无缝线路结构计算.
轨道作业题答案(本科)
第一章 轨道结构1.轨道结构主要包括哪几部分，各有什么作用？答：铁路轨道是由钢轨、轨枕、道床、道岔、联结零件及防爬设备组成。
钢轨用于引导机车车辆行驶，并将所承受的荷载传布于轨枕、道床及路基。
同时，为车轮的滚动提供阻力最小的接触面。
轨枕承受来自钢轨的压力，使之传布于道床。
同时利用扣件有效地保持两股钢轨的相对位置。
道床是轨枕的基础，在其上以规定的间隔布置一定数量的轨枕，用以增加轨道的弹性和纵、横向移动的阻力，并便于排水和校正轨道的平面和纵断面。
道岔是机车车辆从一股轨道转入或越过另一股轨道时必不可少的线路设备。
联结零件是联结钢轨或联结钢轨和轨枕的部件。
前者称接头联结零件，其作用是有效地保证钢轨与钢轨或钢轨与轨枕间的可靠联结，尽可能地保持钢轨的连续性与整体性，后者称中间联结零件(或扣件)，其作用是阻止钢轨相对于轨枕的纵横向移动，确保轨距正常，并在机车车辆的动力作用下，充分发挥缓冲减振性能，延缓线路残余变形的积累。
2.钢轨类型怎样表示，目前我国铁路标准钢轨类型有哪几种?标准长度有几种?各是多少？标准缩短轨有几种、缩短量各是多少?钢轨的类型，以每米长的重量(kg ／m)表示。
目前，我国铁路钢轨类型有75、60、50、43及38kg ／m 等五种。
我国标准钢轨长度为12.5及25m 两种。
以及新近生产的50m 和100m 的标准轨，对于75kg/m 的钢轨只有25m 的一种。
另外，还有用于曲线轨道上比12.5m 标准轨缩短40、80、120㎜和比25m 标准轨缩短40、80、160㎜的六种标准缩短轨。
3. 轨缝预留应满足的条件是什么为适应钢轨热胀冷缩的需要，在钢轨接头处要预留轨缝。
预留轨缝应满足如下的条件：1．当轨温达到当地最高轨温时，轨缝应大于或等于零，使轨端不受挤压力，以防温度压力太大而胀轨跑道；2．当轨温达到当地最低轨温时，轨缝应小于或等于构造轨缝，使接头螺栓不受剪力，以防止接头螺栓拉弯或拉断。
4.乌鲁木齐地区最高气温为39.3℃，最低气温为-30.6℃，若铺设25m 长的60kg/m 钢轨，采用10.9级螺栓，试计算在20℃铺设时的预留轨缝。
无缝线路简介
温度应力式无缝线路结构形式图
爆胎
4、温度力 4.1 温度力：无缝线路上，钢轨一般长度在 1000m 以上，这种轨道是被“锁 定”着的，当轨温发生变化时，钢轨不能自由伸缩，在内部产生一种力，称 为温度力。
4.2 温度应力式无缝线路包括固定区、伸缩区和缓冲区三部分
三、无缝线路与普通线路的比较
无缝线路与普通线路相比有哪些优势？
无缝线路简介
目录
无缝线路简介
第一部分 普通线路的概念 第二部分 无缝线路的概念 第三部分 无缝线路与普通线路的比较
一、普通线路的概念
普通线路（有缝）由标准长度的钢轨(长度为12.5 m或25 m)利用接头联接零件联接而成 的，线路上存在着大量的钢轨接头。
普通接头
京张铁路
二、无缝线路的概念
1、无缝线路的概念 无缝线路（continuously welded rail track）是一种新型的轨道结构型式． 是把标准长
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1、提高旅客舒适度； 2、降低维修强度，节约人力物力，延长线路设备服役时间； 3、延长车辆设备使用寿命； 4、提高列车行驶速度。 ……
