第六章無縫線路

第六章

無縫線路軌道設(shè)計(jì)現(xiàn)在是1頁\一共有230頁\編輯于星期二第一節(jié)概述第二節(jié)長鋼軌軸向溫度力第三節(jié)無縫線路穩(wěn)定性計(jì)算第四節(jié)路基上的無縫線路軌道設(shè)計(jì)第五節(jié)橋上無縫線路現(xiàn)在是2頁\一共有230頁\編輯于星期二6.1鐵路無縫線路概述無縫線路在長鋼軌內(nèi)滅了鋼軌接頭，列車通過時(shí)高頻沖擊荷載的動(dòng)態(tài)響應(yīng)消除，相應(yīng)地線路病害減少。因而大力發(fā)展無縫線路成為全世界鐵路工作者的共識(shí)。根據(jù)美國AREA統(tǒng)計(jì)，無縫線路比普通線路的鋼軌壽命延長約40%；日本鐵路發(fā)現(xiàn)，采用無縫線路的鋼軌(50kg/m型)更換周期由原來的400Mt延長到了500Mt。原蘇聯(lián)統(tǒng)計(jì)，通過總重500Mt以后的鋼軌（P65型）抽換數(shù)，降低了三分之二。我國的統(tǒng)計(jì)數(shù)字表明，無縫線路軌道的鋼軌使用壽命延長1.25倍。世界各國在高速與快速客運(yùn)線路上均鋪設(shè)無縫線路?，F(xiàn)在是3頁\一共有230頁\編輯于星期二截至2003年，我國鋪設(shè)無縫線路已達(dá)39158km，占正線延長的45％，鋪設(shè)無縫線路地區(qū)最大軌溫幅度100.5℃，鋪設(shè)無縫線路最小曲線半徑正線為400m、站線為350m，總長超過1000m的橋梁已有15座鋪設(shè)無縫線路，總長超過200m的橋梁已有一百數(shù)十座鋪設(shè)無縫線路，鋪設(shè)無縫線路最大坡道線路上為20‰、高架橋上為28‰?，F(xiàn)在是4頁\一共有230頁\編輯于星期二從理論上說，無縫線路的長度可以是無限長，但實(shí)際上，由于理論計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)備及施工、養(yǎng)護(hù)技術(shù)地限制，無縫線路地軌條長度是逐步加長的。無縫線路的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段：普通無縫線路：無縫線路的軌條長度不長，考慮自動(dòng)閉塞區(qū)段絕緣接頭的設(shè)置、橋梁、隧道、道岔銜接及施工養(yǎng)護(hù)維修的方便，其長軌長度一般為1－2km，兩端鋪2-4對(duì)標(biāo)準(zhǔn)軌組成的“緩沖區(qū)”。區(qū)間無縫線路：隨著膠接絕緣接頭技術(shù)的推廣應(yīng)用及無縫線路施工技術(shù)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1-2km的長軌條延長，使長軌長度達(dá)到或接近兩個(gè)車站之間的長度。現(xiàn)在是5頁\一共有230頁\編輯于星期二長軌條標(biāo)準(zhǔn)長度鋼軌長軌條緩沖區(qū)現(xiàn)在是6頁\一共有230頁\編輯于星期二鋼軌膠接絕緣接頭剖面圖現(xiàn)在是7頁\一共有230頁\編輯于星期二線路上的鋼軌膠接絕緣接頭現(xiàn)在是8頁\一共有230頁\編輯于星期二無縫線路膠結(jié)絕緣接頭現(xiàn)在是9頁\一共有230頁\編輯于星期二跨區(qū)間無縫線路: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與車站道岔焊接在一起，成為跨區(qū)間無縫線路，是當(dāng)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140km，京滬上最長一段104km，此外長20～60km的無縫線路數(shù)量更多，據(jù)統(tǒng)計(jì)我國現(xiàn)有跨區(qū)間無縫線路的數(shù)量約7000km。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(qiáng)度、高韌性的膠接絕緣接頭成為推廣應(yīng)用超長無縫線路關(guān)鍵技術(shù)之一。現(xiàn)在是10頁\一共有230頁\編輯于星期二無縫道岔縱向力計(jì)算現(xiàn)在是11頁\一共有230頁\編輯于星期二無縫線路結(jié)構(gòu)的三種類型溫度應(yīng)力式。在運(yùn)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(yīng)力外，通常不放散溫度應(yīng)力，它有固定的鎖定軌溫；定期放散應(yīng)力式。為減小無縫線路的最大溫度應(yīng)力值，定期進(jìn)行應(yīng)力放散，通常每年春、秋季各放散一次，它有兩個(gè)鎖定軌溫；自動(dòng)放散應(yīng)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，允許長軌條隨著軌溫變化而伸縮，從而放散溫度應(yīng)力，它無固定的鎖定軌溫?，F(xiàn)在是12頁\一共有230頁\編輯于星期二目前全世廣泛應(yīng)用溫度應(yīng)力式無縫線路定期放散應(yīng)力和自動(dòng)放散應(yīng)力式無縫線路，曾在前蘇聯(lián)和我國沈陽、哈爾濱鐵路局試鋪，但因放散應(yīng)力需耗費(fèi)大量人力；而自動(dòng)放散應(yīng)力式則因放散應(yīng)力不均勻，且存在超伸超縮現(xiàn)象，因而早已廢棄不再使用?，F(xiàn)在是13頁\一共有230頁\編輯于星期二無縫線路結(jié)構(gòu)按照連接方式可分為兩類：用緩沖軌連接及用鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器連接。日本新干線上鋪設(shè)的無縫線路，每隔1.5km設(shè)置一組鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器，我國沈陽、哈爾濱鐵路局曾有40km無縫線路采用鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器連接，其優(yōu)點(diǎn)是必要時(shí)放散應(yīng)力及處理故障方便，但因設(shè)備投資費(fèi)用較高，在我國一般線路上不再大量使用，但大橋上鋪設(shè)無縫線路仍然廣泛應(yīng)用。采用緩沖軌連接的無縫線路可以是溫度應(yīng)力式，也可以是定期放散應(yīng)力式；同樣，采用鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器連接的無縫線路，可以是溫度應(yīng)力式也可以是放散應(yīng)力式，這在概念上應(yīng)加以區(qū)分?，F(xiàn)在是14頁\一共有230頁\編輯于星期二長軌條標(biāo)準(zhǔn)長度鋼軌長軌條緩沖區(qū)現(xiàn)在是15頁\一共有230頁\編輯于星期二現(xiàn)在是16頁\一共有230頁\編輯于星期二無縫線路的鋪設(shè)范圍由于無縫線路在嚴(yán)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(yīng)用受到限制。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(kuò)大鋪設(shè)范圍?，F(xiàn)在是17頁\一共有230頁\編輯于星期二最大軌溫差20世紀(jì)60～70年代，世界各國僅限于在最大軌溫差90℃以內(nèi)的地區(qū)鋪設(shè)無縫線路。目前已有一些國家突破了這一范圍，美國、加拿大、挪威、瑞典在最大軌溫差95℃地區(qū)，南聯(lián)盟在最大軌溫差100℃的地區(qū)鋪有無縫線路，俄羅斯在嚴(yán)寒、軌溫差很大的地區(qū)鋪設(shè)無縫線路取得重大突破，使用P65型鋼軌，焊接接頭全部采用接觸焊，已在西伯利亞最大軌溫差115℃、119℃地區(qū)的干線上鋪設(shè)無縫線路。莫斯科—列寧格勒鐵路全線通過軌溫差97℃的地區(qū)，鋪設(shè)P65型鋼軌、混凝土軌枕、無縫線路，目前該線旅客列車和貨物列車最高運(yùn)行速度分別達(dá)到200km/h和90km/h。現(xiàn)在是18頁\一共有230頁\編輯于星期二我國使用50kg/m鋼軌，在最大軌溫差97℃地區(qū)鋪設(shè)42.7km、100.5℃地區(qū)鋪設(shè)3km無縫線路。目前使用60kg/m鋼軌已在最大軌溫差97℃的地區(qū)廣泛鋪設(shè)無縫線路?，F(xiàn)在是19頁\一共有230頁\編輯于星期二最小曲線半徑過去大多數(shù)國家規(guī)定，容許鋪設(shè)無縫線路的最小曲線半徑為600m，但近年來突破了這一限制。歐美一些國家規(guī)定，在站線上容許在更小半徑曲線上鋪設(shè)無縫線路，美國鐵路已在站線R=170m曲線上鋪有無縫線路。俄羅斯技術(shù)規(guī)程規(guī)定，干線容許鋪設(shè)無縫線路的最小曲線半徑R=300m，早在1978年前蘇聯(lián)就在外高加索山區(qū)，在8處半徑R=300～400m曲線鋪設(shè)了無縫線路，有2處在最大軌溫差75℃地區(qū)，6處在92～97℃地區(qū)，行駛軸重23-25t電力機(jī)車，經(jīng)過10年運(yùn)營，發(fā)現(xiàn)與同樣半徑曲線地段普通線路相比，外股鋼軌的磨耗量減少?，F(xiàn)在是20頁\一共有230頁\編輯于星期二聯(lián)邦德國對(duì)小半徑地段鋪設(shè)無縫線路也進(jìn)行了研究，并把研究結(jié)果編入1987年再版的《聯(lián)邦德國鐵路標(biāo)準(zhǔn)軌距鐵路軌道規(guī)范》（OBV），規(guī)范規(guī)定使用不同類型、不同長度軌枕、不同道床斷面以及采取軌道結(jié)構(gòu)加強(qiáng)措施后鋪設(shè)無縫線路的最小曲線半徑。現(xiàn)在是21頁\一共有230頁\編輯于星期二現(xiàn)在是22頁\一共有230頁\編輯于星期二現(xiàn)在是23頁\一共有230頁\編輯于星期二采用加強(qiáng)軌道結(jié)構(gòu)的特殊措施采用加強(qiáng)軌道結(jié)構(gòu)的特殊措施可在更小半徑曲線上鋪設(shè)無縫線路，奧地利采用翼形軌枕；我國采用了防脹擋板?，F(xiàn)在是24頁\一共有230頁\編輯于星期二奧地利采用翼形軌枕現(xiàn)在是25頁\一共有230頁\編輯于星期二我國在大溫差、小半徑曲線上應(yīng)用的防脹擋板現(xiàn)在是26頁\一共有230頁\編輯于星期二最大坡道關(guān)于容許鋪設(shè)無縫線路的最大坡道，國外技術(shù)規(guī)定各異。俄羅斯在外高加索山區(qū)鐵路24‰的大坡道上，南聯(lián)盟在貝爾格萊德——巴爾線25‰的大坡道上鋪設(shè)了無縫線路。但也有一些國家對(duì)容許鋪設(shè)無縫線路的坡道加以限制，如：聯(lián)邦德國規(guī)定最大坡道，舊線不超過25‰，新線不超過12.5‰，波蘭、羅馬尼亞規(guī)定不超過12‰。我國對(duì)容許鋪設(shè)無縫線路的坡度原則上未作限制，但要求軌條全長在連續(xù)長大坡道及制動(dòng)區(qū)段上，以及行駛重載列車，必須采用防爬加強(qiáng)措施，實(shí)際上,早在1967年我國在川黔線涼風(fēng)埡隧道16.5‰的坡道上，近幾年又在隴海鐵路20‰的長大坡道上以及上海明珠線28‰的大坡道上鋪設(shè)了無縫線路。現(xiàn)在是27頁\一共有230頁\編輯于星期二6.2長鋼軌軸向溫度力

