鐵道概論課件5無縫線路

1、 第五章第五章 無縫線路無縫線路 第一節(jié)概述第一節(jié)概述1.無縫線路概念無縫線路概念 2無縫線路涉及主要問題無縫線路涉及主要問題1）接頭焊接質(zhì)量問題；）接頭焊接質(zhì)量問題；2）長軌在列車動力和溫度力共同作用下的強度和穩(wěn)定；）長軌在列車動力和溫度力共同作用下的強度和穩(wěn)定；3）無縫線路設(shè)計）無縫線路設(shè)計4）長軌運輸）長軌運輸5）鋪設(shè)施工）鋪設(shè)施工6）養(yǎng)護維修等）養(yǎng)護維修等高寒地區(qū)無縫線路高寒地區(qū)無縫線路曲線地段無縫線路曲線地段無縫線路 3無縫線路的基本特點及分類無縫線路的基本特點及分類 (1)(1)特點特點 與普通線路相比，無縫線路在其長鋼軌段內(nèi)消滅了與普通線路相比，無縫線路在其長鋼軌段內(nèi)消滅了軌縫，

2、從而消除了車輪對鋼軌接頭的沖擊，使得列車軌縫，從而消除了車輪對鋼軌接頭的沖擊，使得列車運行平穩(wěn)，旅客舒適，延長了線路設(shè)備和機車車輛的運行平穩(wěn)，旅客舒適，延長了線路設(shè)備和機車車輛的使用壽命，減少了線路養(yǎng)護維修工作量，并能適應(yīng)高使用壽命，減少了線路養(yǎng)護維修工作量，并能適應(yīng)高速行車的要求，是軌道現(xiàn)代化的發(fā)展方向。速行車的要求，是軌道現(xiàn)代化的發(fā)展方向。 (2(2）分類）分類 1) 無縫線路根據(jù)處理鋼軌內(nèi)部溫度應(yīng)力方式的不同，無縫線路根據(jù)處理鋼軌內(nèi)部溫度應(yīng)力方式的不同，可分為溫度應(yīng)力式和放散溫度應(yīng)力式兩種類型。可分為溫度應(yīng)力式和放散溫度應(yīng)力式兩種類型。 溫度應(yīng)力式無縫線路是由一根焊接長鋼軌及其兩溫度應(yīng)力

3、式無縫線路是由一根焊接長鋼軌及其兩端端24根標準軌組成，并采用普通接頭的形式。根標準軌組成，并采用普通接頭的形式。 放散溫度應(yīng)力式無縫線路，又分為自動放散式和放散溫度應(yīng)力式無縫線路，又分為自動放散式和定期放散式兩種，適用于年軌溫差較大的地區(qū)。定期放散式兩種，適用于年軌溫差較大的地區(qū)。采用伸縮接頭采用伸縮接頭的放散溫度應(yīng)的放散溫度應(yīng)力式無縫線路力式無縫線路 2)無縫線路根據(jù)鋼軌鋪設(shè)長度劃分為：無縫線路根據(jù)鋼軌鋪設(shè)長度劃分為：普通無縫線路普通無縫線路全區(qū)間無縫線路全區(qū)間無縫線路跨區(qū)間無縫線路跨區(qū)間無縫線路施工中的無縫線路施工中的無縫線路連接車站的無縫線路連接車站的無縫線路第二節(jié)第二節(jié) 無縫線路縱向

4、受力分析無縫線路縱向受力分析線路阻力線路阻力縱向阻力縱向阻力橫向阻力橫向阻力豎向阻力豎向阻力接頭阻力接頭阻力扣件阻力扣件阻力道床縱向阻力道床縱向阻力道床橫向阻力道床橫向阻力軌道框架水平剛度軌道框架水平剛度道床豎向阻力道床豎向阻力軌道框架垂直剛度軌道框架垂直剛度HPSnPH 一、無縫線路縱向阻力一、無縫線路縱向阻力 無縫線路縱向阻力包括接頭阻力、扣件阻力及無縫線路縱向阻力包括接頭阻力、扣件阻力及道床縱向阻力。道床縱向阻力。 1接頭阻力接頭阻力 鋼軌兩端接頭處由鋼軌夾板通過螺栓擰緊，產(chǎn)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，稱接頭阻力。接頭生阻止鋼軌縱向位移的阻力，稱接頭

5、阻力。接頭阻力由鋼軌夾板間的摩阻力和螺栓的抗剪力提供。阻力由鋼軌夾板間的摩阻力和螺栓的抗剪力提供。為了安全，我國接頭阻力僅考慮鋼軌與夾板間的為了安全，我國接頭阻力僅考慮鋼軌與夾板間的摩阻力。摩阻力。夾板受力圖夾板受力圖接頭阻力接頭阻力： PH=nS 摩阻力的大小主要取決于螺栓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?dāng)Q緊后的張拉力和鋼軌與夾板之間的摩擦系數(shù)間的摩擦系數(shù)f。接頭螺栓擰緊接頭螺栓擰緊后產(chǎn)生的拉力在夾板的上、下接后產(chǎn)生的拉力在夾板的上、下接觸面上將產(chǎn)生分力。圖中觸面上將產(chǎn)生分力。圖中T為水為水平分力；平分力；N為法向分力，它垂直為法向分力，它垂直于夾板的接觸面；于夾板的接

