4-1无缝线路——绪论、无缝线路温度力计算

1、1/56CWR(Continuously welded rail track) 焊接长钢轨轨道jointless track 无接头轨道第四章无缝线路第四章无缝线路将标准长度的钢轨焊接起来，消灭了轨缝，形成无缝的长钢轨线路2/56为何要铺设无缝线路？第四章无缝线路第四章无缝线路3/56视频4/56普通线路具有如下缺点：普通线路具有如下缺点：冲击、振动、打击噪声污染环境、冲击、振动、打击噪声污染环境、影响行车的平稳和旅客的舒适，促使道床破坏、线路状态恶影响行车的平稳和旅客的舒适，促使道床破坏、线路状态恶化、钢轨及联结零件使用寿命缩短、维修劳动费用增加。化、钢轨及联结零件使用寿命缩短、维修劳动费用

2、增加。第四章无缝线路第四章无缝线路为何要铺设无缝线路？5/56普通线路具有如下缺点：普通线路具有如下缺点：冲击、振动、打击噪声污染环境、冲击、振动、打击噪声污染环境、影响行车的平稳和旅客的舒适，促使道床破坏、线路状态恶影响行车的平稳和旅客的舒适，促使道床破坏、线路状态恶化、钢轨及联结零件使用寿命缩短、维修劳动费用增加。化、钢轨及联结零件使用寿命缩短、维修劳动费用增加。第四章无缝线路第四章无缝线路为何要铺设无缝线路？本质上，无缝线路克服了普通线路的缺点：本质上，无缝线路克服了普通线路的缺点：消灭了大量消灭了大量的接头，使行车平稳、旅客舒适，同时机车车辆和轨道维修的接头，使行车平稳、旅客舒适，同时

3、机车车辆和轨道维修费用减少，使用寿命延长。费用减少，使用寿命延长。 因此铺设无缝线路的意义重大。因此铺设无缝线路的意义重大。6/56第四章无缝线路第四章无缝线路第一节 概述l第二节 无缝线路温度力计算l第三节 线路纵向阻力和无缝线路温度力分布l第四节 无缝线路稳定性l第五节 普通无缝线路设计第六节 桥上无缝线路第七节 无缝线路长钢轨纵向力的测定第八节 超长无缝线路l第九节 应力放散与应力调整l第十节 长钢轨的焊接、运输和铺设7/56第四章无缝线路第四章无缝线路第一节 概述l第二节 无缝线路温度力计算l第三节 线路纵向阻力和无缝线路温度力分布l第四节 无缝线路稳定性l第五节 普通无缝线路设计第六

4、节 桥上无缝线路第七节 无缝线路长钢轨纵向力的测定第八节 超长无缝线路l第九节 应力放散与应力调整l第十节 长钢轨的焊接、运输和铺设8/56第一节 概 述1.1 世界铁路无缝线路的发展1.2 无缝线路的类型1.3 无缝线路的技术经济效果1.4 无缝线路关键技术的发展趋势9/56第一节 概 述1.1 世界铁路无缝线路的发展1.2 无缝线路的类型1.3 无缝线路的技术经济效果1.4 无缝线路关键技术的发展趋势10/56第一节 概 述无缝线路是轨道技术进步的重要标志，也是当今世界高速、重载铁路轨道结构的最佳选择。德国是世界上最早采用无缝线路的国家(1926年)我国铁路无缝线路一直处于快速增长阶段。目

5、前建设的客运专线和高速铁路均为一次性铺设跨区间无缝线路。11/56第一节 概 述1.1 世界铁路无缝线路的发展1.2 无缝线路的类型1.3 无缝线路的技术经济效果1.4 无缝线路关键技术的发展趋势12/56分类方式一：依对温度应力的处理方式分类方式一：依对温度应力的处理方式温度应力式无缝线路放散温度应力式无缝线路 自动放散式 定期放散式13/56分类方式一：依对温度应力的处理方式分类方式一：依对温度应力的处理方式温度应力式无缝线路放散温度应力式无缝线路 自动放散式 定期放散式14/56锁定固定无缝线路锁定温升幅度太大可能引起失稳（视频1，视频2）温降幅度太大可能引起断轨 (视频3，视频4）15

