軌道工程-第八章 無縫線路

一、無縫線路基本知識介紹第八章無縫線路內(nèi)容提要二、無縫線路基本原理三、無縫線路穩(wěn)定性計算四、路基上的無縫線路軌道設(shè)計五、橋上無縫線路一、無縫線路基本知識介紹（1）（定義）無縫線路是把標(biāo)準(zhǔn)長度的鋼軌焊接而成的長鋼軌線路，又稱焊接長鋼軌線路。(ContinuousWeldedRail(CWR)/JointlessTrack）1.鋪設(shè)無縫線路的意義（2）無縫線路在長鋼軌內(nèi)消滅了鋼軌接頭，列車通過時高頻沖擊荷載的動態(tài)響應(yīng)消除，相應(yīng)地線路病害減少。（4）無縫線路是當(dāng)今軌道結(jié)構(gòu)的最佳選擇，它以無可非議的優(yōu)越性得到各國鐵路的承認(rèn)。幾十年來，世界各國競相發(fā)展。我國鐵路無縫線路近年來在技術(shù)上有很大進(jìn)步，在數(shù)量上有快速增長。（3）美國統(tǒng)計，無縫線路鋼軌壽命延長約40%；日本鐵路現(xiàn)，采用無縫線路的鋼軌(50型)更換周期由原來的400Mt延長到了500Mt。原蘇聯(lián)統(tǒng)計，通過總重500Mt以后的鋼軌（P65型）抽換數(shù)，降低了3倍。我國統(tǒng)計，無縫線路鋼軌使用壽命延長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。

無縫線路與有縫線路相比：

（1）可延長鋼軌使用壽命；（2）可減少養(yǎng)護(hù)維修勞力和材料；（3）可減少列車運(yùn)營耗能；（4）鋪設(shè)CWR的附加費(fèi)用少。一、無縫線路基本知識介紹（1）按處理溫度應(yīng)力的方式分：

①溫度應(yīng)力式無縫線路

②放散應(yīng)力式無縫線路2.無縫線路的類型（2）按長軌條長度、是否跨越車站分：①普通無縫線路（溫度應(yīng)力式-有緩沖區(qū)）②跨區(qū)間無縫線路（超長無縫線路）（3）按CWR在我國的發(fā)展歷程分：①普通無縫線路：L＝1000~2000m②區(qū)間無縫線路：L≤區(qū)間長度

③跨區(qū)間無縫線路：L＞區(qū)間長度并焊連無縫道岔（4）按CWR鋪設(shè)位置、設(shè)計要求分：①路基無縫線路；②橋上無縫線路；③岔區(qū)無縫線路（5）按長鋼軌接頭的聯(lián)結(jié)型式分：①焊接無縫線路;②凍結(jié)無縫線路一、無縫線路基本知識介紹（1）按處理溫度應(yīng)力的方式分：

①溫度應(yīng)力式無縫線路

②放散應(yīng)力式無縫線路2.無縫線路的類型

溫度應(yīng)力式無縫線路長軌條標(biāo)準(zhǔn)長度鋼軌長軌條緩沖區(qū)

(1)結(jié)構(gòu)形式：是由一根焊接長鋼軌及其兩端2～4根標(biāo)準(zhǔn)軌組成，并采用普通接頭的形式；

(2)受力狀況：無縫線路鋪設(shè)鎖定后，在鋼軌內(nèi)部產(chǎn)生很大的溫度力，其值隨軌溫變化而異；

(3)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，鋪設(shè)維修方便，應(yīng)用廣泛；

(4)鋪設(shè)范圍：對于直線軌道，鋪設(shè)50kg／m和60kg/m軌，每公里配量1840根混凝土枕時，鋪設(shè)溫度應(yīng)力式無縫線路允許軌溫差分別為100℃和108℃。一、無縫線路基本知識介紹國外3.無縫線路發(fā)展概況鋪設(shè)無縫線路能收到節(jié)約材料、勞力、能耗等綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果，是當(dāng)今軌道結(jié)構(gòu)的最佳選擇，它以無可非議的優(yōu)越性得到各國鐵路的承認(rèn)。幾十年來，世界各國競相發(fā)展。我國鐵路無縫線路近年來在技術(shù)上有很大進(jìn)步，在數(shù)量上有較快增長。中國1915年，歐洲在有軌電車軌道上開始使用焊接長鋼軌，焊接軌條長度約為100～200m。20世紀(jì)30年代，世界各國開始在鐵路上進(jìn)行鋪設(shè)試驗。到了50、60年代，由于焊接技術(shù)的發(fā)展，無縫線路得到推廣應(yīng)用和迅速發(fā)展。