6、觸面；R為為N與與T的合的合力，它與的夾角等于摩擦角力，它與的夾角等于摩擦角，其中其中T = P/2，則有：，則有：)sin(cos 22PPR)sin(cos 22PPR式中式中 P一枚螺栓擰緊后的拉力一枚螺栓擰緊后的拉力(kN)； 夾板接觸面的傾角，夾板接觸面的傾角，tani； i為為軌底頂軌底頂面接觸面斜率，面接觸面斜率，50、75kg/m鋼軌：鋼軌： i 1/4；43、60kg/m鋼軌：鋼軌： i 1/3。 當(dāng)鋼軌發(fā)生位移時，夾板與鋼軌接觸面之間將產(chǎn)生當(dāng)鋼軌發(fā)生位移時，夾板與鋼軌接觸面之間將產(chǎn)生摩阻力摩阻力F， F將阻止鋼軌的位移。將阻止鋼軌的位移。 fPfRNfF cossincos

7、2 一枚螺栓對應(yīng)有四個接觸面，其上所產(chǎn)生的摩阻力一枚螺栓對應(yīng)有四個接觸面，其上所產(chǎn)生的摩阻力之和之和S為：為： 因為接頭一端有三枚螺栓，因此接頭阻力因為接頭一端有三枚螺栓，因此接頭阻力PH為：為： 鋼的摩擦系數(shù)一般為鋼的摩擦系數(shù)一般為0.25，而，而f =tan，則有，則有arctan0.25；又有；又有arctani。 相應(yīng)值代入得到：相應(yīng)值代入得到：70、50kg/m鋼軌：鋼軌：S1.03P；60、43kg/m鋼軌：鋼軌：S0.90P。 fPFS cossin24 PfSPH sincos63 由以上分析表明：一枚螺栓的拉力接近它所產(chǎn)生的接由以上分析表明：一枚螺栓的拉力接近它所產(chǎn)生的接頭阻

8、力。接頭阻力的表達式，可寫成：頭阻力。接頭阻力的表達式，可寫成： PH=nP 接頭阻力與螺栓材質(zhì)、直徑、擰緊程度和夾板孔數(shù)有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。扭力矩保持接頭阻力的關(guān)鍵。扭力矩T與螺栓拉力與螺栓拉力P的關(guān)系可用的關(guān)系可用經(jīng)驗公式表示：經(jīng)驗公式表示：T = K D P式中式中T 擰緊螺帽時的扭力矩擰緊螺帽時的扭力矩(Nm)； K扭矩系數(shù)，扭矩系數(shù)，K0.180.24； P螺栓拉力螺栓拉力(kN)； D螺栓直徑螺栓直徑(mm) 。 列車通過鋼軌接頭時產(chǎn)生的振

9、動，會使扭力矩下降，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。據(jù)國內(nèi)外資料，可降低到靜力測定值接頭阻力值降低。據(jù)國內(nèi)外資料，可降低到靜力測定值的的4050。所以，定期檢查扭力矩，重新擰緊螺。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營過程中保持不變，是一帽，保證接頭阻力值在長期運營過程中保持不變，是一項十分重要的措施。修理規(guī)則規(guī)定無縫線路鋼軌接頭必項十分重要的措施。修理規(guī)則規(guī)定無縫線路鋼軌接頭必須采用須采用10.9級螺栓，扭矩應(yīng)保持在級螺栓，扭矩應(yīng)保持在700900Nm。表。表81所示為計算時采用的接頭阻力值。所示為計算時采用的接頭阻力值。 2扣件阻力扣件阻

10、力 中間扣件和防爬設(shè)備抵抗鋼軌沿軌枕面縱向位移的中間扣件和防爬設(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。力必須大于道床縱向阻力。 扣件阻力是由鋼軌與軌枕墊板面之間的摩阻力和扣扣件阻力是由鋼軌與軌枕墊板面之間的摩阻力和扣壓件與軌底扣著面之間的壓件與軌底扣著面之間的摩阻力所組成。摩阻力的摩阻力所組成。摩阻力的大小、取決于扣件扣壓力大小、取決于扣件扣壓力和摩擦系數(shù)的大小。和摩擦系數(shù)的大小。一組一組扣件的阻力扣件的阻力F為：為：F=2(1+2)P ?？郯迨芰D扣板受力圖 據(jù)鐵道科學(xué)研究院試驗，如果混

11、凝土軌枕下采用橡據(jù)鐵道科學(xué)研究院試驗，如果混凝土軌枕下采用橡膠墊板，不論是扣板式扣件還是彈條式扣件，其摩擦膠墊板，不論是扣板式扣件還是彈條式扣件，其摩擦系數(shù)為：系數(shù)為：1+2=0.8。 扣壓力扣壓力P的大小與螺栓所的大小與螺栓所受拉力的大小有關(guān)。以扣板受拉力的大小有關(guān)。以扣板式扣件為例：式扣件為例： 式中式中P拉拉扣板螺栓拉力，扣板螺栓拉力，與螺帽扭矩有關(guān)；與螺帽扭矩有關(guān)； a、b扣板著力點至扣板著力點至螺栓中心的距離。螺栓中心的距離。拉拉PbabP 扣件摩阻力扣件摩阻力F的表達式為：的表達式為： 實測資料指出，在一定的扭矩下，扣件阻力隨鋼軌實測資料指出，在一定的扭矩下，扣件阻力隨鋼軌位移的增