6.2.1完全約束的長鋼軌溫度力

現(xiàn)在是28頁\一共有230頁\編輯于星期二Ts-鋼軌鎖定軌溫，又稱零應(yīng)力軌溫（℃）

T-鋼軌計(jì)算溫度（℃）；高溫時(shí)，取當(dāng)?shù)貧鉁丶?0℃，低溫時(shí)取當(dāng)?shù)貧鉁?。長隧道內(nèi)，最高軌溫可按當(dāng)?shù)刈罡邭鉁赜?jì)?，F(xiàn)在是29頁\一共有230頁\編輯于星期二鋼軌伴隨軌溫變化的伸縮變形完全受到約束時(shí)，其溫度應(yīng)力僅僅與其軌溫變化幅度呈線性關(guān)系，而與鋼軌的長度無關(guān)。由此可見，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(huì)增加鋼軌應(yīng)力。溫度應(yīng)力式無縫線路工程技術(shù)正是建立在這個(gè)基本原理的基礎(chǔ)上?，F(xiàn)在是30頁\一共有230頁\編輯于星期二例6.1

鄭州地區(qū)Tmax=63℃，Tmin=－17.9℃，鎖定軌溫設(shè)計(jì)值Ts=25℃，鎖定軌溫變化范圍取25℃±5℃，即20~30℃，計(jì)算60kg/m鋼軌最大溫度壓力和拉力。解：最大溫升幅度max△T1=63.0－20.0=43.0℃最大溫降幅度max△T2=30.0－（－17.9）=47.9℃對(duì)于60kg/m鋼軌，最大溫度壓力：maxPt1=248max△T1F=248×43×77.45＝808.4kN最大溫度拉力：maxPt2=248max△T2F=248×47.9×77.45＝900.5kN現(xiàn)在是31頁\一共有230頁\編輯于星期二6.2.2設(shè)有緩沖區(qū)的長鋼軌溫度力

長鋼軌依賴無縫線路軌道的道床、扣件和接頭聯(lián)結(jié)零件阻止其隨軌溫變化而發(fā)生的伸縮，形成其溫度變形約束。軌道結(jié)構(gòu)對(duì)于長鋼軌伸縮變形的約束力就是道床縱向阻力、扣件縱向阻力和接頭阻力。設(shè)有緩沖區(qū)的長鋼軌溫度力，與線路縱向阻力約束的變化有明顯關(guān)系。一、長鋼軌的約束—線路縱向阻力

現(xiàn)在是32頁\一共有230頁\編輯于星期二A.道床縱向阻力

道床縱向阻力系指道床抵抗軌道框架（鋼軌和軌枕組裝而成，也稱軌排）縱向位移的阻力。處于正常狀態(tài)下的軌道，單根軌枕的道床縱向阻力隨著位移的增大而增加，當(dāng)位移達(dá)到一定量值后，軌枕盒的道碴顆粒之間的嚙合被破壞，即使位移繼續(xù)增加，阻力也不再增大。道床縱向阻力與道床密實(shí)度的關(guān)系最為顯著，此外還與道碴粒徑、材質(zhì)、道床斷面、搗固質(zhì)量及臟污程度有關(guān)。道床在清篩松動(dòng)后縱向阻力明顯下降，隨著運(yùn)營時(shí)間的推移，可逐漸恢復(fù)正常量值?，F(xiàn)在是33頁\一共有230頁\編輯于星期二鋼軌的移動(dòng)方向道床縱向阻力現(xiàn)在是34頁\一共有230頁\編輯于星期二設(shè)單根軌枕的道床縱向阻力QL(N)，則一股鋼軌下單位長度道床的縱向阻力p=QL/2a(N/cm)，a表示軌枕間距(cm)。圖6-2單根軌枕的道床縱向阻力與位移的關(guān)系曲線現(xiàn)在是35頁\一共有230頁\編輯于星期二現(xiàn)在是36頁\一共有230頁\編輯于星期二現(xiàn)在是37頁\一共有230頁\編輯于星期二現(xiàn)在是38頁\一共有230頁\編輯于星期二現(xiàn)在是39頁\一共有230頁\編輯于星期二現(xiàn)在是40頁\一共有230頁\編輯于星期二B.扣件阻力

扣件阻力是指中間扣件及防爬器抵抗鋼軌相對(duì)于軌枕沿線路縱向移動(dòng)的阻力。為使鋼軌與軌枕牢固扣著形成軌道框架，有效地約束軌道的溫度伸縮位移，在一般情況下，中間扣件阻力必須大于道床阻力。試驗(yàn)表明，扣件阻力隨鋼軌縱向位移的增加而增大，并與扣件的類型及其扣壓力有關(guān)，如圖6-3所示。現(xiàn)在是41頁\一共有230頁\編輯于星期二現(xiàn)在是42頁\一共有230頁\編輯于星期二2.0Ⅱ型150N·mⅠ型150N·m扣件阻力（kN/組）1.51.00.500.51.01.52.0f(mm)Ⅲ型圖6-3扣件阻力圖現(xiàn)在是43頁\一共有230頁\編輯于星期二現(xiàn)在是44頁\一共有230頁\編輯于星期二現(xiàn)在是45頁\一共有230頁\編輯于星期二C.接頭阻力

