅度小于接頭阻力時(shí)，接頭阻力不反當(dāng)溫度力變化幅度小于接頭阻力時(shí)，接頭阻力不反向；當(dāng)溫度力變化幅度大于接頭阻力時(shí)，接頭阻力向；當(dāng)溫

34、度力變化幅度大于接頭阻力時(shí)，接頭阻力開始反向，但鋼軌與夾板不發(fā)生相對(duì)反向移動(dòng)；當(dāng)開始反向，但鋼軌與夾板不發(fā)生相對(duì)反向移動(dòng)；當(dāng)長軌條中的溫度力反向變化幅度大于長軌條中的溫度力反向變化幅度大于2 2倍接頭阻力時(shí)，倍接頭阻力時(shí)，鋼軌與夾板才發(fā)生相對(duì)反向移動(dòng)。鋼軌與夾板才發(fā)生相對(duì)反向移動(dòng)。 接頭阻力被克服后，如溫度力繼續(xù)上升，則鋼軌接頭阻力被克服后，如溫度力繼續(xù)上升，則鋼軌產(chǎn)生位移，道床阻力開始阻止鋼軌的伸縮。但道產(chǎn)生位移，道床阻力開始阻止鋼軌的伸縮。但道床縱向阻力的產(chǎn)生是體現(xiàn)在道床對(duì)軌枕的相對(duì)位床縱向阻力的產(chǎn)生是體現(xiàn)在道床對(duì)軌枕的相對(duì)位移阻力，隨著軌枕位移根數(shù)的增加，道床阻力也移阻力，隨著軌枕位移根

35、數(shù)的增加，道床阻力也相應(yīng)增大。相應(yīng)增大。 為了計(jì)算方便，將單根軌枕的阻力換算成鋼軌單為了計(jì)算方便，將單根軌枕的阻力換算成鋼軌單位長度的阻力位長度的阻力r，并取常量，所以道床縱向阻力是，并取常量，所以道床縱向阻力是以阻力梯度的形式分布，在鋼軌的各個(gè)截面，溫以阻力梯度的形式分布，在鋼軌的各個(gè)截面，溫度力是不相等的。度力是不相等的。2、鋼軌縱向位移變化情況、鋼軌縱向位移變化情況（以降溫為例）（以降溫為例） 第一階段，軌溫開始降低，鋼軌內(nèi)部為拉力（正），溫度第一階段，軌溫開始降低，鋼軌內(nèi)部為拉力（正），溫度力小于接頭與扣件的綜合阻力，鋼軌不發(fā)生縱向位移，但力小于接頭與扣件的綜合阻力，鋼軌不發(fā)生縱向位移

36、，但鋼軌內(nèi)部應(yīng)力存在，并隨著溫度力的變大而變大。鋼軌內(nèi)部應(yīng)力存在，并隨著溫度力的變大而變大。 第二階段，溫度力等于綜合阻力，鋼軌不發(fā)生縱向位移，第二階段，溫度力等于綜合阻力，鋼軌不發(fā)生縱向位移，處于臨界狀態(tài)。處于臨界狀態(tài)。 第三階段，溫度力大于綜合阻力，鋼軌克服阻力發(fā)生縱向第三階段，溫度力大于綜合阻力，鋼軌克服阻力發(fā)生縱向位移。位移。 凡是發(fā)生位移的部分，鋼軌內(nèi)應(yīng)力得到一定量的釋凡是發(fā)生位移的部分，鋼軌內(nèi)應(yīng)力得到一定量的釋放。放。 鋼軌各縱向點(diǎn)位的內(nèi)應(yīng)力與其位移量有著密切的關(guān)系。鋼軌各縱向點(diǎn)位的內(nèi)應(yīng)力與其位移量有著密切的關(guān)系。3、溫度力分布圖、溫度力分布圖 溫度力沿長軌條的縱向分布，可以用溫度