6、/56分类方式一：依对温度应力的处理方式分类方式一：依对温度应力的处理方式温度应力式无缝线路放散温度应力式无缝线路 自动放散式 定期放散式16/56接头允许伸缩17/56德国伸缩调节器德国伸缩调节器 18/56京九线“卫运河特大桥”伸缩调节器19/56分类方式一：依对温度应力的处理方式分类方式一：依对温度应力的处理方式温度应力式无缝线路放散温度应力式无缝线路 自动放散式 定期放散式20/56三字经：寒冷区，春秋季，选轨温，缓冲轨，春换短，秋换长，松扣件，再锁定。短长长短21/56分类方式二：依对长钢轨长度及是否跨越区间分类方式二：依对长钢轨长度及是否跨越区间普通无缝线路（长普通无缝线路（长1-

7、2 km）全区间无缝线路全区间无缝线路(不跨越道岔不跨越道岔)跨区间无缝线路跨区间无缝线路22/56分类方式二：依对长钢轨长度及是否跨越区间分类方式二：依对长钢轨长度及是否跨越区间普通无缝线路（长普通无缝线路（长1-2 km）因遍设缓冲区而使焊接长钢轨的长度限制在因遍设缓冲区而使焊接长钢轨的长度限制在12km以内的无缝线路。以内的无缝线路。1-2km缓冲区缓冲区23/56分类方式二：依对长钢轨长度及是否跨越区间分类方式二：依对长钢轨长度及是否跨越区间全区间无缝线路全区间无缝线路(不跨越道岔不跨越道岔)使焊接长钢轨的长度由普通无缝线路的使焊接长钢轨的长度由普通无缝线路的12km延长至两个相邻车站

8、延长至两个相邻车站站端道岔之间长度的无缝线路。站端道岔之间长度的无缝线路。区间区间缓冲区缓冲区缓冲区缓冲区24/56分类方式二：依对长钢轨长度及是否跨越区间分类方式二：依对长钢轨长度及是否跨越区间跨区间无缝线路跨区间无缝线路轨条与道岔直接连接，从而使一条焊接长钢轨将多个全区间无缝线路轨条与道岔直接连接，从而使一条焊接长钢轨将多个全区间无缝线路连接成一体的无缝线路。连接成一体的无缝线路。区间区间缓冲区缓冲区缓冲区缓冲区区间区间区间区间25/56分类方式二：依对长钢轨长度及是否跨越区间分类方式二：依对长钢轨长度及是否跨越区间普通无缝线路（长普通无缝线路（长1-2 km） 因遍设缓冲区而使焊接长钢轨

9、的长度限制在12km以内的无缝线路。全区间无缝线路全区间无缝线路(不跨越道岔不跨越道岔) 使焊接长钢轨的长度由普通无缝线路的12km延长至两个相邻车站站端道岔之间长度的无缝线路。跨区间无缝线路跨区间无缝线路 轨条与道岔直接连接，从而使一条焊接长钢轨将多个全区间无缝线路连接成一体的无缝线路。超长无缝线路超长无缝线路 超长无缝线路是跨区间无缝线路和全区间无缝线路的统称。26/56第一节 概 述1.1 世界铁路无缝线路的发展1.2 无缝线路的类型1.3 无缝线路的技术经济效果1.4 无缝线路关键技术的发展趋势27/56延长钢轨使用寿命1.25倍，轨枕寿命1.26倍铺设1km无缝线路的焊接、铺设附加费

10、约1.82.0万元仅钢轨和轨枕的节省费用远远超高2.0万元28/56产品名产品名称称牌号牌号规格规格先款出厂含税价先款出厂含税价备注备注执行标准执行标准新铁标新铁标200km/h标标准准300km/h以以上标准上标准普通重普通重轨轨U71Mn38kg/m7650.00 7650.00 43kg/m7450.00 7450.00 50kg/m7050.00 7050.00 60kg/m7100.00 7100.00 7400.00 7400.00 7600.00 7600.00 75kg/m7250.00 7250.00 7550.00 7550.00 7750.00 7750.00 高碳微高碳

