铁路线路大修技术设计.doc

单位代码 学 号 分 类 号 密 级 毕业设计(论文) 铁路线路大修技术设计 学习中心名称 专业名称 学生姓名 指导教师 二零一四年三月二十日 铁 路 线 路 大 修 技 术 设 计 北 京 航 空 航 天 大 学 北北京京航航空空航航天天大大学学 本本科科毕毕业业设设 计计 （论文（论文） 任任务务书书 、毕业设计（论文）题目： 铁路线路大修技术设计 、毕业设计（论文）使用的原始资料（数据）及设计技术要求： 学生应正确运用以前所学的基本理论知识和掌握的专业基本知识，遵 循现行规范的有关规定，结合现场实践经验，完成铁路线路大修技术设计 任务。学生在毕业设计过程中，应刻苦钻研，发挥独立工作的能力，创造 性地完成规定任务；学生应积极主动思考问题；应通过文献检索充分利用 文献情报资料；应通过编写和调试计算机程序，掌握现代设计手段。文字 表达通畅流畅，制图符合工程制图标准。 、毕业设计（论文）工作内容： （1）根据运营条件选择上部建筑类型； （2）轨道强度检算（机车类型：客机 ND2 型，货机解放型；更换的 钢轨表面磨损量 6mm） ； （3）线路大修平面设计（曲线编号： 10、22、32、41、53、62、71、82、90） ； （4）线路大修纵断面设计（限制坡度：12） ； （5）曲线缩短轨布置。 、主要参考资料： 1 铁路线路维修规则S. 铁运200123 号部令发布. 北京：中国铁道出版 社, 1997 2 铁路线路设备大修规则S. 铁工务1997109 号部令发布. 北京：中国铁 道出版社, 1997 3 铁四局. 既有线路测量M. 北京：中国铁道出版社. 1976 4 铁路轨道设计规范S. TBJ448-2005. 北京：中国铁道出版社. 2005 5 郝瀛主编. 铁道工程M. 北京：中国铁道出版社. 2000 6 陈秀方主编. 轨道工程M. 北京：中国建筑工业出版社. 2005 7 童大埙主编. 铁路轨道M. 北京：中国铁道出版社. 1988 8 王其昌主编. 铁路线路大修工程M. 北京：中国铁道出版社. 1994 9 铁路工务技术手册轨道 M. 北京：中国铁道出版社. 1996 10 铁路线路设计规范S. GB50090-99. 北京：中国计划出版社. 1999 11 铁路工务技术手册线路 M. 北京：中国铁道出版社. 1994 12 郝瀛主编. 铁路选线设计M. 北京：中国铁道出版社. 1996 校外学习中心 专业类 学生（学号） 毕业设计（论文）时间： 自 2014 年 3 月 15 日至 2014 年 4 月 20 日 指导教师： 兼职教师（并指出所负责部分）： 校外毕设组织协调小组（签字）： 注：任务书应该附在已完成的毕业设计（论文）的首页。 本人声明本人声明 我声明，本论文及其研究工作是由本人在导师指导下独立完成的， 在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。 作者： 签字： 时间： 铁路线路大修技术设计铁路线路大修技术设计 摘摘 要要 铁路轨道在自然环境和机车车辆动力作用下，几何形位将发生一系列变化，其变 化可分为弹性变形和永久变形两类。弹性变形其形变量在荷载取消后可以恢复，而永 久变形是不能自行恢复的。当永久变形的积累超过一定限度后，将成为事故隐患，危 及铁路行车安全。因此，铁路线路运营一段时期后，必须通过大修及时消除轨道的永 久变形，使之恢复到正常状态。本毕业设计根据任务书实测的技术资料、相关设计规 范和主要技术指标对丰沙线 K55+000K56+000 段线路进行了上部建筑类型选择、轨道 强度检算、平面改善、纵断面改善和曲线缩短轨配置等铁路线路大修技术设计。同时 应用 FORTRAN 语言编写相应的程序，用来进行强度检算、大修平面拨量计算、曲线 缩短轨配置辅助设计等。利用 AutoCAD 软件对大修线路的纵断面进行了改善设计，并 绘制了大修线路纵断面改善设计图。 关键词：铁路大修，轨道强度，平面整正，纵断面改善，缩短轨 Railway line overhaul technology design Abstract The track geometry of railway will take place a series of changes, the changes can be divided into two kinds of elastic deformation and permanent deformation, in the natural environment and vehicle loads. Elastic deformation can be recovered in the load disappears, and permanent deformation