高速鐵路有砟軌道設(shè)計(jì)

1、目 錄第1章 緒 論- 1 -1.1 高速鐵路發(fā)展史- 1 -1.1.1 高速鐵路三次發(fā)展高潮- 1 -1.1.1.1 高速鐵路建設(shè)的第一次高潮- 1 -1.1.1.2 高速鐵路建設(shè)的第二次高潮- 2 -1.1.1.3 高速鐵路建設(shè)的第三次高潮- 2 -1.1.2 中國高速鐵路發(fā)展概況- 3 -1.2 鐵路高速化的技術(shù)基礎(chǔ)- 4 -第2章 高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)類型選擇- 5 -2.1 軌道結(jié)構(gòu)類型- 5 -2.2 有砟軌道結(jié)構(gòu)- 5 -2.1.1 鋼軌- 5 -2.1.2 軌枕- 6 -2.1.3 扣件- 7 -2.1.4 道床- 7 -2.3 曲線軌道外軌超高- 9 -2.4 無縫線路概況- 9

2、 -第3章 軌道各部分強(qiáng)度檢算- 11 -3.1 按中速韶山9電力機(jī)車檢算軌道各部件強(qiáng)度- 11 -3.1.1 鋼軌強(qiáng)度檢算- 11 -3.1.1.1 檢算所需公式及說明- 11 -3.1.1.2 檢算過程- 12 -3.1.2 軌枕彎矩檢算- 14 -3.1.3 道床頂面應(yīng)力檢算- 17 -3.1.4 路基道床壓應(yīng)力檢算- 17 -3.2 按中國高速列車ZGS檢算軌道各部件強(qiáng)度- 18 -3.2.1 鋼軌強(qiáng)度檢算- 18 -3.2.2 軌枕彎矩檢算- 20 -3.2.3 道床頂面應(yīng)力計(jì)算- 22 -3.2.4 路基道床壓應(yīng)力計(jì)算- 23 -第4章 路基上無縫線路設(shè)計(jì)- 24 -4.1 無縫線

3、路設(shè)計(jì)相關(guān)資料- 24 -4.2 鋼軌強(qiáng)度檢算- 24 -4.2.1 檢算目的- 24 -4.2.2 鋼軌強(qiáng)度條件- 24 -4.3 穩(wěn)定性檢算- 25 -4.3.1 檢算目的- 25 -4.3.2 長鋼軌軸向溫度壓力計(jì)算- 26 -4.4 結(jié)構(gòu)選擇設(shè)計(jì)與相關(guān)計(jì)算- 29 -4.4.1 溫度應(yīng)力式無縫線路鋪設(shè)條件檢驗(yàn)- 29 -4.4.2 鎖定軌溫計(jì)算- 29 -4.4.3 伸縮區(qū)長度計(jì)算- 32 -4.4.4 預(yù)留軌縫計(jì)算- 32 -4.4.5 防爬設(shè)備布置- 34 -4.4.6 軌條布置- 34 -第5章 我國發(fā)展高速鐵路的意義- 35 -5.1 我國高速鐵路的建設(shè)規(guī)劃- 35 -5.2

4、鐵路在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的紐帶與動(dòng)脈作用- 35 -5.3 鐵路在國家安全中的戰(zhàn)略與安全作用- 36 -結(jié) 束 語- 37 -參考文獻(xiàn)- 38 -致 謝- 39 -附 錄 1- 40 -第1章 緒 論1.1 高速鐵路發(fā)展史高速鐵路的概念產(chǎn)生于德國，而高速鐵路的實(shí)際應(yīng)用則發(fā)源于日本。1959年，日本國鐵開始建造東京至大阪的高速鐵路，并在1964年開通，全長515km，時(shí)速210km，稱為東海道新干線，高速鐵路由此產(chǎn)生。法國高速鐵路稱TGV。法國國鐵(SNCF)從1950年開展高速鐵路技術(shù)研究，1955年研制的樣車試車，就創(chuàng)造了當(dāng)時(shí)的世界最高記錄時(shí)速331km，使人們看到了這一技術(shù)的發(fā)展前景。2007年4

5、月3日法國TGV最新型“V150”超高速列車行駛試驗(yàn)速度達(dá)到了574.8km/h，創(chuàng)下了有軌鐵路行駛世界紀(jì)錄。德國ICE高速鐵路的技術(shù)儲(chǔ)備并不亞于法國，1988年5月德國ICE列車的實(shí)驗(yàn)運(yùn)行速度就達(dá)到了406.9km/h。同時(shí)，德國和日本還在研究實(shí)驗(yàn)非輪軌接觸式的磁懸浮列車，1979年德國修建了一個(gè)既有高架也有地面路軌的長達(dá)31.5km啞鈴式的磁浮試驗(yàn)回路，列車空載最高時(shí)速達(dá)到450km，載客時(shí)速420km，平均時(shí)速度也有300km。1.1.1 高速鐵路三次發(fā)展高潮高速鐵路的發(fā)展可以劃分為三個(gè)不同的階段，即20世紀(jì)60年代至80年代末的第一次建設(shè)高潮，90年代初期形成的第二次建設(shè)高潮，以及90

6、年代中期以后形成的第三次建設(shè)高潮。1.1.1.1 高速鐵路建設(shè)的第一次高潮19641990年是世界上高速鐵路發(fā)展的最初階段。在這期間建設(shè)并投入運(yùn)營的高速鐵路有日本的東海道、山陽、東北和上越新干線；法國的東南TGV線、大西洋TGV線；意大利的羅馬佛羅倫薩線，以及德國的漢諾威維爾茨堡高速新線，高速線里程達(dá)3198km。這期間，日本建成了遍布全國的新干線網(wǎng)的主體結(jié)構(gòu)。除了北美以外，世界上經(jīng)濟(jì)和技術(shù)最發(fā)達(dá)的日本、法國、意大利和德國推動(dòng)了高速鐵路的第一次建設(shè)高潮。日本東海道新干線和法國TGV東南線的運(yùn)營，在技術(shù)、商業(yè)、財(cái)政以及政治上都獲得了極大的成功。東海道新干線在財(cái)務(wù)收支上已經(jīng)成為日本鐵路客運(yùn)的主要支

