长无缝钢轨温度应力研究
无缝轨道板的温度应力研究
无缝轨道板的温度应力研究作者：朱进波来源：《科技经济市场》2014年第05期摘要：轨道模型简化为两端铰支的铺设于均匀介质（道床）中的一根细长压杆，求解轨道板失稳时的温度应力，然后通过具体数据求解最小温度应力。
关键词：无缝轨道；温度应力1 轨道板破坏形式高速铁路只有保证其运行中的高平顺性和高舒适性才能为人们所接受，因此轨道板需要保证其高精确性。
影响的因素大致可分为六个方面。
第一，模板精度不够导致成品有翘曲变形。
第二，蒸养过程中导致轨道板翘曲变形。
通过观察和试验总结发现以下两个原因是使轨道板在生产过程中导致翘曲变形影响最大的因素。
第三，轨道板张拉不对称导致板翘曲变形。
第四，轨道板临时存放不规范，存放时间过长导致板翘曲变形。
第五，支撑层变形引起的轨道板变形。
最后温度力引起的破坏。
由于一个地区的温度是不断改变的，而且温差很大，所以会产生内部温度应力。
从而轨道板会产生向上或向边上弯曲的变形，那么需要确定温度应力，使轨道板更安全。
2 温度力引起的破坏情况轨道板精确度影响因素多种多样，这里仅研究温度力的影响，将其他的情况看成一致的。
对于现在的无缝轨道，主要会产生向上的弯曲破坏，因此也是我们研究的一个方面。
2.1 假设2.2 变形曲线3 温度应力求解的方法3.1 能量法能量法是推导无缝线路稳定性计算的常用方法。
主要利用势能驻值原理，即结构物处于平衡状态的充分必要条件是势能取驻值，dA=0，也就是静力平衡与势能驻值这两个条件是等价的。
设轨道处于平衡状态，总势能为A，则当轨道由于受任何干扰而产生微小虚位移时，按照势能驻值原理应有：式中：A1为由于钢轨轴向温度压力而在钢轨内部储存的形变能，或称钢轨压缩形变能；A2为轨道框架弯曲形变能；A3为由于轨道变形而储存于道床中的形变能，简称道床形变能。
形变能为变形曲线长度L和变形矢度F的函数，故应有3.2 能量法求解3.2.1轨道板压缩形变能A13.2.2轨道板弯曲形变能A2轨道板弯曲形变能A2仍然由原始弹性弯曲变形而存储的形变能Moe及变形过程中新增加的内力矩而储存的形变能Mf构成。
高速铁路用钢轨的温度应力分析
高速铁路用钢轨的温度应力分析引言：高速铁路是一种高速运行的铁路交通方式，由于高速列车的高速运行和巨大的载荷，对于钢轨的材质以及结构设计有着很高的要求。
钢轨的温度应力是影响钢轨线路安全和寿命的重要因素之一。
本文将对高速铁路用钢轨的温度应力进行分析，并提出相应的解决方案。
1. 高速铁路温度应力的产生原因：高速铁路的巨大运行载荷和高速运行速度会引发钢轨的温度变化，导致温度应力的产生。
主要原因包括：1.1 温度变化引起的钢轨长度变化：温度变化会引起钢轨的膨胀和收缩，从而导致钢轨长度的变化，进而产生应力。
1.2 钢轨的不均匀热膨胀：钢轨在高速列车通过时会受到瞬时加热，由于钢轨自身材料的差异，热膨胀不均匀，导致温度应力的产生。
1.3 环境温度和日夜温差：高速列车运行环境中的温度波动较大，尤其是日夜温差较大的地区，会引发钢轨的温度变化，从而产生应力。
2. 高速铁路温度应力的影响：高速铁路钢轨的温度应力会对线路的安全性和使用寿命产生重要影响。
2.1 引发钢轨的变形和损坏：温度应力过大会导致钢轨的变形，包括弯曲和扭曲，严重时可能引发断裂。