is not self recovery. It will become the hidden danger of accidents and threaten the safety of railway, when the accumulation of permanent deformation exceeds a certain limit. When it works after a period of time of the railway, it must eliminate the permanent deformation of track in a timely manner through the overhaul, so as to restore to the normal state. Based on the technical data measured in the mission book and on related regulations and major technical specifications, this design have finished the task of technical design of upper construction choosing, strength check calculation, flat surface of tracks quantity calculation, longitudinal section improvement and shorten track allocation, etc. In the mean time, this paper makes use of FORTRAN language to make related programs to assist the design of strength and stability check calculation, flat surface of tracks quantity calculation and standard shortened rail allocation, etc. It was improved designed of the profile by using the software AutoCAD, and it has been drawed of the longitudinal profile. Key words: track of overhaul, track strength, curve adjusting, longitudinal section improvement, shortened track 北京航空航天大学毕业设计(论文 ) 第 I 页 目目 录录 1 绪论绪论.1 1.1 铁路线路大修的基本任务.1 1.2 铁路线路大修地段的原始资料.2 2 轨道结构类型的确定轨道结构类型的确定.4 2.1 概述4 2.2 选择上部建筑类型4 3 轨道结构的强度检算轨道结构的强度检算.6 3.1 概述6 3.2 轨道强度检算的基本原理4.7 3.3.1 轨道结构特性参数7 3.3.2 轨道结构静力计算8 3.3.3 轨道结构动力计算10 3.3.4 轨道强度检算方法11 3.3.5 轨道强度计算中主要参数的取值17 3.3 轨道强度检算手算过程.18 3.3.1 计算资料18 3.3.2 轨道结构静力计算（ND2 型内燃机车）.18 3.3.3 轨道结构静力计算（解放型蒸汽机车）22 3.4 轨道强度检算 FORTRAN 程序设计25 3.5 轨道强度检算结果汇总.27 4 铁路线路大修平面改善设计铁路线路大修平面改善设计.32 4.1 铁路线路大修平面设计的原则.32 4.2 用偏角法和矢距法整正曲线方法的原理.33 北京航空航天大学毕业设计(论文 ) 第 II 页 4.2.1 既有曲线的测量33 4.2.2 渐伸线原理及其应用8 .34 4.2.3 既有曲线渐伸线长度的计算8 .39 4.2.4 设计曲线半径和缓和曲线长度的选配方法8 .42 4.2.5 计算设计曲线中点及各主要点的里程8 .44 4.2.6 设计曲线渐伸线长度的计算46 4.2.7 计算拨距46 4.3 线路大修平面改善设计手算结果.46 4.3.1 10 号曲线偏角法手算过程.46 4.3.2 32 号曲线矢距法手算过程.49 4.4 曲线整正 FORTRAN 程序设计51 4.5 线路大修平面整正结果汇总.52 5 曲线地段缩短轨配置设计曲线地段缩短轨配置设计.62 5.1 概述.62 5.2 缩短轨配置的技术条件.62 5.3 钢轨缩短量的计算.62 5.4 缩短轨的数量及其配置.65 