軌道工程課程設(shè)計(jì)軌道強(qiáng)度檢算及普通無縫線路設(shè)計(jì)

1、華東交通大學(xué)課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書題目名稱 軌道強(qiáng)度檢算及普通無縫線路設(shè)計(jì) 院 （系） 專 業(yè) 班 級(jí) 2014年 1 月 6 日 至 2014 年 1 月 10 日 共 1 周指導(dǎo)教師: 教研室主任: 25設(shè)計(jì)任務(wù)書一設(shè)計(jì)題目：軌道強(qiáng)度檢算普通無縫線路設(shè)計(jì)二設(shè)計(jì)資料： 線路鋪設(shè)無縫線路區(qū)段，地區(qū)為南昌，歷年最高軌溫為60.6,最低軌溫為9.3,最大溫差為69.9，60kg/m鋼軌無縫線路，鋼軌截面積f=77.45 cm，鋼軌慣性矩i=1048cm；曲線半徑r=1200m軌枕：型混凝土軌枕1840根/；道床：碎石道砟，厚度為40；路基：既有線路基；鋼軌支點(diǎn)彈性系數(shù)d：檢算鋼軌強(qiáng)度時(shí)，取3000

2、0 n/mm；檢算軌下基礎(chǔ)時(shí)，取70000n/mm；現(xiàn)有機(jī)車類型機(jī)車組 別（每組1人）123456789客機(jī)ss3ss1df4ss3ss1df4ss3df4df4b貨機(jī)df4bdf4ss1df4df4bdf4ss1df4bdf4鋼軌彈性模量e=2.110，軌道原始彈性彎曲半波長=720cm,原始彈性彎曲矢度=2.5mm，原始塑性彎曲矢度=2.5mm，軌道彎曲變形矢度=2mm。，軌道框架剛度系數(shù)=1.0，等效道床阻力取=84.3n/cm。線路基本情況：該線路位于xxx線，自k110+000至k123+000橋隧等建筑物位置如下表：起始里程或中心里程既有線橋、隧及道口描述k110+74.4k110

3、+254.33潭口隧道k110+342.962-20.0 1-10.0混凝土拱橋k110+687.5平交道口k111+046.01-40.0 2-20.0混凝土拱橋k113+171.53k113+476.28古龍崗隧道k114+650.812-15.0 4-31.0鋼橋k115+000平交道口k121+163.06平交道口k121+500.6平交道口k121+948.56k122+065.81楊子嶺隧道三、設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求1、軌道強(qiáng)度檢算（1）論述軌道強(qiáng)度、穩(wěn)定性計(jì)算的基本原理；（2）靜力計(jì)算采用連續(xù)彈性基礎(chǔ)梁理論，用準(zhǔn)靜態(tài)計(jì)算方法計(jì)算軌道結(jié)構(gòu)動(dòng)力。檢算內(nèi)容有：鋼軌強(qiáng)度檢算、道床頂面壓應(yīng)力檢算、

4、路基表面壓應(yīng)力檢算等。2、普通無縫線路設(shè)計(jì)（1）設(shè)計(jì)鎖定軌溫的確定（2）伸縮區(qū)長度計(jì)算（3）預(yù)留軌縫設(shè)計(jì)（4）防爬設(shè)備的布置（5）長軌節(jié)的長度，畫長軌條布置圖（6）無縫線路穩(wěn)定性檢算等。四參考文獻(xiàn)：1.鐵路軌道設(shè)計(jì)規(guī)范（tb100822005 j4482005）2.軌道工程五完成文件與要求：1設(shè)計(jì)計(jì)算書2長軌條布置圖。設(shè)計(jì)計(jì)算書采用統(tǒng)一的封頁和計(jì)算紙張，按要求填寫好任務(wù)書，裝訂后再和圖紙一起放入資料袋中。圖紙統(tǒng)一采用a3紙張，計(jì)算機(jī)繪圖或手工繪圖，要求布局合理，線形粗細(xì)必須分明，標(biāo)注的漢字和數(shù)字要字體統(tǒng)一、大小一致、詳細(xì)清晰，圖紙右下方需有繪圖單位、比例和其他說明文字。圖紙下方需標(biāo)明設(shè)計(jì)者和審

