轨道工程课设(正式稿)

目录1 普通无缝线路设计任务书 (2)1.1 课程名称 (2)1.2 课程设计题目 (2)1.3 设计内容 (2)1.4 已知条件 (2)2 普通无缝线路设计指导书 (2)2.1 温度压力的计算 (3)2.2 轨道稳定性允许温度压力[]P (5)2.3 轨道稳定性允许温升[]c T∆ (5)2.4 根据强度条件确定允许温降[]d T∆ (5)2.5 设计锁定轨温计算 (7)2.6 设计锁定轨温 (7)2.7 伸缩区长度计算 (8)2.8 无缝线路缓冲区预留轨缝计算 (8)2.9 防爬器的设置．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． (9)2.10长轨条的布置．．．．．．．．．．．．．．．．．． (10)3 无缝线路毕业设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． (10)3.1 温度压力的计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． (10)3.2 轨道稳定性允许温度压力[]P．．．．．．．．．．．．．．．．． (12)3.3 轨道稳定性允许温升[]c T∆ (12)3.4 根据强度条件确定允许温降[]d T∆ (13)3.5 计锁定轨温计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． (14)3.6 计锁定轨温．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． (14)3.7 伸缩区长度计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． (15)3.8 无缝线路缓冲区预留轨缝计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16 3.9 防爬器的设置 (17)3.10长轨条的布置．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． (17)1.普通无缝线路设计任务书1.1 课程名称：轨道工程1.2 课程设计题目：普通无缝线路设计1.3 设计内容：包括设计锁定轨温的确定，伸缩区长度计算，预留轨缝设计，防爬设备的布置和长轨节的长度，无缝线路稳定性检算等。

请参考《轨道工程》、《铁路轨道》相关章节及《轨道设计规范》（TB10082—2005 J448—2005）等相关规范、标准。

1.4 已知条件：线路铺设无缝线路区段，地区历年最高轨温为*℃,最低轨温为*℃；60kg/m 钢轨无缝线路，曲线半径R=600m ；轨枕：Ⅱ型混凝土轨枕1760根/㎞，钢轨截面积F=77.45 cm 2，钢轨惯性矩I=1048cm 4,钢轨弹性模量E=2.1×105MPa ，轨道原始弹性弯曲半波长0l =720cm,原始弹性弯曲矢度oe f =2.5mm ，原始塑性弯曲矢度op f =2.5mm ，轨道弯曲变形矢度f =2mm 。

，轨道框架刚度系数=1.0，等效道床阻力取0r =84.3N/cm 。

线路基本情况：该线路位于XXX 线，自K110+000至K123+000桥隧等建筑物位置如下表：起始里程或中心里程既有线桥、隧及道口描述 K110+74.4~k110+254.33潭口隧道 K110+342.962-20.0 1-10.0混凝土拱桥K110+687.5平交道口 K111+046.01-40.0 2-20.0混凝土拱桥 K113+171.53~k113+476.28 古龙岗隧道 K114+650.812-15.0 4-31.0钢桥 K115+000平交道口 K121+163.06平交道口 K121+500.6平交道口 K121+948.56~k122+065.81杨子岭隧道2. 普通无缝线路设计指导书计算步骤如下：2.1 温度压力的计算根据《轨道设计规范》（TB10082—2005 J448—2005）的公式计算温度压力计算公式根据假设，用势能驻值原理导出如下基本公式：20303222)11(44l RR f f r πl l f f EI P oe oe W +++++=ππβ f wt r EI f f wt r w w l -⋅-++=30230224)4(ππβπ， 式中 )4('32R t EI w ππβ+=；0'111R R R+=； W P —计算两根钢轨温度压力（N ）； E —钢轨弹性模量，为2.1×105MPa ；I —两根钢轨对竖直中和轴线的惯性矩，50kg/m 钢轨 I =2×377=754cm 460kg/m 钢轨 I =2×524=1048cm 475kg/m 钢轨 I =2×665=1330cm 4β—轨道框架刚度系数，采用1.0；l —轨道弯曲半波长（cm ）；0l —轨道原始弹性弯曲半波长（cm ）； oe f —轨道原始弹性弯曲矢度（cm ）； t —轨道原始弹性弯曲的相对曲率矢度（1-cm ），200l f t e =， t 为常量，其值根据无缝线路现场调查资料统计分析确定；01R —轨道原始塑性弯曲曲率（1-cm ）；01R =208l f opf —轨道弯曲变形矢度，采用0.2cm ；R —曲线轨道半径（cm ）；0r —等效道床横向阻力；n n f c c f c q r 210024ππ+-=式中， 0q —道床初始阻力常数（N/cm ）；1c 和2c —道床塑性系数，单位分别为N/ cm 2和N/ cm 1+n ；n c —积分常数；2.2 轨道稳定性允许温度压力[]P[]1K P P W=式中 W P —轨道稳定性计算温度压力（N ），按式（6-4）计算。