5.5 曲线缩短轨配置手算过程.65 5.6 曲线缩短轨配置 FORTRAN 程序设计67 5.7 曲线地段缩短轨配置表.68 6 铁路线路大修纵断面改善设计铁路线路大修纵断面改善设计.76 6.1 设计的原则和技术条件.76 6.2 纵断面设计的基本原理和方法.77 6.3 纵断面设计的方法和步骤.82 6.4 纵断面设计过程的说明及体会.83 结结 论论.87 北京航空航天大学毕业设计(论文 ) 第 III 页 致致 谢谢.88 参考文献参考文献.89 附录附录.90 附录 1：计算结果90 附件 2：轨道结构强度检算程序96 附录 3：曲线整正计算程序108 附录 4：曲线地段钢轨配置程序117 北京航空航天大学毕业设计(论文 ) 第 1 页 1 绪论 1.1 铁路线路大修的基本任务 铁路线路是铁路的主要技术装备之一，是行车的基础。线路在长期的运输过程中，由 于轮轨相互作用而逐渐磨耗，使线路产生不均匀变形并不断积累，导致线路附加力作用增 大，钢轨及其轨下基础负担日益增大，承载能力不断降低。为了保证线路的安全、平稳和 不间断运输，保持线路处于经常完好状态，这就要求根据运输需要及线路设备损耗情况周 期性的、有计划的对损耗部分加以维修和更新，恢复和提高线路的强度，延长设备使用寿 命，增强线路稳定性和轨道承载力，适应铁路运输不断增长的需要。 线路大修的基本任务是：根据运输需要及线路的损耗规律，周期性地、有计划地对损 耗部件进行更新和修理，恢复与增强轨道的承载能力，延长设备的使用寿命，线路大修通 常取决于钢轨伤损的发展情况，以全面更换新轨为主要标志1。 铁路线路设备大修应贯彻“运营条件匹配，轨道结构等强，修理周期合理，线路质量 均衡”的原则，坚持全面规划，适当超前于需要的方针2。 铁路线路大、中修周期由通过重量决定，一般情况按照表 1-1 规定执行，但在小半径 曲线、大坡道或隧道等集中地段，轨型和运营条件不匹配地段，煤、砂、矿建等散装货物 运输集中地段以及风砂危害地段等，铁路局可根据特殊情况作适当调整。 表表 1-1 铁路线路大、中修周期表铁路线路大、中修周期表2 轨 道 条 件 周 期（通过总量） Mtkm/km 轨 型轨 枕道 床中 修大 修 75kg/m 无缝线路混凝土枕碎 石400500900 75kg/m 普通线路混凝土枕碎 石350400700 60kg/m 无缝线路混凝土枕碎 石300400700 60kg/m 普通线路混凝土枕或木枕碎 石300350600 北京航空航天大学毕业设计(论文 ) 第 2 页 50kg/m 无缝线路混凝土枕或木枕碎 石300550 50kg/m 普通线路混凝土枕或木枕碎 石250450 43kg/m 普通线路混凝土枕或木枕碎 石160250 本设计地段属国家 I 级干线单线铁路。由于国民经济的快速发展，线路客货运量和行 车速度的不断提高，致使运量与运能直接费用的矛盾日益突出。钢轨的疲劳伤损日益严重， 严重危及行车的安全，因此需要进行线路大修，以改善线路的平、纵面，换铺较重型钢轨， 提高线路质量，增强线路运输能力。 其中外业调查的主要内容如下3： 丈量里程。选择正确的公里标作为引出基点，定出公里标和每百米处作为测点的百尺 标，以及在控制点设置的加标。在丈量的过程中，应与既有线的百里标相核对，以取得一 致为原则。必要时在公里标处设置断链（长链或短链） 。 纵断面测量。测量正线轨顶（曲线测内股）及路肩标高。与正线相邻的站线及在同一 路基上的复线且线间距小于 5 米的，应同时测量两线的相对标高差，对于与起道有关的建 筑物均应测量其限界。 曲线测量。测量既有曲线的几何形位，判定曲线的转角大小，圆顺度以及曲线和既有 建筑物的位置关系。 外业勘测完成后，即可进行大修的技术设计，技术设计的主要内容包括：线路平面设 计、线路纵断面设计、轨道结构设计、跨区间无缝线路技术设计及更换道岔设计等。 1.2 铁路线路大修地段的原始资料 1、大修地段位置：丰沙线，自 K55+000 至 K68+000。 2、现有线路条件： 1) 该大修地段属于 I 级干线，限制坡度 12，最小半径为 400m； 2) 原有线路平纵面资料包括： 北京航空航天大学毕业设计(论文 ) 第 3 页 A. 线路纵断面测量记录； B. 线路曲线测量记录； C. 桥隧位置及原状； D. 站场调查记录； E. 道口调查记录。 3) 线路上部建筑现状见表 1-2。 表表 1-2 线路上部建筑现状线路上部建筑现状 钢 轨轨 枕道 床 类型 长度 (m) 平均 磨耗 单根失 效情况 类 型 数量(根/ 公里) 失效 情况 种类 不洁 程度 一般 情况 50kg/m12.59 mm 木枕 型 176010%碎石15% 4) 本地段路基土质为砂粘土，路基状态良好； 5) 其它（见调查记录） 3、大修地段的运营条件 1) 目前及今后的客货运量 目前：15 百万吨公里/公里； 第五年：20 百万吨公里/公里； 第十年：25 百万吨公里/公里。 