12、加而增大。當(dāng)鋼軌位移達到某一定值之后，位移的增加而增大。當(dāng)鋼軌位移達到某一定值之后，鋼軌產(chǎn)生滑移，阻力不再增加。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，墊板壓縮和扣件局部磨損，將導(dǎo)致扣件阻力下降，通常墊板的壓縮與扣件的磨損按通常墊板的壓縮與扣件的磨損按1mm估計。估計。 此外，列車通過時的振動，會使螺帽松動，扭矩下此外，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。為此規(guī)定：扣板扣件扭矩應(yīng)降，導(dǎo)致扣件阻力下降。為此規(guī)定：扣板扣件扭矩應(yīng)保持在保持在80120Nm；彈條扣件為；彈條扣件為100150Nm。 拉拉PbabF )(212 道床縱向阻力道床

13、縱向阻力軌枕與道床之間的摩阻力軌枕與道床之間的摩阻力枕木盒內(nèi)道碴抗推力枕木盒內(nèi)道碴抗推力 3道床縱向阻力道床縱向阻力 道床縱向阻力系指道床抵抗軌道框架縱向位移的阻力。道床縱向阻力系指道床抵抗軌道框架縱向位移的阻力。一般以每根軌枕的阻力值，或每延毫米分布阻力表示。一般以每根軌枕的阻力值，或每延毫米分布阻力表示。它是抵抗鋼軌伸縮，防止線路爬行的重要參數(shù)。它是抵抗鋼軌伸縮，防止線路爬行的重要參數(shù)。 道床縱向阻力受道碴材質(zhì)、顆粒大小及級配、道床斷道床縱向阻力受道碴材質(zhì)、顆粒大小及級配、道床斷面、搗固質(zhì)量、臟污程度、軌道框架重量等因素的影響。面、搗固質(zhì)量、臟污程度、軌道框架重量等因素的影響。 注意：注意

14、： 只要鋼軌與軌枕間的扣件阻力大于道床抵抗軌枕縱只要鋼軌與軌枕間的扣件阻力大于道床抵抗軌枕縱向移動的阻力，則無縫線路長鋼軌的溫度應(yīng)力和溫度向移動的阻力，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。力確定。 可以看出：道床縱向阻可以看出：道床縱向阻力值隨位移的增大而增加，力值隨位移的增大而增加，當(dāng)位移達到一定值之后，當(dāng)位移達到一定值之后，軌枕盒內(nèi)的道碴顆粒之間軌枕盒內(nèi)的道碴顆粒之間的結(jié)合被破壞，在此情況的結(jié)合被破壞，在此情況下，即使位移再增加，阻下，即使位移再增加，阻道床縱向阻力與道床縱向阻力與位移之間的關(guān)系

15、位移之間的關(guān)系力也不再增大；力也不再增大；在正常軌道條件下，鋼筋混凝土軌枕在正常軌道條件下，鋼筋混凝土軌枕位移小于位移小于2mm，木枕位移小于，木枕位移小于1mm，道床縱向阻力，道床縱向阻力呈斜線增長，鋼筋混凝土枕軌道道床縱向阻力大于木呈斜線增長，鋼筋混凝土枕軌道道床縱向阻力大于木枕軌道。枕軌道。 在無縫線路設(shè)計中，采用軌枕位移為在無縫線路設(shè)計中，采用軌枕位移為2 mm時相應(yīng)時相應(yīng)的道床縱向阻力值，見表的道床縱向阻力值，見表83。 二、鋼軌溫度力與鎖定軌溫二、鋼軌溫度力與鎖定軌溫 無縫線路的特點是軌條長，當(dāng)軌溫變化時，鋼軌要無縫線路的特點是軌條長，當(dāng)軌溫變化時，鋼軌要發(fā)生伸縮，但由于有約束作用

16、，不能自由伸縮，在鋼發(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度和穩(wěn)定，需要了解長軌條內(nèi)溫度力及其變化規(guī)律。強度和穩(wěn)定，需要了解長軌條內(nèi)溫度力及其變化規(guī)律。為此首先要分析溫度力、伸縮位移與軌溫變化及阻力為此首先要分析溫度力、伸縮位移與軌溫變化及阻力之間的關(guān)系。之間的關(guān)系。 一根長度為可自由伸縮的鋼軌，當(dāng)軌溫變化一根長度為可自由伸縮的鋼軌，當(dāng)軌溫變化t 時，其伸縮量為時，其伸縮量為： 。tll 如果鋼軌兩端完全被固定，不能隨軌溫變化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

17、溫度應(yīng)力。根據(jù)虎而自由伸縮，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)力克定律，溫度應(yīng)力t 為：為： 式中式中 E鋼的彈性模量，鋼的彈性模量，E2.1l05MPa； 將將E 、之值代入上式，則溫度應(yīng)力為：之值代入上式，則溫度應(yīng)力為： (MPa) 一根鋼軌所受的溫度力一根鋼軌所受的溫度力Pt 為：為： tEllEEtt ttt 50210811101265. FtFPtt 502. (N) 以上為無縫線路溫度應(yīng)力和溫度力計算的基本公式。以上為無縫線路溫度應(yīng)力和溫度力計算的基本公式。由此可得知：由此可得知： 1在兩端固定的鋼軌中所產(chǎn)生的溫度力，僅與軌在兩端固定的鋼軌中所產(chǎn)生的溫度力，僅與軌溫