7、柱，TGV東南線也在運(yùn)營10年的期限里，完全收回了投資。第一次建設(shè)高潮時(shí)期，高速鐵路呈現(xiàn)出如下特征：由于采用了新技術(shù)，使得鐵路的競爭力增強(qiáng)，鐵路旅客運(yùn)輸在市場中所占的份額出現(xiàn)回升，經(jīng)濟(jì)效益開始好轉(zhuǎn)；解決了運(yùn)輸能力緊張的問題；推動(dòng)了沿線地區(qū)經(jīng)濟(jì)的均衡發(fā)展，促進(jìn)了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的建設(shè)；節(jié)省能源，降低對(duì)環(huán)境的污染。新建項(xiàng)目帶動(dòng)了既有鐵路網(wǎng)的技術(shù)改造，使國家既有設(shè)施得到整治并從中受益。日本、法國、意大利和德國在建設(shè)高速鐵路的初期，投入了大量的開發(fā)研究費(fèi)用，利用自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)建成了本國的高速鐵路，成為當(dāng)今世界上僅有的四個(gè)高速鐵路技術(shù)保有國。1.1.1.2 高速鐵路建設(shè)的第二次高潮高速鐵路建設(shè)在日本和法國所取得的

8、成就影響了很多國家。80年代末，世界各國對(duì)高速鐵路的關(guān)注和研究醞釀了第二次建設(shè)的高潮。第二次建設(shè)高峰于90年代在歐洲形成，所波及到的國家主要有法國、德國、意大利、西班牙、比利時(shí)、荷蘭、瑞典和英國等。1991年瑞典開通了X2000擺式列車，1992年西班牙引進(jìn)法、德兩國的技術(shù)建成了471km長的馬德里塞維利亞高速鐵路。1994年英吉利海峽隧道把法國與英國連接在一起，開創(chuàng)了第一條高速鐵路國際連接線。1997年，從巴黎開出的“歐洲之星”又將法國、比利時(shí)、荷蘭和德國連接在一起。在這個(gè)期間，日本、法國、德國以及意大利對(duì)發(fā)展高速鐵路進(jìn)行了全面規(guī)劃。根據(jù)1987年的計(jì)劃，日本將再修建東北新干線（盛岡青森）、

9、北陸新干線（高崎敦賀）、九州新干線（福岡鹿兒島）、九州新干線（福岡長崎）、北海道新干線（青森札幌）等5條新干線，總長達(dá)到1440km。1986年，意大利政府批準(zhǔn)了交通運(yùn)輸發(fā)展規(guī)劃綱要，準(zhǔn)備修建橫連東西（都靈米蘭威尼斯）、縱貫?zāi)媳保滋m佛羅倫薩羅馬那不勒斯），長達(dá)1230km的“T”型高速鐵路網(wǎng)。法國于1992年由政府公布了建設(shè)全國高速鐵路網(wǎng)的規(guī)劃，根據(jù)規(guī)劃，未來20年內(nèi)高速鐵路網(wǎng)將由4700km新線（其中1282km已于1997年開通投入運(yùn)營）構(gòu)成，新線建造費(fèi)用預(yù)計(jì)達(dá)1800億法郎（以1989年價(jià)格計(jì)）。1991年4月，德國聯(lián)邦政府批準(zhǔn)了聯(lián)邦鐵路公司改建、新建高速鐵路2000km的計(jì)劃。第二次

10、建設(shè)高潮時(shí)期，高速鐵路所表現(xiàn)出的特征體現(xiàn)在：已建成高速鐵路的國家進(jìn)入了高速路網(wǎng)規(guī)劃和建設(shè)的年代；高速鐵路的建設(shè)已經(jīng)不僅僅是鐵路部門的需要，修建高速鐵路網(wǎng)成為地區(qū)之間相互聯(lián)系的政治需求；能源和環(huán)境的要求呼吁發(fā)展無污染的高速鐵路；出現(xiàn)了全國的和跨越國境的高速鐵路網(wǎng)。1.1.1.3 高速鐵路建設(shè)的第三次高潮高速鐵路的建設(shè)與研究自90年代中期形成了第三次高潮，這次高潮波及到亞洲、北美、大洋洲以及整個(gè)歐洲，形成了交通領(lǐng)域中鐵路的一場復(fù)興運(yùn)動(dòng)。自1992年以來，俄羅斯、韓國、我國臺(tái)灣、澳大利亞、英國、荷蘭等國家和地區(qū)均先后開始了高速鐵路新線的建設(shè)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，為了配合歐洲高速鐵路網(wǎng)的建設(shè)，東部和中部歐洲

11、的捷克、匈牙利、波蘭、奧地利、希臘以及羅馬尼亞等國家正在進(jìn)行主干線鐵路改造，全面提速。此間修建高速鐵路新線的國家和地區(qū)達(dá)到12個(gè)，修建新線總長3509km。除了以上這些已經(jīng)開工建設(shè)的項(xiàng)目，對(duì)高速鐵路開展前期研究工作的國家還有土耳其、中國、美國、加拿大、印度、捷克等。與以前所不同的是，參與第三次高速鐵路建設(shè)高潮的各個(gè)國家所表現(xiàn)出的特征主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：大多數(shù)國家在高速鐵路新線建設(shè)的初期即擬訂了修建高速鐵路的全國規(guī)劃；雖然建設(shè)高速鐵路所需資金巨大，但從社會(huì)效益、能源節(jié)約、治理環(huán)境污染等諸方面分析，修建高速鐵路對(duì)整個(gè)社會(huì)具有很好的效益，這一點(diǎn)得到各國政府的共識(shí)；高速鐵路促進(jìn)地區(qū)之間的交往和平衡

12、發(fā)展，歐洲國家已經(jīng)將建設(shè)高速鐵路列為一項(xiàng)政治任務(wù)，各國呼吁在建設(shè)中攜手打破邊界的束縛；高速鐵路從國家公益投資轉(zhuǎn)向多種融資方式籌集建設(shè)資金，建設(shè)高速鐵路出現(xiàn)了多種形式融資的局面；高速鐵路的技術(shù)創(chuàng)新正在向相關(guān)領(lǐng)域輻射和發(fā)展。1.1.2 中國高速鐵路發(fā)展概況為了適應(yīng)我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，我國高速鐵路的建設(shè)問題也受到了高度重視，1990年以來，為提高列車運(yùn)行速度，鐵路系統(tǒng)已經(jīng)經(jīng)過六次大提速，其中包括對(duì)機(jī)車改造更新、線路改造、車輛更新、調(diào)度指揮系統(tǒng)信息化等等，這些措施已經(jīng)取得了良好的成效。1991年，鐵道部將經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的廣州至深圳間147km的廣深鐵路改造成為準(zhǔn)高速鐵路，待取得經(jīng)驗(yàn)后再進(jìn)一步向高速鐵路發(fā)展，

