路基上无缝线路课程设计

路基上无缝线路课程设计

一 概论

普通无缝线路设计，主要指区间内的无缝线路设计，其主要内容为确定设计

锁定轨温和结构设计计算。我国无缝线路的基本结构类型为温度应力式。 在普通线路上，钢轨接头是轨道的薄弱环节之一，由于接缝的存在，列车通过时发生冲击和冲动，并伴随又打击噪声，冲击力最大可达到非接头区3倍以上。接头冲击力影响列车的平稳和旅客的舒适，并促使道床破坏、线路状态恶化、钢轨及连接零件的使用寿命缩短、维修劳动费用增加。养护线路接头区的费用占样胡总经营费的35%以上；钢轨因轨端损坏而抽换的数量较其他不伟大2~3倍；重伤钢轨60%发生在接头区。随着列车轴重、行车速度和密度的不断增长，上述缺点更加突出，更不能适应现代高速重载运输的需要。为了改善钢轨接头的工作状态，人们从20世纪30年代开始，一直致力于这方面的研究与实践，采用各种方法把钢轨焊接起来构成无缝线路。

二 设计参数

深圳地区某段提速线路铺设无缝线路，SS 4型电力机车。运行最高时速100Km/h 设计其锁定轨温。

钢轨：60m

kg ，屈服强度s σ=457Mpa,钢轨断面对水平轴的惯性矩x I =32174cm ;

轨枕：Ⅲ型混凝土枕，1667根/km ；或Ⅱ型混凝土枕，1760根/km ； 道床：道砟为一级道砟，面砟厚25cm ，底砟厚20cm; 路基填料：沙粘土；

钢轨支座刚度D ：检算钢轨D=301000（N/cm ）; 检算轨下基础D ：D=720000（N/cm ） 曲线最小半径R 的区段：800-1600m ； 运营条件：轴重和轴距请查阅相关文献。

三 设计内容

（一） 无缝线路钢轨动弯应力强度的验算（确定允许降温和升温幅度）

轨道条件表

钢轨

扣件系统

轨枕

道床

路基

长度（m ） 类型

（kg/m ) 垂直

磨耗

接头 中间

类型 配置根数 道床

级别

厚度

肩宽

25

60

6

六孔夹板 弹条Ⅰ型 Ⅲ型 1680 一级 面碴25

底碴20

40

砂粘土

项目 相关资料

钢轨

面积 底宽 惯性矩 W1 W2 允许

应力 钢轨支座刚度

77.45 150

3217

375

291

352

30100

72000 轨枕

轨枕 间距 长度 轨端至轨中距 满支撑长度 有效支撑长度 平均

底宽 Mg

Mc 60

250

50 95 117.5 27.5 13.3

10.5

钢轨、轨枕相关条件 表

1 计算刚比系数K

当D=30100N/mm ，a=600 mm 时，

17.5060030100

D u ==

=a Mpa 0011673.010

3217101.2417

.50444

54

=????==X EI u k 当D=72000N/mm ，a=600mm 时， 12060072000

D u ==

=a Mpa 0014512.010

3217101.24120

444

54

=????==X EI u k 2 计算最大静位移、弯矩合枕上压力

SS 4电力机车，转向架间距超过5m,故不考虑各转向架的相互影响。各轮载及转向架各轴间距均相同，故只须取第一转向架进行计算。任取此项可不计算其一进行计算即可求的钢轨内静位移、弯矩和枕上压力 y 0,M 0 和R 0

)sin (cos 2y 2

1

00

i i i i kx kx e P u k

i kx +?=-∑= )sin (cos 1202y 2

1

00

i i i i kx kx e P k

i kx +??=-∑= 此项可不计算

{()()[]

}

m m

N e kx kx e P k i i i i i kx ?=?-?+???=-?=?-=-∑24840612 30000011673.0sin 30000011673.0cos 11128000.001167341

)

sin (cos 41M 30000011673.02

1

00

检算钢轨 0.6100

100

0.6 1000.6V =?==

α 检算钢轨下沉及轨下基础各部件

45.0100

100

45.010045.0 =?==

V α 曲线半径R=800m,取其未被平衡欠超高最大值为Δh=75mm,故偏载系数β为： β= 0.002Δh=0.002*75=0.15

()mm

63033053N 45.115.06.0124840612 1M M 0d ?=??+?=?++=f ）

（βα

所以钢轨动弯应力可由下式求得 MPa W M d d 09.16837500063033053

11===

σ MPa W M d

d 61.2162

2==σ

3 温度应力的计算

对无缝线路应用下式计算：

t t ?=45.2σ（Mpa)