37、力分布圖來表示。溫度力沿長軌條的縱向分布，可以用溫度力分布圖來表示。其中橫座標(biāo)表示鋼軌長度，縱座標(biāo)表示溫度力的大?。ɡ渲袡M座標(biāo)表示鋼軌長度，縱座標(biāo)表示溫度力的大?。ɡ檎瑝毫樨?fù)）。力為正，壓力為負(fù)）。緩沖區(qū)緩沖區(qū)R固定區(qū)固定區(qū)伸縮區(qū)伸縮區(qū)伸縮區(qū)伸縮區(qū)緩沖區(qū)緩沖區(qū)Max Pt 無縫線路應(yīng)力分布圖（拉力）無縫線路應(yīng)力分布圖（拉力） 由圖示可以看出，固定區(qū)溫度力最大，由伸縮區(qū)至緩沖由圖示可以看出，固定區(qū)溫度力最大，由伸縮區(qū)至緩沖區(qū)，由于軌縫的變化，溫度力得到一定量的釋放。這樣，無區(qū)，由于軌縫的變化，溫度力得到一定量的釋放。這樣，無縫線路的溫度力圖呈現(xiàn)為梯形的特征?？p線路的溫度力圖呈現(xiàn)為梯形的

38、特征。緩沖區(qū)緩沖區(qū)R固定區(qū)固定區(qū)伸縮區(qū)伸縮區(qū)伸縮區(qū)伸縮區(qū)緩沖區(qū)緩沖區(qū)Max Pt49軌溫反向變化時(shí)的溫度力圖軌溫反向變化時(shí)的溫度力圖 實(shí)際上，鎖定軌溫實(shí)際上，鎖定軌溫t t0 0可能有大于、等于可能有大于、等于或小于當(dāng)?shù)刂虚g軌溫或小于當(dāng)?shù)刂虚g軌溫t t中中的三種情況，則溫的三種情況，則溫度分布力圖也會(huì)有所度分布力圖也會(huì)有所不同。以常見的不同。以常見的t t0 0大大于中間軌溫的情況進(jìn)于中間軌溫的情況進(jìn)行分析。行分析。t t中中=（T Tmaxmax+T+Tminmin）/2/2 圖軌溫反向變化時(shí)的溫度力圖（圖軌溫反向變化時(shí)的溫度力圖（t t0 0t t中中）各階段的應(yīng)力變化規(guī)律 （1） 當(dāng)軌溫

39、等于鎖定軌溫時(shí)，在長軌條中沒有溫度力，當(dāng)軌溫等于鎖定軌溫時(shí)，在長軌條中沒有溫度力， 即即 Pt = 0，如圖中的，如圖中的 A-A 線。線。 當(dāng)軌溫下降時(shí)，軌端無位移，溫度力在整個(gè)長軌條中仍均當(dāng)軌溫下降時(shí)，軌端無位移，溫度力在整個(gè)長軌條中仍均勻分布，如圖中的勻分布，如圖中的 B-B 線。線。圖7-4 長軌條中的基本溫度力圖A-AA-A, ,B-BB-B, ,51 當(dāng)軌溫當(dāng)軌溫 等于鎖定軌溫等于鎖定軌溫 時(shí)時(shí)，鋼軌內(nèi)部無溫度力，鋼軌內(nèi)部無溫度力，即即 =0=0，如圖中，如圖中AAAA線。線。 1 1當(dāng)當(dāng) 時(shí)時(shí)，軌端無位移，溫度力在，軌端無位移，溫度力在整個(gè)長軌條內(nèi)均勻分布，整個(gè)長軌條內(nèi)均勻分布，