13、該項(xiàng)目于1990年底經(jīng)國家計(jì)委審查批準(zhǔn)立項(xiàng)，于1994年底正式開通運(yùn)營。其旅客列車速度為160200km/h，不僅在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍，更主要的是通過科研與實(shí)驗(yàn)、引進(jìn)和開發(fā)，為建設(shè)我國高速鐵路做好了前期準(zhǔn)備，成為我國鐵路高速化的起點(diǎn)。2003年，我國第一條秦皇島沈陽快速客運(yùn)專線建成并投入運(yùn)營， 其中，山海關(guān)至綏北中間66.8km的綜合試驗(yàn)段，按高速標(biāo)準(zhǔn)修建，旅客列車試運(yùn)行速度在200km/h以上。通過秦沈線的建設(shè)和運(yùn)營實(shí)踐，可以摸索出適合中國國情的高速客運(yùn)專線的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、施工方法、運(yùn)營管理及維護(hù)模式等一系列寶貴經(jīng)驗(yàn)。2004年1月7日，溫家寶總理主持召開國務(wù)院常務(wù)會(huì)議，討論并原則通過了中長期

14、鐵路網(wǎng)規(guī)劃，明確了我國鐵路網(wǎng)中長期建設(shè)目標(biāo)：到2020年，全國鐵路營業(yè)里程達(dá)到10萬km，主要繁忙干線實(shí)現(xiàn)客貨分線，復(fù)線率和電氣化率達(dá)到50%，運(yùn)輸能力滿足國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展需要，主要技術(shù)裝備達(dá)到或接近國際先進(jìn)水平。根據(jù)中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃，我國鐵路將建成以京滬、京廣、京哈、滬甬深及徐蘭、杭長、青太及滬漢蓉的“四橫四縱”客運(yùn)專線為主體，城際客運(yùn)專線為擴(kuò)充的快速客運(yùn)專線1.2萬公里，客貨混跑快速線路2萬公里，形成我國鐵路快速客運(yùn)網(wǎng)。2008年8月1日，中國內(nèi)地第一條設(shè)計(jì)時(shí)速350km的京津城際高速鐵路投入運(yùn)營，中國鐵路正式步入高速時(shí)代。目前京滬、京盧、武廣、石武、溫福、合寧等高速鐵路項(xiàng)目都已在建設(shè)之

15、中。1.2 鐵路高速化的技術(shù)基礎(chǔ)高速鐵路對(duì)高新技術(shù)的要求是全方位的：(1) 要有大功率牽引機(jī)車。目前，一列普通客車所需的機(jī)車牽引功率為20003000kw，而一列時(shí)速300km的高速列車所需的機(jī)車牽引功率則高達(dá)10000kw。在現(xiàn)代鐵路牽引動(dòng)力的行列中，電力機(jī)車和內(nèi)燃機(jī)車并駕齊驅(qū)，分擔(dān)運(yùn)輸任務(wù)。兩者比較，電力機(jī)車功率大、拉得多、跑得快、爬坡能力強(qiáng)，在運(yùn)營中比內(nèi)燃機(jī)車更勝一籌。一臺(tái)電力機(jī)車的運(yùn)輸能力相當(dāng)于1.5臺(tái)內(nèi)燃機(jī)車，而電力機(jī)車牽引每萬噸/公里能耗僅為內(nèi)燃機(jī)車牽引的2/3。當(dāng)然，電力機(jī)車必須有供電系統(tǒng)，造價(jià)要高些，綜合考慮，高速鐵路必須采用大功率的電力機(jī)車。(2) 要有又輕又穩(wěn)的車軸。不僅如

16、此，采用計(jì)算機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)的流線型車身以及采用智能化控制的車輛密閉通風(fēng)結(jié)構(gòu)，使高速列車具有極其良好的空氣動(dòng)力性能。車輛轉(zhuǎn)向架是確保列車高速運(yùn)行平穩(wěn)的一個(gè)關(guān)鍵部件，采用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)來設(shè)計(jì)車輛轉(zhuǎn)向架，同時(shí)采用先進(jìn)的精確制造工藝和組裝技術(shù)，能使車輛自身振動(dòng)和線路干擾振動(dòng)降低到最低水平。(3) 要有良好的軌道基礎(chǔ)。鐵路是由一根根鋼軌連接起來的。在普通鐵路上，火車是在有縫線路上行駛，運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生劇烈的震動(dòng)，并發(fā)生噪聲，影響旅客的休息，同時(shí)，因?yàn)檐囕喤c鋼軌的端部不斷沖擊，鋼軌與鋼軌的連接處軌縫就會(huì)產(chǎn)生凹陷現(xiàn)象，還使車輪和鋼軌降低了使用壽命，隱患隨之增多。高速鐵路使用的是無縫線路，無縫線路與有縫線路相比，有顯

17、著的優(yōu)越性，僅從節(jié)約勞力和延長設(shè)備使用壽命方面計(jì)算，無縫線路比有縫線路可節(jié)約線路維修費(fèi)用50%左右，此外，還可減少機(jī)車車輛的修理費(fèi)，并能使火車運(yùn)行平穩(wěn)，旅客乘坐舒適。(4) 要有先進(jìn)的列車自動(dòng)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)是由行車自動(dòng)指揮、列車自動(dòng)駕駛和列車自動(dòng)防護(hù)三大部分組成。系統(tǒng)的特點(diǎn)是：以電子器件和微電子元件組成集中管理、分散控制的模式來替代傳統(tǒng)的模式，從而確保高速列車高效率、高可靠性地行駛。日本是最早發(fā)展高速鐵路的國家，40多年以來，從未發(fā)生過行車重大事故，創(chuàng)造了世界行車安全之最，其主要經(jīng)驗(yàn)之一，就是采用了先進(jìn)的列車自動(dòng)控制系統(tǒng)。第2章 高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)類型選擇2.1 軌道結(jié)構(gòu)類型當(dāng)今世界上高速鐵路

18、客運(yùn)專線軌道結(jié)構(gòu)主要有兩種類型：有砟軌道和無砟軌道。從實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)看，兩種軌道都可運(yùn)行時(shí)速300km/h的高速列車。在高速鐵路究竟鋪設(shè)何種類型軌道結(jié)構(gòu)，應(yīng)從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)角度全面衡量決定。從目前世界各國高速鐵路運(yùn)營情況來看，列車速度低于300km/h時(shí)，橋隧區(qū)段鋪設(shè)無砟軌道，路基面宜鋪設(shè)有砟軌道；當(dāng)列車速度大于300km/h時(shí)，采用無砟軌道結(jié)構(gòu)可較好保持軌道的平順性，有利于列車的高速運(yùn)行。有砟軌道與無砟軌道各有優(yōu)缺點(diǎn)，有砟軌道結(jié)構(gòu)是鐵路線路傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，它具有彈性良好，造價(jià)低廉，更換與養(yǎng)護(hù)維修方便，吸收噪聲特性好等優(yōu)點(diǎn)。但隨著行車速度的提高，其缺點(diǎn)也逐漸顯現(xiàn)，首先有砟軌道會(huì)產(chǎn)生不均勻下沉，軌道破損和變形