5、核者、設(shè)計(jì)時(shí)間、圖名、圖號(hào)、班級(jí)和學(xué)號(hào)等。備注：請(qǐng)各班學(xué)習(xí)委員對(duì)上述所給條件進(jìn)行組合，確保本班所有同學(xué)的參數(shù)不重合。 指導(dǎo)教師：張鵬飛軌道強(qiáng)度檢算一、軌道強(qiáng)度計(jì)算的基本原理軌道承受列車的各種垂直壓力、橫向水平力、縱向水平力。垂直壓力主要來自車輪的靜重（靜荷載）。在列車運(yùn)行時(shí)，由于機(jī)車車輛的振動(dòng)，軌道和車輪的不平順，以及蒸汽機(jī)車動(dòng)輪和主動(dòng)輪構(gòu)件的作用，除靜荷載外，在垂直方向，軌道還承受許多額外的附加力。所有這些附加力連同靜荷載一起，稱為垂直動(dòng)荷載。橫向水平力主要是由機(jī)車車輛搖擺及作蛇行運(yùn)動(dòng)以及它們通過曲線時(shí)向外推動(dòng)而產(chǎn)生的?？v向水平力主要包括機(jī)車加速、制動(dòng)時(shí)的縱向水平分力，在長大坡道上機(jī)車車輛重

6、量的縱向水平分力，以及因鋼軌的溫度變化而產(chǎn)生的溫度力。目前，最常用的檢算軌道強(qiáng)度方法稱為準(zhǔn)靜態(tài)計(jì)算方法。所謂準(zhǔn)靜態(tài)計(jì)算方法，就是應(yīng)用靜力計(jì)算的基本原理，對(duì)軌道結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算，然后根據(jù)輪軌系統(tǒng)的動(dòng)力特性，考慮為輪載、鋼軌撓度、彎矩和軌枕反力等的動(dòng)力增值問題。軌道強(qiáng)度準(zhǔn)靜態(tài)計(jì)算包括以下三個(gè)內(nèi)容：1、軌道結(jié)構(gòu)的靜力計(jì)算；2、軌道結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的動(dòng)力計(jì)算準(zhǔn)靜態(tài)計(jì)算；3、檢算軌道結(jié)構(gòu)各部件的強(qiáng)度。（1）軌道結(jié)構(gòu)的靜力計(jì)算軌道靜力計(jì)算常用有連續(xù)彈性基礎(chǔ)梁和連續(xù)彈性支撐梁兩種模型。連續(xù)彈性基礎(chǔ)梁模型就是把鋼軌視為一根支承在連續(xù)彈性基礎(chǔ)上的無限長梁，分析梁在受豎向力作用下產(chǎn)生的撓度、彎矩和基礎(chǔ)反力。通過計(jì)算出c、d、

7、k三個(gè)彈性特征參數(shù)值和ej的值，算出當(dāng)量荷載和，最后求出彎矩m和反力r?；炯僭O(shè)為：（a）軌道和機(jī)車車輛均符合各項(xiàng)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的要求。（b）鋼軌是一根支承在連續(xù)彈性基礎(chǔ)上的無限長梁。（c）作用于鋼軌的對(duì)稱面上，兩股鋼軌上的荷載相等。（d）不考慮軌道自重。（2）準(zhǔn)靜態(tài)計(jì)算在軌道結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)靜態(tài)計(jì)算中，主要是確定鋼軌的撓度、彎矩和軌枕動(dòng)力增值。通過求出速度系數(shù)、偏載系數(shù)和橫向水平力系數(shù)f，最后求出彎矩m和反力r。（3）檢算軌道結(jié)構(gòu)各部件的強(qiáng)度（a）鋼軌強(qiáng)度檢算（b）軌枕承壓強(qiáng)度與彎矩的檢算（c）道床應(yīng)力及路基面應(yīng)力計(jì)算二、穩(wěn)定性計(jì)算的基本原理無縫線路軌道的穩(wěn)定性應(yīng)滿足鋼軌內(nèi)的實(shí)際升溫幅度t小于或等于允許的