40、 2.5 2.5 。 2 2當(dāng)當(dāng) 時(shí)時(shí)，軌端無位移，溫度力在整個(gè)長軌，軌端無位移，溫度力在整個(gè)長軌條內(nèi)均勻分布，條內(nèi)均勻分布， ，圖中，圖中BBBB線。線。 3 3當(dāng)當(dāng) 時(shí)時(shí)，道床縱向阻力開始發(fā)揮作用，道床縱向阻力開始發(fā)揮作用，軌軌端開始產(chǎn)生收縮位移端開始產(chǎn)生收縮位移，在鋼軌發(fā)生縱向位移的長度范圍，在鋼軌發(fā)生縱向位移的長度范圍內(nèi)放散部分溫度力，圖中內(nèi)放散部分溫度力，圖中BCBC，BCBC范圍內(nèi)任意截面的范圍內(nèi)任意截面的溫度力溫度力 + +0tttPtHt0ttPtFtt tPHPt Htxr tPHPHt 當(dāng)軌溫進(jìn)一步下降時(shí)，道床阻力開始發(fā)揮作用，軌端出現(xiàn)當(dāng)軌溫進(jìn)一步下降時(shí)，道床阻力開始發(fā)揮作

41、用，軌端出現(xiàn)收縮位移，在收縮位移，在 x 長度范圍內(nèi)放散部分溫度力，溫度力線為長度范圍內(nèi)放散部分溫度力，溫度力線為 B-C-C-B。 各階段應(yīng)力變化規(guī)律 （2）C 為動(dòng)點(diǎn)為動(dòng)點(diǎn) 當(dāng)軌溫降至最低軌溫時(shí)，鋼軌中產(chǎn)生最大溫度拉力，此時(shí)當(dāng)軌溫降至最低軌溫時(shí)，鋼軌中產(chǎn)生最大溫度拉力，此時(shí) x 達(dá)到最大值，即為無縫線路伸縮區(qū)長度。溫度力線為達(dá)到最大值，即為無縫線路伸縮區(qū)長度。溫度力線為 B-C- D-D-C-B。rRPLjt/ )(minmax拉各階段應(yīng)力變化規(guī)律 （3）C 為動(dòng)點(diǎn)為動(dòng)點(diǎn)54溫度力圖面積與鋼軌伸縮量溫度力圖面積與鋼軌伸縮量1）溫度力圖面積與被約束伸縮量）溫度力圖面積與被約束伸縮量 任何溫度

42、力圖都是對(duì)應(yīng)于一定的任何溫度力圖都是對(duì)應(yīng)于一定的t?，F(xiàn)在任取。現(xiàn)在任取一段鋼軌的溫度力圖進(jìn)行分析，如圖所示。此處溫一段鋼軌的溫度力圖進(jìn)行分析，如圖所示。此處溫度力圖為曲線，代表了度力圖為曲線，代表了道床縱向阻力梯度道床縱向阻力梯度取為變量取為變量的更的更般的情況。般的情況。 由于受有縱向力，則該由于受有縱向力，則該段鋼軌段鋼軌L必存在約束，或說必存在約束，或說未能實(shí)現(xiàn)的伸縮量未能實(shí)現(xiàn)的伸縮量Lr 。55 而對(duì)于單位長度的鋼軌來說，必然存在受到約束而未而對(duì)于單位長度的鋼軌來說，必然存在受到約束而未能實(shí)現(xiàn)的應(yīng)變能實(shí)現(xiàn)的應(yīng)變r(jià)(x)。對(duì)于長度為。對(duì)于長度為dx的鋼軌，其受約束的伸的鋼軌，其受約束的伸

43、縮量應(yīng)為縮量應(yīng)為r(x) dx，因此，該，因此，該L段鋼軌被約束的總伸縮量為：段鋼軌被約束的總伸縮量為：0( )LrrLx dx文字表述：文字表述： L段鋼軌被約束段鋼軌被約束的伸縮量等于該段的伸縮量等于該段鋼軌溫度力圖面積鋼軌溫度力圖面積除以除以EF。562）標(biāo)準(zhǔn)溫度力圖面積與全約束伸縮量）標(biāo)準(zhǔn)溫度力圖面積與全約束伸縮量 如一段鋼軌自其被鎖定之后未曾產(chǎn)生過任何伸縮位移，如一段鋼軌自其被鎖定之后未曾產(chǎn)生過任何伸縮位移，則其溫度力圖為矩形，如圖所示：則其溫度力圖為矩形，如圖所示：57此時(shí)，該此時(shí)，該L段鋼軌被約束的總伸縮量為段鋼軌被約束的總伸縮量為Lt，即：，即：0LttttP LLdxt LE