这种变形和损坏会影响列车的正常运行，并且会对线路的安全性产生威胁。
2.2 加速钢轨的疲劳磨损：温度应力会加速钢轨的疲劳磨损，导致钢轨寿命的缩短。
3. 高速铁路温度应力的解决方案：为了减少高速铁路钢轨的温度应力，可以采取以下解决方案：3.1 使用合适的材料：选择合适的材料制造钢轨，以提高钢轨的抗温度应力能力。
航天航空领域的先进材料可以应用于钢轨制造，提高其抗温度应力和耐磨性能。
3.2 改善钢轨的结构设计：优化钢轨的截面形状和断面尺寸，增加钢轨的刚度和强度，提高其对温度应力的承受能力。
3.3 加强维护与保养：定期对钢轨进行检查，及时发现和修复温度应力引起的损伤和变形问题，有效延长钢轨的使用寿命。
4. 高速铁路温度应力的数值模拟分析：为了更准确地了解高速铁路钢轨的温度应力情况，可以采用数值模拟方法进行分析。
金属磁记忆技术在无缝钢轨温度应力检测中的研究
ＬＩ Ｌ ｉ，Ｓ Ｕ ｅ ＨＵ ，ＤＯＮＧ ｎ Ｄｉ Ｂｉｇ—ｙ ｉ，ＤＩＪｎ —ｙ ｉ ｕ
（ ． ｅ ｉｇ Ｕ ｉｅｓｙｏ ｈ ｍ ｃｌ ｅｈ ｏ ｇ ，Ｂ ｉｎ ０ ０ ９ ｈ ａ ．Ｂ ｉｎ ａｌａ ｄ ｎｓ ａｉ ，Ｂ ｉｎ １ Ｂ ｉｎ ｎｖｒ ｔ ｆＣ ｅ ｉａ Ｔ ｃ ｎｌ ｙ ｅ ｉｇ１ ０ ２ ，Ｃ ｉ ；２ ｅ ｉｇ Ｒ ｉ ｙＡ ｍｉ ｔ ｔ ｎ ｅ ｉｇ ｊ ｉ ｏ ｊ ｎ ｊ ｗ ｉｒ ｏ ｊ
因此 如 果 能 够 实 时 检 测 线路 实 际 的纵 向温 度 应 力 ， 指 导 线 路 的 维 修 ， 及 对 发 生 胀 轨 和 断 轨 事 故 的 可 能 性 对 以 做 出合 理 的 评 估 具 有 重 大 的 意 义 。
研究结论 ： 介绍 了采用 Ｔ Ｍ一１ ４型金 属磁记忆 检测仪在无 缝钢轨 温度应力 检测 中的研 究。在北京 Ｓ Ｍ一
Ｍａ ｔ ａ ｃ ｅｔ ｎｏ ｅ ｉｇＲ ｉ ａ ｄ ｉｉｒｔ ｎｓｏ ｓ ｈｓ ｅ ｌ ａ ｎｔ ｅ ｏ ｃ ｎｌｇ ａ ｉ ｍ ｒｓｉ ｉ ｅ ｎｅＳｃｉ ｆ ｉｎ ａ ｗ ｙＡ ｍ ｎｓ ａ ｏ ｈｗ ｉ ｍ ｔ ｇ ａ ｃｍ ｍ ｒ ｔ ｈ ｏ ｙｈ ｓ ｂｇ ｅｉ ｎｎ ｏ Ｂ ｊ ｌ ｔ ｉ ｔ ａｍ ｉ ｙ ｅ ｏ ａ ｔ ｎ
钢轨在整体加热全长淬火热处理过程中的应力分布和变形的粗浅探讨
钢轨在整体加热全长淬火热处理过程中的应
力分布和变形的粗浅探讨
钢轨，那长长的家伙，在整体加热全长淬火热处理的时候，可有着
不少门道呢！
咱先来说说这应力分布。
你想啊，钢轨被加热，就好像人在大太阳
底下晒久了，身体各个部位的感受能一样吗？钢轨也是这样，不同的
部位受到的热力不一样，应力也就有了差别。
有的地方可能被“烤”得
厉害，应力就大；有的地方稍微“凉快”些，应力就小。
这就好比一群
人拔河，力气大的和力气小的分布不均匀，那绳子的受力能平衡吗？
钢轨也是这个道理，应力分布不均匀，就容易出问题。
再讲讲变形。
钢轨一加热一淬火，好家伙，它就像个调皮的孩子，
想怎么变就怎么变啦？那可不行！它要是随便变形，铁路还能安全吗？这变形就像是面团被揉来揉去，要是没个分寸，能做出好看又好吃的
馒头吗？钢轨变形要是没控制好，那可就不是美观的问题，而是关乎
运输安全的大事！
你说这钢轨加热的时候，是不是得像照顾宝贝一样小心翼翼？温度
高了不行，低了也不行。
