《鐵路線路養(yǎng)護與維修》課件 2.4.1應力放散計算

無縫線路應力放散PARTONE應力放散作業(yè)概述無縫線路特點及分類

1、特點與普通線路相比，無縫線路在其長鋼軌段內(nèi)消滅了軌縫，消除了車輪對鋼軌接頭的沖擊，列車運行平穩(wěn)，旅客舒適，延長線路設備和機車車輛的使用壽命，減少線路養(yǎng)護維修工作量，并能適應高速行車要求，是軌道現(xiàn)代化的發(fā)展方向。

2、分類根據(jù)處理鋼軌內(nèi)部溫度應力方式的不同，分為溫度應力式和放散溫度應力式兩種。無縫線路特點及分類溫度應力式無縫線路：由一根焊接長鋼軌及其兩端2～4根標準軌組成，并采用普通接頭的形式。（常用）放散溫度應力式無縫線路，又分自動放散式（橋上、尖軌伸縮調(diào)節(jié)器）和定期放散式（一年兩次放散應力）兩種，適用于年軌溫差較大的地區(qū)。（結(jié)構(gòu)復雜、作業(yè)不便）四、鋼軌溫度力與鎖定軌溫（一）軌溫氣溫與軌溫的關(guān)系:Tmax=tmax（實際最高氣溫）+18℃～25℃Tmin=tmin（實際最低氣溫）-2℃～3℃軌溫量測：軌溫計。影響軌溫的因素有氣候變化、風力大小、日照強度、線路走向和所取部位等。鋪設無縫線路的關(guān)鍵是設法克服長鋼軌因軌溫變化而產(chǎn)生的溫度力問題。無縫線路上長鋼軌的兩端用鋼軌聯(lián)結(jié)零件和防爬設備加以強制性固定，其他部分也采用強度大的中間聯(lián)結(jié)零件和防爬設備使之緊扣于鋼筋混凝土軌枕之上，稱為鎖定線路。根據(jù)氣象資料和無縫線路允許溫升、溫降，計算確定的無縫線路鎖定軌溫稱為設計鎖定軌溫。

把無縫線路鋼軌鎖定不能自由伸縮時的軌溫叫鎖定軌溫Tsf，當t=Tsf時，σt＝0。Tsf設計計算原則：夏天不漲軌，冬天不斷軌。

為降低長軌條內(nèi)的溫度力，需選擇一個適宜的鎖定軌溫，又稱零應力狀態(tài)的軌溫。在鋪無縫線路中，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。施工鎖定軌溫應在設計鎖定軌溫允許變化范圍之內(nèi)。鎖定軌溫是決定鋼軌溫度力水平的基準。

根據(jù)強度、穩(wěn)定條件確定鎖定軌溫是無縫線路設計的主要內(nèi)容。3.應力放散計算無縫線路應力放散需要做到放散量要夠，沿長鋼軌要均勻，鎖定軌溫要準。為此，要進行放散量、預留軌縫及鍋軌量的計算。(1)放散景計算應力放散時，按鋼軌自由伸縮條件計算長鋼軌的放散量:

△L=ɑ*L放(t1—t2)

（4-1)式中△L---放散量(mm)；L放---需要放散的鋼軌長度(m)；t1---放散后的計劃鎖定軌溫(℃);t2---原鎖定軌溫(℃);(2）鋸軌量計算應力放散時，鋼軌要伸縮，為使緩沖區(qū)軌滿足預留軌縫，須把緩沖區(qū)的緩沖軌鋸短或換上合適長度的鋼軌。緩沖區(qū)內(nèi)鋼軌長度的變化，通稱鋸軌量。計算緩沖區(qū)緩沖軌的鋸軌量時，必須考慮到緩沖區(qū)內(nèi)預留軌縫與現(xiàn)有軌縫的情況，以及結(jié)合放散整治線路爬行的情況，其鋸軌量按下式計算確定：