无缝线路（continuously welded rail track）是一种新型的轨道结构型式． 是把标准长度 的钢轨连续焊接成长轨条并锁定铺设的线路。无缝线路分为温度应力式和放散温度应力 式。
度的钢轨连续焊接成长轨条并锁定铺设的线路。无缝线路分为温常用的焊接方法有3种：闪光焊法、气压焊法和铝热焊法。其中铝热焊法已 被国内外认为是一种具有高效率的理想快速焊接方法，是我国无缝线路连接焊头的唯 一有效的焊接方法。
闪光焊
气压焊
铝热焊
3、温度应力式无缝线路 结构形式：由一根长轨条及两端 2 ~ 4 根标准轨组成，两端接头采用高强螺栓夹板联接，
轨道工程-第八章-无缝线路
列车通过钢轨接头时产生的振动会使扭力矩下降，接头阻力值降低。 所以定期检查扭力矩，重新拧紧螺帽，保证接头阻力值在长期运营过 程中保持不变是一项十分重要的措施。《轨道设计规范》规定，无缝 线路接头螺栓扭矩不应低于900N· m，接头阻力采用400kN。并规定， 正线轨道钢轨接头螺栓应采用10.9级及以上高强接头螺栓；站线轨道 应采用8.8级及以上高强接头螺栓。
温度应力式无缝线路是由一根焊接长钢轨及其两 端2～4根标准轨组成，并采用普通接头的形式。
放散温度应力式无缝线路，又分为自动放散式和 定期放散式两种，适用于年轨温差较大的地区。
采用伸缩接头 的放散温度应 力式无缝线路
一、无缝线路基本知识介绍
3.无缝线路发展概况
铺设无缝线路能收到节约材料、劳力、能耗等综合技术经济效果，是当 今轨道结构的最佳选择，它以无可非议的优越性得到各国铁路的承认。 几十年来，世界各国竞相发展。我国铁路无缝线路近年来在技术上有很 大进步，在数量上有较快增长。
接头阻力的特点： （1）其本质是摩擦力，只有存在相对运动或相对运动趋势时，才产生； （2）钢轨首先要克服接头阻力，然后才能伸长或缩短； （3）钢轨从伸长转入缩短或从缩短转入伸长状态要克服两倍接头阻力。
二、无缝线路基本原理
（二）扣件阻力
中间扣件和防爬设备抵抗钢轨沿轨枕面纵向位移的阻力，称扣件阻 力。为了防止钢轨爬行，要求扣件阻力必须大于道床纵向阻力。扣件阻力 是由钢轨与轨枕垫板面之间的摩阻力和扣压件与轨底扣着面之间的摩阻力 所组成。摩阻力的大小取决于扣件扣压力和摩擦系数的大小。
二、无缝线路基本原理
二、线路纵向阻力
轨温变化时，影响钢轨两端自由伸缩的原因是来自线路纵向阻力的抵 抗，它包括接头阻力、扣件阻力及道床纵向阻力。
无缝线路
道床横向阻力值与多种因素有关： a.轨枕类型，3型混凝土轨枕比2型大20%左右； a.轨枕类型，3型混凝土轨枕比2型大20%左右； b.道床断面形状及饱满状况，若在道床肩部堆 b.道床断形状及饱满状况，若在道床肩部堆 高15mm高道碴，道床横向阻力将增加10%~ 20%； 15mm高道碴，道床横向阻力将增加10%~ 20%； c.道碴材质与级配状况。 c.道碴材质与级配状况。 因此施工与维修时应尽量不做破坏道床阻力的工 作。 （3）扣件阻力 无缝线路设计与施工的原则是扣件阻力要大于道 床阻力，因此要选择适当的钢轨扣件。此外，钢轨 扣件阻力值也与扣件螺拴拧紧程度有关：
（2）道床横向阻力Qs ）道床横向阻力Q 单位长度线路道床横向阻力q 单位长度线路道床横向阻力q的表达式为： q=q0-c1y+c2yn q0—— y=0时的初始值； y=0时的初始值； c1 c2—— 系数； n——指数，木枕 n=2/3， ——指数，木枕 n=2/3， 混凝土枕 n=3/4。 n=3/4。
