轨道结构理论与轨道力学讲座

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1、轨道结构理论与轨道力学,主要学习内容,第一章 绪论第一节 国内外轨道交通的主要发展趋势第二节 我国重载、提速及高速铁路运输的发展概况第三节 高速重载铁路线路中的主要技术问题,第二章 轨道结构的承力及传力特性第一节 轨道结构垂向的承力及传力特性轮载、接触斑与接触应力、轨枕长度确定原则、枕上压力、枕下压力、道床名义应力、道碴接触应力、道床厚度确定原则、轨道结构的合理配套第二节 轨道结构横向的承力及传力特性曲线地段转向架的内接形式、导向力的影响因素、挡肩力、锚固螺栓受力、道床阻力、轨排横移及轨道横向加强措施,第三节 轨道结构纵向的承力及传力特性作用在轨道上的纵向力、纵向力的传递特性、轨道爬行、桥上无

2、缝线路纵向力第四节 轨道垂向及横向受力的有限单元法计算,第三章 钢轨第一节 钢轨断面形状的设计原则断面形状的作用、各部面积的分配、断面形状的发展趋势、钢轨重型化第二节 钢轨强韧化化学成份、机械性能、金相组织、夹杂物、热处理、合金轨第三节 钢轨磨耗及剥离侧磨：冲角、两点接触、机理、阶段性、减磨措施；波磨：现象、危害、成因理论、减缓措施；剥离：现象、危害、机理、减缓措施,第四节 钢轨的合理使用分类分级、病害检测、状态决策、打磨、在线修补、倒换、下道第五节 钢轨接触应力计算计算模型、计算公式、最大剪应力、钢轨承载能力、轮轨非正常接触问题第六节 接头冲击力计算冲击力的特性、实用计算公式及影响因素、减小

3、接头冲击力的措施,第四章 联接零件第一节 扣件设计的基本要求(足够的扣压力、合适的弹性、刚度匹配、尽可能大的可调量) 第二节 主要扣件介绍(扣板式扣件、弹片式扣件、弹条式扣件、国外主要扣件、减振扣件) 第三节 接头联接零件(双头夹板及其问题、夹板的改进历程、胶接接头、冻接接头),第五章 轨枕第一节 预应力混凝土枕优缺点、发展历程、各型混凝土枕的设计参数的特点第二节 预应力混凝土宽轨枕铺设情况、特点、结构型式设计参数、维护第三节 预应力混凝土岔枕铺设情况、结构型式、设计参数,第六章 石碴道床第一节 道床的功用分压、增弹减振、固定轨道框架、排水、维护第二节 道床材料现状、道碴材料的基本参数、各参数

4、对道床性能的影响第三节 道床状态的检测与评估评估指标、脏污率、颗粒指数、密实度、弹性、阻力、渗水性能第四节 提高石碴道床的承载能力石碴道床的整体化、石棉道碴,第七章 无碴轨道第一节 概述(类型、对无碴轨道的要求国内外应用情况)第二节 整体道床(应用情况、特点、类型、结构型式、设计要点、施工注意事项、弹性整体轨道)第三节 板式轨道(应用情况、结构型式、特点、施工)第四节 长枕埋入式轨道第五节 弹性支承轨道第六节 浮置板轨道第七节 其它无碴轨道第八节无碴轨道设计计算理论,第八章 无缝线路第一节 无缝线路的发展历史及现状第二节 无缝线路的动态稳定问题第三节 桥上无缝线路第四节 跨区间无缝线路及无缝道

5、岔第五节 新线一次性铺设新缝线路的技术问题,第九章 高速道岔第一节 国内外高速道岔研究应用情况第二节 高速道岔的技术特点第三节 高速道岔的主要结构设计理论第四节 高速道岔轮轨动力分析简介,第十章 高速及重载轨道第一节 高速轨道的受力与结构特点第二节 重载轨道的受力与结构特点,主要参考书： 1童大埙，铁路轨道 2郝瀛，铁道工程 3(日)佐腾裕，轨道力学 4(日)佐腾吉彦，新轨道力学 5(美)轨道结构与轨道力学 6(苏)铁路轨道现代化结构 7姚明初，新型轨下基础 8王其昌，钢轨力学与钢轨伤损 9陆银根，新型轨下基础应力计算 10王其昌，高速铁路土木工程 11赵国堂，无碴轨道 12何华武，无碴轨道的