18、變化幅度有關(guān)，而與鋼軌本身長度無關(guān)。因此，從溫變化幅度有關(guān)，而與鋼軌本身長度無關(guān)。因此，從理論上講，鋼軌可焊成任意長，且對軌內(nèi)溫度力沒有理論上講，鋼軌可焊成任意長，且對軌內(nèi)溫度力沒有影響?？刂茰囟攘Υ笮〉年P(guān)鍵是如何控制軌溫化幅度。影響?？刂茰囟攘Υ笮〉年P(guān)鍵是如何控制軌溫化幅度。FtFPtt 502. tll tEllEEtt FtFPtt 502. tll tEllEEtt 2對于不同類型的鋼軌，同一軌溫變化幅度產(chǎn)生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。對于的溫度力大小不同。對于75、60、50kg/m鋼軌，如鋼軌，如軌溫變化軌溫變化1所產(chǎn)生的溫度力分別為所產(chǎn)生的溫度力分別

19、為23.6、19.2、16.3kN。 3無縫線路鋼軌伸長量與軌溫變化幅度，軌長有無縫線路鋼軌伸長量與軌溫變化幅度，軌長有關(guān)，與鋼軌斷面積無關(guān)。關(guān)，與鋼軌斷面積無關(guān)。： 鋪設(shè)無縫線路的關(guān)鍵是設(shè)法克服長鋼軌鋪設(shè)無縫線路的關(guān)鍵是設(shè)法克服長鋼軌因軌溫變化而產(chǎn)生的溫度力問題。為此，無縫線因軌溫變化而產(chǎn)生的溫度力問題。為此，無縫線路上長鋼軌的兩端是用鋼軌聯(lián)結(jié)零件和防爬設(shè)備路上長鋼軌的兩端是用鋼軌聯(lián)結(jié)零件和防爬設(shè)備加以強制性固定的，其他部分也是采用強度大的加以強制性固定的，其他部分也是采用強度大的中間聯(lián)結(jié)零件和防爬設(shè)備使之緊扣于鋼筋混凝土中間聯(lián)結(jié)零件和防爬設(shè)備使之緊扣于鋼筋混凝土軌枕之上，稱為鎖定線路。軌枕

20、之上，稱為鎖定線路。 鎖定時鎖定時(即鋪設(shè)或維修時即鋪設(shè)或維修時)的鋼軌溫度稱為鎖定的鋼軌溫度稱為鎖定軌溫。軌溫。 為降低長軌條內(nèi)的溫度力，需選擇一為降低長軌條內(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)的軌溫。個適宜的鎖定軌溫，又稱零應(yīng)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。施工鎖定軌溫的平均軌溫稱為施工鎖定軌溫。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)。鎖定軌應(yīng)在設(shè)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，因此根據(jù)強溫是決定鋼軌溫度力水平的基準，因此根據(jù)強度、穩(wěn)定條件確定鎖定

21、軌溫是無縫線路設(shè)計的度、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。主要內(nèi)容。 7溫度力圖面積與鋼軌伸縮量溫度力圖面積與鋼軌伸縮量 1)溫度力圖面積與被約束伸縮量溫度力圖面積與被約束伸縮量 任何溫度力圖都是對應(yīng)于一定的任何溫度力圖都是對應(yīng)于一定的t?，F(xiàn)在任取一段?，F(xiàn)在任取一段鋼軌的溫度力圖進行分析，如圖所示。此處溫度力圖鋼軌的溫度力圖進行分析，如圖所示。此處溫度力圖為曲線，代表了道床縱向阻力梯度取為變量的更一般為曲線，代表了道床縱向阻力梯度取為變量的更一般的情況。的情況。 由于受有縱向力，則該段鋼軌由于受有縱向力，則該段鋼軌L必存在有受到約束必存在有受到約束的，或說未能實現(xiàn)的伸縮量的，或說未

22、能實現(xiàn)的伸縮量Lr 。 而對于單位長度的鋼軌來說，必然存在相應(yīng)的受到約束而未能實現(xiàn)的應(yīng)變t(x)。對于長度為dx的鋼軌，其受約束的伸縮量應(yīng)為t(x) dx，因此，該L段鋼軌被約束的總伸縮量為：文字表述： L段鋼軌被約束的伸縮量等于該段鋼軌溫度力圖面積除以EF。EFxPExxtt)()()(LtLtdxxPEFdxxL00)(1)(EFtLtdxxL0)(2）標準溫度力圖面積與全約束伸縮量 如一段鋼軌自其被鋇定之后未曾產(chǎn)生過任何伸縮位移，則其 溫度力圖為矩形，如圖所示：tEFPt此時，該L段鋼軌被約束的總伸縮量為Lt，即：0LttttP LLdxt LEFEF 全約束伸縮量Lt的意思是：該段鋼軌