2.胀轨跑道处理 2.胀轨跑道处理
2.短轨一端的伸缩量 2.短轨一端的伸缩量 当轨温为最高时，短轨一端的伸长量为 ： =(maxP´ )L/(2EF)λ´2=(maxP´t-Rj)L/(2EF)-(pL2)/(8EF) 当轨温为最低时，短轨一端的缩短量为： λ"2=(maxPt-Rj)L/(2EF)-(pL2)/(8EF) )L/(2EF)L——短轨长度。 ——短轨长度。 3.缓冲区予留轨缝∆的设置 3.缓冲区予留轨缝∆ （1）长轨与短轨之间的轨缝 λ´1+ λ´2<∆<a-（ λ"1+ λ"2） λ´ <∆<aa——构造轨缝，a=18mm。 ——构造轨缝，a=18mm。 （2）短轨与短轨之间的轨缝 2 λ´2<∆<a-2 λ"2若不按计算的轨缝设置，则可 <∆<a能影响钢轨的受力状况。
无缝线路知识
无缝线路一、无缝线路㈠概述：为满足高稳定性的需求，高速铁路采用无缝线路。
无缝线路结构有两种主要型式：一种是日本铁路所采用的，在单元轨条之间设置一组正反向伸缩调节器；另一种是法国、德国等欧洲铁路所采用的超长无缝线路。
我国高速铁路无缝线路结构以超长无缝线路作为主要结构型式，但在长大桥上铺设无缝线路，为减少桥梁和轨道所受纵向力，宜设置伸缩调节器。
㈡类型：1、根据应力方式的不同：①温度应力式：是由一根焊接长钢轨及其两端2-4根标准轨组成，并采用普通接头的形式。
②放散温度应力式：分为定期放散式和自动放散式无缝线路。
2、根据长度的不同：①普通无缝线路：设缓冲区而使焊接长钢轨的长度限制在1-2km 以内的无缝线路。
②区间无缝线路：使焊接长钢轨的长度由普通无缝线路的1-2km 延长至两个相邻车站站端道岔之间长度的无缝线路。
③跨区间无缝线路：使用无缝道岔将焊接长钢轨穿越车站，从而使一条焊接长钢轨将多个区间无缝线路连接成一体的无缝线路。
㈢无缝线路的基本原理无缝线路铺设后，随着轨温的变化，长钢轨由于热胀冷缩不能实现，因而在其内部产生应力，称为温度应力，特别是在轨温很高或很低时，钢轨内将产生巨大的温度应力。
对整个钢轨断面而言，由轨温变化而产生的力，相应地称为温度力。
钢轨的自由伸缩量：一根不受任何限制可以自由伸缩的钢轨，当轨温变化时，其自由伸缩量可按下式计算：α∆l〃L〃t∆=式中：l∆——钢轨的自由伸缩量（mm）；α——钢轨的线膨胀系数，α=0.0118mm/m℃，即每米长的钢轨，当轨温变化1℃时，钢轨将伸缩0.0118mm；L——钢轨长度（m）；t∆——轨温变化幅度（℃）。
【例3-1】若钢轨长度为 1000m，轨温变化为 20℃，则其自由伸缩量为：l =0.0118〓1000〓20=236（mm）。
㈣位移观测桩：㈤无缝线路验收标准1、管内无砟轨道无缝线路锁定轨温是25℃；允许〒5℃；2、相邻单元轨节的锁定轨温不大于5℃；3、同一单元轨节左右股锁定轨温不大于3℃；4、同一区间内单元轨节的最高与最低实际锁定轨温之差不大于10℃；5、加焊钢轨长度：正线不小于24m，道岔侧股及到发线不得小于12m；6、线路锁定后，位移观测桩最大位移量不大于10mm或者锁定轨温变化不大于5℃。
轨道工程课后题目解析