2) 机车类型 客机：ND2 型内燃机车，构造速度 120 km/h； 货机：解放型内燃机车，构造速度 80 km/h。 北京航空航天大学毕业设计(论文 ) 第 4 页 2 轨道结构类型的确定 2.1 概述 铁路线路是铁路的主要技术装备之一，是工务部门固定资产的主要部分，是行车的基 础。目前我国铁路担负着全国 60%以上的运输任务。同时，这些线路设备在经常不断的运 输过程中，或者说在轮轨相互作用过程中在逐渐损耗。为了保证铁道线路的安全、平稳和 不间断的运输，保持线路设备经常处于完好状态，根据运输需要及线路设备损耗规律，周 期性的有计划的对损耗部分加以维修和更新，使之恢复到原来的状态或更新成新的状态， 使线路设备大修的根本任务。 本设计地段长 13 公里，路基土质为沙粘土，路基状态良好，路堑及路堤边坡高度在 8 米以内，包括混凝土拱桥 2 座，铪上钣桥 2 座和 1 座钢桥；跨潭口、古龙岗、扬子岭 3 座 隧道。设计地段内还有 5 个道口和 1 个车站。地表建筑比较复杂，涉及要求比较严格。 本设计依据的规范有：铁路线路维修规则，铁路线路设备大修规则，铁路线路设计规 范，铁路轨道设计规范，铁路工务技术手册线路 ，铁路工务技术手册轨道等。 2.2 选择上部建筑类型 根据铁路线路设备大修规则第 3.3.3 条：线路大，中修时，枕下道床总厚度应根据 五年内的年计划通过总重密度和钢轨类型，按铁路线路设备大修规则中表 3.3.3 所列标 准选用，而该设计的五年内的年计划通过总重密度为 20 Mt 公里/公里，故选择如下的轨道 结构类型2： 钢轨类型：50kg/m； 轨枕类型：S型混凝土轨枕； 扣件类型：弹条型扣件； 北京航空航天大学毕业设计(论文 ) 第 5 页 道床厚度：双层 道碴 25cm，底碴 20cm，共 45cm； 道床肩宽：30cm。 线路大、中修清筛起道后，无垫床的碎石道床，其枕下清碴厚度不得小于 300mm；道 床总厚度不足 300mm 时，应清筛至路面，并做好排水坡，以利排水。 北京航空航天大学毕业设计(论文 ) 第 6 页 3 轨道结构的强度检算 3.1 概述 轨道是一种受力十分复杂的工程结构物，机车车辆在其上通过时，将受到垂直轨面的 竖向力、垂直于钢轨轴向的横向水平力和平行于钢轨轴向的水平力等。 钢轨在这些力的作用下，轨道各部分将产生各种变形和应力并逐渐失效。因此必须合 理选择相应的轨道结构，使其在预定的使用期限内，在规定的使用条件下，保持良好的状 态，确保列车按规定的轴重和速度平稳、安全和不间断地运行，为此应当正确计算轨道结 构的承载能力，使其在安全和效益两方面都得到最佳的效果。在进行轨道强度检算时，只 计算钢轨基本弯曲应力，枕上压力，道床顶面应力和路基面应力。计算时采用如下一些假 定： 1、轨道及机车车辆的技术状态符合铁路技术管理规程和有关部门的技术标准的要 求。 2、视钢轨为连续弹性基础上的等截面无限长梁，梁的下沉与基础反力之间呈线性关系， 或者视钢轨为弹性点支座上等截面连续无限长梁，支座的下沉与其反力之间呈线性关系。 3、用一个当量静荷载来描述车轮对轨道的作用。 4、作用于钢轨上的荷载系符合力的独立作用原理，在轮载群作用下钢轨产生的应力、 应变等于单个车轮作用下的应力、应变代数和。 5、机车车辆对轮轨的动力影响，用荷载系数（速度系数、偏载系数、横向水平力系数） 来表示。 6、不考虑轨道自重。 北京航空航天大学毕业设计(论文 ) 第 7 页 3.2 轨道强度检算的基本原理4 3.3.1 轨道结构特性参数 1、 钢轨的支座刚度 D 钢轨支座刚度表示钢轨支座的弹性特征，即要使支座顶面产生单位下沉所必须施加于 支座上的压力，单位为 N/mm。 钢轨支座弹性特征是由包括轨下的垫板、轨枕和枕下的道床，即弹簧所组成的串联来 反映的，因此支座刚度可表示为： (3-1) y p DD DD D 21 21 式中 P施加于支座上的压力(N)； y支座下沉量(mm)； D1垫板及轨枕弹簧刚度，对于砼枕只有垫板刚度(N/mm)； D2道床及路基弹簧刚度(N/mm)。 2、 钢轨基础弹性模量 u u 表示单位长度钢轨基础的弹性特征，即要使钢轨产生单位下沉时，施加于单位长度 钢轨基础上的均布压力，其单位为 MPa。 (3-2) D u a 式中 轨枕间距(mm)。a 3、 道床系数 C C 表示枕下基础的弹性特征，即要使道床顶面产生单位弹性下沉时，施加于道床顶面 单位面积上的压力，其单位为 MPa/mm。 (3-3) 0 q C y 式中 q作用于道床顶面单位面积上的压力(MPa)； 北京航空航天大学毕业设计(论文 ) 第 8 页 y0轨枕底面平均下沉量 (mm)； 0p yay yp轨下断面的轨底下沉量(mm)； 轨枕挠度系数。