44、FEF 全約束伸縮量全約束伸縮量Lt的意思是：該段鋼軌自鎖定后，被完的意思是：該段鋼軌自鎖定后，被完全約束住，未產(chǎn)生任何伸縮變形，在溫度變化幅度為全約束住，未產(chǎn)生任何伸縮變形，在溫度變化幅度為t時(shí)時(shí)的伸縮量，它僅是的伸縮量，它僅是t的函數(shù)。的函數(shù)。583）溫度力圖面積差及實(shí)現(xiàn)的伸縮量）溫度力圖面積差及實(shí)現(xiàn)的伸縮量 任何一段鋼軌的任何一段鋼軌的兩個(gè)溫度力圖面積差都反映了該段兩個(gè)溫度力圖面積差都反映了該段鋼軌在兩種工況下被約束伸縮量的變化量鋼軌在兩種工況下被約束伸縮量的變化量，亦即實(shí)現(xiàn)了亦即實(shí)現(xiàn)了的伸縮量的伸縮量。冬季斷軌時(shí)的溫度力圖冬季斷軌時(shí)的溫度力圖59軌端伸縮量計(jì)算軌端伸縮量計(jì)算 從溫度力圖

45、中可知，無縫線路長軌條中部承受大小從溫度力圖中可知，無縫線路長軌條中部承受大小相等的溫度力，鋼軌不能伸縮，稱為相等的溫度力，鋼軌不能伸縮，稱為固定區(qū)固定區(qū)。在兩端，。在兩端，溫度力是變化的，在克服道床縱向阻力階段，鋼軌有少溫度力是變化的，在克服道床縱向阻力階段，鋼軌有少量的伸縮，稱為量的伸縮，稱為伸縮區(qū)伸縮區(qū)。伸縮區(qū)兩端的調(diào)節(jié)軌，稱為。伸縮區(qū)兩端的調(diào)節(jié)軌，稱為緩緩沖區(qū)沖區(qū)。在設(shè)計(jì)中要對(duì)緩沖區(qū)的軌縫進(jìn)行計(jì)算，因此需對(duì)。在設(shè)計(jì)中要對(duì)緩沖區(qū)的軌縫進(jìn)行計(jì)算，因此需對(duì)長軌長軌及及標(biāo)準(zhǔn)軌標(biāo)準(zhǔn)軌端的伸縮量端的伸縮量進(jìn)行計(jì)算。進(jìn)行計(jì)算。 1.1.長軌一端的伸縮量長軌一端的伸縮量 由溫度力圖可見，其中陰影線部分

46、為克服道床由溫度力圖可見，其中陰影線部分為克服道床縱向阻力階段釋放的溫度力，從而實(shí)現(xiàn)了鋼軌伸縮。由縱向阻力階段釋放的溫度力，從而實(shí)現(xiàn)了鋼軌伸縮。由材料力學(xué)可知，軌端伸縮長與陰影線部分面積的關(guān)系材料力學(xué)可知，軌端伸縮長與陰影線部分面積的關(guān)系為：為： (812)(812)EFrPPEFlrEFABCHts2)(22max2長6061 2 2標(biāo)準(zhǔn)軌一端的伸縮量標(biāo)準(zhǔn)軌一端的伸縮量 標(biāo)準(zhǔn)軌軌端伸縮量標(biāo)準(zhǔn)軌軌端伸縮量 計(jì)算方法與計(jì)算方法與 基本相同。標(biāo)基本相同。標(biāo)準(zhǔn)軌的溫度力圖如圖準(zhǔn)軌的溫度力圖如圖8787所示。由于標(biāo)準(zhǔn)軌長度短，隨所示。由于標(biāo)準(zhǔn)軌長度短，隨著軌溫的變化，在克服完接頭阻力后，在克服道床縱向