19、加劇，維修工作量增加。無砟軌道結(jié)構(gòu)具有使用壽命長、維修費(fèi)用低而且恒載小、建筑高度低、線路狀況良好和宜于高速運(yùn)行等優(yōu)點(diǎn)，但其缺點(diǎn)是投資大、技術(shù)要求高、一旦出現(xiàn)損傷，維修費(fèi)用較高而且不允許地基沉降。根據(jù)我國國情和鐵路長期的運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)，我國高速鐵路客運(yùn)專線路基地段宜鋪設(shè)有砟軌道結(jié)構(gòu)，橋梁和隧道可鋪設(shè)無砟軌道。綜合考慮我國經(jīng)濟(jì)技術(shù)等因素，本設(shè)計(jì)選用有砟軌道結(jié)構(gòu)。2.2 有砟軌道結(jié)構(gòu)2.1.1 鋼軌 鋼軌是軌道結(jié)構(gòu)的主要部件，其作用是引導(dǎo)機(jī)車車輛車輪前進(jìn)，承受車輪的巨大壓力并將該力傳遞到軌枕或其他支承上。因此，鋼軌必須為車輪提供連續(xù)、平順和阻力最小的滾動(dòng)表面，對(duì)高速鐵路而言，鋼軌要提供的輪軌踏面平順性和鋼

20、軌內(nèi)側(cè)工作邊平順性要比普通鐵路高得多。為保證高速鐵路運(yùn)行的平順性，線路下部基礎(chǔ)、軌道上部結(jié)構(gòu)以及各軌道部件都要為鋼軌的正常工作提供良好條件。而鋼軌本身，其內(nèi)在質(zhì)量、材料性能、斷面公差、平直程度等都是十分重要的特性。鋼軌在技術(shù)上要能保證足夠的強(qiáng)度、韌性、耐磨性、穩(wěn)定性和平順性，在經(jīng)濟(jì)上要能保證合理的大修周期、減少養(yǎng)護(hù)維修的工作量。我國鋼軌隨著鐵路運(yùn)輸事業(yè)的發(fā)展經(jīng)歷了漫長的發(fā)展過程，鋼軌類型形成了75kg/m、60kg/m、50kg/m的系列，鋼軌材質(zhì)主要有U71Mn、U74、PD3，其中PD3鋼軌在強(qiáng)度、硬度和使用壽命上都比較占優(yōu)勢，近年來得到了比較廣泛的使用。1998年，鐵道部頒布了時(shí)速300

21、公里客運(yùn)專線60kg/m鋼軌暫行技術(shù)條件，對(duì)60kg/m鋼軌加以規(guī)范。 從鋼軌單位質(zhì)量上來看，在大軸重、大運(yùn)量的重載線路上應(yīng)采用6075kg/m鋼軌，在列車運(yùn)行速度超過160km/h的線路上應(yīng)采用6075kg/m鋼軌。高速客運(yùn)專線鐵路鋼軌的斷面應(yīng)在既有鐵路使用成熟的鋼軌中選擇，而我國也已形成75kg/m、60kg/m和50kg/m的斷面系列，其中60kg/m鋼軌應(yīng)用最為廣泛。綜合各方面的技術(shù)要求和我國既有鐵路鋼軌運(yùn)用情況，本客運(yùn)專線設(shè)計(jì)選擇使用60kg/m鋼軌，定長為100m，材質(zhì)為U71Mn，屈服極限s457MPa，其橫斷面形 圖2-1 60kg/m鋼軌橫斷面圖(單位：mm)式如圖2-1。

22、2.1.2 軌枕雖然在高速鐵路的發(fā)展中無砟軌道所占的比例越來越大，在許多國家已成為軌道結(jié)構(gòu)的首選，但有砟軌道依然是鐵路高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)的主要形式，因此混凝土枕的性能和質(zhì)量仍需重點(diǎn)關(guān)注。在混凝土枕長度方面，我國I型和II型混凝土枕長度都是2500mm。長期使用結(jié)果表明，這個(gè)長度不能滿足高速鐵路的技術(shù)要求。而且世界各國的客運(yùn)專線和高速鐵路中無一例外地采用2600mm以上的混凝土枕。本設(shè)計(jì)采用III型預(yù)應(yīng)力混凝土、無擋肩軌枕，軌枕長2600mm，每公里鋪設(shè)1680根(按軌枕中心間距600mm，實(shí)際每公里為1667根)。型枕設(shè)計(jì)參數(shù)見表2-1。表2-1 型枕設(shè)計(jì)參數(shù)高速方案軌下截面(mm)中間截面(m

23、m)軌枕重量(kg)設(shè)計(jì)承載彎矩(kN·m)高度寬度高度底寬軌下截面中間截面型枕23030018528032019.05-17.302.1.3 扣件1.彈條 2.預(yù)埋件 3.絕緣軌距塊 4.橡膠墊板圖2-2 彈條III型無擋肩扣件鋼軌與軌枕的連接是通過中間連接零件實(shí)現(xiàn)的。中間連接零件也稱扣件，其作用是將鋼軌固定在軌道上，防止鋼軌傾覆，保持軌距并阻止鋼軌相對(duì)于軌枕的縱、橫向移動(dòng)?？奂仨毦哂凶銐虻膹?qiáng)度、彈性和耐久性，并有效地保持鋼軌與軌枕的可靠聯(lián)接。在鋼筋混凝土軌枕軌道上，因其彈性小于木枕軌道，扣件還必須提供較高的彈性。扣件應(yīng)允許調(diào)整鋼軌高低，以保證軌面得平順性，混凝土扣件還要求有良好