11、微钒轨钒轨U75V（PD3）43kg/m7580.00 7580.00 50kg/m7380.00 7380.00 60kg/m7430.00 7430.00 7730.00 7730.00 7930.00 7930.00 75kg/m7580.00 7580.00 7880.00 7880.00 8080.00 8080.00 全长淬全长淬火轨火轨U75V（PD3）50kg/m7640.00 7640.00 7940.00 7940.00 8140.00 8140.00 60kg/m7690.00 7690.00 7990.00 7990.00 8190.00 8190.00 75kg/m7

12、840.00 7840.00 8140.00 8140.00 8340.00 8340.00 道岔轨道岔轨U71Mn50、60AT7580.00 7580.00 7880.00 7880.00 8080.00 8080.00 U75V（PD3）50、60AT7910.00 7910.00 8210.00 8210.00 8410.00 8410.00 攀枝花钢铁（集团）公司2009年2季度钢轨价格29/56延长钢轨使用寿命1.25倍，轨枕寿命1.26倍铺设1km无缝线路的焊接、铺设附加费约1.82.0万元仅钢轨和轨枕的节省费用远远超高2.0万元节省劳动力、节省材料消耗、节省机车车辆能耗等；适应

13、于高速、重载铁路；社会效益明显(如环保)30/56第一节 概 述1.1 世界铁路无缝线路的发展1.2 无缝线路的类型1.3 无缝线路的技术经济效果1.4 无缝线路关键技术的发展趋势31/56普通普通CWR跨区间跨区间CWR全区间全区间CWR耐磨、耐压溃性能不足的 U 7 4 、U71Mn轨耐 磨 、 抗疲 劳 性 能高的U75V轨(PD3轨)胶胶结结绝绝缘缘接接头头钢轨强韧化电弧焊电弧焊铝热焊铝热焊气压焊和气压焊和接触焊接触焊现场移动现场移动接触焊接触焊焊接技术提高无缝绝缘区间线路受力复杂与道岔构造复杂的博弈无无缝缝与与绝绝缘缘的的博博弈弈无缝道岔区间钢轨与道岔材质不同的博弈轨缝越来越少无缝焊

14、接32/562.1 温度力的计算2.2 轨温2.3 最大温度拉力和最大温度压力第二节 无缝线路温度力的计算33/56第二节 无缝线路温度力的计算2.1 温度力的计算2.2 轨温2.3 最大温度拉力和最大温度压力34/56钢轨自由伸缩位移：钢轨自由伸缩位移：tt长度为长度为l， 可自由伸缩的钢轨，当轨温变化可自由伸缩的钢轨，当轨温变化t t 时伸缩量时伸缩量lt l tll 35/56钢轨被完全固定时温度力：钢轨被完全固定时温度力：t2.48 ()Pt AN 长度为长度为l，被完全固定的钢轨，轨温变化被完全固定的钢轨，轨温变化t t时所受的温时所受的温度应力和温度力分别为度应力和温度力分别为其中

15、其中A 钢轨断面积（钢轨断面积（mm2）。）。tt2.48 (MPa)lltEEEllEtt 36/561 1）在两端固定的钢轨中产生的温度应力，仅与轨温变化）在两端固定的钢轨中产生的温度应力，仅与轨温变化幅度有关，而幅度有关，而与钢轨本身长度无关。与钢轨本身长度无关。因此，从理论上说，钢轨可任意增长而不影响其内部温因此，从理论上说，钢轨可任意增长而不影响其内部温度应力值。这就是度应力值。这就是跨区间无缝线路可以铺设的理论根据跨区间无缝线路可以铺设的理论根据。降低钢轨内部温度应力的降低钢轨内部温度应力的关键，在于如何控制轨温变化关键，在于如何控制轨温变化幅度。幅度。 2）对于不同类型的钢轨，同

16、一轨温变化幅度产生的温度力）对于不同类型的钢轨，同一轨温变化幅度产生的温度力大小不同。大小不同。3）无缝线路钢轨伸长量与轨温变化幅度，轨长有关，与钢）无缝线路钢轨伸长量与轨温变化幅度，轨长有关，与钢轨断面积无关。轨断面积无关。 lt l t2.48 (MPa)tt2.48 ()Pt AN 37/562.1 温度力的计算2.2 轨温2.3 最大温度拉力和最大温度压力第二节 无缝线路温度力的计算38/56什么是轨温？什么是轨温？这里的轨温是指钢轨的温度，简称这里的轨温是指钢轨的温度，简称“轨温轨温”。一般指钢轨断面的一般指钢轨断面的平均轨温平均轨温，也称有效轨温。，也称有效轨温。轨温如何量测？轨温