接頭阻力是長鋼軌兩端的接頭夾板阻止鋼軌伸縮(縱向位移)的阻力，是通過擰緊接頭螺帽實(shí)現(xiàn)的?！盾壍涝O(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，無縫線路接頭螺栓扭矩不應(yīng)低于900N·m，接頭阻力采用400kN。并規(guī)定，正線軌道鋼軌接頭螺栓應(yīng)采用10.9級(jí)及以上高強(qiáng)接頭螺栓；站線軌道應(yīng)采用8.8級(jí)及以上高強(qiáng)接頭螺栓。圖6-4展示了鋼軌接頭阻力與鋼軌位移的關(guān)系。由圖可知，接頭阻力對(duì)于鋼軌伸縮位移的約束限制有一個(gè)上限值，鋼軌溫度作用力超過接頭阻力之后，隨著軌溫變化幅度的增長其軌端伸縮位移增加，直至鋼軌接頭的構(gòu)造軌縫功能終結(jié)，鋼軌伸縮位移方才終止?，F(xiàn)在是46頁\一共有230頁\編輯于星期二現(xiàn)在是47頁\一共有230頁\編輯于星期二現(xiàn)在是48頁\一共有230頁\編輯于星期二圖6-4鋼軌接頭阻力與鋼軌位移關(guān)系曲線

扭矩700N·m現(xiàn)在是49頁\一共有230頁\編輯于星期二二、設(shè)置有緩沖區(qū)的長鋼軌溫度力分布

設(shè)置有緩沖區(qū)的長鋼軌，受到接頭阻力和道床縱向阻力的約束。若長鋼軌的溫度力超過了約束其變形的線路阻力，便發(fā)生伸縮位移，并伴隨有鋼軌溫度力的釋放，形成梯形狀的鋼軌溫度力分布。如圖6-5，橫坐標(biāo)表示長鋼軌的長度，縱坐標(biāo)表示鋼軌溫度力Pt

現(xiàn)在是50頁\一共有230頁\編輯于星期二伸縮區(qū)固定區(qū)伸縮區(qū)Pt（以壓為正）圖6-5鋼軌溫度力縱向分布圖

現(xiàn)在是51頁\一共有230頁\編輯于星期二Pt正向指向下方表示鋼軌壓力，長鋼軌溫度力Pt小于接頭阻力Rj時(shí)，Pt呈矩形分布。當(dāng)

Pt＞Rj時(shí)，鋼軌溫度力Pt呈梯形分布。其梯形斜邊的斜度為ｐ（單位長度道床縱向阻力值）。當(dāng)軌溫變化幅度△T到達(dá)最大值

max△T，Pt的最大值maxPt為（6-8）現(xiàn)在是52頁\一共有230頁\編輯于星期二在圖6-5中，梯形兩端上部的陰影部分是伴隨鋼軌收縮而釋放的溫度力。在設(shè)計(jì)中，稱L長度范圍為伸縮區(qū)，該區(qū)域內(nèi)，鋼軌有縱向位移發(fā)生。長鋼軌中部無鋼軌位移發(fā)生的區(qū)域稱為固定區(qū)。伸縮區(qū)L由下式計(jì)算:Rj-鋼軌接頭阻力（N）p-單位長度道床縱向阻力（N/cm每軌）max△T-最大軌溫變化幅度（℃）現(xiàn)在是53頁\一共有230頁\編輯于星期二6.3無縫線路軌道穩(wěn)定性計(jì)算

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，甚至引發(fā)列車脫軌事故。因此，無縫線路軌道穩(wěn)定性成為鐵路運(yùn)輸業(yè)普遍關(guān)注的問題之一。6.3.1無縫線路軌道穩(wěn)定性概念

現(xiàn)在是54頁\一共有230頁\編輯于星期二無縫線路軌道穩(wěn)定性主要研究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(duì)軌道及其運(yùn)營環(huán)境條件，確定相應(yīng)的軌溫變化幅度及橫向變形位移容許值，制定相應(yīng)的軌道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及線路維修標(biāo)準(zhǔn)。無縫線路軌道在橫向受到道床的約束，由于鋼軌制造、線路維修、軌溫變化及列車運(yùn)行等原因，導(dǎo)致軌道方向不良，即存在所謂的“軌道原始彎曲”。在上述條件下，無縫線路軌道的橫向位移f與鋼軌溫升幅度△T之間存在著如圖（6-8）的關(guān)系?，F(xiàn)在是55頁\一共有230頁\編輯于星期二道床橫向阻力現(xiàn)在是56頁\一共有230頁\編輯于星期二△T△TA△TB△TSf+f0f0圖6-8軌道橫向位移與鋼軌溫升幅度關(guān)系曲線現(xiàn)在是57頁\一共有230頁\編輯于星期二f0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(gè)階段:第一階段:O’→A：軌溫上升，因軌道橫向位移受到道床的約束，軌道保持原始彎曲的狀態(tài)，橫向位移不發(fā)生增長。第二階段:A→B：軌道隨鋼軌溫升發(fā)生橫向位移，軌道的彎曲矢度進(jìn)一步擴(kuò)大，習(xí)慣稱為脹軌階段。第三階段:B→C（經(jīng)過S點(diǎn)）：鋼軌溫升超過△TB之后，軌道將發(fā)生突發(fā)性橫移，即位移驟然擴(kuò)大，并可能伴隨有輕微響聲，習(xí)慣稱為跑道。現(xiàn)在是58頁\一共有230頁\編輯于星期二無縫線路脹軌跑道后的軌道狀態(tài)

現(xiàn)在是59頁\一共有230頁\編輯于星期二在普遍的力學(xué)原理中，對(duì)于存在原始彎曲（初始缺陷）的受壓桿件，其受力平衡狀態(tài)曲線有如圖（6-9）所示的形狀，極值點(diǎn)B對(duì)應(yīng)著壓桿失穩(wěn)。從實(shí)用的觀點(diǎn)出發(fā)，各國鐵路工程界趨向于采取以下兩個(gè)穩(wěn)定性判別準(zhǔn)則來處理無縫線路穩(wěn)定性問題:安全溫升法、極限狀態(tài)法現(xiàn)在是60頁\一共有230頁\編輯于星期二圖6-9受壓桿件受力平衡狀態(tài)曲線現(xiàn)在是61頁\一共有230頁\編輯于星期二（1）安全溫升法前蘇聯(lián)米辛柯（MИШeHko）﹑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(shè)計(jì)的取值，△TS稱為安全溫升，如圖6-9所示。以安全溫升判別無縫線路穩(wěn)定性，其主要出發(fā)點(diǎn)是：當(dāng)鋼軌溫升幅值小于△TS時(shí)，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(kuò)展到何等程度，其軸向溫度壓力不會(huì)超過B點(diǎn)，線路也不會(huì)發(fā)生脹軌跑道。現(xiàn)在是62頁\一共有230頁\編輯于星期二（2）極限狀態(tài)法

我國鐵道部頒布的統(tǒng)一無縫線路穩(wěn)定性計(jì)算公式規(guī)定，由鋼軌溫升所引起的軌道橫向位移最大值不得超過2mm，該值所對(duì)應(yīng)的鋼軌溫升幅度為容許溫升幅度△TN，如圖6-9所示。其主要出發(fā)點(diǎn)是：軌道橫向位移超過2mm時(shí)，將易于形成軌道橫向變形積累，增大鋼軌彎曲矢度，逐漸降低無縫線路的穩(wěn)定性，最后導(dǎo)致無縫線路脹軌跑道?，F(xiàn)在是63頁\一共有230頁\編輯于星期二6.3.2影響無縫線路穩(wěn)定性的因素

試驗(yàn)研究及運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)表明，影響無縫線路穩(wěn)定性的主要因素有：鋼軌的溫升幅度、軌道原始不平順、道床橫向阻力以及軌道框架剛度等。前兩項(xiàng)是促使無縫線路軌道失穩(wěn)的因素，后兩項(xiàng)是保持穩(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(duì)無縫線路軌道穩(wěn)定性影響較小?，F(xiàn)在是64頁\一共有230頁\編輯于星期二一、鋼軌的溫升幅度