6、理论与实践 13，范俊杰，跨区间超长无缝线路,第一章 绪 论,第一节 国内外轨道交通的主要发展趋势,自1825年英国建成世界上第一条铁路，轨道交通在世界范围内得到了快速发展，特别是近几十年，随着高速、重载技术的发展和信息技术的普遍应用，轨道交通焕发了更加蓬勃的生机。,目前，全世界以干线铁路、城市轨道交通为主形成的轨道交通网络，营业里程已近120万公里，以磁浮铁路为代表的新型轨道交通技术研究与应用已取得了重大进展。,轨道交通已成为世界各国重要的基础设施和大众化的交通工具，在综合交通体系中发挥着日益重要的作用。,1、旅客运输向高速度、大密度发展,1）国外发展情况 世界上第一条高速铁路日本东海道新干

7、线1964年开通以来，高速铁路因具有行车速度快、运输能力大、安全舒适、综合经济效益好、科技含量高的优势，呈现出蓬勃发展的态势。高速铁路已成为铁路现代化的重要标志和世界铁路发展的重要趋势，在世界范围内牵引了铁路运输的复兴。,全世界运营中的高速铁路营业里程总长达6393km，这些线路分布在日本、法国、德国、西班牙、意大利、比利时、英国、瑞典、丹麦、韩国等10个国家。,全世界计划或规划建设的高速铁路（不含中国大陆）总长度达16000km。在已运营的高速铁路中，最高营运速度已超过300km/h，最高试验速度达到574.8km/h,国外磁悬浮技术的研究始于20世纪初。到20世纪80年代，德国和日本分别建

8、设了高速磁悬浮试验线，1989年德国高速磁悬浮列车试验速度达到了436km/h。,1997年日本高速磁悬浮列车试验速度达到了550km/h。2005年3月，日本第一条HSST型中低速磁悬浮铁路正式商业运营，时速120km。,自1863年伦敦建设世界上第一条地铁线以来，世界上已有300多座城市修建了轨道交通，一些大城市已经形成了比较完善的包括地铁、轻轨和市郊铁路的城市快速轨道交通网络系统。,在日本，市郊铁路每天输送的客流量达3500万人次，仅东京市郊铁路就约2000km，年客运量约50亿人次。轨道交通在这些大城市公共交通中的份额占到35%50%，在城市交通中具有越来越重要的作用。,2）国内发展情

9、况 上世纪末以来，我国铁路大力开展客运提速，通过五次大面积提速，我国铁路已基本掌握了160km/h等级的运输装备、线路、通信、信号及运营管理成套技术，提速线路达到7700公里。 已经建成了胶济线、大秦线等时速200250公里提速示范线，初步形成了时速200-250公里提速技术体系。,铁道部在2007年4月18日进行第六次铁路大提速，铁路时速200公里及以上提速线路延展里程一次达到6003公里，我国铁路既有线提速技术达到了世界铁路先进水平。,近年来，我国开展大规模铁路客运专线建设，基本掌握了客运专线建设和运营管理技术标准体系，并以京津城际客运铁路为重点开展了系统集成，已经基本具备了修建和管理客运

10、专线的能力。,根据中长期铁路网规划，到2020年，我国将兴建“四纵四横” 铁路客运专线和三个城际快速客运系统，总里程达1.2万公里，其中大部分速度在250km/h以上。,20世纪80年代以来，我国开始跟踪磁悬浮技术，一些大学和科研机构相继开展了基础性研究。,2002年12月31日，引进全套德国技术在上海浦东建成的世界第一条高速磁悬浮商业示范运营线投入运营，正线全长29.873km，最高运行速度430km/h。,2006年3月，国家批准沪杭高速磁悬浮项目正式进入工程可行性研究。,城市轨道交通以其大密度、高效率、低污染等优势，已成为许多大城市解决交通问题的首要选择。,目前，北京、上海、广州、深圳等

11、10个城市已建成轨道交通线路500多公里，据统计，我国各大城市规划建设的轨道交通网络总里程高达5000公里。,未来我国大中城市将形成以地下线路为主，地面线、高架线、轻轨、快轨、跨座式单轨等多种类型并举的快速轨道交通新格局。,3）技术特点和发展趋势 在高速铁路技术方面，法国、德国、日本研制的TGV、ICE和新干线高速列车，系统采用了先进的交流传动、列车控制、新材料、车辆制造等高新技术；,普遍采用了综合调度系统和列车运行自动控制系统，实现通信信号一体化、机电一体化、车站区间一体化和地车控制的统一指挥与管理；,采用了无碴轨道、高速道岔、跨区间超长无缝线路等技术，提高了轨道平顺性、刚度均匀性，减少了维