23、自鎖定后，被完全約束住，未產(chǎn)生任何伸縮變形，在溫度變化幅度為t時的伸縮量，它僅是t的函數(shù)。tEFPt溫度力為：相應(yīng)的應(yīng)變?yōu)椋篍FPttt3）溫度力圖面積差及實現(xiàn)的伸縮量 任何一段鋼軌的兩個溫度力圖面積差都反映了該段鋼軌在兩種工況下被約束伸縮量的變化量，亦即實現(xiàn)了的伸縮量。冬季斷軌時的溫度力圖 三、溫度力圖三、溫度力圖 溫度力沿長鋼軌的縱向分布，常用溫度力圖來表示，溫度力沿長鋼軌的縱向分布，常用溫度力圖來表示，溫度力圖實質(zhì)是鋼軌內(nèi)力圖。溫度力圖的橫坐標軸表溫度力圖實質(zhì)是鋼軌內(nèi)力圖。溫度力圖的橫坐標軸表示鋼軌長度，縱坐標軸表示鋼軌的溫度力示鋼軌長度，縱坐標軸表示鋼軌的溫度力(拉力為正，拉力為正，壓

24、力為負壓力為負)。鋼軌內(nèi)部溫度力和鋼軌外部阻力隨時保持。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)。程有關(guān)。 ( (一一) ) 約束條件約束條件 1接頭阻力的約束接頭阻力的約束 為簡化計算，通常假定接頭阻力為簡化計算，通常假定接頭阻力PH為常量。無縫線為常量。無縫線路長軌條鎖定后，當(dāng)軌溫發(fā)生變化，由于有接頭的約路長軌條鎖定

25、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，這時有多大溫度力作用于接頭上，接頭就提供度力，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)溫度力大于接頭阻力時，鋼相等的阻力與之平衡。當(dāng)溫度力大于接頭阻力時，鋼軌才能開始伸縮。因此在克服接頭阻力階段，溫度力軌才能開始伸縮。因此在克服接頭阻力階段，溫度力的大小等于接頭阻力，即：的大小等于接頭阻力，即：Pt = 2.5tHF = PH (N)Pt = 2.5tHF = PH (N) 則：則：式中式中tH 接頭阻力能阻止鋼軌伸縮的軌溫變化幅接頭阻力能阻

26、止鋼軌伸縮的軌溫變化幅 度度()； PH 接頭阻力接頭阻力(N)； F 鋼軌斷面面積鋼軌斷面面積(mm2)。例如：例如：60kg/m鋼軌，鋼軌， F = 77.45cm2、 PH =490kN(接接頭扭矩頭扭矩T =800Nm)。 則：則： ()FPtHH52. 3 .2577455 . 24900005 . 2 FPtHH 2道床縱向阻力的約束道床縱向阻力的約束 接頭阻力被克服后，當(dāng)軌溫繼續(xù)變化時，道接頭阻力被克服后，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)床縱向阻力開始阻止鋼軌伸縮。但道床縱向阻力的產(chǎn)生是體現(xiàn)在道床對軌枕的位移阻力，隨著軌枕位移的生是體現(xiàn)在道床對軌

27、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單根軌枕的阻力R換算為鋼軌單位長度上的阻力換算為鋼軌單位長度上的阻力r，并，并取為常量，由上述特征可見，道床縱向阻力是以阻力取為常量，由上述特征可見，道床縱向阻力是以阻力梯度的形式分布。故在克服道床縱向阻力階段，鋼軌梯度的形式分布。故在克服道床縱向阻力階段，鋼軌有少量伸縮，鋼軌內(nèi)部分溫度力以位移的形式得到部有少量伸縮，鋼軌內(nèi)部分溫度力以位移的形式得到部 分放散，因而發(fā)生位移的鋼軌各截面的溫度分放散，因而發(fā)生位移的鋼軌各截面的溫度力并不相等，以斜率分布。力并不相等

28、，以斜率分布。 ( (二二) )基本溫度力圖基本溫度力圖 無縫線路鎖定以后，軌溫單向變化時，溫度力沿鋼無縫線路鎖定以后，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?，F(xiàn)以軌縱向分布的規(guī)律，稱為基本溫度力圖?，F(xiàn)以降溫為降溫為例說明。例說明。 當(dāng)軌溫當(dāng)軌溫 t 等于鎖定軌溫等于鎖定軌溫 t0 時，鋼軌內(nèi)部無溫度力，時，鋼軌內(nèi)部無溫度力，即即Pt =0，如下圖中，如下圖中AA線。線。AAlPt 1當(dāng)當(dāng)t = t0 - t tH 時，軌端無位移，溫度時，軌端無位移，溫度拉力在整個長軌條內(nèi)均勻分布，拉力在整個長軌條內(nèi)均勻分布，Pt = 2.5Ft。AAlPt 1當(dāng)當(dāng)t = t0 - t

29、tH 時，軌端無位移，溫度時，軌端無位移，溫度拉力在整個長軌條內(nèi)均勻分布，拉力在整個長軌條內(nèi)均勻分布，Pt = 2.5Ft。Pt = 2.5Ft 2當(dāng)當(dāng)t =tH 時，軌端無位移，溫度拉力在整個長時，軌端無位移，溫度拉力在整個長軌條內(nèi)均勻分布，軌條內(nèi)均勻分布，Pt = PH ，圖中，圖中BB線。線。AAlPt 1當(dāng)當(dāng)t = t0 - t tH 時，軌端無位移，溫度時，軌端無位移，溫度拉力在整個長軌條內(nèi)均勻分布，拉力在整個長軌條內(nèi)均勻分布，Pt = 2.5Ft。 2當(dāng)當(dāng)t =tH 時，軌端無位移，溫度拉力在整個長時，軌端無位移，溫度拉力在整個長軌條內(nèi)均勻分布，軌條內(nèi)均勻分布，Pt = PH ，圖