鋼軌的溫升幅度是鋼軌相對(duì)于鎖定溫度的軌溫升高值。已如上述，隨著軌溫的升高，長鋼軌不斷積累的溫度壓力超過某個(gè)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，危及行車安全。鋼軌溫升幅度的增長是無縫線路喪失穩(wěn)定的最關(guān)鍵因素?，F(xiàn)在是65頁\一共有230頁\編輯于星期二二、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(yīng)力狀態(tài)下固有的方向不平順。鋼軌的焊接、制造、運(yùn)輸以及養(yǎng)護(hù)維修等作業(yè)過程中的不良后果，都可導(dǎo)致軌道的原始彎曲。軌道原始彎曲通常包括塑性原始彎曲和彈性原始彎曲。塑性原始彎曲是鋼軌在軋制、運(yùn)輸、焊接和鋪設(shè)過程中形成的塑性變形，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(fù)作用下產(chǎn)生的，鋼軌彈性原始彎曲的特點(diǎn)是積蓄有彈性形變位能?，F(xiàn)在是66頁\一共有230頁\編輯于星期二現(xiàn)在是67頁\一共有230頁\編輯于星期二現(xiàn)在是68頁\一共有230頁\編輯于星期二軌道的原始彎曲呈現(xiàn)有各種形狀，有單波形，也有多波形。根據(jù)我國鐵路軌道的現(xiàn)場觀測，多為單波形，多波形出現(xiàn)的概率較小，故彈性原始彎曲的變形曲線形式可近似采用正弦函數(shù)描述，如圖6-10(a)所示，其坐標(biāo)公式為：現(xiàn)在是69頁\一共有230頁\編輯于星期二圖6-10（a）軌道彈性原始彎曲變形曲線現(xiàn)在是70頁\一共有230頁\編輯于星期二塑性原始彎曲可采用圓曲線描述，如圖6-10（b）所示，并以下列近似坐標(biāo)公式計(jì)算：現(xiàn)在是71頁\一共有230頁\編輯于星期二圖6-10（b）軌道塑性原始彎曲變形曲線fop現(xiàn)在是72頁\一共有230頁\編輯于星期二由塑性原始彎曲和彈性原始彎曲所組成的原始彎曲如圖6-10（c）所示。圖6-10（c）軌道彈性彎曲和

塑性原始彎曲之和變形曲線現(xiàn)在是73頁\一共有230頁\編輯于星期二當(dāng)foe及l(fā)兩個(gè)參數(shù)確定后，彈性原始彎曲的形狀便得以確定。原始彎曲是軌道實(shí)際存在的一種幾何狀態(tài)，其特征參數(shù)foe及l(fā)可以通過調(diào)查觀測由數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法加以確定。由于foe及l(fā)是相互對(duì)應(yīng)相互依存的，故而必須同時(shí)調(diào)查l對(duì)應(yīng)的foe。調(diào)查研究和工程經(jīng)驗(yàn)表明，采用比值foe/l2可反映軌道原始彈性彎曲形狀的基本特征。塑性原始彎曲也可采用同樣的統(tǒng)計(jì)方法?；谶@一思想，在后續(xù)的理論分析中，比值foe/l2及Rop將視為一個(gè)定值。根據(jù)無縫線路現(xiàn)場觀測和統(tǒng)計(jì)分析，軌道原始彎曲特征可取fo/l2=2.103×10-6（cm-1），fop/l2占fo/l2的83%。現(xiàn)在是74頁\一共有230頁\編輯于星期二三、道床橫向阻力

道床抵抗軌道框架橫向位移的阻力稱為道床橫向阻力，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(yàn)表明，在穩(wěn)定軌道框架的因素中，道床的貢獻(xiàn)約為65%，鋼軌約為25%，扣件約為10%。道床橫向阻力的構(gòu)成是：道床肩部的阻力占20～30%，軌枕兩側(cè)占20～30%，軌枕底部占50%。為使道床橫向阻力達(dá)到設(shè)計(jì)要求，不僅要求道床斷面符合標(biāo)準(zhǔn)尺寸，還應(yīng)搗固緊密，其道床密實(shí)度應(yīng)達(dá)到1700kg/m3?，F(xiàn)在是75頁\一共有230頁\編輯于星期二道床對(duì)每根軌枕的橫向阻力Q0，可用試驗(yàn)方法獲得。試驗(yàn)表明Q0與軌枕橫向位移f呈非線性關(guān)系，如圖6-11所示。道床橫向阻力Q0與軌枕類型、道床斷面尺寸、道碴材料及其密實(shí)度有關(guān)。由圖6-11可見，混凝土寬軌枕線路橫向道床阻力最高，混凝土軌枕線路次之，木枕線路最低?，F(xiàn)在是76頁\一共有230頁\編輯于星期二木枕混凝土枕混凝土寬枕阻力KN/根f(mm)圖6-11道床阻力與橫向位移的關(guān)系現(xiàn)在是77頁\一共有230頁\編輯于星期二根據(jù)美國和英國鐵路的試驗(yàn)研究，在同類軌道的條件下，經(jīng)過長期運(yùn)營密實(shí)穩(wěn)定的道床橫向阻力最大，機(jī)械搗固后阻力顯著減小。密實(shí)道床的阻力—位移曲線，在起始階段，阻力隨位移增長，超過橫向阻力頂點(diǎn)后，道床即遭破壞，阻力顯著下降。松軟的道床，其阻力最低，當(dāng)阻力達(dá)到較大量值后，將維持緩慢增長的趨勢，如圖6-12所示?，F(xiàn)在是78頁\一共有230頁\編輯于星期二軌枕橫向位移道床橫向阻力WEAKSTRONGMEDIUM圖6-12阻力位移曲線現(xiàn)在是79頁\一共有230頁\編輯于星期二現(xiàn)在是80頁\一共有230頁\編輯于星期二現(xiàn)在是81頁\一共有230頁\編輯于星期二現(xiàn)在是82頁\一共有230頁\編輯于星期二現(xiàn)在是83頁\一共有230頁\編輯于星期二現(xiàn)在是84頁\一共有230頁\編輯于星期二現(xiàn)在是85頁\一共有230頁\編輯于星期二現(xiàn)在是86頁\一共有230頁\編輯于星期二道床肩寬對(duì)于道床橫向阻力有一定的影響，軌枕橫移將擠動(dòng)碴肩的道碴棱體，形成破裂面，如圖6-13所示。碴肩的寬度必須覆蓋這一破裂面，以保證具有較大的阻力。破裂面的頂寬用下式計(jì)算：現(xiàn)在是87頁\一共有230頁\編輯于星期二H軌枕端部高度450+φ/2Cbb’BA圖6-13道床寬度對(duì)阻力的影響現(xiàn)在是88頁\一共有230頁\編輯于星期二據(jù)有關(guān)測試比較，與300cm的肩寬相比，肩寬增加到500cm時(shí)，阻力值可增加16℅，若再加寬，阻力將不再增加。日本鐵路認(rèn)為，碴肩寬度超過40～60cm的道床，橫向阻力將不再增加。因此，有關(guān)國家對(duì)碴肩寬度規(guī)定了限值：美國為50cm；日本為55cm；前蘇聯(lián)為45cm；我國普通線路為3cm，無縫線路為40～50cm?，F(xiàn)在是89頁\一共有230頁\編輯于星期二國內(nèi)外的試驗(yàn)表明，道床肩部堆高可提高道床橫向阻力。碴肩堆高比碴肩加寬效果更明顯，并可節(jié)約道碴。這項(xiàng)措施為國內(nèi)外無縫線路廣泛采用。我國鐵路碴肩一般堆高15cm；法國鐵路堆高10cm，呈三角形，阻力值增加10%～15%；日本鐵路堆高10cm，呈三角形，每根軌枕的橫向阻力由6000～7000N提高到10000N；英國和法國的碴肩堆高已列為無縫線路道床斷面標(biāo)準(zhǔn)。英國還規(guī)定：凡半徑小于800m的曲線，肩寬35～60cm，并堆高碴肩?，F(xiàn)在是90頁\一共有230頁\編輯于星期二現(xiàn)在是91頁\一共有230頁\編輯于星期二標(biāo)準(zhǔn)道床對(duì)每根軌枕的橫向阻力Q0（N）與道床單位橫向阻力（N/cm）有下列關(guān)系：通過試驗(yàn)研究，可得出q與軌道橫向位移f的如下關(guān)系式：現(xiàn)在是92頁\一共有230頁\編輯于星期二道床橫向阻力初始值及參數(shù)現(xiàn)在是93頁\一共有230頁\編輯于星期二四、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。軌道框架剛度越大，抵抗橫向彎曲變形的能力就越強(qiáng)。軌道框架剛度是兩股鋼軌的橫向水平剛度及鋼軌與軌枕節(jié)點(diǎn)間的阻矩抵抗橫向彎曲能力的總和。軌道框架的水平剛度可取為：