我國于1957年開始在京滬兩地各鋪設(shè)1km無縫線路，次年才進(jìn)行大規(guī)模的試鋪。1961年底我國共鋪設(shè)無縫線路約150km，60～70年代對在線路特殊地段鋪設(shè)無縫線路進(jìn)行了理論和試驗研究，并取得了成功，為在線路上連續(xù)鋪設(shè)無縫線路創(chuàng)造了條件。至2007年，我國鐵路正線無縫線路長度已達(dá)5.2萬公里，占正線總長的比重達(dá)到58％。一、無縫線路基本知識介紹3.無縫線路發(fā)展概況隨著軌道結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)、實踐經(jīng)驗的豐富以及軌道結(jié)構(gòu)理論研究的深入，各國鐵路都在逐步擴(kuò)大無縫線路鋪設(shè)的范圍，并積極地發(fā)展跨區(qū)間無縫線路。我國鐵路規(guī)定：今后新建線路，條件許可時均要設(shè)計鋪設(shè)無縫線路或跨區(qū)間無縫線路。一、鋼軌溫度力、伸縮位移與軌溫變化的關(guān)系一根長度為l可自由伸縮的鋼軌，當(dāng)軌溫變化⊿t℃時，其伸縮量為式中：α—鋼軌的線膨脹系數(shù)，取0.0118mm/m/℃=11.8×10-6/℃；

l—鋼軌長度，mm；

⊿t—軌溫變化幅度，℃。二、無縫線路基本原理

無縫線路的特點(diǎn)是軌條長，當(dāng)軌溫變化時，鋼軌要發(fā)生伸縮，但由于有約束作用，不能自由伸縮，在鋼軌內(nèi)部要產(chǎn)生很大的軸向溫度力。為保證無縫線路的強(qiáng)度和穩(wěn)定，需要了解長軌條內(nèi)溫度力及其變化規(guī)律。(2-1)如果鋼軌兩端完全被固定，不能隨軌溫變化而自由伸縮，則將在鋼軌內(nèi)部產(chǎn)生溫度應(yīng)力。根據(jù)虎克定律，溫度應(yīng)力σt為：(2-2)

式中：E—鋼的彈性模量，E＝2.1×105MPa；

εt—鋼的溫度應(yīng)變。將E、α值代入式（2-2），則溫度應(yīng)力σt為：

F—鋼軌斷面積，mm2。一根鋼軌所受的溫度力Pt為：上述公式即為無縫線路溫度應(yīng)力和溫度力計算的基本公式?？芍涸趦啥斯潭ǖ匿撥壷兴a(chǎn)生的溫度力僅與軌溫變化幅度有關(guān)，而與鋼軌本身長度無關(guān)。因此理論上鋼軌可焊接任意長，且對軌內(nèi)溫度力沒有影響?？刂茰囟攘Υ笮〉年P(guān)鍵是如何控制軌溫變化幅度⊿t