这就好比做饭，火候掌握不好，菜能好吃吗？而且在淬火的时候，那速度、那冷却的时机，都得拿捏得死死的。
稍
微一个不小心，钢轨就“发脾气”，给你来个变形或者应力不均匀。
咱想想，要是钢轨的应力分布不合理，变形又控制不住，那火车跑
在上面能稳当吗？万一哪天钢轨承受不住压力，咔嚓一下断了，那得
多危险啊！所以啊，研究钢轨在整体加热全长淬火热处理过程中的应
力分布和变形，可不是闹着玩的，这是关乎千千万万人出行安全的大事！
总之，对于钢轨在这一处理过程中的应力分布和变形，必须得重视，得研究透，才能让钢轨乖乖听话，为咱们的铁路运输保驾护航！。
某新建铁路线路地段的温度应力式无缝线路轨道设计。
某新建铁路线路地段的温度应力式无缝线路轨道
设计。
某新建铁路线路地段的温度应力式无缝线路轨道设计如下：
温度应力分析：首先，对于该线路地段的设计，需要进行温度应力分析。
这包括考虑该地区的气候条件、季节性温度变化以及日夜温差等因素。
通过收集气象数据和地质状况，进行综合分析，确定温度应力的范围和变化情况。
材料选择：根据温度应力分析的结果，选择适当的材料用于无缝线路轨道的设计。
材料应具备良好的热膨胀性能，能够承受温度变化引起的应力。
常用的材料包括高强度钢材和复合材料等，这些材料具有较低的热膨胀系数和良好的耐热性能。
轨道结构设计：基于选定的材料，进行轨道结构的设计。
设计过程中需要考虑轨道的支撑和固定方式，确保轨道在温度变化下的稳定性。
同时，需要合理设计轨道的横断面形状，以满足列车行驶的要求和轨道的承载能力。
膨胀节设计：为了缓解温度应力对轨道的影响，需要在适当的位置设置膨胀节。
膨胀节能够吸收由温度变化引起的轨道伸缩，减轻温度应力对轨道结构的影响。
膨胀节的设计应考虑材料的选择、结构的稳定性和维护便捷性等因素。
轨道固定设计：为了确保轨道的稳定性，需要进行有效的轨道固定设计。
固定方式应能够满足温度应力的要求，避免轨道的偏移和变形。
常用的轨道固定方式包括钉固和焊接等，根据具体情况选择合适
的方式。
施工和监控：在设计阶段完成后，需要进行施工和监控工作。
施工过程中应确保按照设计要求进行操作，确保轨道结构的准确性和稳定性。
无缝线路钢轨道床阻力和温度应力的研究
无缝线路钢轨道床阻力和温度应力的研究作者：张海录来源：《中国科技纵横》2016年第08期【摘要】两端固定的钢轨中所产生的温度力仅与轨温变化幅度有关；接头阻力PH仅考虑钢轨与夹板间的摩阻力s；Ⅲ型轨枕道床纵向阻力随着轨枕纵向位移增大而增大，摩阻力的大小取决于扣件扣压力和摩擦系数的大小；道床横向阻力是防止胀轨跑道、保持线路稳定的重要因素；温度力沿长钢轨的纵向分布，常用温度力图表示，故温度力图实质是钢轨内力图；伸缩区长度的计算。
【关键词】温度应力和线路阻力的关系线路阻力的分类分析基本温度力图和伸缩区长度计算随着现在高铁的普遍化，火车的速度在逐步的提高，道床由原来的有碴道床变成无碴道床，钢轨由原来的25米有缝线路变成了100m的无缝线路，铺设无缝线路能收到节约材料、劳力、能耗等综合的经济计算效果，是当今轨道结构的最佳选择。
通常情况下，无缝线路的轨条都比较长。
在温度的影响下，钢轨会随着轨温的变化而产生伸缩，然而这种伸缩现象会受到道床的约束而不能自由进行，最终使得钢轨内部较大轴向温度应力的产生。