K=ΔL+(∑a-∑b)士c

（4-2）式中

K----鋸軌量;∑a----放散后緩沖區(qū)內(nèi)預留軌縫的總和;∑b----放散前緩沖區(qū)內(nèi)原有軌縫的總和;c----爬行量，如與放散方向相反時，取正號:反之取負號。一、什么叫跨區(qū)間無縫線路？把焊接軌條長度延長達整個區(qū)間或跨區(qū)間，并與道岔焊聯(lián)成一體，軌條之間直接傳遞縱向力和位移，這種超長軌條的無縫線路稱為跨區(qū)間無縫線路。二、無縫線路為什么要應力放散（無縫線路放散條件）

由于受施工季節(jié)和施工條件限制，如鎖定軌溫偏低，不僅維修養(yǎng)護工作受限制，而且高溫時鋼軌受很大的溫度壓力，加之長鋼軌不均勻爬行造成“應力集中”，有脹軌跑道的危險；反之，如鎖定軌溫偏高，低溫時鋼軌受到很大的拉力，線路不均勻爬行后，某些地段拉應力增大，溫度拉力與爬行附加拉力合在一起，容易拉斷螺栓或引起鋼軌折斷。因此，對非綜合溫度鎖定的無縫線路，特別是低溫鎖定或已產(chǎn)生嚴重“應力集中”的無縫線路，及時進行應力放散或應力調(diào)整，是提高無縫線路穩(wěn)定的主要工作。1、什么是應力集中？鋼軌在交變應力作用下發(fā)生的破壞稱為疲勞破壞。通常鋼軌承受的交變應力遠小于其靜載下的強度極限時，破壞就可能發(fā)生。另外鋼軌會由于截面尺寸改變而引起應力的局部增長，這種現(xiàn)象稱為應力集中。2、無縫線路的應力放散和調(diào)整目的把沒有在允許鎖定軌溫范圍以內(nèi)鎖定的無縫線路，及在運營和施工作業(yè)中鎖定軌溫發(fā)生了變化的無縫線路，將其鎖定軌溫通過應力放散或調(diào)整，重新準確、均勻地設定在設計的允許范圍內(nèi)。3、什么叫“應力放散”？“應力放散”是指改變長軌條原有的長度，在其伸長或縮短后，重新鎖定。4、應力調(diào)整與應力放散有什么不同?①鎖定軌溫在整段長軌條的全長上應均勻一致，也表示溫度力的分布均勻一致。如通過位移觀測樁的觀測或軌長標定的觀測發(fā)現(xiàn)其不一致，則應進行應力調(diào)整，使之均勻一致。②一段無縫線路的長軌條，鎖定軌溫從整體上并無變異，但局部有高有低，在此情況下可用應力調(diào)整的方法使之均勻。而應力放散則與調(diào)整不同，它是一段長軌條的鎖定軌溫，整個偏離了允許的設計鎖定軌溫范圍。4、應力調(diào)整與應力放散有什么不同?③鋼軌被鎖定之后，除長軌條兩端的伸縮區(qū)之外，其余(中間的固定區(qū))的鋼軌長度不能隨溫度變化而變化(伸縮)。如因養(yǎng)護不當長度發(fā)生了變化，則軌溫也隨之而變化。若鋼軌伸長則鎖定軌溫升高；若鋼軌縮短則鎖定軌溫下降。鎖定軌溫的檢驗

檢驗長鋼軌鎖定軌溫的變化情況，簡單易行的方法是：①設置位移觀測樁，通過觀測鋼軌長度的變化，計算出鎖定軌溫變化的大小，從而確定應力放散或調(diào)整的區(qū)段。②每段無縫線路設置位移觀測樁5～7對，如固定區(qū)較長，可適當增加對數(shù)。其中，固定區(qū)中間點一對，伸縮區(qū)始終點各一對，其余均勻設置在固定區(qū)。鎖定軌溫的檢驗