現(xiàn)在是94頁\一共有230頁\編輯于星期二6.3.3計(jì)算模型及其求解如前所述，無縫線路軌道出現(xiàn)的原始彎曲大多數(shù)是單波形的，如圖6-14所示。軌道原始不平順的總長度以l0表示，隨著鋼軌軸向壓力的增長，其中l(wèi)長度范圍內(nèi)將發(fā)生新的橫向位移增量，并以虛線表示，其位移變形矢度為f，與之對(duì)應(yīng)的原始彎曲矢度為f0，線路曲率半徑R所對(duì)應(yīng)的矢度是fr。根據(jù)力學(xué)分析原理可取出l長度范圍的一段軌道作為脫離體，分析無縫線路軌道穩(wěn)定性，于是得到如圖6-15所示的力學(xué)計(jì)算模型，并建立下列基本假定：（1）計(jì)算模型的建立現(xiàn)在是95頁\一共有230頁\編輯于星期二圖6-14現(xiàn)在是96頁\一共有230頁\編輯于星期二圖6-15現(xiàn)在是97頁\一共有230頁\編輯于星期二1.視軌道為置于道床介質(zhì)中的壓桿，其原始彎曲由彈性原始彎曲yoe及塑性原始彎曲yop兩部分組成（見圖6-16），其中：現(xiàn)在是98頁\一共有230頁\編輯于星期二圖6-16現(xiàn)在是99頁\一共有230頁\編輯于星期二2.對(duì)于半徑為R的圓曲線軌道有坐標(biāo)公式：考慮原始塑性彎曲的圓曲線，其合成曲率為：現(xiàn)在是100頁\一共有230頁\編輯于星期二3.道床單位橫向阻力q/(N/cm)與軌道的橫向位移有下列關(guān)系：現(xiàn)在是101頁\一共有230頁\編輯于星期二4.由軌溫變化引起的軌道橫向位移為：5.扣件的結(jié)點(diǎn)阻矩對(duì)軌道橫向彎曲剛度的影響用β表示，軌道橫向剛度表示為βEJ，其中EJ是兩根鋼軌的橫向水平剛度。現(xiàn)在是102頁\一共有230頁\編輯于星期二（2）計(jì)算模型求解無縫線路軌道穩(wěn)定性屬于不精確求解的力學(xué)命題，通常運(yùn)用勢能法求解。由勢能駐值原理可知，結(jié)構(gòu)體系處于平衡狀態(tài)時(shí)其勢能取駐值。無縫線路軌道穩(wěn)定性問題的求解，可以在假定軌道橫向變形形狀的基礎(chǔ)上，計(jì)算出軌道結(jié)構(gòu)體系在鋼軌溫度壓力作用下的勢能，從而將勢能表達(dá)成為位移參數(shù)的函數(shù)?，F(xiàn)在是103頁\一共有230頁\編輯于星期二由上述基本假定可知，軌道橫向變形位移函數(shù)yf可以通過位移參數(shù)f來表示。設(shè)軌道的總勢能為Π，并表示為位移參數(shù)f的函數(shù)Π(f)。根據(jù)勢能駐值原理，軌道結(jié)構(gòu)體系的力學(xué)平衡方程為：現(xiàn)在是104頁\一共有230頁\編輯于星期二軌道結(jié)構(gòu)的總勢能Π由三部分能量組成：現(xiàn)在是105頁\一共有230頁\編輯于星期二6-306-33現(xiàn)在是106頁\一共有230頁\編輯于星期二現(xiàn)在是107頁\一共有230頁\編輯于星期二現(xiàn)在是108頁\一共有230頁\編輯于星期二式（6-30）及（6-33）稱為改進(jìn)的無縫線路穩(wěn)定性統(tǒng)一計(jì)算公式，它完善了我國1978年鐵道部發(fā)布的無縫線路穩(wěn)定性統(tǒng)一計(jì)算公式。改進(jìn)的無縫線路穩(wěn)定性統(tǒng)一計(jì)算公式納入鐵道部《鐵路軌道設(shè)計(jì)規(guī)范》、《京滬高速鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定》、《新建時(shí)速200km客貨共線鐵路設(shè)計(jì)暫時(shí)規(guī)定》以及《秦沈客運(yùn)專線跨區(qū)間無縫線路暫行規(guī)定》等設(shè)計(jì)規(guī)范，廣泛應(yīng)用于鐵路工程設(shè)計(jì)?，F(xiàn)在是109頁\一共有230頁\編輯于星期二6.3.4無縫線路軌道穩(wěn)定性計(jì)算例題現(xiàn)在是110頁\一共有230頁\編輯于星期二現(xiàn)在是111頁\一共有230頁\編輯于星期二現(xiàn)在是112頁\一共有230頁\編輯于星期二現(xiàn)在是113頁\一共有230頁\編輯于星期二現(xiàn)在是114頁\一共有230頁\編輯于星期二6.4路基上的無縫線路軌道設(shè)計(jì)1.根據(jù)鐵路軌道設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定，Ⅰ、Ⅱ級(jí)鐵路采用60kg/m及以上等級(jí)鋼軌時(shí)，應(yīng)按無縫線路軌道設(shè)計(jì)；旅客列車設(shè)計(jì)行車速度為200km/h時(shí)，應(yīng)按跨區(qū)間無縫線路設(shè)計(jì)；采用50kg/m鋼軌時(shí)，宜按無縫線路設(shè)計(jì)。6.4.1一般規(guī)定

現(xiàn)在是115頁\一共有230頁\編輯于星期二2.無縫線路軌道長鋼條及緩沖區(qū)鋼軌的接頭夾板聯(lián)結(jié)應(yīng)采用高強(qiáng)度螺栓。3.鋪設(shè)無縫線路軌道的曲線半徑不宜小于400m；半徑小于400m的曲線地段，應(yīng)采取措施增大道床橫向阻力，并進(jìn)行無縫線路特殊設(shè)計(jì)。4.無縫線路的容許鋪設(shè)線路坡度，原則上不作限制，但軌條全長位于連續(xù)長大下坡道、制動(dòng)坡段及行駛重載列車坡段，應(yīng)采取加強(qiáng)措施。5.橋梁上的無縫線路設(shè)計(jì)應(yīng)按《新建鐵路橋上無縫線路設(shè)計(jì)規(guī)定》的有關(guān)條文實(shí)施。現(xiàn)在是116頁\一共有230頁\編輯于星期二6.4.2設(shè)計(jì)參數(shù)1.最高軌溫應(yīng)按當(dāng)?shù)貧v年最高氣溫加20℃計(jì)，長隧道內(nèi)最高軌溫可按當(dāng)?shù)貧v年最高氣溫計(jì)。最低軌溫按當(dāng)?shù)貧v年最低氣溫計(jì)。各地區(qū)歷年最高、最低氣溫見附錄A現(xiàn)在是117頁\一共有230頁\編輯于星期二2.扣件及有碴道床的設(shè)計(jì)參數(shù)應(yīng)滿足下列要求：①正線上的無縫線路軌道緩沖區(qū)鋼軌接頭螺栓應(yīng)采取10.9級(jí)高強(qiáng)度接頭螺栓，螺母應(yīng)采用10級(jí)高強(qiáng)螺母，墊圈應(yīng)采用單層彈簧墊圈；②接頭螺栓扭矩不應(yīng)小于900N·m，接頭阻力應(yīng)采用400kN；③彈條扣件每個(gè)節(jié)點(diǎn)的縱向阻力Qj按（6－7）式計(jì)算；④有碴軌道結(jié)構(gòu)的扣件縱向阻力應(yīng)大于道床縱向阻力，但橋上小阻力扣件除外；⑤有碴軌道道床穩(wěn)定狀態(tài)的主要參數(shù)不應(yīng)低于表6－10的規(guī)定值現(xiàn)在是118頁\一共有230頁\編輯于星期二現(xiàn)在是119頁\一共有230頁\編輯于星期二路基上的無縫線路軌道設(shè)計(jì)的內(nèi)容容許軌溫變化幅度計(jì)算，無縫線路軌道的容許軌溫變化幅度，包括容許溫升、容許溫降變化幅度。設(shè)計(jì)鎖定軌溫確定，無縫線路設(shè)計(jì)鎖定軌溫應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀筚Y料，無縫線路軌道的容許溫升、容許溫降，并考慮一定的修正量計(jì)算確定。伸縮區(qū)長度計(jì)算