24、的絕緣性能，此外，還應(yīng)結(jié)構(gòu)簡單，便于安裝及拆卸。本設(shè)計(jì)使用的是彈條III型無螺栓式扣件，其利用預(yù)埋于軌枕中的鐵件來保持軌距，承受橫向力并固定彈條，以彈條扣壓鋼軌，尼龍塊作為絕緣部件并用于調(diào)整軌距。彈條用BS970 251 A58級(jí)彈簧鋼制作，其抗橫向水平力的能力靜態(tài)為100kN，動(dòng)態(tài)70kN(荷載循環(huán)200×106次)；預(yù)埋鐵座抗力不小于60kN。彈條III型扣件具有扣壓力大(不小于11kN)、彈性好(彈性變形不小于12mm)等優(yōu)點(diǎn)，特別是取消了混凝土擋肩，從而消除了軌底在橫向力作用下發(fā)生橫移導(dǎo)致軌距擴(kuò)大的可能性，因此保持軌距的能力很強(qiáng)；又由于取消了螺栓聯(lián)結(jié)的方式，扣壓力易于保持，大

25、大減少了扣件養(yǎng)護(hù)工作量，非常適用于客運(yùn)專線和高速鐵路的運(yùn)輸條件。因此本設(shè)計(jì)選擇使用彈條III型無擋肩扣件其結(jié)構(gòu)形式如圖2-2。2.1.4 道床碎石道床是有砟軌道的突出特點(diǎn)。散粒體道床不僅要承受軌枕傳遞的各種力的作用，保持軌道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，而且要便于進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。對(duì)高速鐵路而言，散粒體道床的這些作用顯得尤為重要。我國有砟道床標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)及物理力學(xué)指標(biāo)都比較多，這是根據(jù)我國鐵路道砟生產(chǎn)量大、材質(zhì)差而又無法在短期內(nèi)廢止石灰?guī)r等性能較差的道砟上的特定情況下提出的。根據(jù)新建時(shí)速300350公里客運(yùn)專線鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定，我國高速鐵路有砟道床應(yīng)滿足以下技術(shù)要求：(1) 應(yīng)采用碎石道砟，道砟的物理力學(xué)性能應(yīng)符合

26、特級(jí)道砟材質(zhì)指標(biāo)的規(guī)定。(2) 正線單線道床頂面寬度3.6m，道床厚度35cm，道床邊坡1：1.75，砟肩堆高15cm，雙線道床頂面寬度應(yīng)分別按單線設(shè)計(jì)，高速鐵路單線有砟軌道道床橫斷面形式見圖2-3。(3) 鋪設(shè)III型枕地段，道床頂面高度應(yīng)與軌枕中部頂面齊平；岔枕等其它類型軌枕地段的道床頂面應(yīng)低于軌枕承軌面3cm。(4) 橋上道床標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)與路肩地段相同。通過居民區(qū)的橋梁宜于道砟下鋪設(shè)厚度為2.5cm的膠墊，砟肩至擋砟墻間以道砟填平。(5) 隧道內(nèi)道床厚度應(yīng)與隧道外道床厚度相同，砟肩至邊墻（或高側(cè)水溝)間以道砟填平。(6) 線路開通前，道床密實(shí)度不得小于1.75g/cm3，支承剛度不得小于120

27、kN/mm，縱向阻力不得小于14kN/枕，橫向阻力不得小于12kN/枕。(7) 軌道電路道床電阻不應(yīng)小于。研究表明，我國的一級(jí)道砟不適用于高速鐵路，必須采用特級(jí)道砟。特級(jí)道砟相關(guān)技術(shù)和要求如下：(1) 道砟由開山塊石破碎篩分而成，顆粒表面全部為破碎面。(2) 道砟顆粒形狀和清潔度指標(biāo)應(yīng)符合下列要求： 針狀指數(shù)不應(yīng)大于20%，片狀指數(shù)不應(yīng)大于20%； 粒徑0.5mm以下的顆粒含量的質(zhì)量百分率不大于0.6%；粒徑0.063以下的粉末含量的質(zhì)量百分率不大于0.5%； 道砟出場前應(yīng)用水清洗，且不含黏土團(tuán)及其他雜質(zhì)。京滬高速鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定要求基床表層應(yīng)采用級(jí)配碎石或級(jí)配砂礫石材料，其壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合下表

28、的規(guī)定：表2-2 采用級(jí)配碎石作基床表層時(shí)的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)填料厚度壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)備注地基系數(shù)K30(MPa/m) 空隙率級(jí)配碎石級(jí)配碎石中粗砂0.70 190 <18%0.55 190 <18%0.15 130路堤表2-3 采用級(jí)配砂礫石作基床表層時(shí)的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)填料厚度(m)壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)地基系數(shù)K30(MPa/m)空隙率級(jí)配砂礫石0.7019018%接觸網(wǎng)支柱電纜槽基床底層防護(hù)柵欄綠化通道基床底層圖2-3 單線路堤標(biāo)準(zhǔn)橫斷面示意圖2.3 曲線軌道外軌超高機(jī)車車輛在曲線上行駛時(shí)，由于慣性離心力作用，將機(jī)車車輛推向外股鋼軌，加大了外股鋼軌的壓力，使旅客產(chǎn)生不適，貨物位移等。因此需要把曲線外軌適當(dāng)抬高，使

29、機(jī)車車輛的自身重力產(chǎn)生一個(gè)向心的水平分力，以抵消慣性離心力，達(dá)到內(nèi)外兩股鋼軌受力均勻和垂直磨耗均勻等，滿足旅客舒適感，提高線路的穩(wěn)定性和安全性。高速客運(yùn)專線軌道平面設(shè)計(jì)中，采用了較大的曲線半徑，來滿足高速列車的要求。外軌超過度是指曲線地段外軌頂面與內(nèi)軌頂面水平高度之差。在設(shè)置外軌超過時(shí)，主要有外軌提高法和線路中心高度不變法兩種。外軌提高法是保持內(nèi)軌標(biāo)高不變而只抬高外軌。線路中心高度不變時(shí)內(nèi)外軌分別各降低和抬高超高值的一半而保證線路中心標(biāo)高不變。我國客運(yùn)專線采用外軌提高法。外軌超高的計(jì)算由下式確定： (2-1)式中，線路設(shè)計(jì)最高行車速度； 曲線半徑，本設(shè)計(jì)選用的曲線半徑為10 000m。2.4

30、無縫線路概況 無縫線路是用標(biāo)準(zhǔn)長度的鋼軌焊接而成的長鋼軌線路，它既是軌道結(jié)構(gòu)技術(shù)進(jìn)步的重要標(biāo)志，也是高速重載軌道的最優(yōu)選擇。各國鐵路競相發(fā)展無縫線路，目前已累計(jì)鋪設(shè)8000多公里。在軌道結(jié)構(gòu)強(qiáng)化方面，60kg/m鋼軌已經(jīng)成為各干線的主要類型軌，軌下基礎(chǔ)以II、III型混凝土軌枕為主，道床標(biāo)準(zhǔn)為特級(jí)硬質(zhì)道砟軌道，尤其是跨區(qū)間無縫線路和無砟軌道的發(fā)展，為高速重載運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。無縫線路按鋼軌內(nèi)部的溫度應(yīng)力處理方式不同，可分為溫度應(yīng)力式和放散溫度應(yīng)力式兩種類型。溫度應(yīng)力式無縫線路是指把鋼軌焊接成長軌節(jié)鋪在線路上，擰緊扣件鎖定后，由于各種線路阻力約束長軌節(jié)不能自由伸縮，一年四季隨鋼軌溫度變