47、著軌溫的變化，在克服完接頭阻力后，在克服道床縱向阻力時(shí)，由于軌枕根數(shù)有限，很快被全部克服，以后，阻力時(shí)，由于軌枕根數(shù)有限，很快被全部克服，以后，鋼軌可以自由伸縮，溫度力得到釋放。在鋼軌可以自由伸縮，溫度力得到釋放。在標(biāo)準(zhǔn)軌內(nèi)最大標(biāo)準(zhǔn)軌內(nèi)最大的溫度力只有的溫度力只有 ( ( 為標(biāo)準(zhǔn)軌長度為標(biāo)準(zhǔn)軌長度) )。標(biāo)淮軌。標(biāo)淮軌一端溫度力釋放的面積為陰影線部分一端溫度力釋放的面積為陰影線部分BCGHBCGH。 同理，可得到軌端伸縮量同理，可得到軌端伸縮量 計(jì)算公式：計(jì)算公式： 式中式中 為從鎖定軌溫到最低或最高軌溫時(shí)所產(chǎn)生為從鎖定軌溫到最低或最高軌溫時(shí)所產(chǎn)生的溫度力。的溫度力。短長2/ lrPHl短EF

48、rlEFlPPEFBKCHt82)(EFBKGH2max短maxtP62某地區(qū)鋪設(shè)無縫線路，已知該地區(qū)年最高軌溫為65.2，最低軌溫為-20.6，道床阻力梯度為9.1N/mm，接頭阻力為490KN，60kg/m鋼軌斷面面積為7745mm2，鎖定軌溫為當(dāng)?shù)刂虚g軌溫加5時(shí)，試計(jì)算(1)克服接頭阻力所需升降的軌溫；(2)固定區(qū)最大拉、壓溫度力；(3)伸縮區(qū)長度；(4)繪制軌溫從鎖定軌溫單向變化到最高、最低溫度時(shí)的溫度力圖，并標(biāo)注有關(guān)數(shù)據(jù)。作業(yè)題：63PlABC490KN48.073m927.464KN48.073mr =9.1N/mm固定區(qū)TmaxBAC =9.1N/mmr B490KN26.795

49、mAPCB733.839KN26.795m固定區(qū)lACTmin第第 三三 節(jié)節(jié) 無縫線路的穩(wěn)定性無縫線路的穩(wěn)定性65一、穩(wěn)定性概念一、穩(wěn)定性概念 無縫線路作為一種新型軌道結(jié)構(gòu)，其最大特點(diǎn)是在無縫線路作為一種新型軌道結(jié)構(gòu)，其最大特點(diǎn)是在夏季高溫季節(jié)在鋼軌內(nèi)部存在巨大的溫度壓力夏季高溫季節(jié)在鋼軌內(nèi)部存在巨大的溫度壓力，容易引容易引起軌道橫向變形起軌道橫向變形。在列車動(dòng)力或人工作業(yè)等干擾下，軌。在列車動(dòng)力或人工作業(yè)等干擾下，軌道彎曲變形有時(shí)會(huì)突然增大，這一道彎曲變形有時(shí)會(huì)突然增大，這一現(xiàn)象常稱為脹軌跑道現(xiàn)象常稱為脹軌跑道，在在理論上稱為喪失穩(wěn)定理論上稱為喪失穩(wěn)定。這將嚴(yán)重危及行車安全。這將嚴(yán)重危及行

50、車安全。 無縫線路穩(wěn)定性計(jì)算的主要目的是研究軌道脹軌跑無縫線路穩(wěn)定性計(jì)算的主要目的是研究軌道脹軌跑道的發(fā)生規(guī)律，分析其產(chǎn)生的力學(xué)條件及主要影響因素道的發(fā)生規(guī)律，分析其產(chǎn)生的力學(xué)條件及主要影響因素的作用，計(jì)算出保證線路穩(wěn)定的允許溫度壓力。因此，的作用，計(jì)算出保證線路穩(wěn)定的允許溫度壓力。因此，穩(wěn)定性分析對(duì)無縫線路的設(shè)計(jì)，鋪設(shè)及養(yǎng)護(hù)維修具有重穩(wěn)定性分析對(duì)無縫線路的設(shè)計(jì)，鋪設(shè)及養(yǎng)護(hù)維修具有重要的理論和實(shí)踐意義。要的理論和實(shí)踐意義。66676869無縫線路穩(wěn)定性計(jì)算的主要工作無縫線路穩(wěn)定性計(jì)算的主要工作: :研究軌道脹軌跑道的發(fā)生規(guī)律研究軌道脹軌跑道的發(fā)生規(guī)律; ;分析其產(chǎn)生的力學(xué)條件及主要影響因素的作