緩沖區(qū)預(yù)留軌縫計(jì)算

長軌條布置

現(xiàn)在是120頁\一共有230頁\編輯于星期二6.4.3容許軌溫變化幅度計(jì)算無縫線路軌道的容許軌溫變化幅度，包括容許溫升、容許溫降變化幅度。容許溫升變化幅度由無縫線路軌道穩(wěn)定性及鋼軌受壓強(qiáng)度兩個(gè)條件控制，設(shè)計(jì)中應(yīng)采取其不利值；容許溫降幅度由鋼軌受拉強(qiáng)度條件控制?，F(xiàn)在是121頁\一共有230頁\編輯于星期二（1）由軌道穩(wěn)定性條件計(jì)算容許溫升幅度按下式由軌道穩(wěn)定性計(jì)算容許溫升：E-鋼軌鋼彈性模量F-鋼軌橫截面積α-鋼軌鋼線膨脹系數(shù)[P]-無縫線路軌道穩(wěn)定性容許溫度壓力：[P]=P/k現(xiàn)在是122頁\一共有230頁\編輯于星期二（2）由鋼軌強(qiáng)度條件計(jì)算容許溫升、溫降幅度不失一般性，列出由鋼軌強(qiáng)度確定容許溫降的計(jì)算式：現(xiàn)在是123頁\一共有230頁\編輯于星期二鎖定溫度度量無縫線路所受溫度力的大小，常以它在鎖定時(shí)測定的軌溫為基準(zhǔn)，此時(shí)無縫線路的應(yīng)力為零，因此國內(nèi)外文獻(xiàn)把無縫線路處于零應(yīng)力狀態(tài)測得的軌溫定義為鎖定溫度。分為：設(shè)計(jì)鎖定軌溫、實(shí)際鎖定軌溫。6.4.4設(shè)計(jì)鎖定軌溫確定現(xiàn)在是124頁\一共有230頁\編輯于星期二設(shè)計(jì)鎖定軌溫?zé)o縫線路設(shè)計(jì)鎖定軌溫的確定，既要保證高溫下無縫線路狀態(tài)的穩(wěn)定，又要保證低溫下鋼軌及緩沖區(qū)接頭螺栓不被拉斷，按此進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算、強(qiáng)度計(jì)算及緩沖區(qū)軌縫計(jì)算，求得允許溫升和允許溫降，從而確定設(shè)計(jì)鎖定軌溫及其上、下限。現(xiàn)在是125頁\一共有230頁\編輯于星期二最高軌溫最低軌溫允許溫升鎖定軌溫上限下限允許溫降現(xiàn)在是126頁\一共有230頁\編輯于星期二現(xiàn)在是127頁\一共有230頁\編輯于星期二實(shí)際鎖定軌溫現(xiàn)在是128頁\一共有230頁\編輯于星期二此外，設(shè)計(jì)鎖定軌溫還應(yīng)滿足下列規(guī)定：跨區(qū)間無縫線路和區(qū)間無縫線路，相鄰單元軌節(jié)的鎖定軌溫之差不應(yīng)大于5℃；同一區(qū)間單元軌節(jié)的最大鎖定軌溫與最低鎖定軌溫之差不應(yīng)大于10℃；左右兩股鋼軌鎖定軌溫之差，行車速度高于160km/h時(shí)不應(yīng)大于3℃，160km/h及以下時(shí)，不應(yīng)大于5℃?，F(xiàn)在是129頁\一共有230頁\編輯于星期二6.4.5伸縮區(qū)長度計(jì)算伸縮區(qū)長度L（m）由下式計(jì)算：根據(jù)我國的運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)，在設(shè)計(jì)中伸縮區(qū)的長度宜按100m計(jì)?，F(xiàn)在是130頁\一共有230頁\編輯于星期二6.4.6緩沖區(qū)預(yù)留軌縫計(jì)算無縫線路緩沖區(qū)宜設(shè)置2~4對(duì)緩沖軌，緩沖軌采用普通標(biāo)準(zhǔn)長度鋼軌，緩沖區(qū)構(gòu)造如圖6－17所示。其中部如設(shè)有膠接絕緣接頭，相鄰緩沖軌之間的軌縫△1應(yīng)保持不變，其值宜為8～10mm。需要計(jì)算的預(yù)留軌縫應(yīng)為長軌條與緩沖軌之間的軌縫△。預(yù)留軌縫應(yīng)保證在最高軌溫時(shí)兩軌端不頂緊（其軌縫大于或等于零），在最低軌溫時(shí)軌縫不應(yīng)超過構(gòu)造軌縫（18mm），以使螺栓不受彎剪作用。對(duì)于普通無縫線路、區(qū)間無縫線路及跨區(qū)間無縫線路均應(yīng)計(jì)算緩沖區(qū)預(yù)留軌縫?，F(xiàn)在是131頁\一共有230頁\編輯于星期二圖6－17緩沖區(qū)示意圖現(xiàn)在是132頁\一共有230頁\編輯于星期二（1）軌端伸縮量計(jì)算（以長鋼軌伸長量為例進(jìn)行說明）圖6－18為最高軌溫條件下長鋼軌溫度力分布，取長軌條左端伸縮區(qū)分析其伸長量。由于長鋼軌受到不完全約束，伸縮區(qū)長度L范圍內(nèi)鋼軌溫度力的釋放導(dǎo)致了長軌條端部的伸長。梯形部分是積蓄在鋼軌內(nèi)部的溫度力，而梯形肩部上的三角形部分是被釋放的鋼軌溫度力。1.長軌端伸縮量計(jì)算現(xiàn)在是133頁\一共有230頁\編輯于星期二圖6－18積蓄在鋼軌內(nèi)部的溫度力被釋放的鋼軌溫度力現(xiàn)在是134頁\一共有230頁\編輯于星期二取L范圍內(nèi)某一鋼軌微分段dx，設(shè)單位長度道床縱向阻力為p，微分段dx所釋放的鋼軌溫度力為px，若鋼軌的斷面積為F，鋼軌彈性模量為E，則釋放的溫度應(yīng)力為：現(xiàn)在是135頁\一共有230頁\編輯于星期二由（6－40）式可知，長軌端伸長量等于長鋼軌溫度力圖所釋放的面積除以EF。(6-40)現(xiàn)在是136頁\一共有230頁\編輯于星期二基于以上的分析，緩沖軌一端的伸長量可通過其溫度力圖釋放的面積除以EF來計(jì)算。緩沖軌長度較小，在最高軌溫時(shí)形成如圖6－19所示的溫度力圖，其一端釋放的溫度力圖面積為S，則對(duì)應(yīng)的伸長量λ2為：2.緩沖軌伸縮量計(jì)算現(xiàn)在是137頁\一共有230頁\編輯于星期二圖6－19現(xiàn)在是138頁\一共有230頁\編輯于星期二（2）緩沖區(qū)預(yù)留軌縫計(jì)算緩沖區(qū)內(nèi)的軌縫△1按常規(guī)線路軌縫設(shè)置。緩沖區(qū)標(biāo)準(zhǔn)軌與長軌之間的軌縫必須進(jìn)行單獨(dú)設(shè)計(jì)。其軌縫值（mm）應(yīng)滿足：現(xiàn)在是139頁\一共有230頁\編輯于星期二現(xiàn)在是140頁\一共有230頁\編輯于星期二（3）緩沖區(qū)預(yù)留軌縫計(jì)算例題現(xiàn)在是141頁\一共有230頁\編輯于星期二現(xiàn)在是142頁\一共有230頁\編輯于星期二現(xiàn)在是143頁\一共有230頁\編輯于星期二現(xiàn)在是144頁\一共有230頁\編輯于星期二現(xiàn)在是145頁\一共有230頁\編輯于星期二現(xiàn)在是146頁\一共有230頁\編輯于星期二6.4.7長軌條布置1）長軌條長度不應(yīng)小于200m；2）下列地段宜單獨(dú)布置長軌條，并在其兩端設(shè)置緩沖區(qū)：①站內(nèi)線路；②設(shè)有膠接絕緣接頭的每個(gè)自動(dòng)閉塞區(qū)間；③道岔與長軌條之間或兩段長軌條之間；④小半徑曲線鋼軌傷損嚴(yán)重的區(qū)段；⑤其他特殊地段。（1）普通無縫線路長軌條布置應(yīng)符合下列規(guī)定現(xiàn)在是147頁\一共有230頁\編輯于星期二3）長大隧道長軌條接頭宜設(shè)在距隧道口內(nèi)側(cè)50m處；隧道群的長軌條宜連續(xù)布置，每座隧道距離隧道口內(nèi)側(cè)50m范圍，應(yīng)按伸縮區(qū)要求加強(qiáng)鎖定；4）緩沖區(qū)宜設(shè)置2~4對(duì)同類型鋼軌;5）緩沖區(qū)和伸縮區(qū)不應(yīng)設(shè)置在寬度大于4.5m的道口上；橋上的伸縮區(qū)，長軌條接頭宜設(shè)在護(hù)軌梭頭范圍以外；現(xiàn)在是148頁\一共有230頁\編輯于星期二（2）跨區(qū)間無縫線路和區(qū)間無縫線路的長軌條布置應(yīng)滿足下列要求：1）跨區(qū)間無縫線路長軌條長度不受限制，區(qū)間無縫線路的長軌條長度應(yīng)以車站最外道岔間的距離減兩個(gè)緩沖區(qū)長度計(jì)算；2）長軌條由若干單元軌節(jié)組成。區(qū)間內(nèi)單元軌節(jié)長度宜為1000～2000m，最短不應(yīng)小于200m；每組無縫道岔應(yīng)按一個(gè)單元軌節(jié)計(jì)；3）下列地段宜單獨(dú)設(shè)計(jì)為一個(gè)或數(shù)個(gè)單元軌節(jié)：①長大橋梁及兩端線路護(hù)軌梭頭范圍之內(nèi)；②長度超過1000m的隧道；③大跨度連續(xù)梁的兩端設(shè)置調(diào)節(jié)器時(shí)，單元軌節(jié)長度應(yīng)與每聯(lián)連續(xù)梁長度相同?，F(xiàn)在是149頁\一共有230頁\編輯于星期二（3）單元軌節(jié)始、終端左右股鋼軌接頭相錯(cuò)量不應(yīng)大于100mm。（4）絕緣接頭性能應(yīng)符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《膠接絕緣接頭技術(shù)條件》（TB/T2975）規(guī)定。膠接絕緣鋼軌不宜小于12.5m。現(xiàn)在是150頁\一共有230頁\編輯于星期二6.5橋上無縫線路