8、升溫幅度。橋上鋪設(shè)無縫道岔時(shí)，應(yīng)計(jì)入縱向附加力的影響，即t 。三、計(jì)算部分近幾年來我國鐵路推廣使用u75v（原稱pd3）鋼種鋼軌其抗拉強(qiáng)度達(dá)980mpa，淬火后其抗拉強(qiáng)度達(dá)1265mpa。機(jī)車類型為第6組：客機(jī)df4，貨機(jī)df4。1、 運(yùn)營車輛為df4型電力機(jī)車時(shí)軌道各部件強(qiáng)度檢算 所檢算機(jī)車構(gòu)造速度均小于最壞情況下的最大速度vmax=4.3r=4.31200=148.96km/h，故可按機(jī)車構(gòu)造速度檢算部件強(qiáng)度。鋼軌強(qiáng)度的檢算 df4型電力機(jī)車的兩個(gè)轉(zhuǎn)向架之間距離比較大，彼此影響甚小，可任選一個(gè)轉(zhuǎn)向架的車輪作為計(jì)算輪，同時(shí)由于三個(gè)車輪的輪重和輪距相同，兩端的車輪對(duì)稱，只要任選1與2輪或2與3

9、輪作為計(jì)算輪來計(jì)算彎矩的當(dāng)量荷載 計(jì)算步驟如下：計(jì)算值計(jì)算鋼軌強(qiáng)度的d=30000n/mm，按無縫線路的要求，軌枕均勻布置，軌枕間距a=1000000/1840=543.47543mm。由此可得：計(jì)算值e值一般取，查表可得j=計(jì)算值根據(jù)不同的值可計(jì)算出值計(jì)算輪計(jì)算值輪位12311150001150001150009742801800360002.1604.32010.16000.0072115000184008282115000115000115000782001800018002.16002.1600.160010.16001840011500018400計(jì)算以1和2輪分別為計(jì)算輪來計(jì)算，并

10、選取其中最大值來計(jì)算鋼軌的彎矩。計(jì)算輪1的為其中的最大值，用此值來計(jì)算靜彎矩。計(jì)算靜彎矩計(jì)算動(dòng)彎矩計(jì)算電力機(jī)車運(yùn)行條件下軌底彎曲應(yīng)力的速度系數(shù)公式為，可算得速度系數(shù)為由計(jì)算偏載系數(shù)的公式，我國鐵路線路維修規(guī)則規(guī)定：未被平衡的欠超高一般不應(yīng)大于75mm，所以中,得由表可查得時(shí)的橫向水平力系數(shù)將上述系數(shù)代入 計(jì)算鋼軌的動(dòng)彎應(yīng)力和可查得鋼軌的，則得軌底和軌頭應(yīng)力為軌底 軌頭 溫度應(yīng)力 =2.48t=2.48x27.48=68.15mpa, 得鋼軌基本應(yīng)力 軌底 軌頭 由鐵路軌道設(shè)計(jì)規(guī)范（tb100822005 j4482005）查得，u75v（原稱pd3）鋼種鋼軌抗拉強(qiáng)度大于880mpa，鋼軌的屈服

11、極限，新軌的安全系數(shù)，允許應(yīng)力為上述軌底和軌頭的基本應(yīng)力均小于，符合鋼軌的強(qiáng)度檢算條件軌枕彎矩的檢算計(jì)算值和值計(jì)算軌枕彎矩時(shí)，用，軌枕均勻布置，軌枕間距由此可得計(jì)算值根據(jù)不同的值可計(jì)算出值計(jì)算軌枕反力的當(dāng)量荷載計(jì)算輪計(jì)算值輪位1231115000115000115000126945.0501800360002.6645.32810.09710.0067711500011166.5778.5521150001150001150001373331800018002.66402.6640.097110.097111166.511500011166.5取表中最大的137333計(jì)算軌枕上的動(dòng)壓力計(jì)算電力