式中：t ?---- 当地最高或最低轨温与锁定轨温之差值

81

25

.33.45 245.2=?=?=t t σ（Mpa)

t ? 见（三）的中和轨温计算

4 钢轨附加应力的计算

本设计只考虑路基上由制动引起的附加应力，可取f σ=10Mpa;

所以强度条件应使作用在钢轨上的各种应力总和不超过钢轨的允许应力[]σ： []σσσσ≤++f t d 其中 [][]MPa s 33835

.1==σσ

f t d j σσσσ++=2

[])

338(61.30010

8161,216MPa MPa =<=++=σ

式中：d σ—钢轨动弯应力（Mpa ），

t σ—钢轨温度应力（Mpa ）；

f σ—钢轨附加应力（Mpa ），如桥上的伸缩应力和挠曲应力、无

缝道岔基本轨附加应力、列车制动等引起的附加应力等;本设计只考虑路基上由制动引起的附加应力，可取f σ=10Mpa;

[]σ—钢轨允许应力。

因此允许的降温幅度[]d t ?可由下式计算：

[]d t ?=[]α

σσσE f

d --

[]6

.0101.210

09.1683385??--=

?d t

001269.0=

式中：d σ—钢轨动弯应力（Mpa ），取拉应力计算值。 （二） 根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压力[]P 后，可计算出允许的升温幅度[]c t ?： [][]α

EF t f

d 22P -P =

?

式中：f P —附加应力，本设计可取为零（N ）

[]P —轨道允许的最大温度应力；根据无缝线路稳定性理论计算，

采用“统一公式”。

最后，与强度确定的允许升温幅度比较，取最小值。 经计算

150

105.11

--?=cm R 151025.11--?=cm R

'

1

11R R R += 5

5

1025.1105.1--?+?=

1

5

1075.2--?=cm

21110172.22cm N EI y ??=π

129.04

3

=π

22

00.171953cm l = cm l 7.414=

由式（6.42）经试算得:cm f e 3454.0'0= cm l 1.420=

将cm f e 3454.0'0= cm l 1.420= 代入式(6.41) 得P=2805.4KN 最后得[]P =2805.4/1.3=2158KN

稳定条件求得容许温度压力[]P 后,由[][]

F

E p t c α2=

?, 得

[]C t o c 001104.010

54.776.0101.221021584

53=??????=? 由强度条件经计算确定的升温幅度大于稳定条件所确定的容许升温幅度,故取稳定条件下的升温幅度。 （三） 中和轨温确定

由[][]k

c d e t t t T

T t ?±?-?++=2

2min max 得42

001104

.0001269.022.07.58+++-=

e t c o

25.33=

（四） 预留轨缝的确定

符号与下标表示：1—长轨，2—短轨，λ'—夏天伸长量，λ''—冬天缩短量 （1）夏季钢轨伸缩量计算：

由公式得， mm 0.17'

1=λmm 6.2'2=λ

（2）冬季钢轨伸缩量计算：

由公式得，mm 3.12"'1-=λ mm 1.3"2-=λ

按冬季轨缝不超过构造轨缝 j a 的条件，可算得预留轨缝上限a 上为：

()

mm a a g 4.331.33.1218"2"1?=++=+-=λλ

按夏季轨缝不顶严的条件，其下限a 下为：

mm a 6.196.217'2'1?=+=+=λλ

式中"1λ，"

2λ——从锁定轨温至当地最低轨温时，长轨，短轨一端的缩短量； '

1λ，'

2λ——从锁定轨温至当地最高轨温时，长轨，短轨一端的伸长量； 则预留轨缝o a 为：

mm a a a o 5.262

6

.194.332=+=+=

?? 四 设计结论

锁定轨温是进行无缝线路设计的条件，经计算此线路的要求符合线路的材料强度，我所选的这段无缝线路长9km，需预留轨缝26.5mm。

五主要参考文献：

1.《铁路轨道》谷爱军主编中国铁道出版社

2.《铁路无缝线路》广钟岩等，中国铁道出版社；

3.《铁道工程》郝瀛主编，西南交通出版社；