51、用分析其產(chǎn)生的力學(xué)條件及主要影響因素的作用; ;計(jì)算出保證線路穩(wěn)定的允許溫度壓力計(jì)算出保證線路穩(wěn)定的允許溫度壓力; ;7172 軌道脹軌跑道的發(fā)展過程基本上可分為三個(gè)階段，即軌道脹軌跑道的發(fā)展過程基本上可分為三個(gè)階段，即持持穩(wěn)階段穩(wěn)階段、脹軌階段脹軌階段和和跑道階段跑道階段，如圖所示。圖中，如圖所示。圖中縱坐標(biāo)為鋼縱坐標(biāo)為鋼軌溫度壓力軌溫度壓力，橫坐標(biāo)為橫坐標(biāo)為軌道彎曲變形矢度軌道彎曲變形矢度 + + ， 為初始彎為初始彎曲矢度。曲矢度。 脹軌跑道總是從軌道的脹軌跑道總是從軌道的薄弱地段薄弱地段( (即具有原始彎曲的不平即具有原始彎曲的不平順順) )開始。開始。 0ff0f73 在在持穩(wěn)階段持

52、穩(wěn)階段(AB)(AB)，軌溫升高，溫度壓力增大，但軌，軌溫升高，溫度壓力增大，但軌道不變形。道不變形。 脹軌階段脹軌階段(BK)(BK)，隨著軌溫的增加，溫度壓力也隨之，隨著軌溫的增加，溫度壓力也隨之增加，此時(shí)軌道開始出現(xiàn)微小變形，此后，溫度壓力的增加，此時(shí)軌道開始出現(xiàn)微小變形，此后，溫度壓力的增加與橫向變形之間呈非線性關(guān)系。增加與橫向變形之間呈非線性關(guān)系。 當(dāng)溫度壓力達(dá)到臨界值當(dāng)溫度壓力達(dá)到臨界值 時(shí)，這時(shí)軌溫稍有升高或時(shí)，這時(shí)軌溫稍有升高或稍有外部干擾時(shí)，軌道將會(huì)突然發(fā)生膨曲，道碴拋出，稍有外部干擾時(shí)，軌道將會(huì)突然發(fā)生膨曲，道碴拋出，軌枕裂損，鋼軌發(fā)生較大橫向變形，軌道受到嚴(yán)重破壞，軌枕裂

53、損，鋼軌發(fā)生較大橫向變形，軌道受到嚴(yán)重破壞，此為此為跑道階段跑道階段(KC)(KC)，至此穩(wěn)定性完全喪失。，至此穩(wěn)定性完全喪失。 KP74 我國我國在在19771977年提出了年提出了“統(tǒng)一無縫線路穩(wěn)定性計(jì)算公式統(tǒng)一無縫線路穩(wěn)定性計(jì)算公式”( (簡稱簡稱統(tǒng)一公式統(tǒng)一公式) )，并得到推廣應(yīng)用。統(tǒng)一公式是假定變形曲線，并得到推廣應(yīng)用。統(tǒng)一公式是假定變形曲線波長與初始波長相等，并波長與初始波長相等，并取變形為取變形為2mm2mm時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度壓力時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度壓力 除以安全系數(shù)除以安全系數(shù)，為保證無縫線路穩(wěn)定的允許溫度壓力為保證無縫線路穩(wěn)定的允許溫度壓力PP，如，如圖所示。圖所示。nP75二、影響無縫