12、機(jī)車運(yùn)行條件下速度系數(shù)公式為，可算得速度系數(shù)由計(jì)算偏載系數(shù)的公式，式中,得，約為靜輪載的87.33，以此計(jì)算值來計(jì)算軌枕彎矩。型混凝土軌枕，軌枕長度，鋼軌中心線至枕端距離，道床支承長度，軌底寬度，代入公式，計(jì)算軌下截面正彎矩型混凝土軌枕，軌下截面允許彎矩，計(jì)算正彎矩在計(jì)算軌枕中間截面彎矩時(shí)，可按兩種不同支承方式的公式分別計(jì)算結(jié)果，進(jìn)行比較公式一公式二型混凝土軌枕，軌枕中間截面允許彎矩，計(jì)算數(shù)值道床頂面應(yīng)力的檢算對(duì)于型混凝土軌枕，中部不支承在道床上時(shí)，中部支承在道床上時(shí)，按照下式計(jì)算 或滿足強(qiáng)度條件路基面道床應(yīng)力的檢算根據(jù)路基填料的允許應(yīng)力反算所需的厚度道床的厚度計(jì)算值小于實(shí)際的道床厚度，滿足要

13、求，應(yīng)采用實(shí)際的道床厚度，檢算通過。2、運(yùn)營車輛為內(nèi)燃機(jī)車時(shí)軌道各個(gè)部件強(qiáng)度檢算df4型內(nèi)燃機(jī)車一樣，任選一個(gè)轉(zhuǎn)向架的車輪作為計(jì)算輪，同時(shí)由于三個(gè)車輪的輪重和輪距相同，兩端的車輪對(duì)稱，只要任選1與2輪或2與3輪作為計(jì)算輪來計(jì)算彎矩的當(dāng)量荷載計(jì)算步驟如下：計(jì)算值計(jì)算鋼軌強(qiáng)度的d=30000n/mm，按無縫線路的要求，軌枕均勻布置，軌枕間距a=1000000/1840=543.47543mm。由此可得：計(jì)算值e值一般取，查表可得j=計(jì)算值根據(jù)不同的值可計(jì)算出值計(jì)算輪計(jì)算值輪位12311150001150001150009742801800360002.1604.32010.16000.007211

14、5000184008282115000115000115000782001800018002.16002.1600.160010.16001840011500018400計(jì)算以1和2輪分別為計(jì)算輪來計(jì)算，并選取其中最大值來計(jì)算鋼軌的彎矩。計(jì)算輪1的為其中的最大值，用此值來計(jì)算靜彎矩。計(jì)算靜彎矩計(jì)算動(dòng)彎矩計(jì)算電力機(jī)車運(yùn)行條件下軌底彎曲應(yīng)力的速度系數(shù)公式為可算得速度系數(shù)為由計(jì)算偏載系數(shù)的公式，我國鐵路線路維修規(guī)則規(guī)定：未被平衡的欠超高一般不應(yīng)大于75mm，所以中,得由表可查得時(shí)的橫向水平力系數(shù)將上述系數(shù)代入計(jì)算鋼軌的動(dòng)彎應(yīng)力和可查得鋼軌的，則得軌底和軌頭應(yīng)力為軌底 軌頭 溫度應(yīng)力 =2.48t=2