a 3.3.2轨道结构静力计算 1、 轨道结构静力计算理论 （1）弹性点支承梁理论它是将钢轨视为支承在离散弹性点上的等截面无限长的梁， 力学模型如图 3-1（a）所示。 （2）连续弹性支承梁理论它是将钢轨视为支承在连续弹性基础上的等截面无限长 梁，力学模型如图 3-1（b）所示。 O (a)(b) （a）弹性点支承梁模型；（b）连续弹性支承梁模型 图 3-1 支承梁模型 用“点支承法”计算钢轨弯矩比用“连续支承法”的结果要大 5-10，而且在计算钢 轨挠度或轨枕压力时则要小 1-2。随着刚度的增加其差值将稍有增加，但这两种计算方 法的精度均满足工程计算的要求。从力学模型来看， “点支承”法更适合于刚度较大的混凝 土枕线路，但“连续支承”法计算简便，已被工程广泛的采用。 2、 连续支承法计算公式 根据均匀连续弹性基础理论和力的独立作用的原理，可得静止车轮作用下钢轨静挠度 y0，钢轨静弯矩 M0及枕上静压力 R0的计算式为： 北京航空航天大学毕业设计(论文 ) 第 9 页 即 (3-4) 0 2 ii k yP (3-5) iiu p k M 4 1 0 (3-6) ii p ka R 2 0 式中 u钢轨的基础弹性模量(MPa)； 轨枕间距(mm)；a Pi作用在钢轨上的各机车车轮静重(N)； k钢轨基础弹性模量与钢轨抗弯刚度的相对比值，也称刚比系数。 (3-7) 4 4 u k EJ 式中 J钢轨对水平轴的惯性距(mm4)； E钢轨的弹性模量(MPa)，E=2.1105MPa； i 、i连续弹性基础上等截面无限长梁的弯矩 M 和挠度 y 的影响系数。 (3-8)(cossin) kx uekxkx (3-9)(cossin) kx uekxkx 不同轮位距计算截面的距离 x 各不相同，因而各有不同的 i、i。 3、 点支承法计算公式 根据连续弹性支承梁理论和力的独立理论作用原理，可得静止车轮系作用下的 y0、M0 及 R0 的计算公式： 即 (3-10) 0 1 ii yP D (3-11) 0ii MaPu 北京航空航天大学毕业设计(论文 ) 第 10 页 (3-12) 0ii RP 式中 i，i 分别为弹性点支座上无限长梁的弯矩、支座下沉影响系数；其他符号的含 义及单位同前。 3.3.3轨道结构动力计算 1、 轨道动荷载参数 (1) 速度系数 列车在轨道上运行时，由于轮轨之间的动力效应，在垂直方向施加于轨道上的附加动 力影响，用速度系数 来表示，即车轮垂直当量静荷载最大可能值 Pd=P0(1+)。根据我国 实测资料，不同的牵引种类，不同的检算轨道部件的 如表 3-1 所示。 表 3-1 速度系数 值5 检算部位 牵引种类 钢 轨轨枕、道床 内燃机车 0.4V/1000.3V/100 电力机车 0.6V/1000.4V/100 蒸汽机车 0.8V/1000.6V/100 注：此表适用于 120 km/h 及以下的速度；V 的单位为 km/h。 (2) 偏载系数 列车通过曲线时，由于存在未被平衡的超高，产生偏载，使外轨或内轨轮载增加，其 增加值与静轮载的比值称为偏载系数，用 表示。 (3-13) 100 ()/PPP 式中 P1外轨（或内轨）上的轮载； P0 静轮载。 根据列车在有超高的轨道上运行时的静力平衡条件，可得 的表达式为： 北京航空航天大学毕业设计(论文 ) 第 11 页 (3-14) 2 1 2H h S 取我国机车重心高度 H=2300 mm，S1=1500 mm 代入上式，则偏载系数可简化为： (3-15)0.002 h (3) 横向水平力系数 f 由于轮轨之间的横向水平力及垂直力均有偏心，使轨头和轨底边缘相对于其中心处的 应力有所增加。在计算时，这一增加值采用来表示。根据实测资料，不同的曲线半径有f 不同的，其最大可能值如表 3-2 所示。f 表 3-2 横向水平力系数 6 f 曲 线 半 经 R (m) 直 线 300400500600R800 1.252.001.801.701.601.45 注：此表适用于各类型蒸汽机车，东风、东风 24、东方红、东风 8 以及韶山，6Y2、6G 等 电力机车。 2、 轨道结构动力计算 在列车动荷载作用下钢轨的动挠度 yd、动弯矩 Md及枕上的动压力 Rd的计算式为： (3-16) 0(1 ) d yy (3-17) 0(1 ) d MMf (3-18) 0(1 ) d RR 3.3.4轨道强度检算方法 列车在直线和曲线上运行时有不同的动弯应力。在直线上时， (3-19) 0(1 ) dzz MMf 在曲线上时， 北京航空航天大学毕业设计(论文 ) 第 12 页 (3-20) 0(1 ) dqq MMf 又因为，按最不利荷载考虑及，有： zq ffzq0 (3-21) dqdz MM 故只需要检算曲线段的轨道应力。 1.