跨區(qū)間和全區(qū)間無縫線路，單元軌條長度＞1200m時，設置7對位移觀測樁(單元軌條起、訖點，距單元軌條起、訖點100m及400m和單元軌條中點各設置1對)；單元軌條長度≯1200m時，設置6對位移觀測樁(單元軌條起、訖點，距單元軌條起、訖點100m及400m各設置1對)。無縫道岔設3對觀測樁，在間隔鐵或限位器處設1對，在岔頭、岔尾處各設1對。5、無縫線路放散或調(diào)整的條件隨著無縫線路技術(shù)管理經(jīng)驗的積累，無縫線路養(yǎng)護有下列情況時，應進行應力放散或調(diào)整。①由于施工季節(jié)和施工作業(yè)，造成無縫線路的鎖定軌溫不符合設計規(guī)定的鎖定軌溫范圍；②鋪設后發(fā)生傷、斷軌時，原位焊復或焊接短軌改變鎖定軌溫；③采取強制撞軌措施，使實際鎖定軌溫超過設計規(guī)定鎖定軌溫；④因施工方法不當，造成鎖定軌溫不均勻或不準確；5、無縫線路放散或調(diào)整的條件⑤養(yǎng)護維修不當，產(chǎn)生長軌伸縮變形或線路不均勻爬行，改變了鎖定軌溫；⑥既有無縫線路大中修及配合特殊施工需要，臨時改變原來的鎖定軌溫及重新鎖定時，鎖定軌溫不符合設計軌溫規(guī)定；⑦左右兩股長軌條的鎖定軌溫之差超過5℃；⑧跨區(qū)間或整區(qū)間無縫線路的相鄰軌節(jié)鎖定軌溫之差超過5℃；⑨任意觀測區(qū)段的實際鎖定軌溫相差大于或等于5℃。三、應力放散和調(diào)整方法應力放散主要有鋼軌溫度控制法和鋼軌長度控制法，這兩種方法共同問題是在放散過程中，因滾筒摩擦阻力、扣件阻力的影響會造成應力放散不徹底、不均勻等。振動放散法適用于單元無縫線路及跨區(qū)間無縫線路的應力放散、應力調(diào)整，實現(xiàn)無縫線路鎖定軌溫“準”和“勻”。通過無縫線路應力放散效果測試與分析，得出在無縫線路應力放散或應力調(diào)整施工中，每隔400m左右放置一臺振動放散機是合理的，并配合使用枕上托滾支撐長軌，使應力放散徹底和均勻，應力調(diào)整更加均勻，特別是在跨區(qū)間無縫線路地段對局部應力調(diào)整具有良好效果。1、鋼軌溫度控制法無縫線路溫度應力放散或調(diào)整通常采用零應力放散法，先將鋼軌的約束力解除，使鋼軌處于“零應力狀態(tài)”，然后根據(jù)軌條長、用作業(yè)軌溫控制鋼軌達到伸縮量，但放散軌溫受天氣的約束，放散時的軌溫必須是設計鎖定的軌溫加減5℃。而在運營線上封鎖線路進行溫度應力放散施工作業(yè)時，實際做法是利用撞軌使鋼軌內(nèi)不存在壓力，當鋼軌撞到不再伸長時。2、鋼軌長度控制法長軌伸長主要是通過對鋼軌的撞擊和拉伸達到伸縮量，在一瞬間鋼軌受到振動產(chǎn)生縱向水平推動力，鋼軌發(fā)生跳動式的向前位移，撞擊鋼軌一旦停止，鋼軌位移也隨之終止，因此總的放散量易于控制?？偡派⒘窟_到要求后，如發(fā)現(xiàn)有放散不均、不到位，還可在相應的撞軌點增加撞擊次數(shù)，直至達到均衡到位的目的。這也是目前普遍采用的放散方式。長軌應力放散的優(yōu)點1、放散量容易控制長軌伸長主要是通過對鋼軌的撞擊和拉伸后，在一瞬間鋼軌受到振動產(chǎn)生縱向水平推動力，鋼軌發(fā)生跳動式的向前位移，撞擊和拉伸鋼軌一旦停止，鋼軌位移也隨之終止，因此總的放散量易于控制。2、施工機具簡單、施工方法簡便，操作容易。放散人員只要經(jīng)過一兩次放散后，就能達到技術(shù)熟練、操作規(guī)范的程度。長軌應力放散的優(yōu)點3、封鎖時間好掌握，確保正點開通。由于放散量可在事先計算，易于控制，所以事先就可將“龍口”軌鋸配好，縮短作業(yè)時間，保證正點開通。4、施工安全有保障由于在施工前制定了詳細的施工組織及安全措施，在施工中嚴格作業(yè)紀律，撞擊鋼軌嚴格控制在封鎖時間內(nèi)進行。松緊扣件要逐股進行，扣件壓力要保持在40N·M左右；放行列車前要檢查軌距及軌向，確保安全放行列車。四、放散：分為應力放散和應力調(diào)整

