高速鐵路無縫線路技術(shù)-無縫線路的基本原理

【無縫線路基本原理】【無縫線路基本原理】01【溫度力圖】02目錄1.1溫度力和溫度應(yīng)力鋼軌的自由伸縮量：鋼軌不受任何阻礙的伸縮叫自由伸縮。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，℃。(7-1)1.1溫度力和溫度應(yīng)力

由此題可知，鋼軌的自由伸縮量很大，能使無縫線路完全喪失行車條件。1.1溫度力和溫度應(yīng)力溫度應(yīng)力：當(dāng)軌溫變化時，整個鋼軌斷面所承受的應(yīng)力。根據(jù)虎克定律，溫度應(yīng)力σt

為：

式中：E—鋼軌的彈性模量，E＝2.1×105MPa；

α—鋼軌的線膨脹系數(shù)，取0.0118mm/m?℃=11.8×10-6/℃；

εt—鋼軌的溫度應(yīng)變。

將E、α值代入式（7-2），則溫度應(yīng)力σt為：(7-2)(7-3)1.1溫度力和溫度應(yīng)力

(7-4)結(jié)論：在兩端固定的鋼軌中所產(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。1.2軌溫鋼軌軌溫最高軌溫等于當(dāng)?shù)禺?dāng)?shù)刈罡邭鉁丶?0℃，最低軌溫等于最低氣溫。中間軌溫中間軌溫是最高軌溫與最低軌溫的平均值。鎖定軌溫?zé)o縫線路鎖定時的軌溫叫鎖定軌溫。在長軌條鋪設(shè)過程中取其“始終端落槽時的

平均軌溫為鎖定軌溫”。設(shè)計鎖定軌溫施工鎖定軌溫實際鎖定軌溫1.2軌溫

施工鎖定軌溫鋪設(shè)無縫線路中，長軌條始終端落槽就位時的平均軌溫。施工軌溫不一定等于設(shè)計鎖定軌溫，但應(yīng)在設(shè)計鎖定軌溫允許變化范圍之內(nèi)。實際鎖定軌溫?zé)o縫線路運行過程中處于溫度力為零狀態(tài)的軌溫。在運營中，因輪軌相互作用而被輾長或維修不當(dāng)?shù)纫痖L軌條不均勻爬行，都會導(dǎo)致長軌條施工鎖定軌溫的改變，因此，無縫線路在運營中存在一個實際的鎖定軌溫。1.3線路縱向阻力軌溫變化時，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。接頭阻力鋼軌兩端接頭夾板通過螺栓擰緊后，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。一根螺栓的拉力接近它所產(chǎn)生的接頭阻力PH

PH＝n·P式中：n—鋼軌一端接頭的螺栓數(shù)P—螺栓拉力(7-5)1.3線路縱向阻力接頭阻力螺栓的拉力和扭力矩有關(guān)，它們之間的關(guān)系可用經(jīng)驗公式表達(dá)：T=K·D·P式中：T—擰緊螺帽時的扭力矩K—扭轉(zhuǎn)系數(shù)D—螺栓直徑P—螺栓拉力

即，接頭阻力與接頭螺栓扭矩有關(guān)。扭矩越大，接頭阻力越大。(7-6)1.3線路縱向阻力接頭阻力螺栓扭矩與接頭阻力的對應(yīng)關(guān)系表1.3線路縱向阻力扣件阻力中間扣件和防爬設(shè)備抵抗鋼軌沿軌枕面縱向位移的阻力，稱扣件阻力?？奂枇κ怯射撥壯剀壵韷|板面之間的摩阻力和扣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?？奂毫Ρ恚▎挝唬簁N）1.3線路縱向阻力道床縱向阻力道床縱向阻力是指道床抵抗軌道框架（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)。鋼軌移動方向道床縱向阻力道床縱向阻力與道床密實程度關(guān)系最大。1.3線路縱向阻力道床縱向阻力為防止鋼軌爬行，要求扣件阻力必須大于道床縱向阻力。在一些特殊地段，如橋上鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器基本軌的范圍內(nèi)，要求扣件阻力小于道床阻力。1.4線路橫向阻力道床橫向阻力道床抵抗軌道框架橫向位移阻力稱為道床橫向阻力，它是阻止無縫線路脹軌跑道，保證線路穩(wěn)定的主要因素。道床橫向阻力由軌枕兩側(cè)及底部與道砟接觸面之間的摩阻力以及枕端的砟肩阻止橫移的抗力組成。道床橫向阻力道床肩部占30%，軌枕兩側(cè)占20%~30%，軌枕底部占50%?！緹o縫線路基本原理】【無縫線路基本原理】01【溫度力圖】02目錄1.1基本概念軌溫變化與鋼軌溫度力和鋼軌長度的關(guān)系軌溫變化與鋼軌溫度力和鋼軌長度之間的關(guān)系可以分為三個階段，第一階段：鋼軌接頭阻力未被克服前，隨著軌溫變化在鋼軌全長范圍內(nèi)產(chǎn)生溫度力。