钢轨应力检算 (1) 钢轨动弯应力计算 轨底边缘动弯应力计算式为： (3-22) 0(1 ) d gd gg MMf WW 轨头边缘动弯应力计算式为： (3-23) 0(1 ) d jd jj MMf WW 式中 、分别表示轨底和轨头边缘动弯应力的最大可能值(MPa)； gd jd Wg、Wj分别为钢轨底和轨头对水平中性轴的截面模量(mm3)。 (2) 钢轨强度检算 轨底： (3-24) ggdtf 轨头： (3-25) jjdtf 式中：、分别为轨底拉应力和轨头压应力(MPa )； g j 附加应力，取为 9.8MPa； f 温度应力(MPa)； t 北京航空航天大学毕业设计(论文 ) 第 13 页 钢轨允许应力，。 / s K 其中： 钢轨钢材屈服强度(MPa)； s K安全系数，取为 1.35。 则： (MPa) (3-26) /405/1.35300 s K 2.轨枕强度检算 (1) 木枕顶面承压应力 (3-27) d ss R F 式中 木枕横纹承压动应力(MPa)； s F轨底或垫板与木枕的接触面积(cm2)； Rd钢轨动压力(N)； 木枕横纹允许承压应力，对松木取 1.4MPa，杉木取 10.4MPa，桦木取 s 3.9MPa，桉木取 4.2MPa。 混凝土枕抗压强度大，一般不检算其承压应力。 (2) 混凝土轨枕弯矩 计算轨枕弯矩时，通常把它视为支承在弹性基础上的短梁，分别取最不利支承图式。 检算轨下截面正弯矩 Mg，采用图 3-2 所示的道床支承方式，是假定轨枕中间部分完全掏 空，可得 Mg的检算公式： 北京航空航天大学毕业设计(论文 ) 第 14 页 a q e b e l 1 R b d 1 dR 图 3-2 轨下截面正弯矩计算图示 (3-28) 2 1 28 gsdg ab MKRM e 式中 荷载作用点至枕端距离，取=50cm； 1 a 1 a e一股钢轨下，轨枕的全支承长度，取 e=95cm； 轨下衬垫宽度，一般取轨底宽(cm)；b 轨枕设计系数，暂定为 1； s K 轨下截面允许弯矩，与轨枕类型有关，型枕可取为 11.9kNm，型轨 g M 枕可取为 13.3 kNm。 检算中间截面副弯矩 Mc时，采用图 3-3 所示的道床支承方式，即轨枕中部位部分支承， 到床支承反力取全支承时的。 3 4 Rd 1 d b R 1 l e b e q a 3/4q 图 3-3 跨中截面负弯矩计算图示 Mc的检算公式为： 北京航空航天大学毕业设计(论文 ) 第 15 页 (3-29) 22 11 34812 4(32 ) csdc lea eal MKRM le 式中 轨枕长度(cm)；l 中间截面允许负弯矩，与轨枕类型有关，型枕可取为 8.8kNm，型轨 c M 枕可取为 10.5kNm7。 、可由轨下断面和中间断面为开裂极限弯矩除以相应的安全系数求得。 c M g M 木枕有足够的抗弯刚度，一般不进行此项检算。 3.道床顶面压应力检算 计算道床顶面时，假定枕下道床支承反力分布如图 3-4 所示。因而，按此可求得道床 顶面平均应力和最大压应力的计算公式，并应满足以下要求： (3-30) d b R b e (3-31)max bbb m 式中 、分别为道床顶面平均动压应力和最大动压应力(MPa)； b max b b轨枕底面平均支承宽度(mm)，混凝土枕取 275mm7； Rd作用于轨枕上的钢轨动压力； e一股钢轨下轨枕有效支承长度(mm)，取 1175mm7； m枕底宽度道床反力分布不均匀系数，m=1.67； 道床顶面允许压应力(MPa)，碎石道床=0.5MPa4。 b b 北京航空航天大学毕业设计(论文 ) 第 16 页 dRdRdR S1 l b 图 3-4 枕下道床反力分布图 4.路基表面压应力检算 道床顶面压应力在道床内按扩散角向下传递如图 3-5 所示。 b h h h h h 1 2 e MN OO A CD B 1A 1C1D 1B 2A 2C2D 2B II IIII CD CD CD 11 2 2 cd b dc a 1a c1d1 1b c1d1 a2b2 c2 2c d2 2d m n dRdR 图 3-5 道床顶面压应力分布图 因而，不同道床厚度的基床表面压应力按下式检算： (1)道床厚度 0hh1时： (3-32)8 d h R m be (2)当 h1hh2时， (3-33)8 2 d hh R htg b max b 北京航空航天大学毕业设计(论文 ) 第 17 页 式中 基床表面动压应力(MPa)； h h道床厚度(mm)； (3-34) 8 1 2 /2 /2 hb ctg he ctg A A 道床压力扩散角，对碎石道床取=358； 基床表面允许压应力(MPa)；新建线路=0.13MPa，既有线路 h h =0.15MPa4。 