在我國鐵路上，總長超過200m的橋梁鋪設(shè)無縫線路，至少已有一百數(shù)十座，其中著名的有九江、南京、武漢、枝城、小南海長江大橋、濟(jì)南、洛陽、三道坎黃河大橋、廣深線石龍大橋、襄樊大橋、青衣江大橋、蚌埠淮河大橋、溆河大橋、錢塘江大橋等。并在鋪設(shè)無縫線路的大橋上進(jìn)行了系統(tǒng)試驗(yàn)?，F(xiàn)在是151頁\一共有230頁\編輯于星期二日本和西方鐵路對(duì)橋上鋪設(shè)無縫線路也極為重視。早在六十年代，日本鐵路開展溫度變化情況下橋梁與軌道相互作用的研究，并將研究成果用于新干線橋上無縫線路的設(shè)計(jì)。歐洲鐵路對(duì)橋上無縫線路的研究始于七十年代高速鐵路的修建。日本鐵路推廣橋上無縫線路，主要技術(shù)措施是采取降低扣件的縱向阻力，并采用鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器以減小墩臺(tái)受力。以聯(lián)邦德國為代表的歐洲鐵路，采取提高墩臺(tái)剛度以適應(yīng)橋上鋪設(shè)無縫線路的要求。聯(lián)邦德國還采用傳力桿和徐變連接器，使橋上無縫線路縱向力傳遞至橋臺(tái)。對(duì)國外鐵路橋上無縫線路的研究成果進(jìn)行研究，可從中吸取有價(jià)值的成份，豐富我國橋上無縫線路的理論和實(shí)踐。現(xiàn)在是152頁\一共有230頁\編輯于星期二6.5.1橋上無縫線路的附加力

橋上無縫線路設(shè)計(jì)除計(jì)算長鋼軌的溫度力作用之外，還應(yīng)計(jì)算橋上縱向附加力作用，包括：伸縮力、撓曲力、斷軌力及制動(dòng)力?，F(xiàn)在是153頁\一共有230頁\編輯于星期二一、伸縮力

梁跨結(jié)構(gòu)因溫度變化而伸縮。在明橋面上，梁跨結(jié)構(gòu)翼緣的這種縱向變形（即伸縮位移），受到梁軌間聯(lián)結(jié)的約束，使鋼軌產(chǎn)生縱向附加力的作用。在有碴橋上，道床也對(duì)梁、軌間的相對(duì)位移產(chǎn)生約束阻力，使鋼軌形成附加縱向力。伴隨溫度變化，因梁軌相對(duì)位移而產(chǎn)生的鋼軌縱向附加力稱之為伸縮力?，F(xiàn)在是154頁\一共有230頁\編輯于星期二梁位移鋼軌位移溫度力作用下梁、軌位移現(xiàn)在是155頁\一共有230頁\編輯于星期二二、撓曲力

在列車荷載作用下，梁跨結(jié)構(gòu)因撓曲引起梁軌相對(duì)位移而產(chǎn)生的鋼軌縱向附加力稱之為撓曲力。現(xiàn)在是156頁\一共有230頁\編輯于星期二Δ/2Δ/2ΔΔh1h2lΔx現(xiàn)在是157頁\一共有230頁\編輯于星期二三、制動(dòng)力

如果列車在橋上制動(dòng)，列車制動(dòng)引起鋼軌伸縮而產(chǎn)生的縱向附加力稱為制動(dòng)附加力。以上鋼軌縱向附加力通過梁軌相互作用而傳遞于梁跨結(jié)構(gòu)和固定支座，致使橋梁墩臺(tái)承受附加水平力作用并產(chǎn)生彈性變形，發(fā)生墩頂縱向位移?，F(xiàn)在是158頁\一共有230頁\編輯于星期二四、斷軌力

因橋上長鋼軌折斷，引起橋跨結(jié)構(gòu)與長鋼軌相對(duì)縱向位移而產(chǎn)生的縱向力稱為斷軌力。斷軌力通過梁、軌間的約束傳遞于墩臺(tái)的固定支座?，F(xiàn)在是159頁\一共有230頁\編輯于星期二6.5.2伸縮力、撓曲力計(jì)算方法①橋梁固定支座是理想的鉸支座，不計(jì)活動(dòng)支座對(duì)梁體縱向位移的影響;②梁體溫度變化僅為單方向的升溫和降溫，不考慮梁溫升降的交替變化;③計(jì)算撓曲力時(shí)，簡支梁按兩跨梁上布置列車荷載計(jì)算，連續(xù)梁在邊跨（1跨）或固定支座至梁端的多跨梁上布置荷載計(jì)算;④不考慮伸縮力、撓曲力的相互影響，伸縮力、撓曲力分別計(jì)算。一、計(jì)算假定

現(xiàn)在是160頁\一共有230頁\編輯于星期二二、基本方程式1.力學(xué)平衡方程2.變形協(xié)調(diào)方程3.邊界條件現(xiàn)在是161頁\一共有230頁\編輯于星期二1.力學(xué)平衡方程在鋼軌計(jì)算長度范圍內(nèi)，截取微段長度dx，其所受之力如圖6-20所示：圖6-20鋼軌微段受力示意圖現(xiàn)在是162頁\一共有230頁\編輯于星期二(6-45)(6-46)(6-47)現(xiàn)在是163頁\一共有230頁\編輯于星期二(6-48)現(xiàn)在是164頁\一共有230頁\編輯于星期二2.變形協(xié)調(diào)方程一般情況下，在梁跨某個(gè)部位存在梁、軌相對(duì)位移為零（即軌、梁的位移量相等）的點(diǎn)，由此建立梁軌變形協(xié)調(diào)方程：（A）第一變形協(xié)調(diào)方程(6-49)現(xiàn)在是165頁\一共有230頁\編輯于星期二梁位移鋼軌位移溫度力作用下梁、軌位移PHx現(xiàn)在是166頁\一共有230頁\編輯于星期二豎向荷載作用下梁、軌撓曲位移

