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1、路基上无缝线路课程设计中和轨温及预留轨缝设计【设计目的和意义】无缝线路是把标准长度的钢轨焊连而成的长钢轨线路， 又称焊接长钢轨线路。它是当今轨道结构的一项重要新技术, 世界各国竞相发展。在普通线路上，钢轨接头是轨道的薄弱环节之一，无缝 线路消灭了大量的接头，具有行车平稳、旅客舒适，同时机 车车辆和轨道维修费用的减少，使用寿命延长等一系列优点。 所以无缝线路的设计对于我们学习铁路轨道的学生是至关 重要的学习和实践。其中中和轨温和预留轨缝的设计是无缝 线路设计中最核心的内容，通过这两者的设计实践，使我们 对无缝线路的设计有宏观的把握。该设计的冃的是通过实际设计，使我们更深入地掌握 铁路轨道的基本理
2、论。【设计参数】主要技术指标： 天水地区（人吨二58.2,1吨二-19.20 某段提速线路 铺设无缝线路，设计其锁定轨温。1. 轨道条件钢轨：60kg/m,标准轨长度25米，垂直磨耗屈服 强度457Mpa,钢轨断面面积A=77.45cm2,底宽bg=15cm,对 水平轴的惯性矩Ix=2879cm4, W=375cm3, W=291cm3；钢轨支座刚度D：检算钢轨D=301000 (N/cm),检算轨 下基础D=720000 (N/cm)轨枕：III型混凝土枕，1667根/km,轨枕间距a二60cm, 长度1=250cm；道床：道磴为一级道磴，道床顶面宽度3. 4m (根据铁 路轨道设计规范TB
3、10082-2005表7.0.2取)，面磴厚25cm, 底磴厚20cm；路基填料：沙粘土；曲线最小半径R=1000的区段，取其未被平衡欠超高最大 值Ah=75mm (根据铁路线路修理规则规定)2 运营条件韶山电力机车的轮重、轴距如图1所示，Vmax=160knVh, O行车速度取V=140km/h290061002900107.8kN107.8kN107.8kN107.8kN【设计理论】轨道结构的静力分析轨道结构的经理分析主要以材料力学、结构力学、有限 元法分析理论以及微分方程方法等位理论基础，建立轨道结 构模型进行分析计算。1.计算模型釆用连续弹性基础梁模型，如图2所示，它将轨枕对钢轨的支承
4、视为连续支承。该模型的计算参数有钢轨抗弯刚度EI、道床系数C、钢轨支座图2连续弹性基础梁模型刚度D、钢轨基础弹性模量II、刚比系数k。2单个静轮载作用下的方程及解_ PkYmax =乔P=max 4kRmaxPka3轮群荷载作用下的方程及解Poi(coskXi + sinkXj)Mo=范?=凤丁畑（心1冷 一 sinkxjR0=yXiLi Pie_kXi(coskXj + sinkxj)二、轨道动力响应的准静态计算将轨道的静荷载乘以动力增量系数（包括速度系数、横 向水平力系数、偏载系数）以表征轨道在动荷载作用下的振 动放大效应。1.速度系数o列车在直线区间轨道上运行时，由于轮轨之间的动力效 应
5、，导致作用在钢轨上的动轮载匕要比静轮载Po大，其增 量随行车速度的增加而增大。Pd_PPo2. 偏载系数0车辆通过曲线时，未被平衡的超高（欠超高或过超高） 会引起外轨（或内轨）动载增加，其增量与静轮载的比值称 为偏载系数。g _AP_Pr-P0卩 Po Po3. 横向水平力系数由于车辆通过曲线地段时轮缘的导向作用，以及直线地 段转向架的蛇形运动的影响，轮轨之间将产生横向水平力以 及垂直力的偏心，使钢轨产生横向弯曲和扭转。三、确定设计锁定轨温1、无缝线路钢轨强度检算（确定允许降温幅度）强度条件应使作用在钢轨上的乞种应力总合不超过钢轨的允许应力r ：式中：6钢轨动弯应力（Mpa）,计算方法参见“轨
6、道结构力学分析”倬：6钢轨温度应力（Mpa）：af钢轨附加应力（Mpa）,如桥匕的伸缩应力和挠曲应力、无缝道岔人本轨附加应力、列乍制动等引起的附加应力等。b钢轨允许应力O因此允许的降温幅度可山下氏计舁(4-)式中：6钢轨动弯应力(Mpa),取拉应力讣算值。2、据稳定性条件确定允许的升温幅度根据稳定性计算求得的允许温度斥力F后,可计算出允许的升温幅度：叮二鬥-2存2EFa(4-)式小：Pf 附加斥力，木设计町取为冬(N)oP轨道允许的最大温度床力；根据无缝线路稳定件理论计篦，采用“统公式”教材和参考文献lo2、中和轨温确定根据图，中和轨湍/川供如F：Enax + Aim 十-$土 & fr k四
7、、计算预留轨缝1. 轨端伸缩量计算长轨一端的伸缩量入aabc _住 _(maxPt-PH)2 长 EF 2EF 2EFr标准轨一端的伸缩量图5长轨条轨端伸缩量计算图图6标准轨轨端伸缩量计算图2.缓冲区中标准轨之间的预留轨缝与普通线路相同。 长轨与标准轨之间的预留轨缝计算方法如下：按冬季轨缝不超过构造轨缝龟的条件，可算得预留轨缝 上限a上为：a上= a （九长+九短） （7 67）按夏季轨缝不顶严的条件，可计算其下限为：a下讯长+入短则预留轨缝a为【计算过程】一、 轨道结构静力计算1.计算刚度相对比值KK=50.174x2.1xl0sx2879xl04当 D=30100N/mm, a=600mm