。對于不同類型的鋼軌，同一軌溫變化幅度產(chǎn)生的溫度力大小不同。無縫線路鋼軌伸長量與軌溫變化幅度⊿t

、軌長l有關(guān)，與鋼軌斷面積無關(guān)。(2-3)(2-4)二、無縫線路基本原理為降低長軌條內(nèi)的溫度力，需選擇一個適宜的鎖定軌溫，又稱零應(yīng)力狀態(tài)軌溫。設(shè)計確定的鎖定軌溫稱為設(shè)計鎖定軌溫；鋪設(shè)無縫線路中，將長軌條始終端落槽就位時的平均軌溫稱為施工鎖定軌溫；無縫線路運(yùn)行過程中處于溫度力為零狀態(tài)的軌溫稱為實際鎖定軌溫。施工鎖定軌溫應(yīng)在設(shè)計鎖定軌溫允許變化范圍之內(nèi)。常說的鎖定軌溫發(fā)生變化是指實際鎖定軌溫發(fā)生變化；而設(shè)計和施工鎖定軌溫，一旦設(shè)計和施工完成記入技術(shù)檔案，作為日后線路養(yǎng)護(hù)維修的依據(jù)，不允許隨意改變。鎖定軌溫是決定鋼軌溫度力水平的基準(zhǔn)，因此根據(jù)強(qiáng)度、穩(wěn)定條件確定鎖定軌溫是無縫線路設(shè)計的主要內(nèi)容。鋼軌溫度不同于氣溫。影響軌溫的因素比較復(fù)雜，它與氣候變化、風(fēng)力大小、日照強(qiáng)度、線路走向和所取部位等均有密切關(guān)系。根據(jù)多年觀測，最高軌溫Tmax要比當(dāng)?shù)刈罡邭鉁馗?8～25℃，最低軌溫Tmin比當(dāng)?shù)刈畹蜌鉁氐?～3℃。計算時通常取最高軌溫等于當(dāng)?shù)刈罡邭鉁丶?0℃，最低軌溫等于最低氣溫。二、無縫線路基本原理例8.1

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鄭州地區(qū)Tmax=63℃，Tmin=－17.9℃，鎖定軌溫設(shè)計值Ts=25℃，鎖定軌溫變化范圍取25℃±5℃，即20~30℃，計算60kg/m鋼軌最大溫度壓力和拉力。二、無縫線路基本原理

軌溫變化時，影響鋼軌兩端自由伸縮的原因是來自線路縱向阻力的抵抗，它包括接頭阻力、扣件阻力及道床縱向阻力。二、線路縱向阻力鋼軌兩端接頭處由鋼軌夾板通過螺栓擰緊，產(chǎn)生阻止鋼軌縱向位移的阻力，稱為接頭阻力，它由鋼軌夾板間的摩阻力和螺栓的抗剪力提供。為安全起見，我國接頭阻力PH僅考慮鋼軌與夾板間的摩阻力s，摩阻力s的大小主要取決于螺栓擰緊后的張拉力P和鋼軌與夾板間的摩擦系數(shù)f。式中，n—接頭一端的螺栓數(shù)，六孔夾板n=3；s—鋼軌與夾板間對應(yīng)1枚螺栓（4個接觸面）的摩阻力。（一）接頭阻力

二、無縫線路基本原理(2-5)(2-6)摩阻力的大小主要取決于螺栓擰緊后的張拉力和鋼軌與夾板之間的摩擦系數(shù)。根據(jù)對夾板受力狀態(tài)的分析表明，一根螺栓的拉力接近它所產(chǎn)生的接頭阻力，則接頭阻力的表達(dá)式可寫為PH＝n·P。接頭阻力與螺栓材質(zhì)、直徑、擰緊程度和夾板孔數(shù)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力的關(guān)鍵。列車通過鋼軌接頭時產(chǎn)生的振動會使扭力矩下降，接頭阻力值降低。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十分重要的措施。《軌道設(shè)計規(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級及以上高強(qiáng)接頭螺栓；站線軌道應(yīng)采用8.8級及以上高強(qiáng)接頭螺栓。接頭阻力的特點(diǎn)：（1）其本質(zhì)是摩擦力，只有存在相對運(yùn)動或相對運(yùn)動趨勢時，才產(chǎn)生；（2）鋼軌首先要克服接頭阻力，然后才能伸長或縮短；（3）鋼軌從伸長轉(zhuǎn)入縮短或從縮短轉(zhuǎn)入伸長狀態(tài)要克服兩倍接頭阻力。二、無縫線路基本原理中間扣件和防爬設(shè)備抵抗鋼軌沿軌枕面縱向位移的阻力，稱扣件阻力。為了防止鋼軌爬行，要求扣件阻力必須大于道床縱向阻力?？奂枇κ怯射撥壟c軌枕墊板面之間的摩阻力和扣壓件與軌底扣著面之間的摩阻力所組成。摩阻力的大小取決于扣件扣壓力和摩擦系數(shù)的大小。P—扣件一側(cè)扣壓件對鋼軌的扣壓力；μ1—鋼軌與墊板之間的摩擦系數(shù)；μ2—鋼軌與扣壓件之間的摩擦系數(shù)。（二）扣件阻力