(一)應力放散放散方法第一種稱為滾筒配合撞軌放散法，即實際軌溫在設計鎖定軌溫范圍內(nèi)，放散時在鋼軌下加墊滾筒，利用錘擊敲打鋼軌，配合以適當撞軌，使鋼軌自由伸縮，等鋼軌充分回彈后，即鋼軌內(nèi)應力達到零應力然后迅速鎖定線路。(一)應力放散方法第二種稱為滾筒結(jié)合拉伸配合撞軌（稱為綜合）放散法，即實際軌溫低于鎖定軌溫下限值時，鋼軌下墊上滾筒，將要放散的單元軌節(jié)一端與已放散鎖定的線路焊接，靠無縫線路提供反力，一端安裝鋼軌拉伸器，配合以適當撞軌。根據(jù)當時軌溫計算出單元軌節(jié)的拉伸量，等單元軌節(jié)在當時的施工溫度下處于自由伸縮狀態(tài)時，進行位移零點標記，再用拉軌器配合以適當撞軌將單元軌節(jié)拉伸至計算出的拉伸量，各測點位移均達到計算位移量后進行鎖定。(一)應力放散方法對于區(qū)間線路將根據(jù)現(xiàn)場軌溫靈活采用放散方法，對于道岔由于不易進行拉升，只能選擇滾筒放散法，即道岔放散必須在設計鎖定軌溫范圍內(nèi)進行。(二)應力調(diào)整方法應力調(diào)整（不改變長鋼軌長度），可在比較接近實際鎖定軌溫的條件下，采用列車碾壓法。列車碾壓法是指：在調(diào)整地段，適當松動扣件和防爬器，利用列車碾壓振動和軌溫，也可輔以適當撞軌，將溫度應力調(diào)整均勻。利用列車碾壓法，比較簡單易行，主要適用于部分調(diào)整。利用列車碾壓，需要在限速不超過25km/h的條件下進行。(二)應力調(diào)整方法無縫線路應力放散或調(diào)整通常采用零應力綜合放散法，既在軌溫低于鎖定軌溫的情況下進行放散，先將鋼軌的約束力解除，使鋼軌處于“零應力狀態(tài)”，然后根據(jù)軌條長、作業(yè)軌溫和需要的鎖定軌溫計算鋼軌的伸長量。而在運營線上封鎖線路進行應力放散或調(diào)整施工作業(yè)時，實際做法是利用撞軌使鋼軌內(nèi)不存在壓力，當鋼軌撞到不再伸長時，定義此時的鋼軌狀態(tài)為“零應力狀態(tài)”。應力放散，必須做到勻、準、夠。五、鋼軌的自由伸縮量和限制伸縮量1、鋼軌的自由伸縮量鋼軌不受任何阻礙的伸縮叫自由伸縮。自由伸縮量同鋼軌的長度和軌溫變化度數(shù)成正比。2、鋼軌的限制伸縮量無縫線路鋼軌在充分鎖定狀態(tài)下的伸縮叫限制伸縮，而鎖定，則指鋼軌扣件的鎖固狀態(tài)。由于已被強力鎖定，自由伸縮量的相當一部分不能實現(xiàn)，故無縫線路鋼軌的限制伸縮有如下特點：①只有當軌溫變化到相當程度才會產(chǎn)生限制伸縮。②限制伸縮量比自由伸縮量小的多。2、鋼軌的限制伸縮量③限制伸縮量同長軌條的長度無關(guān)，即任何長度的長軌條的限制伸縮量，在軌溫變化相同度數(shù)時都是一致的。無縫線路未充分鎖定或道床抵抗軌枕沿線路方向移動的阻力不夠，鋼軌的限制伸縮量將會增大，甚至接近自由伸縮量，這將對無縫線路產(chǎn)生巨大的破壞性影響。3、溫度應力和溫度力1）什么叫溫度應力？無縫線路鎖定后，較大的自由伸縮量變成了較小的限制伸縮量。鋼軌未實現(xiàn)的伸縮量，以溫度應力的形式積蓄于鋼軌內(nèi)部。很明顯，軌溫變化越大，應力就越大。因此，把在無縫線路上，由于軌溫變化引起的鋼軌伸縮因受到限制而轉(zhuǎn)化到鋼軌內(nèi)部的力叫溫度應力。3、溫度應力和溫度力夏天軌溫上升，鋼軌欲伸長時受到的溫度應力是壓應力。冬天軌溫下降，鋼軌欲縮短時受到的溫度應力是拉應力。溫度應力的計算公式是：σt=2.48△t式中：σt――溫度應力（KN）△t――軌溫變化度數(shù)（℃）。溫度應力只表示每cm2鋼軌斷面上受到的力。60kg/m鋼軌的全斷面為77.45cm2。2）什么叫溫度力？把無縫線路鋼軌全斷面上受到的溫度應力叫溫度力。溫度力的大小和鋼軌長度無關(guān)。溫度力的計算公式是：