因此，要想使无缝线路的强度和稳定性得到保证，我们需要对长轨条的内温度应力和道床阻力的变化规律进行了解。
轨道框架的受力特点是钢轨、轨枕和道床群体受力。
钢轨在温度的作用下产生伸缩现象，但是由于其自身被密密麻麻的扣件牢牢的扣在轨枕上，它的伸缩必然会带动轨枕同时产生位移。
然而轨枕本身自带的较大重量以及受其被埋在道碴层中的影响，要使轨枕产生位移就必须要克服其底部、侧面和端部与道碴产生的巨大的摩擦阻力，这样一来，由温度力造成钢轨伸缩与轨枕受到的摩擦阻力之间便能够相互抵消，最终整个轨道框架便不会在温度力的作用出现钢轨的纵向位移。
当钢轨的纵向位移受阻时，未被抵消掉的温度力将寻找线路薄弱环节释放出来，使轨道发生横向的弯曲变形。
这时，轨道框架又发挥其群体作用，阻止这种弯曲变形。
1温度应力和线路阻力的关系线路阻止钢轨和轨道框架纵、横向移动的力叫线路阻力。
无缝线路钢轨温度应力检测标准
无缝线路钢轨温度应力检测标准无缝线路是一种特殊类型的铁路线路，其主要特点是在不需要接头处使用了更长的钢轨。
这种类型的铁路线路尤其适用于高速列车和重载货车运输。
由于无缝线路钢轨的长度比传统的钢轨更长，因此在使用中可能会经历更大的温度应力。
为了确保无缝线路的安全和可靠性，需要使用特殊的检测方法和标准来评估无缝线路钢轨的温度应力。
1.检测方法和标准无缝线路钢轨温度应力检测需要使用非接触式光学测量技术。
该技术可以测量钢轨表面的温度，并计算出钢轨的应力。
这种方法可以避免对钢轨的损害，并提供高精度的测量结果。
温度应力检测应该在以下情况下进行：a.铁路线路改造后b.钢轨放置后c.高温天气（温度超过40摄氏度）后d.低温天气（温度低于0摄氏度）后a.《铁道部技术规程》TR/TB0322-2010《无缝线路技术规程》b.《中国无缝线路标准》TB/T 3245-2011c.铁路部门内部标准2.评估结果的处理在评估无缝线路钢轨的温度应力时，应将结果记录在铁路线路设备管理系统中。
如果发现钢轨的应力超过了规定的标准，应及时采取修复措施。
修复方法通常包括加固或更换钢轨。
相应的修复程序应该在铁路线路设备管理系统中定义，并满足相关的标准和要求。
修复后，评估应力应重新进行测量。
当对无缝线路钢轨的温度应力进行评估时，应注意以下事项：a.确保测量结果的准确性和精度。
b.避免在其他铁路设备和设施周围进行检测工作，以免干扰测量结果。
c.记录整个测量过程中的数据，并保存原始数据和处理结果。
d.对数据进行分析，并在必要时重新测量。
3.结论无缝线路钢轨温度应力检测标准是确保无缝线路安全和可靠性的重要措施。
在进行检测时，应遵循相应的标准和程序，以保证测量结果的准确性和可靠性。
对于超出标准的应力值，应及时采取修复措施，以确保无缝线路的正常运行。
长无缝钢轨温度应力研究
北京力学会第18届学术年会论文集：工程应用长无缝钢轨温度应力研究安向阳张铮（北京航空航天大学固体力学研究所，100191）摘要：随着无缝铁轨在铁路轨道结构中使用的增加，由温度应力导致轨道失稳而产生的脱轨灾难数量极大的增多。
本文就无缝钢轨的温度应力计算在ANSYS软件中进行了杆、梁模型的简化。
杆模型讨论了不同温差、扣件间距、扣件刚度对钢轨温度应力和端头位移的影响。
梁模型讨论了不同扣件间距和刚度对钢轨特征值屈曲的影响。