1K —安全系数，一般取1K =1.25～1.3。

2.3 轨道稳定性允许温升[]c T ∆对于路基上无缝线路 [][]F E P T c α2=∆式中 F —钢轨断面面积,50kg/m 钢轨 8.65=F cm 260kg/m 钢轨 45.77=F cm 275kg/m 钢轨 037.95=F cm 2 2.4 根据强度条件确定允许温降[]d T ∆钢轨的强度条件是要求轨头急轨底的边缘荷载应力的最大可能值，不超过钢轨的屈服强度除以一定的安全系数所得出的容许应力。

其表达式如下：轨头 []2K sf t d σσσσσ=≤++头轨底 []2K sf t d σσσσσ=≤++底式中 d 头σ—轨头边缘荷载应力的最大可能值；d 底σ—轨底边缘荷载应力的最大可能值；t σ—无缝线路钢轨温度应力；f σ—钢轨附加应力，取10MPa ；s σ—经标准拉伸试验所得出的钢轨钢屈服强度，根据国家钢轨钢试验资料统计分析结果，按极限强度b σ的不同等级，s σ的取值不同；2K —安全系数，新钢轨25.12=K ，铝热焊及再用轨3.12=K ～1.35。

计算式为：[][]ασσσE T fd d --=∆式中 d σ—钢轨动弯应力，取轨底的应力，本设计中取值为128MPa ；f σ—钢轨附加应力，取10MPa ；E —钢轨钢的弹性模量，为MPa 5101.2⨯；α—钢轨的线膨胀系数，取/1018.15-⨯℃。

2.5 设计锁定轨温计算 [][]k c d e T T T T T T ∆±∆-∆++=22min max 式中 e T —设计锁定轨温，在小半径曲线上宜取偏高值，在年轨温幅度较大的地区宜取偏低值；max T —当地历年最高轨温（℃）； min T —当地历年最低轨温（℃）； ][c T ∆—轨道稳定性允许温差（℃）； ][d T ∆—轨道强度允许温降（℃）； k T ∆—修正值，一般为0～5℃。

2.6 设计锁定轨温范围宜为10℃。

桥上无缝线路或寒冷地区，当[][]10)(min max <--∆+∆T T T T c d ℃时，锁定轨温范围不应小于6℃。

设计锁定轨温上限 +=e m T T （3～5℃） 设计锁定轨温下限 -e n T T =（3～5℃） 设计锁定轨温上、下限应满足下式条件：[]d m T T T ∆≤-min []c n T T T ∆≤-max 钢轨温度力可按下式计算：T EF P ∆=α 式中 E —钢轨钢弹性模量)(MPa ；α—钢轨钢线膨胀系数（1/℃）；F —钢轨截面面积（mm 2）；T ∆—钢轨温差（℃）。

钢轨最大温度拉力 )(min max T T EF P m t -=α拉 钢轨最大温度压力 )(max max n t T T EF P -=α压2.7 伸缩区长度计算无缝线路锁定后，长轨条的两端将随轨温的升降而伸缩，其伸缩范围的长度即为伸缩区长度伸l 。

r P P l j t -=max 伸 式中 max t P —钢轨最大温度拉力或压力（N ），m a x t P 按式（6-14）和式（6-15）计算；j P —接头阻力（N ）；r — 一股轨下道床纵向阻力，有碴道床路基上为一股轨下线路纵向阻力2.8 无缝线路缓冲区预留轨缝计算2.8.1 长轨条一端伸缩量长∆的计算 rEF P P j t ⋅-=∆2)2max （长 式中 max t P —钢轨最大温度拉力或压力（N ），max t P 按式（6-14）和式（6-15）计算；j P —接头阻力（N ）；r — 一股轨下道床纵向阻力。