30、中，圖中BB線。線。BBPHAAlPt 3當(dāng)當(dāng)t tH 時，時，道床縱向阻力開始發(fā)揮作道床縱向阻力開始發(fā)揮作用，軌端開始產(chǎn)生收縮位移，在鋼軌發(fā)生縱向位移的用，軌端開始產(chǎn)生收縮位移，在鋼軌發(fā)生縱向位移的長度范圍內(nèi)放散部分溫度力，圖中長度范圍內(nèi)放散部分溫度力，圖中BC， 范圍內(nèi)任范圍內(nèi)任意截面的溫度力為：意截面的溫度力為： Pt = PH + r x (N)BBPHCB r xxCC式中：式中：x 為軌端至發(fā)生縱向位移的鋼軌為軌端至發(fā)生縱向位移的鋼軌 任一斷面之間的距離任一斷面之間的距離(mm)。Pt = 2.5FtAAlPt 4當(dāng)當(dāng) t 降到最低軌溫降到最低軌溫Tmin時，鋼軌內(nèi)產(chǎn)生最時，鋼軌內(nèi)

31、產(chǎn)生最大溫度拉力大溫度拉力Pt 拉拉max，如圖中，如圖中 線。這時發(fā)生縱向位線。這時發(fā)生縱向位移的鋼軌長度達到最大值移的鋼軌長度達到最大值 ls ， ls 稱為伸縮區(qū)長度。稱為伸縮區(qū)長度。BBDD ls CCDDPt 拉拉max伸縮區(qū)伸縮區(qū)伸縮區(qū)伸縮區(qū)固定區(qū)固定區(qū)AAlPtBBls DDPt 拉拉max伸縮區(qū)伸縮區(qū)伸縮區(qū)伸縮區(qū)固定區(qū)固定區(qū) 此時此時Pt 拉拉max 和和 ls 可按下式計算：可按下式計算：Pt 拉拉max= 2.5Ft 降降max=2.5F ( t0 -Tmin) (N)rPPlHts max拉拉(mm) 上面分析了軌溫從下降到上面分析了軌溫從下降到Tmin時，溫度力縱時，溫

32、度力縱向變化的情況。向變化的情況。同理，當(dāng)軌溫從鎖定軌溫變化到最高同理，當(dāng)軌溫從鎖定軌溫變化到最高軌溫時，長軌內(nèi)溫度力的分布與圖軌溫時，長軌內(nèi)溫度力的分布與圖84相仿，不同的相仿，不同的是軌溫升高時，鋼軌內(nèi)將產(chǎn)生溫度壓力，其最大值為：是軌溫升高時，鋼軌內(nèi)將產(chǎn)生溫度壓力，其最大值為：Pt 壓壓max= 2.5Ft 升升max=2.5F (Tmax - t0 ) (N) 伸縮區(qū)長度伸縮區(qū)長度 ls 按式按式(89)計算。伸縮區(qū)長度一般取計算。伸縮區(qū)長度一般取50100m，宜取為標準軌長度的整倍數(shù)。，宜取為標準軌長度的整倍數(shù)。 算例：某地區(qū)鋪設(shè)無縫線路，已知該地區(qū)年算例：某地區(qū)鋪設(shè)無縫線路，已知該地

33、區(qū)年最高軌溫為最高軌溫為65.2，最低軌溫為，最低軌溫為-20.6，道床阻力，道床阻力梯度為梯度為9.1N/mm，接頭阻力為，接頭阻力為490KN，60kg/m鋼軌鋼軌斷面面積為斷面面積為7745mm2，當(dāng)鎖定軌溫為當(dāng)?shù)刂虚g軌溫，當(dāng)鎖定軌溫為當(dāng)?shù)刂虚g軌溫加加5時，試計算：時，試計算：(1)克服接頭阻力所需升降的軌溫；克服接頭阻力所需升降的軌溫；(2)固定區(qū)最大拉、壓溫度力；固定區(qū)最大拉、壓溫度力；(3)伸縮區(qū)長度；伸縮區(qū)長度；(4)繪制軌溫從鎖定軌溫單向變化到最高、最低溫繪制軌溫從鎖定軌溫單向變化到最高、最低溫度時的溫度力圖，并標注有關(guān)數(shù)據(jù)。度時的溫度力圖，并標注有關(guān)數(shù)據(jù)。3 .2577455

34、 . 210004905 . 2 FPtHH 解：解：(1) (2) Pt拉拉max=2.5Ft降降max=2.5F(t0Tmin)=2.57745 (27.3+20.6)=927464 N =927.464 kN Pt壓壓max=2.5Ft升升max=2.5F(Tmax t0)=2.57745 (65.227.3)=733839 N =733.839 kN3 .2753 .22526 .202 .6552/minmax0TTt(3) =48073mm 即即ls1=48.073m =26795mm 即即ls2=26.795m 即即 ls=50m1 . 91000)490464.927(max1