31、化，長軌節(jié)內(nèi)承受著不斷變化的溫度拉力或壓力。長軌節(jié)端部之間的連接大多采用接頭夾板及螺栓，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，鋪設(shè)維修方便。放散溫度應(yīng)力式無縫線路目前一般已經(jīng)不使用。我國無縫線路從1957年開始鋪設(shè)，目前，京廣、京滬、京沈等主要干線均已鋪設(shè)無縫線路，并且客運(yùn)專線應(yīng)鋪設(shè)跨區(qū)間無縫線路。第3章 軌道各部分強(qiáng)度檢算3.1 按中速韶山9電力機(jī)車檢算軌道各部件強(qiáng)度3.1.1 鋼軌強(qiáng)度檢算4×102.9kN2.15m2.15m7.27m韶山9電力機(jī)車前后有兩個(gè)轉(zhuǎn)向架，并且兩個(gè)轉(zhuǎn)向架之間距離較大，彼此影響很小，因此可任選一個(gè)轉(zhuǎn)向架作為計(jì)算架來尋找最不利輪位。韶山9電力機(jī)車設(shè)計(jì)最高運(yùn)行速度為170km/

32、h，圖3-1 韶山9電力機(jī)車輪重及輪距其輪重及輪距如圖3-1。3.1.1.1 檢算所需公式及說明(1) 鋼軌基礎(chǔ)彈性模量，其定義為鋼軌基礎(chǔ)產(chǎn)生單位彈性下沉?xí)r，施加于單位長度鋼軌上的壓力，計(jì)算公式為： (3-1)式中，鋼軌基礎(chǔ)彈性模量(N/cm²或MPa)； 軌道剛度(N/cm)，計(jì)算鋼軌應(yīng)力時(shí)取為33×104N/cm，計(jì)算軌下基礎(chǔ)應(yīng)力時(shí)取為140×104 N/cm；軌枕間距，其值為60cm。(2) 剛比系數(shù)，鋼軌基礎(chǔ)彈性模量與鋼軌抗彎剛度的相對(duì)比值稱為剛比系數(shù)，用表示，計(jì)算剛比系數(shù)的公式為：(3-2) 式中，鋼軌的彈性模量，值為2.1×105MPa=2.

33、1×107N/cm2； 60kg/m鋼軌斷面對(duì)水平軸的慣性矩，值為3217cm4。(3) 鋼軌靜彎矩計(jì)算公式：(3-3)(4) 鋼軌動(dòng)彎矩計(jì)算公式： (3-4)式中，靜彎矩；速度系數(shù)，由表3-2可查得；偏載系數(shù)，直線上為0，曲線上一般取為0.15；橫向水平力系數(shù)，直線上取為1.25，的曲線上取為1.45。(5) 鋼軌動(dòng)彎應(yīng)力和的計(jì)算公式： (3-5)式中，鋼軌底部斷面系數(shù)，60kg/m鋼軌的； 鋼軌頭部斷面系數(shù)，60kg/m鋼軌的。3.1.1.2 檢算過程(1) 計(jì)算鋼軌基礎(chǔ)彈性模量，根據(jù)式(3-1)有， (2) 計(jì)算剛比系數(shù)，根據(jù)式(3-2)有， (3) 分別以1、2輪為計(jì)算輪，計(jì)

34、算P(N)，并選取其中最大值來計(jì)算鋼軌的彎矩，計(jì)算結(jié)果見表3-1。表3-1 韶山9電力機(jī)車當(dāng)量荷載P計(jì)算表計(jì)算輪項(xiàng)目輪位P(N)動(dòng)1動(dòng)2動(dòng)3動(dòng)1P(N)10290010290010290091973.6x(cm)0215942x02.56711.2471-0.10621.588×10-5P(N)102900-109281.63動(dòng)2P(N)10290010290010290091951.4x(cm)2150727x2.56708.680-0.10621-0.0002P(N)-10928102900-20.58由表3-1可知?jiǎng)?輪的當(dāng)量荷載91973.6N為其中的最大值，用該值計(jì)算的鋼軌

35、彎矩作為檢算鋼軌強(qiáng)度的依據(jù)。(4) 計(jì)算鋼軌靜彎矩，根據(jù)式(3-3)得，(5) 計(jì)算鋼軌動(dòng)彎矩表3-2 速度系數(shù)速度系數(shù)速度km/h電力牽引內(nèi)燃牽引電力牽引內(nèi)燃牽引計(jì)算軌底彎曲應(yīng)力計(jì)算鋼軌下沉及軌下基礎(chǔ)部件用v1200.6v/1000.4v/1000.45v/1000.3v/1001120v1600.3v1/1000.2v1/1000.23v1/1000.15v1/1002160v2000.1v2/1000.07v2/1000.08v2/1000.05v2/100v20011.50.751.2根據(jù)表3-2計(jì)算電力機(jī)車軌底彎曲應(yīng)力的速度系數(shù)： 則根據(jù)式(3-4)，計(jì)算鋼軌動(dòng)彎矩，直線上：曲線上：

36、(6) 計(jì)算鋼軌的動(dòng)彎應(yīng)力和，由式(3-5)得，直線上：曲線上： 60kg/m鋼軌的溫度應(yīng)力，屈服極限，鋼軌安全系數(shù)K=1.3，其允許應(yīng)力為： 直線上軌底應(yīng)力：軌頭應(yīng)力：曲線上軌底應(yīng)力： 軌頭應(yīng)力：可見，無論直線還是曲線上，上述鋼軌軌頭和軌底的基本應(yīng)力均小于允許應(yīng)力，滿足鋼軌的強(qiáng)度條件。3.1.2 軌枕彎矩檢算(1) 軌枕上靜壓力R0計(jì)算公式： (3-6)(2) 軌枕上動(dòng)壓力Rd計(jì)算公式： (3-7) (3) 軌枕下截面及中間截面彎矩計(jì)算公式： (3-8) 式中，荷載作用點(diǎn)至枕端距離，?。幻抗射撥壪?，軌枕的全支承長度，；枕下襯墊寬度，一般取軌底寬，取。L軌枕長，本設(shè)計(jì)使用的III型混凝土枕長為

37、260cm。 計(jì)算軌下基礎(chǔ)彈性模量，根據(jù)式(3-1)得， 計(jì)算軌下基礎(chǔ)剛比系數(shù)，根據(jù)式(3-2)得， 分別以1、2輪為計(jì)算輪，計(jì)算(N)，并選取其中最大值來計(jì)算鋼軌的彎矩，計(jì)算結(jié)果見表3-3。表3-3 韶山9電力機(jī)車當(dāng)量荷載 (N)計(jì)算表計(jì)算輪項(xiàng)目輪位(N)動(dòng)1動(dòng)2動(dòng)3動(dòng)1P(N)10290010290010290098465x(cm)021594203.676516.10821-0.04311.8×10-6(N)102900-4434.99-0.01動(dòng)2P(N)10290010290010290098453x(cm)2150727 3.6765012.4317-0.04311-3.