2.8.2 缓冲轨一端伸缩量缓∆的计算⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⋅-=∆2max 41)21rL L P P EF j t （缓 式中 L —缓冲轨长度（m ）；其他符号意义同前。

2.8.3 预留轨缝的计算冬季轨缝不应超过构造轨缝的条件：缓缓长）∆-≤∆+∆-≤2(21g g a a a a 夏季轨缝不顶紧的条件：缓缓长∆≥-∆+∆≥-221a a a a g g式中 1a —长轨条与缓冲轨之间预留轨缝值（mm ）；2a —相邻缓冲轨间预留轨缝值（mm ）；g a —钢轨接头构造轨缝，取18mm ；长∆—长轨条一端的收缩量或伸长量（mm ）；缓∆—缓冲轨一端的收缩量或伸长量（mm ）。

2.9 防爬器设置在无缝线路伸缩区上，因钢轨要产生伸缩，必须有足够的接头阻力和道床阻力与长钢轨中的温度力平衡，如果接头阻力和道床阻力较小，就会造成较长的伸缩区长度，增加了无缝线路养护的难度。

为充分发挥道床阻力的作用，在无缝线路结构设计时，要保证扣件阻力大于道床阻力。

如扣件阻力不足，则需安装防爬器以增大钢轨与轨枕之间的阻力。

即nR nP P ≥+扣防式中，防P 为一对防爬器的阻力（N ）；扣P 为一根轨枕上的扣件阻力（N ）；R 为一根轨枕能提供的道床阻力；n 为两对防爬器之间的间隔轨枕数。

缓冲区设置的防爬器与伸缩区相同。

目前采用弹条扣件的混凝土轨枕，由于扣件的阻力较大，一般不设防爬器。

2.10 长轨条布置画长轨条布置图3. 普通无缝线路设计3.1 温度压力的计算根据《轨道设计规范》（TB10082—2005 J448—2005）的公式计算温度压力计算公式根据假设，用势能驻值原理导出如下基本公式：200l f t e ==2.5mm/7202cm 2=4.82530864⨯10-7(1-cm ）; 01R =208l f op=3.8580246914⨯10-6(1-cm ）0'111R R R+==272025.081600001÷⨯+= 2.0524691358⨯10-5(1-cm ）)4('32R t EI w ππβ+==)58102.052469134104.82530864(10482100000.15-372ππ+⨯⨯⨯⨯-cm MPa =679882.04899f wt r EI f f wt r w w l -⋅-++=30230224)4(ππβπ=mm cm MPa mm mm 2104.8253086499679882.048N/cm84.3410482100000.12)2104.8253086499679882.048N/cm 84.34(99679882.04899679882.0487-32-732⨯⨯-⨯⨯⨯⨯⋅⨯⨯-++πππ=1093711.7775(cm 2)20303222)11(44l R R f f r πl l f f EI P oe oe W +++++=ππβ = 751093711.77)60000110143.85802469(45.22 84.3751093711.774751093711.775.2210482100000.16-332cmmm mm πmm mm mm MPa +⨯++++⨯⨯⨯ππ =2694743.2368(N)W P —计算两根钢轨温度压力（N ）； E —钢轨弹性模量，为2.1×105MPa ；I —两根钢轨对竖直中和轴线的惯性矩，60kg/m 钢轨 I =2×524=1048cm 4β—轨道框架刚度系数，采用1.0；l —轨道弯曲半波长（cm ）；0l —轨道原始弹性弯曲半波长720（cm ）； oe f —轨道原始弹性弯曲矢度0.25（cm ）；t —轨道原始弹性弯曲的相对曲率矢度（1-cm ）;t 为常量，其值根据无缝线路现场调查资料统计分析确定；01R —轨道原始塑性弯曲曲率（1-cm ）； f —轨道弯曲变形矢度，采用0.2cm ；R —曲线轨道半径（60000cm ）；0r —等效道床横向阻力取84.3 N/cm ；n n f c c f c q r 210024ππ+-=式中， 0q —道床初始阻力常数（N/cm ）；1c 和2c —道床塑性系数，单位分别为N/ cm 2和N/ cm 1+n ；n c —积分常数；3.2 轨道稳定性允许温度压力[]P[]1K P P W= =2.07×106 （N ）式中 W P —轨道稳定性计算温度压力（N ），按式（6-4）计算。