h 有关式中的 b、e、Rd及 m 等符号的意义同前。 3.3.5轨道强度计算中主要参数的取值 1、 与钢轨有关参数的取值如表 3-3 所示。 表 3-3 与钢轨相关的参数取值9 钢 轨 参 数 钢轨支点弹性系数 D(N/mm) 轨底宽 (mm) 横截面 积(cm2) 惯性矩 J (cm4) 轨头截 面矩 Wj(cm3) 轨底截面 矩 Wg(cm3) 容许应力 (MPa) 检算 钢轨 检算轨枕、 道床及路 基 13265.8018272302753002200042000 2、 与轨枕有关参数的取值如表 3-4 所示。 表 3-4 与轨枕相关的参数取值9 枕轨间距(mm)长度(mm) 一股钢轨下 支承长度(mm) 枕轨间距(mm)底宽 b(mm) 950(I 型混凝土枕) 5442500 1175(型混凝土枕) 275500 3、 与机车有关参数的取值如图 3-6 所示。 北京航空航天大学毕业设计(论文 ) 第 18 页 195215 420 195215 98.1 98.1 98.1 98.1 98.1 98.1 图 3-6(a) ND2 型机车轮重和轴距图(轴距单位为 cm，轴载单位为 kN) 274.3147.3303.0147.3147.3 37.9 97.5 97.3 99.6 97.5 74.6 图 3-6(b) 解放型机车轮重和轴距图(轴距单位为 cm，轴载单位为 kN) 3.3轨道强度检算手算过程 3.3.1计算资料 1、 与轨道有关的计算资料 钢轨资料见表 3-3，轨枕资料见表 3-4。 2、 ND2 型内燃机车、解放型蒸汽机车的有关资料 ND2 型内燃机车、解放型蒸汽机车的轮重、轴距见图 3-6。 3.3.2轨道结构静力计算（ND2 型内燃机车） 手算以“连续支承法”计算钢轨静弯矩 M0、静挠度 y0和枕上静压力 R0。 1、 计算刚比系数 k 当N/mm 时，22000D MPa 22000 40.441 544 D u a mm-1 44 54 40.441 0.0012741 44 2.1 101827 10 u k EJ 当N/mm 时，42000D 北京航空航天大学毕业设计(论文 ) 第 19 页 MPa 42000 77.206 544 D u a mm-1 44 54 77.206 0.0014976 44 2.1 101827 10 u k EJ 2、 计算 M0、y0和 R0 ND2 型内燃机车、轮分别放在计算截面引起的和见表 3-5。引起P P 最大的是轮，引起最大的是轮。P P Nmm 0 11 9115417885959 44 0.0012741 MPu k mm 0 0.0014976 942640.9142 22 77.206 k yP u N 0 0.0014976 544 9426438398 22 ka RP 3、 计算 Md、yd、Rd 内燃机车 V=120km/h 检算钢轨： 0.4 0.48 100 V 检算轨枕、道床： 0.3 0.36 100 V 取，偏载系数75mmh 0.0020.15h 直线地段：1.25f 0(1 )17885959 (1 0.480.15) 1.25 d MMf Nmm36442641 曲线地段：（最小半径为 400m）1.8f 0(1 )17885959 (1 0.480.15) 1.8 d MMf Nmm52477403 北京航空航天大学毕业设计(论文 ) 第 20 页 mm 0(1 )0.9142 (1 0.360.15)1.3804 d yy N 0(1 )38398 (1 0.360.15)57981 d RR 4、 轨道强度检算 轨头：MPa 52477403 229.47 230000 d jd j M W 轨底：MPa 52477403 190.83 275000 d jd g M W 钢轨温度应力MPa，制动应力MPa。60 t 9.8 f 轨头：MPa MPa229.47609.8299.27 jjdtf 300 轨底：MPa MPa190.83609.8260.63 ggdtf 300 满足要求。 5、 混凝土轨枕弯矩检算 正弯矩： Nmm 22 1 500132 1579816672392 282 9508 gsd ab MKR e kNm，满足要求。13.3 g M gg MM 负弯矩： 22 11 34812 4(32 ) csd lea eal MKR le 22 3 25004 9508 500 950 12 500 2500 157981 4 (3 25002 950) Nmm5489690 kNm，满足要求。10.5 g M cc MM 6、 道床顶面压力检算 北京航空航天大学毕业设计(论文 ) 第 21 页 MPa 57981 0.1794 275 1175 d b R b e MPamax1.6 0.017940.2870 bb m 碎石道床MPa，满足要求。