54、線路穩(wěn)定性的因素二、影響無縫線路穩(wěn)定性的因素 對(duì)無縫線路大量調(diào)查后表明，很多次的脹軌跑道事故對(duì)無縫線路大量調(diào)查后表明，很多次的脹軌跑道事故并非溫度壓力過大所致，而是由于對(duì)無縫線路起穩(wěn)定作用并非溫度壓力過大所致，而是由于對(duì)無縫線路起穩(wěn)定作用的因素認(rèn)識(shí)不足，在養(yǎng)護(hù)維修中破壞了這些因素而發(fā)生的。的因素認(rèn)識(shí)不足，在養(yǎng)護(hù)維修中破壞了這些因素而發(fā)生的。因此，我們必須研究因此，我們必須研究喪失穩(wěn)定喪失穩(wěn)定與與保持穩(wěn)定保持穩(wěn)定兩方面的因素，兩方面的因素，注意發(fā)展有利因素，克服、限制不利因素，防止脹軌跑道注意發(fā)展有利因素，克服、限制不利因素，防止脹軌跑道事故的發(fā)生。事故的發(fā)生。76 ( (一一) )保持穩(wěn)定的因

55、素保持穩(wěn)定的因素 1 1道床橫向阻力道床橫向阻力 道床抵抗軌道框架橫向位移的阻力稱道床橫向阻力，它道床抵抗軌道框架橫向位移的阻力稱道床橫向阻力，它是防止無縫線路脹軌跑道，保證線路穩(wěn)定的主要因素。是防止無縫線路脹軌跑道，保證線路穩(wěn)定的主要因素。 道床橫向阻力是由道床橫向阻力是由軌枕兩側(cè)及底部與道碴接觸面之間的軌枕兩側(cè)及底部與道碴接觸面之間的摩阻力，和枕端的碴肩阻止橫移的抗力摩阻力，和枕端的碴肩阻止橫移的抗力組成。組成。 圖為實(shí)測(cè)得到的道床橫向阻力與軌枕位移的關(guān)系曲圖為實(shí)測(cè)得到的道床橫向阻力與軌枕位移的關(guān)系曲線。由圖可見：隨著軌枕重量的增加，橫向阻力增大；橫向線。由圖可見：隨著軌枕重量的增加，橫向

56、阻力增大；橫向阻力與軌枕橫向位移成非線性關(guān)系，阻力隨位移的增加而增阻力與軌枕橫向位移成非線性關(guān)系，阻力隨位移的增加而增加，當(dāng)位移達(dá)到一定值時(shí)，阻力接近常量，位移繼續(xù)增大，加，當(dāng)位移達(dá)到一定值時(shí)，阻力接近常量，位移繼續(xù)增大，道床即破壞。道床即破壞。77 影響道床橫向阻力的因素很多，主影響道床橫向阻力的因素很多，主要從要從道床的材料道床的材料，肩寬肩寬以及以及維修作維修作業(yè)業(yè)等方面進(jìn)行分析。等方面進(jìn)行分析。78 2 2軌道框架剛度軌道框架剛度 軌道框架剛度是反映其自身抵抗彎曲能力的參數(shù)軌道框架剛度是反映其自身抵抗彎曲能力的參數(shù)。軌道。軌道框架剛度愈大，其抵抗彎曲變形的能力愈大，所以是保持軌道框架剛

57、度愈大，其抵抗彎曲變形的能力愈大，所以是保持軌道穩(wěn)定的重要因素。軌道框架剛度，在水平面內(nèi)，等于兩股鋼軌穩(wěn)定的重要因素。軌道框架剛度，在水平面內(nèi)，等于兩股鋼軌的水平剛度及鋼軌與軌枕節(jié)點(diǎn)間的阻矩之和。的水平剛度及鋼軌與軌枕節(jié)點(diǎn)間的阻矩之和。 (1)(1)兩股鋼軌的水平剛度兩股鋼軌的水平剛度 ( ( 即橫向剛度即橫向剛度)()(為一根鋼軌對(duì)豎直軸的慣性矩為一根鋼軌對(duì)豎直軸的慣性矩) )。 (2)(2)扣件阻矩與軌枕類型、扣件類型、扣壓力及鋼軌相對(duì)扣件阻矩與軌枕類型、扣件類型、扣壓力及鋼軌相對(duì)于軌枕的轉(zhuǎn)角有關(guān)。于軌枕的轉(zhuǎn)角有關(guān)。 yEIEI2yI79 ( (二二) )喪失穩(wěn)定的因素喪失穩(wěn)定的因素 喪失