轨道⼯程课后题⽬解析第⼆章有砟轨道结构1.有砟轨道的主要组成及其功⽤？钢轨：直接承受列车荷载，依靠钢轨头部内侧⾯和机车车辆轮缘的相互作⽤，为车轮提供连续且组阻⼒最⼩的滚动接触⾯，引导列车运⾏，并依靠它本⾝的刚度和弹性将所承受的荷载分布传递于轨枕。
轨枕：承受来⾃钢轨的压⼒，并把它分布传递⾄道床；同时利⽤扣件保持钢轨的正确位置。
接头：⽤于钢轨与钢轨的可靠联结，保持钢轨的连续性与整体性。
扣件：固定钢轨位置，阻⽌钢轨纵、横向移动，防⽌钢轨翻转，确保轨距正常，并在机车车辆的作⽤下，发挥⼀定的缓冲减振性能，延缓线路残余变形的累积。
轨道加强设备：防⽌钢轨与轨枕之间发⽣相对的纵向位移，增加线路抵抗钢轨纵向爬⾏的能⼒；在曲线上安装轨撑和轨距杆，可提⾼钢轨横向稳定性，防⽌轨距扩⼤。
道床：固定轨枕的位置，增加轨道弹性，防⽌轨枕纵、横向位移，并把承受的压⼒分布传递给路基或者桥隧建筑物，同时还⽅便排⽔和调整线路的平、纵断⾯。
道岔：使车辆从⼀股轨道转⼊或越过另⼀股轨道。
2.钢轨的类型有哪些？钢轨分级使⽤的含义是什么？钢轨的类型: 按每⽶⼤致质量（kg/m）划分。
我国钢轨分为43，50，60，75kg/m四种类型。
钢轨分级使⽤：钢轨的⼆次或多次使⽤；钢轨在⼀次使⽤中的合理倒换使⽤。
3.钢轨伤损的主要形式有哪些？伤损原因及其解决措施？轨头核伤、钢轨磨耗、轨腰螺栓孔裂纹、钢轨接触疲劳伤损。
原因：既有钢轨⽣产中产⽣的缺陷，⼜有运输、铺设和使⽤过程中的问题。
轨头核伤措施：⑴提⾼钢轨材质，防⽌出现⽓孔等不良现象。
⑵改善线路质量，提⾼弹性和平顺性，减少动⼒和冲击。
⑶钢轨探伤车对钢轨进⾏探伤，及早发现，及时治理。
钢轨磨耗措施：采⽤耐磨轨；加强养护维修，保持⼏何形位，增加线路弹性；曲线涂油；机械打磨。
轨腰螺栓孔裂纹：加强接头养护，防⽌接头出现错⽛等；增加接头弹性；螺栓孔周边倒棱；采⽤⽆缝线路才能从根本上消除此问题。
钢轨接触疲劳伤损：提⾼钢轨接触疲劳强度。
最新无缝线路的阻力及伸缩区长度计算
无缝线路的阻力及伸缩区长度计算一、线路阻力及轨道框架刚度：（一）纵向阻力:1、接头阻力：夹板和钢轨接触面间阻止钢轨伸缩的摩擦阻力，其大小与扭力距有关。
P H2、道床纵向阻力：指道床抵抗轨道框架纵向位移的阻力。
其大小与道渣的材质、粒径、断面尺寸、捣固程度、轨道框架的重量、道床脏污程度有关。
3、扣件阻力：指各种中间扣件及防爬设备阻止钢轨相对于轨枕纵向拉力位移的阻力。
@线路扣件阻力大于道床纵向力时，线路只能沿道床位移。
反之，钢轨将沿垫板移动，为加强线路，减少钢轨伸缩量，防止钢轨爬行，要求在无缝线路伸缩区内，采用加强扣件，安装防爬器，增大扣件阻力，这是设计无缝线路的一个要求。
（二）横向阻力：道床抵抗轨道框架横向位移的阻力其大小与以下几方面有关:1、轨枕类型及位移。
2、道床肩宽：道床肩宽阻力与总阻力的三分之一，宽400~500mm时其横向阻力接近最大值。
3、道床肩宽堆高：适当堆高肩部，阻力明显增大。
4、线路维修作业的影响。
5、道碴种类及粒径：砾石小于碎石30％~40％15~30mm级配小于25~65mm，减少20~40％6、作业方法：机械化作业大于手工作业5~9％7、道床饱满程度8、行车条件影响（三）轨道框架刚度：指轨道抵抗弯曲变型的结构能力。
复习提问引入新课5‘介绍20‘了解重点讲解30‘二、温度力纵向分布图及钢轨伸缩量的计算 （一）温度力图：温度力沿钢轨长度的纵向分布图第一阶段：当轨温升高，首先由接头阻力克服钢轨伸长，其内部产生温度压力，但超过pa 后接头阻力才被克服 P t =2.5△tF=P A △t=P H /2.5F 例：50kg/m 钢轨，6孔﹠24mm 螺栓，P A =2.7×105N 。