二、無縫線路基本原理一組扣件的阻力F為：扣壓力P與螺栓所受拉力P拉的大小有關(guān)。以扣板式扣件為例，按右圖可得P的算式如下：(2-7)(2-8)根據(jù)鐵科院試驗，如果混凝土軌枕下采用橡膠墊板，不論是扣板式還是彈條式扣件，其摩擦系數(shù)為μ1+μ2=0.8。實測資料指出，在一定的扭矩下，扣件阻力隨鋼軌位移的增加而增大。當(dāng)鋼軌位移達(dá)到某一定值之后，鋼軌產(chǎn)生滑移，阻力不再增加。墊板壓縮和扣件局部磨損將導(dǎo)致扣件阻力下降。此外，列車通過時的振動，會使螺帽松動，扭矩下降，導(dǎo)致扣件阻力下降。為此，《鐵路線路維修規(guī)則》規(guī)定：扣板扣件扭矩應(yīng)保持在80～120N·m；彈條扣件為100～150N·m。（二）扣件阻力

二、無縫線路基本原理（三）道床縱向阻力

鋼軌的移動方向道床縱向阻力道床縱向阻力與道床密實度、道碴粒徑、材質(zhì)、道床斷面、搗固質(zhì)量及臟污程度有關(guān)。道床在清篩松動后縱向阻力明顯下降，隨著運(yùn)營時間的推移，可逐漸恢復(fù)正常值。只要鋼軌與軌枕間的扣件阻力大于道床縱向阻力，則無縫線路長鋼軌的溫度應(yīng)力和溫度應(yīng)變的縱向分布規(guī)律將完全由接頭阻力和道床縱向阻力確定。二、無縫線路基本原理道床縱向阻力是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。一般以每根軌枕的阻力R，或每延厘米分布阻力r表示。它是抵抗鋼軌伸縮、防止線路爬行的重要參數(shù)。道床縱向阻力是由軌枕與道床之間的摩阻力和枕木盒內(nèi)道碴抗推力組成。道床縱向阻力與位移的關(guān)系曲線

道床縱向阻力表（單根軌枕）

二、無縫線路基本原理右圖是實測得到的單根軌枕在正常軌道狀態(tài)下，道床縱向阻力與位移的關(guān)系曲線?？梢钥闯?，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，軌枕盒內(nèi)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?；炷淋壵砦灰菩∮?mm，木枕小于1mm，道床縱向阻力呈線性增長，道床-彈性無縫線路設(shè)計中，采用軌枕位移為2mm時相應(yīng)的道床縱向阻力值，見下表。溫度力沿長鋼軌的縱向分布，常用溫度力圖來表示，故溫度力圖實質(zhì)是鋼軌內(nèi)力圖。溫度力圖的橫坐標(biāo)表示鋼軌長度，縱坐標(biāo)表示鋼軌的溫度力（拉力為正，壓力為負(fù)）。鋼軌內(nèi)部溫度力和鋼軌外部阻力隨時保持平衡是溫度力縱向分布的基本條件。一根焊接長鋼軌沿其縱向的溫度力分布并不是均勻的。它不僅與阻力和軌溫變化幅度等因素有關(guān)，而且還與軌溫變化的過程有關(guān)。三溫度力圖

為簡化計算，通常假定接頭阻力PH為常量。無縫線路長軌條鎖定后，當(dāng)軌溫發(fā)生變化，由于有接頭的約束，長軌條不產(chǎn)生伸縮，只在鋼軌全長范圍內(nèi)產(chǎn)生溫度力Pt，這時有多大溫度力作用于接頭上，接頭就提供相等的阻力與之平衡。當(dāng)溫度力Pt大于接頭阻力PH時，鋼軌才能伸縮。因此在克服接頭阻力階段，溫度力的大小等于接頭阻力，即⊿tH—接頭阻力能阻止鋼軌伸縮的軌溫變化幅度。（一）約束條件