現(xiàn)在是167頁\一共有230頁\編輯于星期二(6-50)現(xiàn)在是168頁\一共有230頁\編輯于星期二(6-51)現(xiàn)在是169頁\一共有230頁\編輯于星期二（B）第二變形協(xié)調(diào)方程位于無縫線路固定區(qū)的橋梁，在伸縮力和撓曲力的分布范圍內(nèi)，鋼軌拉伸和壓縮變形的代數(shù)和應(yīng)為零，其變形協(xié)調(diào)方程式為：(6-52)現(xiàn)在是170頁\一共有230頁\編輯于星期二3.邊界條件在無縫線路固定區(qū)，發(fā)生鋼軌位移的起點(diǎn)及終點(diǎn)，其位移及鋼軌附加力均為零，即存在下列邊界條件：現(xiàn)在是171頁\一共有230頁\編輯于星期二(6-49)(6-52)(6-48)(6-50)(6-51)現(xiàn)在是172頁\一共有230頁\編輯于星期二三、伸縮力計(jì)算例題在橋上無縫線路設(shè)計(jì)中，線路縱向阻力取為常數(shù)，由（6-45）可知，其長鋼軌的縱向附加力是呈折線變化的，線路阻力r在各梁跨的梁、軌位移相等點(diǎn)發(fā)生方向變化，與之對(duì)應(yīng)的鋼軌縱向附加力圖的斜率也發(fā)生改變。作為伸縮力計(jì)算例題，擬定簡支梁的伸縮力變化如圖6－21所示，并可通過逐步試算的方法求解，具體說明如下：(6-45)現(xiàn)在是173頁\一共有230頁\編輯于星期二ABCMrrrrr0r0l0Pk1lk2P2P3P1Nl01y0yAyByCyk1=δk1yk2=δk2梁位移鋼軌位移曲線Pk2L=32mL=32mlk1圖6-21

現(xiàn)在是174頁\一共有230頁\編輯于星期二現(xiàn)在是175頁\一共有230頁\編輯于星期二計(jì)算從第一跨固定端開始，先假定一個(gè)l0值，根據(jù)溫度力圖逐步計(jì)算鋼軌的位移，并根據(jù)梁軌位移協(xié)調(diào)條件計(jì)算出各跨梁軌位移相等的位置lki值，在此基礎(chǔ)上，驗(yàn)算鋼軌的變形協(xié)調(diào)條件是否成立，若條件不滿足，則重新設(shè)定l0值繼續(xù)上述計(jì)算步驟，直至鋼軌第二變形協(xié)調(diào)條件滿足為止?，F(xiàn)在是176頁\一共有230頁\編輯于星期二(a)(b)現(xiàn)在是177頁\一共有230頁\編輯于星期二(c)現(xiàn)在是178頁\一共有230頁\編輯于星期二現(xiàn)在是179頁\一共有230頁\編輯于星期二(d)(e)現(xiàn)在是180頁\一共有230頁\編輯于星期二ABCMrrrrr0r0l0Pk1lk2P2P3P1Nl01y0yAyByCyk1=δk1yk2=δk2梁位移鋼軌位移曲線Pk2L=32mL=32mlk1現(xiàn)在是181頁\一共有230頁\編輯于星期二(f)現(xiàn)在是182頁\一共有230頁\編輯于星期二現(xiàn)在是183頁\一共有230頁\編輯于星期二現(xiàn)在是184頁\一共有230頁\編輯于星期二四、撓曲力計(jì)算梁跨結(jié)構(gòu)在列車荷載作用下發(fā)生撓曲，致使其翼緣發(fā)生縱向位移。對(duì)于上承式簡支梁，一般需計(jì)算其上翼緣的位移。以簡支梁為例，說明列車荷載作用下，梁體上翼緣縱向位移計(jì)算方法。將列車荷載化為均布荷載q，如圖6-22（a）所示。1）列車荷載作用下簡支梁縱向位移計(jì)算現(xiàn)在是185頁\一共有230頁\編輯于星期二Δ/2Δ/2ΔΔh1h2lΔx圖6-22上承簡支梁上緣位移計(jì)算圖現(xiàn)在是186頁\一共有230頁\編輯于星期二中—活載圖式(距離以m計(jì))ZK標(biāo)準(zhǔn)活載圖式現(xiàn)在是187頁\一共有230頁\編輯于星期二現(xiàn)在是188頁\一共有230頁\編輯于星期二現(xiàn)在是189頁\一共有230頁\編輯于星期二現(xiàn)在是190頁\一共有230頁\編輯于星期二2）單跨加載條件下，簡支梁撓曲力計(jì)算例題以單跨簡支梁撓曲力（活動(dòng)端迎車）計(jì)算為例進(jìn)行說明，其鋼軌撓曲力及梁、軌位移曲線如圖6-24所示。線路阻力為常數(shù)?，F(xiàn)在是191頁\一共有230頁\編輯于星期二圖6-24

活動(dòng)端迎車撓曲力計(jì)算圖

l1l0lkP1r1r2r3r4P2K現(xiàn)在是192頁\一共有230頁\編輯于星期二現(xiàn)在是193頁\一共有230頁\編輯于星期二現(xiàn)在是194頁\一共有230頁\編輯于星期二(a)(b)以上兩個(gè)方程包含兩個(gè)未知數(shù)l0、lK，可以通過數(shù)值方法求解，從而可計(jì)算出撓曲力和鋼軌位移。計(jì)算方法與伸縮力計(jì)算基本相同?，F(xiàn)在是195頁\一共有230頁\編輯于星期二現(xiàn)在是196頁\一共有230頁\編輯于星期二撓曲力計(jì)算參數(shù)及其計(jì)算步驟

已知上承式鋼板梁橋，跨度32m，扣件布置為1-6-1，機(jī)車荷載位于橋梁固定端。當(dāng)C=2m時(shí)，梁的上翼緣縱向位移計(jì)算值見表6-11?，F(xiàn)在是197頁\一共有230頁\編輯于星期二表6-11縱向位移計(jì)算值現(xiàn)在是198頁\一共有230頁\編輯于星期二現(xiàn)在是199頁\一共有230頁\編輯于星期二l1l0lkP1r1r2r3r4P2K現(xiàn)在是200頁\一共有230頁\編輯于星期二現(xiàn)在是201頁\一共有230頁\編輯于星期二①②現(xiàn)在是202頁\一共有230頁\編輯于星期二現(xiàn)在是203頁\一共有230頁\編輯于星期二現(xiàn)在是204頁\一共有230頁\編輯于星期二6.5.3橋上無縫線路設(shè)計(jì)

1）梁溫度差按日溫差計(jì)：有碴軌道混凝土梁15℃；無碴軌道混凝土梁20℃；鋼梁25℃。2）線路（每軌）縱向阻力取值應(yīng)符合相關(guān)規(guī)定。一、基本參數(shù)

現(xiàn)在是205頁\一共有230頁\編輯于星期二（A）橋上無縫線路采用與橋梁兩端路基無縫線路一致的軌道結(jié)構(gòu)：計(jì)算伸縮力，縱向阻力取70N/cm；計(jì)算撓曲力，軌面無載時(shí)，縱向阻力取70N/cm；軌面有載時(shí)，機(jī)車下縱向阻力取110N/cm，車輛下縱向阻力取70N/cm。（B）軌道結(jié)構(gòu)與橋梁兩端路基無縫線路不同的橋上無縫線路，其扣件的扣壓力以及摩擦系數(shù)低于路基無縫線路時(shí)，線路縱向阻力r（N/cm）值應(yīng)按下式計(jì)算：r=2ζPu/a，ζ－線路縱向阻力系數(shù)，P－單個(gè)扣件的扣壓力（N）；u－鋼軌與軌下膠墊的綜合摩擦系數(shù)；a－軌枕間距（cm）?，F(xiàn)在是206頁\一共有230頁\編輯于星期二3）無碴軌道線路（每軌）縱向阻力計(jì)算應(yīng)符合以下規(guī)定：（A）鋼梁橋上采用K型分開式扣件，扣件布置形式為1（緊）－n（松）－1（緊）（螺母扭力矩80～120N·m），線路縱向阻力r（N/cm）值應(yīng)按下式計(jì)算：r=2ζ(P1+nP2)u/[(n+1)a]

，ζ－線路縱向阻力系數(shù)，P1－扣緊軌底的K型扣件節(jié)點(diǎn)阻力，取7500kN；P2－不扣緊軌底的K型扣件節(jié)點(diǎn)阻力，取500kN；u－鋼軌與軌下膠墊的綜合摩擦系數(shù)；a－軌枕間距（cm）（B）混凝土橋梁無碴軌道，線路縱向阻力r（N/cm）值應(yīng)按下式計(jì)算：r=2ζPu/a現(xiàn)在是207頁\一共有230頁\編輯于星期二二、橋上無縫線路縱向附加力計(jì)算規(guī)定

1）位于60kg/m無縫線路固定區(qū)的等跨混凝土簡支梁，其相鄰橋墩縱向水平線剛度之差小于較小墩的50％時(shí)，伸縮力可按表6－12取值；采取中－活載設(shè)計(jì)的橋梁，撓曲力按表6－13取值