15、.48x27.48=68.15mpa, 得鋼軌基本應(yīng)力 軌底 軌頭由鐵路軌道設(shè)計(jì)規(guī)范（tb100822005 j4482005）查得，u75v（原稱pd3）鋼種鋼軌抗拉強(qiáng)度大于880mpa，鋼軌的屈服極限，新軌的安全系數(shù)，允許應(yīng)力為上述軌底和軌頭的基本應(yīng)力均小于，符合鋼軌的強(qiáng)度檢算條件軌枕彎矩的檢算計(jì)算值和值計(jì)算軌枕彎矩時(shí)，用，軌枕均勻布置，軌枕間距由此可得計(jì)算值根據(jù)不同的值可計(jì)算出值計(jì)算軌枕反力的當(dāng)量荷載計(jì)算輪計(jì)算值輪位1231115000115000115000126945.0501800360002.6645.32810.09710.0067711500011166.5778.55211

16、50001150001150001373331800018002.66402.6640.097110.097111166.511500011166.5取表中最大的137333計(jì)算軌枕上的動(dòng)壓力計(jì)算電力機(jī)車運(yùn)行條件下速度系數(shù)公式為，可算得速度系數(shù)由計(jì)算偏載系數(shù)的公式，式中,得，約為靜輪載的76.63，以此計(jì)算值來計(jì)算軌枕彎矩。型混凝土軌枕，軌枕長度，鋼軌中心線至枕端距離，道床支承長度，軌底寬度，代入公式，計(jì)算軌下截面正彎矩型混凝土軌枕，軌下截面允許彎矩，計(jì)算正彎矩在計(jì)算軌枕中間截面彎矩時(shí)，可按兩種不同支承方式的公式分別計(jì)算結(jié)果，進(jìn)行比較公式一公式二型混凝土軌枕，軌枕中間截面允許彎矩，計(jì)算數(shù)值道床

17、頂面應(yīng)力的檢算對(duì)于型混凝土軌枕，中部不支承在道床上時(shí)，中部支承在道床上時(shí)，按照下式計(jì)算 或滿足強(qiáng)度條件路基面道床應(yīng)力的檢算根據(jù)路基填料的允許應(yīng)力反算所需的厚度道床的厚度計(jì)算值小于實(shí)際的道床厚度，滿足要求，并采用實(shí)際的道床厚度，檢算通過。普通無縫線路設(shè)計(jì)溫度壓力的計(jì)算 根據(jù)軌道設(shè)計(jì)規(guī)范（tb100822005 j4482005）的公式計(jì)算溫度壓力 計(jì)算公式根據(jù)假設(shè)，用勢能駐值原理導(dǎo)出如下基本公式： ， 式中 ； ；計(jì)算兩根鋼軌溫度壓力（n）；e鋼軌彈性模量，為2.110；兩根鋼軌對(duì)豎直中和軸線的慣性矩， 60kg/m鋼軌 =2524=1048cm軌道框架剛度系數(shù)，采用1.0；軌道彎曲半波長（cm

18、）；軌道原始彈性彎曲半波長（cm）；720cm軌道原始彈性彎曲矢度（cm）；0.25cm軌道原始彈性彎曲的相對(duì)曲率矢度（），為常量，其值根據(jù)無縫線路現(xiàn)場調(diào)查資料統(tǒng)計(jì)分析確定；軌道原始塑性彎曲曲率（）；=軌道彎曲變形矢度，采用0.2cm；曲線軌道半徑（cm）；120000cm等效道床橫向阻力；84.3n/cm 軌道穩(wěn)定性允許溫度壓力 軌道穩(wěn)定性允許溫升 對(duì)于路基上無縫線路 根據(jù)強(qiáng)度條件確定允許溫降 鋼軌的強(qiáng)度條件是要求軌頭急軌底的邊緣荷載應(yīng)力的最大可能值，不超過 鋼軌的屈服強(qiáng)度除以一定的安全系數(shù)所得出的容許應(yīng)力。其表達(dá)式如下： 安全系數(shù)，新鋼軌。取130mpa,取10mpa 取 取，則 =2.48t=2.48x27.48=68.15mpa, =10mpa.,=2.48t=2.48x27.48=68.15mpa, =10mpa.計(jì)算式為： 設(shè)計(jì)鎖定軌溫計(jì)算 南昌歷年最高軌溫（），取60.6；南昌歷