1.接頭阻力的約束二、無縫線路基本原理式中，⊿tH—接頭阻力能阻止鋼軌伸縮的軌溫變化幅度。接頭阻力被克服后，當(dāng)軌溫繼續(xù)變化時，道床縱向阻力開始阻止鋼軌伸縮。但道床縱向阻力的產(chǎn)生是體系在道床對軌枕的位移阻力，隨著軌枕位移的根數(shù)的增加，相應(yīng)的阻力也增加。為計算方便，常將單根軌枕的阻力換算為鋼軌單位長度上的阻力r，并取為常量。由上述特征可見，道床縱向阻力是以阻力梯度r的形式分布。故在克服道床縱向阻力階段，鋼軌有少量伸縮，鋼軌內(nèi)部分溫度力放散，因而各截面的溫度力并不相等，以斜率r分布。2.道床縱向阻力的約束(2-9)(2-10)二、無縫線路基本原理式中，⊿t拉max—最大降溫幅度。（二）基本溫度力圖

無縫線路鎖定后，軌溫單向變化時，溫度力沿鋼軌縱向分布的規(guī)律，稱為基本溫度力圖。（1）當(dāng)軌溫t等于鎖定軌溫t0時，鋼軌內(nèi)部無溫度力，即Pt＝0，A-A’線（2）當(dāng)t-t0≤⊿tH時，軌端無位移，溫度力在整個長軌條內(nèi)均勻分布，Pt=PH，B-B’線（3）當(dāng)t-t0>⊿tH時，道床縱向阻力開始發(fā)揮作用，軌端開始產(chǎn)生收縮位移，在x長度范圍內(nèi)放散部分溫度力，BC、B’C’范圍內(nèi)任意截面Pt=PH+rx伸縮區(qū)固定區(qū)伸縮區(qū)PtBCDB'D’C’A’t（4）當(dāng)t降到最低軌溫Tmin時，鋼軌內(nèi)產(chǎn)生最大溫度拉力maxPt拉，這時x達(dá)到最大值ls，即為伸縮區(qū)長度，D-D’線，則基本溫度力圖（降溫）

二、無縫線路基本原理（三）軌溫反向變化時的溫度力圖

當(dāng)軌溫隨著氣溫循環(huán)往復(fù)變化時，溫度力的變化會與前述單向變化有所不同，根據(jù)鎖定軌溫t0的不同，其可能大于、等于或小于當(dāng)?shù)刂虚g軌溫t中，因而溫度力分布圖也相應(yīng)有三種不同形式。t0與t中的差異會形成溫度力峰值P峰=0.5(Ptmax+Ptmin)。當(dāng)t0>t中時，在伸縮區(qū)出現(xiàn)溫度壓力峰值；當(dāng)t0<t中時，在伸縮區(qū)出現(xiàn)溫度拉力峰值；當(dāng)t0=t中時，在伸縮區(qū)不會出現(xiàn)溫度壓力峰值，在軌溫上升過程中，在伸縮區(qū)會出現(xiàn)溫度力峰值，但小于P峰。溫度壓力峰值是引起無縫線路失穩(wěn)的重要隱患，特別是在春夏之交，發(fā)生的概率最大，所以在線路養(yǎng)護(hù)維修作業(yè)時，應(yīng)特別注意伸縮區(qū)無縫線路的穩(wěn)定性。（1）當(dāng)Tmin－t≤

tH時，軌溫回升，鋼軌有伸長趨勢，首先仍然遇到接頭阻力的抵抗，鋼軌全長范圍內(nèi)溫度拉力減小，溫度力圖平行下移PH值，接頭處溫度拉力變?yōu)榱?。溫度力分布如圖中AEE

。二、無縫線路基本原理（三）軌溫反向變化時的溫度力圖

（1）當(dāng)Tmin－t≤

tH時，軌溫回升，鋼軌有伸長趨勢，首先仍然遇到接頭阻力的抵抗，鋼軌全長范圍內(nèi)溫度拉力減小，溫度力圖平行下移PH值，接頭處溫度拉力變?yōu)榱?。溫度力分布如圖中AEE