0.5 b Mmax bb MM 北京航空航天大学毕业设计(论文 ) 第 22 页 北京航空航天大学毕业设计(论文 ) 第 23 页 7、 路基基床表面压应力检算 0 1 0 2 275 35196.4mm 22 1175 35839.0mm 22 b hctgctg e hctgctg 现道床厚度，故450mmh 12 hhh 57981 0.0783MPa 22 1175 450 45035 d h o R e htgtg 既有线，满足要求。0.15MPa r rr 3.3.3轨道结构静力计算（解放型蒸汽机车） 手算以“连续支承法”计算钢轨静弯矩 M0、静挠度 y0和枕上静压力 R0。 1、 计算刚比系数 k 当时，22000N/mmD 22000 40.441MPa 544 D u a 1 44 54 40.441 0.0012741mm 44 2.1 101827 10 u k EJ 当时，42000N/mmD 42000 77.206MPa 544 D u a 1 44 54 77.206 0.0014976mm 44 2.1 101827 10 u k EJ 2、 计算 M0、y0和 R0 解放型内燃机车、轮分别放在计算截面引起的和见附件 1（表 3-P P 6） 。引起最大的是轮，引起最大的是轮。P P 北京航空航天大学毕业设计(论文 ) 第 24 页 0 0 0 11 78154153351139N mm 44 0.0012741 0.0014976 1027790.9968mm 22 77.206 0.0014976 544 10277941867N 22 MPu k k yP u ka RP 3、 计算 Md、yd、Rd 内燃机车 V=80km/h 检算钢轨： 0.8 0.64 100 V 检算轨枕、道床： 0.6 0.48 100 V 取，偏载系数75mmh 0.0020.15h 直线地段：1.25f 0(1 )15335139 (1 0.640.15) 1.25 34312374N mm d MMf 曲线地段：（最小半径为 400m）1.8f 0(1 )17885959 (1 0.640.15) 1.8 49409818N mm d MMf 0(1 )0.9968 (1 0.480.15)1.6248mm d yy 0(1 )41867 (1 0.480.15)68243N d RR 4、 轨道强度检算 轨头： 49409818 214.83MPa 230000 d jd j M W 轨底： 49409818 179.67MPa 275000 d jd g M W 北京航空航天大学毕业设计(论文 ) 第 25 页 钢轨温度应力，制动应力。60MPa t 9.8MPa f 轨头：。214.83609.8284.63MPa 300MPa jjdtf 轨底：。179.67609.8249.47MPa 300MPa ggdtf 满足要求。 5、 混凝土轨枕弯矩检算 正弯矩： 22 1 500132 1682437853333N mm 282 9508 gsd ab MKR e ，满足要求。13.3kN m g M gg MM 负弯矩： 22 11 22 34812 4(32 ) 3 25004 9508 500 950 12 500 2500 168243 4 (3 25002 950) 6461305N mm csd lea eal MKR le ，满足要求。10.5kN m g M cc MM 6、 道床顶面压力检算 68245 0.2112MPa 275 1175 d b R b e max1.6 0.21120.3379MPa bb m 碎石道床，满足要求。0.5MPa b Mmax bb MM 7、 路基基床表面压应力检算 北京航空航天大学毕业设计(论文 ) 第 26 页 0 1 0 2 275 35196.4mm 22 1175 35839.0mm 22 b hctgctg e hctgctg 现道床厚度，故450mmh 12 hhh 68243 0.1362MPa 22 1175 450 45035 d h o R e htgtg 既有线，满足要求。0.15MPa r rr 选择的轨道结构类型符合要求。 3.4轨道强度检算 FORTRAN 程序设计 本程序主要应用于列车荷载为 ND2 型内燃机车和解放型蒸汽机车的轨道强度计算，在 程序中 ND2 型内燃机车和解放型蒸汽机车的轮重、轴距等参数为已知常量，不需要在程序 运行时对这些参数输入数值。程序结果以后缀名为“.txt”的文本文档输出。如果要计算其 他机车类型，只需将程序中的列车荷载参数修改为需要计算的机车类型即可。 图 3-7 为轨道强度检算程序框图。 北京航空