接頭阻力與之平衡，長軌條無伸縮。第二階段：鋼軌接頭阻力被克服，道床縱向阻力開始工作。隨著軌溫持續(xù)變化，在溫

度力作用下，鋼軌接頭附近道床縱向阻力首先被克服，并逐漸向鋼軌中間

陸續(xù)被克服。阻力被克服部分地鋼軌陸續(xù)有限制的伸縮。第三階段：道床縱向阻力全部被克服后，隨著軌溫變化鋼軌自由伸縮。1.2基本溫度力圖溫度力圖：描述溫度力沿長鋼軌的縱向分布規(guī)律的圖。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)）。AA′lPt（1）當(dāng)軌溫t等于鎖定軌溫t0

時，鋼軌內(nèi)部無溫度力，如下圖中A－A′線。1.2基本溫度力圖（2）開始降溫，接頭阻力開始受力，軌端無位移，溫度拉力在整個長軌條內(nèi)均勻分布如下圖中B－B′線。AA′lPtBB′PH1.2基本溫度力圖（3）繼續(xù)降溫，此時接頭阻力被完全克服，道床縱向阻力開始發(fā)揮作用，軌端開始產(chǎn)生收縮位移，溫度力如圖BCC′B′所示，BC和C′B′范圍內(nèi)鋼軌產(chǎn)生收縮，CC′范圍內(nèi)鋼軌長度不變

。AA′lPtBB′PHrxxCC′Pt=2.48FΔt1.2基本溫度力圖（4）當(dāng)降低到最低軌溫時，鋼軌內(nèi)產(chǎn)生最大溫度拉力，如圖中DD’線。這時發(fā)生縱向位移的鋼軌長度達(dá)到最大值ls，ls稱為伸縮區(qū)長度。AA′lPtBB′ls

CC′DD′maxPt拉伸縮區(qū)伸縮區(qū)固定區(qū)1.3軌溫反向變化時的溫度力圖

（1）軌溫回升，接頭阻力方向不變，依舊承受溫度拉力，但逐漸減小，鋼軌長度不變。對應(yīng)溫度力圖平行下移，如圖中AEE所示。ABrDEmaxPt拉DErA1.3軌溫反向變化時的溫度力圖（2）軌溫繼續(xù)回升，接頭處承受溫度壓力，即阻力方向反向，鋼軌長度不變。對應(yīng)溫度力圖平行下移，如圖中FGG

所示。ABrDFGEmaxPt拉DEGArr1.3軌溫反向變化時的溫度力圖（3）軌溫繼續(xù)回升，反向的接頭阻力被完全克服，鋼軌要開始伸長，道床阻力開始作用。對應(yīng)溫度力圖為部分溫度梯度反向，如圖中FT所示。ABrDFGEmaxPt拉maxPt壓HNTDEGAHP峰l峰rr1.3軌溫反向變化時的溫度力圖（4）當(dāng)達(dá)到最大軌溫時，固定區(qū)溫度力達(dá)到最大值，固定區(qū)溫度力平行下移到HH

，則HN與FT的交點，出現(xiàn)了溫度壓力峰P峰，其值大于固定區(qū)的溫度壓力。如圖中FNH