58、穩(wěn)定的主要因素是喪失穩(wěn)定的主要因素是溫度壓力溫度壓力與與軌道初始彎曲軌道初始彎曲。由于溫升引起的鋼軌軸向溫度壓力是構(gòu)成無縫線路穩(wěn)定由于溫升引起的鋼軌軸向溫度壓力是構(gòu)成無縫線路穩(wěn)定問題的根本原因，而初始彎曲是影響穩(wěn)定的直接因素，問題的根本原因，而初始彎曲是影響穩(wěn)定的直接因素，脹軌跑道多發(fā)生在軌道的初始彎曲處。因而控制初始彎脹軌跑道多發(fā)生在軌道的初始彎曲處。因而控制初始彎曲的大小，對(duì)保證軌道穩(wěn)定有重要作用。曲的大小，對(duì)保證軌道穩(wěn)定有重要作用。 初始彎曲一般可發(fā)分為初始彎曲一般可發(fā)分為彈性初始彎曲彈性初始彎曲和和塑性初始彎塑性初始彎曲曲。現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查表明，大量塑性初始彎曲矢度為。現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查表明，大量塑性初

59、始彎曲矢度為3 34mm4mm，波長為波長為4 47m7m。塑性初彎矢度約占總初彎矢度的。塑性初彎矢度約占總初彎矢度的58.3358.33。地鐵規(guī)定：地鐵規(guī)定： 鋪設(shè)無縫線路能增強(qiáng)軌道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，減少養(yǎng)護(hù)維修工作鋪設(shè)無縫線路能增強(qiáng)軌道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，減少養(yǎng)護(hù)維修工作量，改善行車條件，減少振動(dòng)和噪聲，所以量，改善行車條件，減少振動(dòng)和噪聲，所以在條件允許下盡在條件允許下盡量鋪設(shè)無縫線路量鋪設(shè)無縫線路。 地面線地面線碎石道床碎石道床地段，地段，宜在正式運(yùn)營前鋪設(shè)無縫線路宜在正式運(yùn)營前鋪設(shè)無縫線路，可減，可減少運(yùn)營后再鋪設(shè)的諸多麻煩。少運(yùn)營后再鋪設(shè)的諸多麻煩。 整體道床整體道床軌道穩(wěn)定，橫向阻力可達(dá)軌

60、道穩(wěn)定，橫向阻力可達(dá)300N/cm以上，故以上，故直線和直線和半徑大于及等于半徑大于及等于200m的曲線的整體道床地段鋪設(shè)無縫線路的曲線的整體道床地段鋪設(shè)無縫線路的穩(wěn)定性是沒有問題的的穩(wěn)定性是沒有問題的。考慮小半徑曲線地段鋼軌磨耗，可?？紤]小半徑曲線地段鋼軌磨耗，可在曲線兩端設(shè)置緩沖區(qū)，便于更換鋼軌。在曲線兩端設(shè)置緩沖區(qū)，便于更換鋼軌。8081F根據(jù)國家鐵路地面線大量鋪設(shè)無縫線路的經(jīng)驗(yàn)，規(guī)根據(jù)國家鐵路地面線大量鋪設(shè)無縫線路的經(jīng)驗(yàn)，規(guī)定定地面線半徑大于及等于地面線半徑大于及等于400m的曲線混凝土枕碎的曲線混凝土枕碎石道床地段應(yīng)鋪設(shè)無縫線路石道床地段應(yīng)鋪設(shè)無縫線路。F高架橋上采用無縫線路，應(yīng)做特