求克服接头阻力的温度升降幅度。
△t=2.7×105/2.5×6580=16°c 第二阶段：轨温继续升高，道床阻力开始阻止钢轨伸长，钢轨内部又产生温度力，要使距轨端x 处的钢轨开始位移则需克服x*p （单位纵向道床阻力）的力，根据平衡条件 P t =P H +XP X=P t -P H /P 若已知最大温度力，即可算出伸缩区长第三阶段：当温度达到最大值时，钢轨亦不能伸缩。
轨道结构力学分析
1、概述轨道结构力学分析，就是应用力学的基本原理，结合轮轨互相作用理论，用各种计算模型来分析轨道及其各部件在机车车辆荷载作用下产生的应力、变形及其他动力响应，对轨道结构的主要部件进行强度检算。
在提速、重载和高速列车运行的条件下，通过对轨道结构的力学分析、轨道结构的稳定性分析，行车的平稳性和安全性等进行评估等，确定路线允许的最高运行速度和轨道结构强度储备。
轨道结构力学分析主要目的为：1)确定机车车辆作用于轨道上的力，并了解这些力的形成及其相应的计算方法。
2)确定在一定的运行条件下，轨道结构的承载力。
轨道结构的承载能力包括以下三方面：1)强度计算。
在最大可能荷载条件下，轨道各部分应具有抗破坏的强度。
2)寿命计算。
在重复荷载作用下，轨道各部分的疲劳寿命。
3)残余变形计算。
在重复荷载作用下，轨道整体结构的几何形位破坏的速率，进而估算轨道的日常维修工作量。
2、轨道的结构形式和组成轨道结构由钢轨、轨枕、连接零件、道床、防爬器、轨距拉杆、道岔、道碴等所组成，不同的轨道部件，其功用和受力条件也不一样。
目前世界铁路基本上都采用工字形截面钢轨，只是单位长度重量有所不同。
轨枕主要有木枕，混凝土枕和钢枕，基本上都是横向轨枕。
道碴基本都用碎石。
1)钢轨。
我国铁路所使用的钢轨类型有43kg/m，45kg/m，50kg/m，60kg/m和75kg/m。
钢轨刚度大小直接影响到轨道总刚度的大小轨道总刚度越小，在列车动荷载作用下钢轨挠度就越大，对于低速列车来说，不影响行车的要求，但对于高速列车，则就会影响到列车的舒适度和列车速度的提高。
在本毕业设计中，我使用的是60kg/m型钢轨。
2)接头联结零件。
钢轨接头的联结零件由夹板、螺栓、螺母、弹簧垫圈组成。
接头夹板的作用是夹紧钢轨。
螺栓需要有一定的直径，螺栓直径愈大，紧固力愈强。
在普通的有缝路上，为防止螺栓松动，要加弹簧垫圈，在无缝线路伸缩区的钢轨接头加设高强度平垫圈。
3)扣件。
扣件是联结钢轨和轨枕的中间联结零件。
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表7.3 扣件阻力（kN）
扣件类型 螺母扭矩为80 N· m I型弹条 9.0 Ⅱ型弹条 9.3 Ⅲ型弹条 16.0 防爬器 15.0 K型 7.5
螺母扭矩为150 N· m
12.0
15.0
表7.4 道床纵向阻力
线路特征 单枕的道床纵向阻力/kN 一股钢轨下单位道床纵向阻力/N· cm-1 1 667根/ km 1 760根/ km 1 840根/ km
MPa，制动应力取为10 MPa，根据稳定条件求得允许温度压力