Pt=F×σt＝248×σt＝248×△t×F式中：F――鋼軌斷面積（cm2）Pt—溫度力（N）。就60軌而言，其軌溫變化1℃所受的溫度力為：Pt＝77.45×248×1＝19207.6（N）≈19.2(KN)2）什么叫溫度力？無縫線路的鋼軌，隨軌溫的變化要承受巨大的溫度力，這是無縫線路區(qū)別普通線路的非常重要的特點，也是無縫線路維修養(yǎng)護工作中必須考慮的一個特殊問題。在長度固定的鋼軌內(nèi)產(chǎn)生的鋼軌溫度力，僅與軌溫變化幅度△t有關(guān)，而與鋼軌本身長度無關(guān)；溫度力隨軌溫變化而變化，但鎖定軌溫（一般是常量）是決定鋼軌溫度力的基準，因此，在無縫線路管理中，正確掌握鎖定軌溫是關(guān)鍵。六、應力放散的要求超長無縫線路取消了緩沖區(qū)，因而應力放散時，不可能通過更換不同長度的緩沖軌來補償無縫線路的放散量，只能鋸切鋼軌，預留“開口量”，采用液壓鋼軌拉伸器張拉鋼軌和撞軌實現(xiàn)應力放散。為達到放散均勻、徹底，要求張拉鋼軌時，將長軌條擱置在滾筒上，并每隔100m設置鋼軌縱向位移觀測標記，測量放散量。當液壓拉伸器張拉鋼軌達到計劃放散量時，立即拆除滾筒，擰緊扣件。同時，在鋼軌鋸切處用鋁熱焊焊聯(lián)鋼軌，因而鋸切鋼軌還應考慮鋁熱焊的預留焊縫。無縫線路應力放散的人員、材料配置1、成立施工領(lǐng)導小組：由組長、副組長、現(xiàn)場總指揮、技術(shù)負責人員組成。