12、修工作量，保证了行车安全和满足旅客舒适度的要求。,在磁悬浮技术方面，目前已发展了常导磁悬浮、低温超导磁悬浮和高温超导磁悬浮技术。 日本低温超导磁悬浮列车在山梨试验线上创造了581km/h的惊人速度，但离商业运行还有距离。,在城市轨道交通技术方面，新型车辆技术、列车自动控制、综合系统监控等高新技术已广泛应用于城市轨道交通领域。 由于城市轻轨有着起停频繁并定位精度高、地板面高度低、车体承载率高（人数/米长）、车门多而大、线路坡度大和曲线半径小等特点，城轨交通从车辆（特别是转向架）、线路、运控均有自身的特点要求，而且城市轨道交通一般是独立的交通运行体系。 因此，一些新型交通方式出现，如单轨车交通、磁

13、悬浮车交通，并出现一些相应的新技术，如适用于100低地板的独立车轮转向架技术，直线电机驱动、全电制动技术、轮毂电机技术等。,目前，我国250km/h以上动车组技术、高速列车运行控制技术和建设技术尚未系统掌握，磁悬浮技术尚处于研究阶段，现代城市轨道交通成套技术尚未掌握，急需加强轨道交通核心技术与关键装备的自主创新，以提高我国旅客运输技术装备水平。,2、货物运输向重载化发展,1）国外发展情况 20世纪50年代以来，重载铁路运输因其运能大、效率高、运输成本低而受到世界各国铁路的广泛重视，在北美、澳洲、南非等国家和地区发展尤为迅速。 国外重载列车牵引重量一般为13万吨，而一条重载线路年运量达到亿吨的只

14、有少数国家。 目前国外重载铁路最大轴重已达35.7吨，正在积极研究39吨轴重的可行性。美国、加拿大、澳大利亚等国家的重载铁路轴重普遍达到32.5吨至35.7吨；瑞典、巴西的重载列车轴重已提高到30吨。,2）国内发展情况 我国铁路从上世纪80年代开始在货物运输方面大力发展重载运输，目前京沪、京广、京哈等主要繁忙干线普遍开行了5000吨级重载列车。 为满足国民经济对煤炭运输的要求，从2004年初，我国铁路在大秦线进行了2万吨重载组合列车的系统集成创新。2004年12月，中国铁路第一列2万吨（45000吨）重载组合列车试验开行成功，2005年底，又成功试验开行了21万吨重载组合列车。2006年3月，

15、大秦线正式开行万吨重载组合列车，为实现年运量2.5亿吨的目标打下了坚实的基础，标志着我国铁路重载运输已跻身世界先进行列。 根据中长期铁路网规划，我国铁路将围绕十大煤炭基地，建设大能力煤运通道。重载运输技术将在我国得到更大地应用和发展。,3）技术特点和发展趋势 20世纪90年代以后，在重载铁路运输技术领域，广泛应用新材料、新工艺、电力电子、计算机控制和信息技术等现代高新技术，使重载运输技术及装备水平得到很大提高。 大功率交流传动机车逐渐成为重载运输的重要牵引动力，重载货车向大轴重、低自重、低动力作用的方向发展。,近年来，随着计算机控制技术的发展和应用，美国、德国、日本等都研制了用于货物列车的电空

16、制动和同步操纵装置，取得了良好的效果，保证了列车的安全，使列车重量能不断提高。 在重载运输线路技术方面，采用高强度重型钢轨，铺设无缝线路，加强道床基础和改进轨枕结构等技术，强化重载运输线路，减少了维修成本，保障了重载列车的安全运行。,目前，我国大功率交流传动机车、列车同步操纵技术尚未系统掌握，急需加强重载核心技术与关键装备的自主创新，以提高我国货物重载运输技术装备水平。,3、运输组织向信息化、智能化发展,1）国外发展情况 20世纪60年代后，各国铁路积极应用信息技术，在行车调度指挥方面，实现了集中化、自动化和智能化。 日本建成了由运输计划、运行管理、车辆管理等八个子系统组成的COSMOS综合调

17、度系统。德国铁路路网公司设有一个中央调度中心和七个区域调度中心。美国、日本的一个调度中心可以管理5万公里以上铁路。,在列车运行控制方面，实现了网络化、智能化及通信信号一体化，为高速列车高效、安全运营打下了技术基础。 在客货运输服务方面，采用先进的信息网络技术，建立了客货运输综合服务信息系统，实现了客货运输服务的信息化。,2）国内发展情况 中国铁路在信息技术与应用方面也取得了重要进展，铁路运输管理信息系统基本建成，行车调度指挥系统建设全面启动：客票发售和预订系统已具规模，车号自动识别系统投产应用，办公自动化系统联网运行，财务、客货运清算系统推广应用和模拟运行，铁路通信基本建成数字化传送网，程控交换网和数据通信网。,