38、88×10-5(N)-4434.99102900-12.01由表3-3可知計(jì)算輪動(dòng)1的當(dāng)量荷載98465N為其中的最大值，該值用以計(jì)算軌枕靜彎矩。 計(jì)算軌枕上靜壓力R0，根據(jù)式(3-6)得， 計(jì)算軌枕上動(dòng)壓力Rd，先計(jì)算速度系數(shù)，由表3-2得軌下基礎(chǔ)彎曲應(yīng)力的速度系數(shù)：計(jì)算軌枕上動(dòng)壓力Rd，根據(jù)式(3-7)得，直線上： 曲線上： 軌枕下截面正彎矩Mg計(jì)算，根據(jù)式(3-8)得，直線上：曲線上： 軌枕中間截面負(fù)動(dòng)彎矩Mc計(jì)算，根據(jù)式(3-8)得，直線上：曲線上：III型混凝土軌枕的允許彎矩 ，所以軌枕彎矩檢算合格。3.1.3 道床頂面應(yīng)力檢算道床頂面應(yīng)力，無論是沿軌枕縱向還是橫向，分布都

39、是不均勻的，道床頂面上的最大壓力可近似取為： (3-9)式中，軌枕有效支承長度， ； 軌枕地面平均支承寬度，III型軌枕值為300mm； 應(yīng)力分布不均勻系數(shù)，取為1.6。道床頂面應(yīng)力檢算，根據(jù)式(3-9)得，直線上：曲線上：特級(jí)碎石道床允許應(yīng)力，因此道床強(qiáng)度滿足要求。3.1.4 路基道床壓應(yīng)力檢算道床壓應(yīng)力計(jì)算的基本假設(shè)： 道床上的壓力以擴(kuò)散角按直線擴(kuò)散規(guī)律從道床頂面?zhèn)鬟f到路基頂面； 不考慮相鄰軌枕的影響； 道床頂面的壓力是均勻分布的。根據(jù)以上假設(shè)，道床內(nèi)部的壓力傳遞如圖3-2，軌枕橫向及縱向的壓應(yīng)力擴(kuò)散線交點(diǎn)分別為、，距枕底高度分別為、， RdK1K2 由圖可知： (3-10)式中， 壓力擴(kuò)

40、散角，37°。 根據(jù)式(3-10)得， 由已知條件，道床的計(jì)算厚度，所以計(jì)算厚度在和之間，計(jì)算該區(qū)域道床應(yīng)力的公式為： (3-11)根據(jù)式(3-11)計(jì)算該區(qū)域道床應(yīng)力，直線上：曲線上： 新建砂粘土路基允許應(yīng)力，因此路基強(qiáng)度滿足要求。3.2 按中國高速列車ZGS檢算軌道各部件強(qiáng)度3.2.1 鋼軌強(qiáng)度檢算4×95kN3.0m3.0m8.46m圖3-3 中國ZGS高速列車輪重與輪距中國ZGS高速列車設(shè)計(jì)最高行車速度為300km/h，其輪重與輪距如圖3-3所示。 (1) 計(jì)算鋼軌基礎(chǔ)彈性模量，根據(jù)式(3-1)有，(2) 計(jì)算剛比系數(shù)，根據(jù)式(3-2)有，(3) 中國ZGS高速列車

41、的兩個(gè)轉(zhuǎn)向架距離較大，彼此影響很小，可任選一個(gè)轉(zhuǎn)向架作為計(jì)算架。本設(shè)計(jì)選1、2輪作為計(jì)算輪來計(jì)算當(dāng)量荷載P(N)，并選取其中最大值來計(jì)算鋼軌的彎矩，計(jì)算結(jié)果見表3-4。表3-4 中國ZGS動(dòng)車組當(dāng)量荷載P計(jì)算表計(jì)算輪項(xiàng)目輪位P(N)動(dòng)1動(dòng)2動(dòng)3動(dòng)1P(N)95000950009500093736.5x(cm)03001146kx03.58213.6831-0.0133-0.24×10-6P(N)95000-1263.1-0.4動(dòng)2P(N)95000950009500093733.4x(cm)3000846kx3.582010.101-0.01331-0.27×10-5P(N

42、)-1263.195000-3.5由表3-4可知計(jì)算輪動(dòng)1輪的當(dāng)量荷載93736.5N為其中的最大值，該值用以計(jì)算鋼軌靜彎矩。(4) 計(jì)算靜彎矩，根據(jù)式(3-3)得，(5) 計(jì)算鋼軌動(dòng)彎矩，由于ZGS高速列車設(shè)計(jì)行駛速度為300km/h200km/h，則由表3-2知只考慮速度系數(shù)，=11.5，本設(shè)計(jì)取=1.3，根據(jù)式(3-4)得，直線上：曲線上：(6) 計(jì)算鋼軌的動(dòng)彎應(yīng)力和，根據(jù)式(3-5)得，直線上：曲線上： 直線上軌底應(yīng)力：軌頭應(yīng)力：曲線上軌底應(yīng)力： 軌頭應(yīng)力：無論直線還是曲線上，上述鋼軌軌頭和軌底的基本應(yīng)力均小于允許應(yīng)力，滿足鋼軌的強(qiáng)度條件。3.2.2 軌枕彎矩檢算(1) 計(jì)算軌下基礎(chǔ)彈