2、施工小組劃分及具體作業(yè)內(nèi)容

1）鋸軌、鉆孔、換軌組：根據(jù)現(xiàn)場總指揮發(fā)布的施工命令，負責按照現(xiàn)場要求進行鋸軌、鉆孔、換軌及拉伸工作。

2）撞軌組：根據(jù)現(xiàn)場總指揮發(fā)布的施工命令，負責按照計劃標記的位移量，進行撞軌作業(yè)，撞軌到位后轉(zhuǎn)移工地。無縫線路應力放散的人員、材料配置3）鎖定組：分為5組，根據(jù)現(xiàn)場總指揮發(fā)布的施工命令，負責線路扣件的松動、鏟下膠墊、安設滾杠、豎向滾筒及拉伸到位后的拆除、方正膠墊、改好軌距、全面鎖定扣件，并進行全面復查及質(zhì)量回檢。

4）防護組：由所在工區(qū)防護員擔任，設駐站防護員1名，現(xiàn)場防護員2名，根據(jù)施工進度及現(xiàn)場總指揮的要求，按《安規(guī)》規(guī)定設置、撤除防護及防護信號牌。無縫線路應力放散的人員、材料配置5）機養(yǎng)組：2人組成，具有機械修理專長的人員擔任，對損壞和有故障的機械進行跟蹤維護，確保施工機械處于正常狀態(tài)。

6）看守組：2人組成，當日施工結(jié)束，各施工小組將各自的工具、材料存放到指定地點，看守人員在施工結(jié)束前趕到施工地點，帶好照明燈具，嚴防丟失。七、放散的步驟（無縫線路應力放散流程圖）（一）

準備作業(yè)1、現(xiàn)場調(diào)查：調(diào)查原鎖定軌溫的變化情況，線路的爬行、緩沖區(qū)鋼軌長度及軌縫大小、備用軌情況，及橋梁、道口、焊縫等的位置，對影響放散的處所做好標記與記錄。2、計算放散量及合攏軌長度。3、備好施工機具及材料，如合攏軌、長孔夾板、短軌頭、通訊設備等。七、放散的步驟（無縫線路應力放散流程圖）4、清除影響鋼軌伸縮的障礙物。5、做好施工組織安排。6、通知施工配合單位，說明地點、時間、長度、應帶機具及其它事項。七、放散的步驟（無縫線路應力放散流程圖）（二）基本作業(yè)1、列車慢行期間①設好駐站和兩頭防護。工具、人員到位后清除埋住鋼軌的道碴。檢查防脹插板、軌距拉桿、地錨拉桿等可能影響鋼軌伸縮的其他軌道加強設備。固定端作業(yè)工區(qū)鎖定線路50m。質(zhì)量要求：道碴、防脹插板等均不得影響鋼軌自由伸縮。安全：注意工器具傷人。七、放散的步驟（無縫線路應力放散流程圖）②車站要點設置慢行防護。半徑≤800m地段時，隔三松一，半徑＞800m時隔一松二，松開扣件。準備扒開壓機窩，散放滾筒質(zhì)量要求：螺母松開要適中，不可過低，也不可掉帽。（松至5-10mm）安全：嚴格執(zhí)行規(guī)定，不可多卸。來車時及時下道避車，一線來車，二線下道。任務二應力放散與調(diào)整七、放散的步驟（無縫線路應力放散流程圖）作業(yè)程序1、每隔100m標好一處觀測點，并標明放散量；2、用氣割斜切龍口處鋼軌；3、部分松開接頭螺栓，并墊上枕木墊；4、將彈條扣件隔一松一；5、隔400m~500m放一臺撞軌器、一付撞軌卡。七、放散的步驟（無縫線路應力放散流程圖）2、線路封鎖期間

①根據(jù)施封計劃請點封鎖線路，設置防護。②松開一股鋼軌的全部扣件。鋸軌，安設拉伸器、撞軌車、滾筒，捅下與鋼軌粘在一起的膠墊，然后進行另一股。質(zhì)量要求：軌端鋸齊，拉伸器正確安設、撞軌車、撞軌的方向正確，滾杠放平、方向正確，整正膠墊。安全：鋸軌人員要戴好勞保用品，切割鋼軌時，其他人員應遠離切割機的前方和左右兩側(cè)，防止鋸片破損傷人。滾杠安設時作業(yè)人員手不得伸入鋼軌與軌枕間，防