关键词：无缝铁轨，轨道，温度应力，有限元一、引言无缝线路是由普通长度钢轨焊接起来的长钢轨线路，基本取消轨缝。
由于气温变化等因素，钢轨出现热胀冷缩的现象，无缝线路被锁定后，自由伸缩量杯大大限制，造成无缝线路钢轨内部极大的温度应力，严重影响了轨道的稳定性。
二、模型及结果2.1 杆模型参数及结果：用杆或梁单元模拟铁轨，弹簧单元来模拟钢轨和轨枕的扣件连接，扣件弹簧单元X、Y、Z方向的弹性系数分别记为K fx，K fy，K fz，轨枕固定于刚性地基上，如图1。
枕轨间距为500mm，枕轨布置1999根/km，钢轨为60kg/m的T60钢轨。
横截面面积为A=77.45cm2,弹性模量为E=205GPa，其泊松比u=0.3，热膨胀系数为α=1.18×10-5，取扣件弹簧单元的弹性系数K fz=0.833×104 N/cm（Z方向为铁轨延伸方向，X、Y方向的弹簧刚度对计算没有影响）。
由于杆单元模型计算量小且相对简单，故选择单根钢轨的长度为1000m进行分析。
图1有限元模型示意图表1温差变化温差（︒C）20 30 40 50 60 最大应力（Mpa）47.99 71.99 95.99 119.99 143.99端部位移（mm） 2.624 3.936 5.247 6.559 7.871 伸长区估计（m）120 128 130 140 150表2锁定60︒C温差，改变弹簧刚度VIII-1北京力学会第18届学术年会论文集：工程应用弹簧刚度N/cm 166.6 416.5 833 1666 4165 8330 833000最大应力（Mpa）144 144 144 144 144 144 144端部位移（mm）17.4 11 7.87 5.6 3.6 2.6 0.97 伸长区估计（m）280 200 120 110 80 60 20从表1-2可知，最大应力与端部位移都随温差线性变化，温度每增大10度，最大温度应力提高24Mpa，伸长区在120m左右，由于构造要求扣件的纵向刚度可探讨的空间不大。
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北京力学会第18届学术年会论文集：工程应用
长无缝钢轨温度应力研究
安向阳张铮
（北京航空航天大学固体力学研究所，100191）
摘要：随着无缝铁轨在铁路轨道结构中使用的增加，由温度应力导致轨道失稳而产生的脱
轨灾难数量极大的增多。
本文就无缝钢轨的温度应力计算在ANSYS软件中进行了杆、梁模
型的简化。
杆模型讨论了不同温差、扣件间距、扣件刚度对钢轨温度应力和端头位移的影
响。
梁模型讨论了不同扣件间距和刚度对钢轨特征值屈曲的影响。
关键词：无缝铁轨，轨道，温度应力，有限元
一、引言
无缝线路是由普通长度钢轨焊接起来的长钢轨线路，基本取消轨缝。
由于气温变化
等因素，钢轨出现热胀冷缩的现象，无缝线路被锁定后，自由伸缩量杯大大限制，造成
无缝线路钢轨内部极大的温度应力，严重影响了轨道的稳定性。
二、模型及结果
2.1 杆模型参数及结果：
用杆或梁单元模拟铁轨，弹簧单元来模拟钢轨和轨枕的扣件连接，扣件弹簧单元X、Y、Z方向的弹性系数分别记为K fx，K fy，K fz，轨枕固定于刚性地基上，如图1。
枕轨间
距为500mm，枕轨布置1999根/km，钢轨为60kg/m的T60钢轨。
横截面面积为A=77.45cm2,