。（2）當(dāng)

tH≤Tmin－t≤2

tH時，這時接頭阻力反向起作用，溫度力圖繼續(xù)平行下移PH值，此時接頭處承受溫度壓力，固定區(qū)仍為溫度拉力，如圖中FGG

所示。（3）當(dāng)Tmin－t≥2

tH時，正、反向接頭阻力已被完全克服完，鋼軌要開始伸長，這時道床縱向阻力起作用，部分長度上溫度力梯度反向，在伸縮區(qū)溫度壓力以斜率r而增加，如圖中FT所示。（4）當(dāng)t＝Tmax時，固定區(qū)溫度壓力達(dá)到maxPt后，由于

t拉max＞

t壓max，固定區(qū)溫度力平行下移到HH

，則HN與FT的交點(diǎn)，出現(xiàn)了溫度壓力峰P峰，其值大于固定區(qū)的溫度壓力。溫度壓力峰等于固定區(qū)最大溫度拉力與最大溫度壓力的平均值，即：

P峰＝(maxPt拉＋maxPt壓)/2

（2-11）

l峰＝（2-12）二、無縫線路基本原理（四）軌端伸縮量計算

從溫度力圖知，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，稱為固定區(qū)。在兩端，溫度力是變化的，在克服道床縱向阻力階段，鋼軌有少量的伸縮，稱為伸縮區(qū)。伸縮區(qū)兩端的調(diào)節(jié)軌，稱為緩沖區(qū)。在設(shè)計中要對緩沖區(qū)的軌縫進(jìn)行計算，因此需對長軌及標(biāo)準(zhǔn)軌端的伸縮量進(jìn)行計算。

由前述溫度力圖可見，其中陰影線部分為克服道床縱向阻力階段釋放的溫度力，從而實現(xiàn)鋼軌伸縮。由材料力學(xué)可知，軌端伸縮量與陰影線部分面積的關(guān)系為：1.長軌一端的伸縮量伸縮區(qū)固定區(qū)伸縮區(qū)PtBCDt（2-13）二、無縫線路基本原理

標(biāo)準(zhǔn)軌軌端伸縮量計算方法與長軌的基本相同。由于標(biāo)準(zhǔn)軌長度短，隨著軌溫變化，在克服完接頭阻力后，在克服道床縱向阻力時，由于軌枕根數(shù)有限，很快被全部克服完；以后，鋼軌可以自由伸縮，溫度力得到釋放。在標(biāo)準(zhǔn)軌內(nèi)最大的溫度力只有PH+rl/2（l為標(biāo)準(zhǔn)軌長度）。標(biāo)準(zhǔn)軌一端溫度力釋放的面積為陰影線部分BCGH。同理，可得到軌端伸縮量計算公式為：2.標(biāo)準(zhǔn)軌一端的伸縮量式中，maxPt—從鎖定軌溫到最低或最高軌溫時所產(chǎn)生的溫度力。（2-14）二、無縫線路基本原理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，容易引起軌道橫向變形。一、穩(wěn)定性概念道床橫向阻力三、無縫線路穩(wěn)定性計算這對列車運(yùn)行的安全是個極大的威脅。這一現(xiàn)象稱為脹軌跑道（也稱臌曲），在理論上稱為喪失穩(wěn)定。在列車動力或人工作業(yè)等干擾下，軌道彎曲變形有時會突然增大，穩(wěn)定性分析的目的：研究溫度壓力、軌道原始不平順、道床橫向阻力以及軌道框架剛度之間的關(guān)系，了解脹軌跑道的發(fā)生機(jī)理，分析其力學(xué)條件和主要影響因素的作用，計算出保證線路穩(wěn)定的允許溫度壓力。脹軌跑道的發(fā)展過程：基本可分為三個階段，即持穩(wěn)階段、脹軌階段和跑道階段。下圖中，縱坐標(biāo)為鋼軌溫度壓力Pt，橫坐標(biāo)為軌道彎曲變形矢度f0+f，f0為軌道原始彎曲矢度。漲軌跑道總是從軌道的薄弱地段（即具有原始彎曲的不平順）開始，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:第一階段:持穩(wěn)階段（AB），軌溫上升，溫度壓力增大，但軌道不變形。第二階段:漲軌階段（BK），隨著軌溫的增加，溫度壓力也隨著增加，此時軌道開始出現(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。第三階段:跑道階段（KC）：當(dāng)Pt達(dá)到臨界值Pk時，這時軌溫稍有升高或稍有外部干擾時，軌道將會突然發(fā)生鼓曲，道砟拋出，軌枕斷裂，鋼軌發(fā)生較大變形，軌道受到嚴(yán)重破壞，至此穩(wěn)定性完全喪失。三、無縫線路穩(wěn)定性計算判別結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的準(zhǔn)則：一般有能量法和靜力平衡法。無縫線路的穩(wěn)定分析大多采用能量法，彈性理論的能量變分原理是其理論基礎(chǔ)。根據(jù)勢能駐值原理及邊界條件等即可求得軌道平衡的微分方程。微分方程的解法：有精確解和近似解之分。前者是按邊界條件直接解平衡微分方程，解題較麻煩，與近似方法相比差別并不很大，故運(yùn)用較少；現(xiàn)在多使用后者，即假設(shè)變形曲線的方法，也稱能量法。三、無縫線路穩(wěn)定性計算