8、 时，11=三=鬻丁 =50.17Mpa, =0.0012001mm；当 D=72000 N/nim, a=600nun 时，ii=2 =:芽 =120Mpa,K=0.0014925nuno2.计算最大静位移、弯矩和枕上压力y =1 Poi e_kXi(cosk xi + sinkxi)=xl078001+e -0.0012001 X2900 cos 妙.0012001x2900) +sin0.0012001x2900)=1.3314mmM0=XLip0ie_kXi(coskxi - sinkxi)14x0.0012001xl07800l +e一12OO1 X2900cos(0.0012001
9、x2900)-sin0.0012001x2900)=23104826N mmRo=y XiLi Pie_kXi(coskXj + sinkxj)600x0.00149252X1O78OO1 +e14925 X 2900 COs0.00149 2 5x290 0) + sin0.0014925x2900)=48950.362N二、计算Md、yd、RdSSg电力机车运行速度V=140km/h是;检算钢轨a =需史晋=0.72检算钢轨下沉及轨下基础各部件a二需=气沪=0.54丄I, m0.3AV 0.3x20 八厂此外山=亦=右6曲线半径R= 1000m ,取其未被平衡欠超高最大值Ah=75mm，故
10、偏载系数B为:p=0.002Ah =0.002x75=0.15故有:Md = M0(l + a)(l + ai) + P=23104826 x (l+0.72)(l+0.06)+0.15=45590442.66NYd =y0(l + 01)(1 +0C!)+p=1.3314 x (l+0.54)(l+0.06)+0.15F2.3731mmRd = Ro(l + a)(l + aj + p=48950.362 x (l+0.54)(l+0.06)+0.15=87249.125N当曲线半径R= 1000m时，f=1.45, 60kg/m钢轨，垂直 磨耗为6mm时，截面模量W底=375cmB, W.
11、j =291cm3,故:45590442 .66375000MdW头xl.45 =176.28Mpa45590442 .66291000xl.45 =227.17Mpa三、锁定轨温1. 根据强度条件确定允许的降温幅度T空訐=字斗6* 其中冷=警=352Mpa;yc=10Mpao2. 根据稳定条件确定允许的升温幅度取 foe = fop = 2.5mm塑性原始弯曲半径Ro =诰二煙 =800m,R=1000m,变形曲率i右1 1+说+丄亠厂11000 444变形曲线矢度f=0.2cmy = 524cm4,5ElyTT+ 2-(f + foe)Q等效道床阻力Q=8.4N/mm291 2EIvtt2
12、 _LQ R1 r2x2.1xl05x524xl04x3.14284444x103|/2x2.1x105x524x104x3.1422444x103)2.1x10Sx524x1Q4x3.14S(2 + 2=16945524.10mm2, 1=4116mm;假 110=4116,4=1- =411.62x=0.2647cm2=J_ 2泌辽10耳524決04煜 142 *8.4 L444xl032x2.1x 10sx524x 104x3.1422 十 2.辽10珏524乂10如3.145444xl03(2 + 2.647)x8.4=17076812.36mm2, l=4132mm;假设 lo=41
13、32mm,foe 喘盖y =413.22x=0.2668cm2_ 1 r2x2.1xl0sx524xl04x3.1428A444x1032x2.ixl0Sx524xl04x3.142A2 十竺空竺竺土 十 2.668)x8.4444xl03=17095443.05mm2, l=4135mm。将仁=0.2 668cm ?l=4135mm 代入5ElyTT (f+fpe) t n Pn=彳二 (f+fOe)n1垂十丁2.1xl0Sx524xl04x3.14SX(2+2.668)g4=2538.57kN2X4135(2 + 2.668)X3.1414X41352 卜 444X10 3T =1952.
14、75kN195275x103 =50.8C2x2.48x77.45xl023设计锁定轨温的确定“牢斗呼2产+66.9；50.8 5=27.61 5C四、预留轨缝 接头阻力PH =400kN （根据铁路轨道设计规范TB10082-2005查得），道床纵向阻力r=15.2N/mm （根据道 床纵向阻力表查得）；标准轨之间的预留轨缝：假设换轨时的轨温为20C/1219 2a0 = ocL (tz t0) + -ag =0.0118x25x( 12 0)+*xl8=8.85mm长轨与标准轨之间的预留轨缝：以锁定轨温为32.6C为例，冬季：maxPt 拉=2.48AtF=2.48x32.6-(-19.2)x77.45x102 =9(maxPt 拉Ph尸2EFr94.95kN(994.95-400 )xlO322x2.1x10sx77.45x102x15.2=7 16mm(maxPt 拉-Ph