弹性模量为E=205GPa，其泊松比u=0.3，热膨胀系数为α=1.18×10-5，取扣件弹簧单元
的弹性系数K fz=0.833×104 N/cm（Z方向为铁轨延伸方向，X、Y方向的弹簧刚度对计算
没有影响）。
由于杆单元模型计算量小且相对简单，故选择单根钢轨的长度为1000m进
行分析。
图1有限元模型示意图
表1温差变化
温差（︒C）20 30 40 50 60 最大应力（Mpa）47.99 71.99 95.99 119.99 143.99
端部位移（mm） 2.624 3.936 5.247 6.559 7.871 伸长区估计（m）120 128 130 140 150
表2锁定60︒C温差，改变弹簧刚度
VIII-1
北京力学会第18届学术年会论文集：工程应用
弹簧刚度N/cm 166.6 416.5 833 1666 4165 8330 833000
最大应力（Mpa）144 144 144 144 144 144 144
端部位移（mm）17.4 11 7.87 5.6 3.6 2.6 0.97 伸长区估计（m）280 200 120 110 80 60 20
从表1-2可知，最大应力与端部位移都随温差线性变化，温度每增大10度，最大
温度应力提高24Mpa，伸长区在120m左右，由于构造要求扣件的纵向刚度可探讨的空
间不大。
最大温度应力保持不变，但是伸区和端部位移会随扣件刚度反向变化。
表3锁定温差刚度，改变扣件间距
扣件间距（cm）25 40 50 100 250 最大应力（Mpa）143.993 143.993 143.993 143.993 143.993 端部位移（mm） 5.528 7.023 7.781 11.24 18.11 伸缩区估计（m）90-100 100-120 120 200 200以上
比较表2-3可知，在只考虑静力情况下，扣件刚度和间距一定程度上是等效的，即
扣件刚度增加一倍与扣件间距加密一倍对伸长区和端部位移的影响可以认为相同。
2.2 梁模型及其结果
梁模型参数：钢轨选择仍为60kg/m，钢轨侧向刚度为I=524cm4,竖向刚度为I y=3122 cm4，其余参数参见杆模型。
表4三向刚度不同(K fz K fy ,，K fx )
弹簧刚度N/mm 833/833/4165833/1666/4165833/833/8330
一阶屈曲温差（ C）338 338 498
竖向弹簧在防止轨道横向失稳中基本未起作用，因为在铁轨结构中，竖向抗弯刚度
是横向的6倍左右。
若横向弹簧的刚度不高于竖向的6倍，失稳就总表现为横向失稳。
三、结论
（1）钢轨中的最大温度应力总是出现在钢轨中间段，且在中间800m左右的区段保
持不变，最大温度应力只与温差呈线性关系，轨端最大位移与扣件刚度、间距和温差有关。
（2）弹簧的横向刚度对对铁轨的稳定性影响最大，也就是说，可以从增加扣件和道
床的横向刚度来增加长无缝钢轨的稳定性，效果明显。
参考文献
1 张朝晖. ANSYS11.0结构分析工程应用实例解析[M].北京:机械工业出版社，2008
2 李成辉.轨道[M].成都：西南交通大学出版社，2004
3 周宁. ANSYS-APDL高级工程应用实例分析与二次开发[M].北京：中国水利水电出版社，2007
VIII-2。