35、 rPPlHts拉拉1 . 91000)490839.733(max2 rPPlHts壓壓PlABC4 9 0 K N4 8 .0 7 3 m9 2 7 .4 6 4 K N4 8 .0 7 3 mr = 9 .1 N /m m固 定 區(qū)Tm a xB A C = 9 .1 N /m mr B4 9 0 K N2 6 .7 9 5 mAPCB 7 3 3 .8 3 9 K N2 6 .7 9 5 m固 定 區(qū)lA C Tm in8、軌端伸縮量計算 從溫度力圖中可知，無縫線路長軌條中部承受大從溫度力圖中可知，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)。小相等的溫度力，鋼軌不

36、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)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)的軌縫進行計算，因此需對長軌及標準軌端的區(qū)的軌縫進行計算，因此需對長軌及標準軌端的伸縮量進行計算。伸縮量進行計算。 由溫度力圖由溫度力圖86可見，其中陰影線部分為克服道可見，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)了鋼軌床縱向阻力階段釋放的溫度力，從而實現(xiàn)了鋼軌伸縮。由材料力學(xué)可知，軌端伸縮量長與陰影線伸縮

37、。由材料力學(xué)可知，軌端伸縮量長與陰影線部分面積的關(guān)系為：部分面積的關(guān)系為： EFrPPEFlrEFABCHts2)(22max2長EFrPPEFlrEFABCHts2)(22max2長EFrlEFlPPEFBKCEFHt82)(BKGH2max短第三節(jié)第三節(jié) 無縫線路穩(wěn)定性分析無縫線路穩(wěn)定性分析一、穩(wěn)定性基本概念一、穩(wěn)定性基本概念 無縫線路作為一種新型軌道結(jié)構(gòu)，其最大特點是在無縫線路作為一種新型軌道結(jié)構(gòu)，其最大特點是在夏季高溫季節(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。在列車動力或人工作業(yè)等干擾下，軌起軌道橫向變形。在列車動力或人工作

38、業(yè)等干擾下，軌道彎曲變形有時會突然增大，這一現(xiàn)象常稱為脹軌跑道道彎曲變形有時會突然增大，這一現(xiàn)象常稱為脹軌跑道，在理論上稱為喪失穩(wěn)定。這將嚴重危及行車安全。，在理論上稱為喪失穩(wěn)定。這將嚴重危及行車安全。 無縫線路穩(wěn)定性計算的主要目的是研究軌道脹軌跑無縫線路穩(wěn)定性計算的主要目的是研究軌道脹軌跑道的發(fā)生規(guī)律，分析其產(chǎn)生的力學(xué)條件及主要影響因素道的發(fā)生規(guī)律，分析其產(chǎn)生的力學(xué)條件及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。的作用，計算出保證線路穩(wěn)定的允許溫度壓力。 從大量的室內(nèi)模型軌道和現(xiàn)場實際軌道的穩(wěn)定試驗從大量的室內(nèi)模型軌道和現(xiàn)場實際軌道的穩(wěn)定試驗以及現(xiàn)場事故觀察分析，軌道脹軌跑道的發(fā)

39、展過程基本以及現(xiàn)場事故觀察分析，軌道脹軌跑道的發(fā)展過程基本上可分為三個階段，即持穩(wěn)階段、脹軌階段和跑道階段上可分為三個階段，即持穩(wěn)階段、脹軌階段和跑道階段, ,如下圖所示。如下圖所示。 無縫線路脹軌跑道過程示意圖無縫線路脹軌跑道過程示意圖二、影響無縫線路穩(wěn)定性的因素二、影響無縫線路穩(wěn)定性的因素 無縫線路失穩(wěn)是各種因素綜合作用的結(jié)果，這些無縫線路失穩(wěn)是各種因素綜合作用的結(jié)果，這些影響因素歸納為兩大類：影響因素歸納為兩大類： 促進穩(wěn)定因素；促進穩(wěn)定因素； 促使失穩(wěn)因素。促使失穩(wěn)因素。保持穩(wěn)定的因素a道床橫向阻力（65作用） （阻力提供：軌枕兩側(cè)20 30、道床肩部30、軌枕底部50） 每枕為Q.軌

40、道單位長度橫向阻力: y軌枕橫同位移(cm); q0、c1、c2、n參數(shù)，由試驗確定，書上已給出。 b軌道框架剛度EJEJy E軌鋼彈模量 Jy鋼軌斷面對堅直軸的慣性矩 與框架扣件類型及擰緊程度有關(guān)的系數(shù)。 試驗表明28，取2，偏于安全（至少2根軌）。喪失穩(wěn)定的因素a.溫度力與鎖定軌溫Tsf有關(guān)b.軌道原始彎曲（原始不平順）矢度f0：fxyoopoeofff1)彈性彎曲：變形曲線假設(shè)為正弦曲線（正弦半波）2)塑性原始彎曲（近似公式，原點在一端） 假設(shè)變形曲線為圓曲線 fop塑性彎曲矢度 R0曲率半徑 l0fop對應(yīng)的弦長ooeoelxfysinooopRxxly2)(ooopRlf82opoo