为1335.8 kN，断缝容许值为90 mm，线路纵向阻力160 N/cm， 钢轨弹性模量2.1×105 MPa，截面积77.45 cm2。 问能否在250 m曲线上铺设无缝线路？
问Hale Waihona Puke 思考：1、无缝线路维修作业是否有时间限制及作业条件限制？ 道床扰动阻力下降，须有作业轨温条件限制，一般在锁定轨温15℃范围作业。 2、钢轨不平顺对无缝线路稳定性的影响如何？ 钢轨方向不平顺会引起胀轨。 3、竖向上是否也会胀轨？
木轨线路
混凝土 轨线路 Ⅰ型 Ⅱ型 Ⅲ型
7.0
10.0 12.5 18.3
—
— — 152
61
87 109 160
64
91 115 —
穿销式防爬器
研究实例：某地区最高年轨温为65 ℃，最低年轨温-35 ℃，
Ⅲ型混凝土轨枕，等效道床阻力为115 N/cm，钢轨容许强度为 351 MPa，计算得轨底拉应力为161 MPa，轨头压应力为208
四、普通无缝线路设计
（二）无缝线路结构计算
1.轨条长度
• 轨条长度应考虑线路平、纵面条件、道岔、道口、桥梁、隧道所在位置， 原则上按闭塞区间长度设计，一般长度为1 000～2 000 m。轨节长度最短 一般为200 m，特殊情况下不短于150 m。在长轨之间、道岔与长轨之间、 绝缘接头处需设置缓冲区，缓冲区一般设置2～4根同类型25 m标准轨。
rl s2 (max Pt PH ) 2 长 2 EF 2 EFr
(maxPt PH )l rl 2 短 2 EF 8EF
• 确定预留轨缝原则与普通线路相同。缓冲区中标准轨之间的预留轨缝 也与普通线路相同。长轨与标准轨之间的预留轨缝计算如下:
• 按冬季轨缝不超过构造轨缝的条件，可算得预留轨缝上限为
上 g (长 短 )
• 按夏季轨缝不顶严的条件，其下限为
短 下 长
• 则预留轨缝为
0
上 下
2
λ—从锁定轨温到当地最低轨温的缩短量 λ’—从锁定轨温到当地最高轨温的伸长量
• 若钢轨绝缘接头采用胶接绝缘接头，则允许缓冲区轨缝挤严。
四、普通无缝线路设计
• 对于缓冲区、伸缩区以及其间接头的布置，均有一系列规定，设计时执行 《无缝线路铺设及养护维修方法》中有关规定。
2.伸缩区长度
• 伸缩区长度ls按前述推导公式计算，一般取50～100 m，宜取为标准轨 长度的整数倍。 max Pt PH ls r
四、普通无缝线路设计
3.预留轨缝
• 长轨条一端伸缩量和标准轨一端伸缩量按前述公式计算。
4.防爬设备的设置
在无缝线路的伸缩区和缓冲区上，因钢轨可能有伸缩，必须布置足 够的防爬设备，保证无相对于轨枕的纵向移动。为此，要求钢轨与轨枕 间扣件阻力大于轨枕与道床间的纵向阻力。即
P 防 nP 扣 nR
式中：
P 防 ——1对防爬器提供的阻力（N），见表7.3； P扣 ——1根轨枕上扣件阻力（N），见表7.3； R ——1根轨枕提供的道床阻力（N），见表7.4； n ——配置1对防爬器的轨枕数。
一般不会，但在梁端温度力集中及竖曲线上也会，无砟轨道弹性支承块也会。 4、钢轨越重越容易胀轨？ 钢轨越重越容易胀轨，温度力的增加幅度，较框架刚度增加幅度大。 5、钢轨在胀轨阶段有何处理措施？ 浇水、覆冰、堆重、停车。
6、夏天换轨有何要求？
计算伸缩量；插入合适长度
的钢轨；锁定轨温时放散。 7、等效道床阻力是否随2mm 处的道床横向阻力增大而增大？ 等效道床阻力是轨枕横向位
移范围内的综合阻力，与2mm
前阻力斜率关系极大。 图2 道床横向阻力