對無縫線路大量調(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，而是由于對無縫線路起穩(wěn)定作用的因素認(rèn)識不足，在養(yǎng)護(hù)維修中破壞了這些因素而發(fā)生的。因此，需要研究喪失穩(wěn)定和保持穩(wěn)定兩方面的因素，發(fā)展有利因素限制不利因素，提高無縫線路的穩(wěn)定性，充分發(fā)揮其優(yōu)越性。二、影響無縫線路穩(wěn)定性的因素（一）保持穩(wěn)定的因素

1.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％。三、無縫線路穩(wěn)定性計算

道床橫向阻力的構(gòu)成：由軌枕兩側(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組成。其中，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，其道床密實度應(yīng)達(dá)到1700kg/m3。木枕混凝土枕混凝土寬枕阻力kN/根f(mm)

道床橫向阻力Q0與軌枕類型、道床斷面尺寸、道碴材料及其密實度有關(guān)。由圖可見，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。

道床對每根軌枕的橫向阻力Q0，可用試驗方法獲得。試驗表明Q0與軌枕橫向位移f呈非線性關(guān)系，如圖所示。三、無縫線路穩(wěn)定性計算標(biāo)準(zhǔn)道床對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：

通過試驗研究，可得出q與軌道橫向位移f的如下關(guān)系式：

a—軌枕間距q—道床單位橫向阻力，N/cm；q0—道床單位橫向阻力初始值，N/cm；c1、c2、z、n—阻力系數(shù)。三、無縫線路穩(wěn)定性計算道碴材料：不同材質(zhì)的道碴提供的阻力也不一樣。距國外資料，砂礫石道床比碎石道床阻力低30～40％；道床粒徑較大提供的橫向阻力也較大，如粒徑由25～65mm減小到15～30mm，橫向阻力將降低20～40％。道床飽滿程度：根據(jù)美國和英國鐵路的試驗研究，在同類軌道的條件下，經(jīng)過長期運(yùn)營密實穩(wěn)定的道床橫向阻力最大，機(jī)械搗固后阻力顯著減小。線路維修作業(yè)的影響：維修作業(yè)中，凡擾動道床，如起道搗固、清篩等改變道碴間或道碴與軌枕間的接觸狀態(tài)，都會導(dǎo)致道床阻力的下降。列車動荷載：在列車的動荷載作用下，每根軌枕所提供的橫向阻力是不同的。這是因為軌道框架在輪載作用下會產(chǎn)生正撓曲，而距輪載一定范圍內(nèi)則會出現(xiàn)負(fù)撓曲，使兩轉(zhuǎn)向架之間的軌道框架最大抬高量可達(dá)0.1～0.3mm，從而大大削弱這一范圍內(nèi)軌枕所提供的橫向阻力。三、無縫線路穩(wěn)定性計算道床肩寬：