41、flR82（3）穩(wěn)定性理論）穩(wěn)定性理論 無縫線路穩(wěn)定問題，可以看做是位于彈性介質(zhì)中無限長梁（軌道框架）的受壓穩(wěn)定問題。軌道在失穩(wěn)之前，將產(chǎn)生脹軌變形，脹軌變形的影響區(qū)可以劃分為3個區(qū)段：即脹軌變形區(qū)和兩側(cè)的縱向位移區(qū)（鄰區(qū)），影響區(qū)之外為未變形的穩(wěn)定區(qū)。 圖8-9 無縫線路穩(wěn)定分區(qū)fyxpp穩(wěn)定區(qū)鄰區(qū)脹軌變形區(qū)鄰區(qū)穩(wěn)定區(qū)（4）統(tǒng)一無縫線路穩(wěn)定性計算公式）統(tǒng)一無縫線路穩(wěn)定性計算公式 統(tǒng)一無縫線路穩(wěn)定性計算公式的基本假定是：把整個軌道框架視為鋪設(shè)于均勻介質(zhì)（道床）中的一根細長壓桿；軌道彈性初始彎曲為半波正弦曲線，塑性初始彎曲為圓曲線，在變形過程中變形曲線端點無位移；不考慮扣件變形能。 圖8-10

42、統(tǒng)一穩(wěn)定性計算圖示yTy0yRyRyOPyOyyxRRBAxfRfOPfOff0fTfR 表8-1 正常軌道軌排起來后的等效道床橫向阻力Q（N/） 表8-2 正常軌道不同軌枕配置的等效道床橫向阻力Q第四節(jié)第四節(jié) 無縫線路結(jié)構(gòu)設(shè)計無縫線路結(jié)構(gòu)設(shè)計一、無縫線結(jié)構(gòu)類型的選擇一、無縫線結(jié)構(gòu)類型的選擇1、結(jié)構(gòu)類型的選擇、結(jié)構(gòu)類型的選擇 某一地區(qū)能否鋪設(shè)溫度應(yīng)力式無縫線路，主要取決于軌某一地區(qū)能否鋪設(shè)溫度應(yīng)力式無縫線路，主要取決于軌道的道的 必須大于該地區(qū)的年軌溫變化幅度，并留有一必須大于該地區(qū)的年軌溫變化幅度，并留有一定的富裕量，以滿足鋪軌時所必須的鎖定軌溫范圍，即：定的富裕量，以滿足鋪軌時所必須的鎖定

43、軌溫范圍，即：穩(wěn)拉tt鎖穩(wěn)拉tTtt2、鎖定軌溫范圍的確定方法、鎖定軌溫范圍的確定方法 溫溫度應(yīng)力式無縫線路，其鎖定軌溫應(yīng)保證夏季不度應(yīng)力式無縫線路，其鎖定軌溫應(yīng)保證夏季不脹軌跑道，冬季不折斷鋼軌，也就是說，鎖定軌溫的脹軌跑道，冬季不折斷鋼軌，也就是說，鎖定軌溫的上下限應(yīng)由上下限應(yīng)由 和和 來決定，如圖所示。來決定，如圖所示。 )(穩(wěn)ttc)(拉tts二、二、 無縫線路結(jié)構(gòu)計算無縫線路結(jié)構(gòu)計算1、伸縮區(qū)長度計算、伸縮區(qū)長度計算 2、預(yù)留軌縫、預(yù)留軌縫 無縫線路緩沖區(qū)標準軌之間，以及標準軌與長無縫線路緩沖區(qū)標準軌之間，以及標準軌與長軌之間要預(yù)留軌縫，以滿足冬季軌縫值不超過構(gòu)造軌之間要預(yù)留軌縫，以

44、滿足冬季軌縫值不超過構(gòu)造軌縫，夏季軌縫不擠嚴。軌縫，夏季軌縫不擠嚴。 3、防爬設(shè)備的設(shè)置、防爬設(shè)備的設(shè)置4、軌條長度、軌條長度第五節(jié)第五節(jié) 超長無縫線路超長無縫線路 超長無縫線路從本質(zhì)上說與普通無縫線路沒有什麼區(qū)別，超長無縫線路從本質(zhì)上說與普通無縫線路沒有什麼區(qū)別，但其在結(jié)構(gòu)、鋪設(shè)、養(yǎng)護維修等方面也具有不同的特點，并但其在結(jié)構(gòu)、鋪設(shè)、養(yǎng)護維修等方面也具有不同的特點，并將帶來很多新的技術(shù)問題。將帶來很多新的技術(shù)問題。1、用膠接絕緣接頭替代了原有緩沖區(qū)的絕緣接頭。整、用膠接絕緣接頭替代了原有緩沖區(qū)的絕緣接頭。整體性好、強度高、剛度大、絕緣性能好、壽命長、養(yǎng)護少的體性好、強度高、剛度大、絕緣性能好、壽命長、養(yǎng)護少的膠接絕緣接頭的研制成功是超長無縫線路得以發(fā)展的重要保膠接絕緣接頭的研制成功是超長無縫線路得以發(fā)展的重要保證。對這種膠接接頭的使用壽命要求應(yīng)該達到與基本軌同步證。對這種膠接接頭的使用壽命要求應(yīng)該達到與基本軌同步的水平。的水平。 2、超長無縫線路在現(xiàn)場的焊接和施工。、超長無縫線路在現(xiàn)場的焊接和施工。 超長無縫線路由于施工技術(shù)條件和運營