43、性模量，根據(jù)式(3-1)得，(2) 計(jì)算軌下基礎(chǔ)剛比系數(shù)，根據(jù)式(3-2)得，(3) 分別以1、2輪為計(jì)算輪，計(jì)算(N)，并選取其中最大值來計(jì)算鋼軌的彎矩，計(jì)算結(jié)果見表3-5。由表3-5可知計(jì)算輪動(dòng)2輪的當(dāng)量荷載93347.3N為其中的最大值，該值用以計(jì)算軌枕靜彎矩。(4) 計(jì)算軌枕上靜壓力R0，根據(jù)式(3-6)得，表3-5 ZGS高速列車當(dāng)量荷載(N)計(jì)算表計(jì)算輪項(xiàng)目輪位(N)動(dòng)1動(dòng)2動(dòng)3動(dòng)1P(N)95000950009500093340.2x(cm)0300114605.1319.601-0.0174-0.14×10-5(N)95000-1653-6.8動(dòng)2P(N)950009

44、50009500093347.3x(cm)3000846 5.13014.47-0.017413.2×10-5(N)-1653950000.3(5) 計(jì)算軌枕上動(dòng)壓力Rd，先計(jì)算速度系數(shù)，由于ZGS高速列車設(shè)計(jì)行駛速度為300km/h200km/h，則由表3-2知只考慮速度系數(shù)，=11.2，本設(shè)計(jì)取=1.2，根據(jù)式(3-7)得，直線上： 曲線上： (6) 軌枕下截面正彎矩 計(jì)算，根據(jù)式(3-8)得，直線上：曲線上： (7) 軌枕中間截面負(fù)動(dòng)彎矩Mc計(jì)算，根據(jù)式(3-8)得，直線上：曲線上：III型混凝土軌枕的允許彎矩 ，所以軌枕彎矩檢算合格。3.2.3 道床頂面應(yīng)力計(jì)算道床頂面應(yīng)力檢

45、算，根據(jù)式(3-9)得，直線上：曲線上：特級(jí)碎石道床允許應(yīng)力，因此道床強(qiáng)度滿足要求。3.2.4 路基道床壓應(yīng)力計(jì)算根據(jù)式(3-10)得， 由已知條件，道床的計(jì)算厚度，所以計(jì)算厚度在和之間，根據(jù)式(3-11)計(jì)算該區(qū)域道床應(yīng)力，直線上：曲線上： 新建砂粘土路基允許應(yīng)力，因此路基強(qiáng)度滿足要求。第4章 路基上無縫線路設(shè)計(jì)4.1 無縫線路設(shè)計(jì)相關(guān)資料本設(shè)計(jì)選擇在濟(jì)南地區(qū)鋪設(shè)無縫線路，已知濟(jì)南最高軌溫62.5°C、最低軌溫為-19.7，高速列車為中國ZGS動(dòng)車組。鋼軌支承剛度D=33kN/mm，軌下基礎(chǔ)剛度D=140kN/mm。表4-1 區(qū)段線路條件平面曲線半徑R(m)鋼軌類型(kg/m)軌枕

46、種類配置(根/km)道床厚度h(cm)基礎(chǔ)彈性系數(shù)10 00060III型混凝土枕1667354.2 鋼軌強(qiáng)度檢算4.2.1 檢算目的無縫線路鋼軌應(yīng)有足夠的強(qiáng)度，以保證在動(dòng)彎應(yīng)力、溫度應(yīng)力及其他附加應(yīng)力共同作用下不被破壞，仍能正常工作。此時(shí)，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，并據(jù)此鋼軌強(qiáng)度條件確定容許的軌溫變化幅度。4.2.2 鋼軌強(qiáng)度條件(1) 普通地段無縫線路的鋼軌強(qiáng)度，按受拉和受壓條件分別為： (4-1) (4-2)式中，鋼軌軌底最大動(dòng)彎應(yīng)力； 鋼軌軌頭最大動(dòng)彎應(yīng)力； 鋼軌溫度應(yīng)力；鋼軌承受的制動(dòng)應(yīng)力，取10MPa；鋼軌受彎容許應(yīng)力， 。 (4-3)式中，鋼軌的線膨脹系數(shù)

47、，取； 鋼軌的彈性模量，取2.1×105MPa=2.1×107N/cm2。當(dāng)?shù)刈罡呋蜃畹蛙墱嘏c鎖定軌溫之差()。鋼軌受拉容許最大軌溫降低幅度()計(jì)算式為； (4-4)(2) 檢算強(qiáng)度：該區(qū)段直線和曲線上的鋼軌動(dòng)彎應(yīng)力第3章已經(jīng)計(jì)算，見下表4-2。表4-2 鋼軌動(dòng)彎應(yīng)力值(單位MPa)計(jì)算條件中速高速鋼軌動(dòng)彎應(yīng)力直線曲線(R=10 000m)直線曲線(R=10 000m)118.3147.8142.5176.1138.2172.6166.5205.7由于高速列車的動(dòng)彎應(yīng)力值均大于中速列車的動(dòng)彎應(yīng)力值，所以只按高速列車計(jì)算即可。根據(jù)式(4-4)得，直線上： 曲線上： 4.3 穩(wěn)

48、定性檢算4.3.1 檢算目的無縫線路穩(wěn)定性檢算的目的，在于研究在給定的道床橫向阻力和具有原始彎曲的軌道框架剛度的條件下，溫度壓力必須限制在多大范圍內(nèi)才能保證線路的穩(wěn)定。并據(jù)此確定無縫線路的鎖定軌溫，以及限制維修作業(yè)軌溫和作業(yè)量，并判斷鋼軌受力狀態(tài)?？梢?，穩(wěn)定性檢算的設(shè)計(jì)、鋪設(shè)和維修都是十分重要的。4.3.2 長鋼軌軸向溫度壓力計(jì)算 無縫線路穩(wěn)定性的計(jì)算，不在于求出臨界溫度壓力，因?yàn)樵谶@之前脹軌已很明顯，不能確保行車安全，而是在于具有一定原始彎曲的軌道，求出它產(chǎn)生橫向位移時(shí)的溫度壓力值PN 。(1) 穩(wěn)定性檢算相關(guān)公式及說明 根據(jù)能量法原理和定曲率法，可推導(dǎo)出變形曲線弦長及溫度壓力值PN分別為： (4-5) (4-6)式中， 變形曲線長度；變形曲線矢度，取f =0.2cm；彈性初彎曲矢度；軌道框架水平剛度換算系數(shù)，其值取2；鋼軌對(duì)豎直軸的慣性矩，；鋼軌彈性模量，取值為；合成半徑(cm)。 (4-7)式中，曲線半徑(cm)，R=1×106cm；原始塑性彎曲半波長，??；塑性初彎曲矢度；等效道床阻力，=84.3N/cm。 長鋼軌容許溫度壓力計(jì)算方法：將計(jì)算溫度壓力除以安全系數(shù)，得， (4