17、如何量测？轨温由专用的轨温由专用的轨温计轨温计来量测，目前使用的有来量测，目前使用的有吸吸附式轨温计附式轨温计和和红外数字轨温计红外数字轨温计等。等。39/56吸附式轨温计吸附式轨温计40/56红外数字轨温计测量轨温非典、H1N1流感使用了红外线体温计（视频）41/56最高轨温、最低轨温和中间轨温最高轨温、最低轨温和中间轨温最大高最大高1825接近接近中间轨温为最高轨温中间轨温为最高轨温和最低轨温的平均值和最低轨温的平均值42/56 铺设长轨节，其始终端落槽时的铺设长轨节，其始终端落槽时的平均钢轨温平均钢轨温度度，即钢轨从即钢轨从自由状态自由状态转化为转化为被完全固定状态被完全固定状态时时的轨

18、温称为锁定轨温的轨温称为锁定轨温。锁定轨温锁定轨温 当温度变化时，钢轨要发生伸缩，但由于有约束作用，当温度变化时，钢轨要发生伸缩，但由于有约束作用，不能自由伸缩，在钢轨内部要产生很大的轴向温度力不能自由伸缩，在钢轨内部要产生很大的轴向温度力。 锁定轨温影响着钢轨内部的温度应力。锁定轨温影响着钢轨内部的温度应力。43/56锁定轨温又称“零应力轨温” 理由：钢轨从自由状态转化为被完全固定状态时，钢轨内部的温度应力等于零。比如一根500m长的钢轨被拨入线路，其两端联接上夹板，并拧紧接头螺栓时的轨温为20，那么我们就可以将20算作该钢轨的锁定轨温。因为只要接头螺栓被拧紧，那么该根钢轨的自由伸缩就受到完

19、全限制，无论是升温还是降温，钢轨内部均产生温度应力。由此，我们也可以认为：锁定轨温是钢轨内部温度应力的起算点起算点。44/56锁定轨温的地位锁定轨温的地位无缝线路设计的核心无缝线路设计的核心 根据轨道结构的承载能力（根据轨道结构的承载能力（最高轨温时不丧最高轨温时不丧失稳定，最低轨温时强度足够失稳定，最低轨温时强度足够），当地的最高、），当地的最高、最低气温来选择合适的锁定轨温。最低气温来选择合适的锁定轨温。 设计确定的轨温设计锁定轨温（是一个范围）45/56锁定轨温的地位锁定轨温的地位无缝线路施工的核心无缝线路施工的核心 确保施工锁定轨温在设计锁定轨温的范围内确保施工锁定轨温在设计锁定轨温的

20、范围内施工确定的轨温施工锁定轨温46/56锁定轨温的地位锁定轨温的地位无缝线路养护的核心无缝线路养护的核心确保：确保：强度足够强度足够不发生失稳不发生失稳无缝线路运营过程中处于零应力状态时的轨温实际锁定轨温47/56把握三个锁定轨温：把握三个锁定轨温：设计锁定轨温设计锁定轨温施工锁定轨温施工锁定轨温实际锁定轨温实际锁定轨温48/562.1 温度力的计算2.2 轨温2.3 最大温度拉力和最大温度压力第二节 无缝线路温度力的计算49/56 根据强度条件确定允许的降温幅度根据强度条件确定允许的降温幅度无缝线路钢轨应有足够的强度，以保证在无缝线路钢轨应有足够的强度，以保证在动弯应力、动弯应力、温度应力

21、及其他附加应力共同作用温度应力及其他附加应力共同作用下不被破坏，仍能正下不被破坏，仍能正常工作。此时，要求钢轨所承受的各种应力的总和不超常工作。此时，要求钢轨所承受的各种应力的总和不超过规定的容许值过规定的容许值 s s ，即，即dtcs式中式中 d d钢轨承受的最大动弯应力（钢轨承受的最大动弯应力（MPaMPa）；）； t t温度应力；温度应力； c c钢轨承受的制动应力，一般按钢轨承受的制动应力，一般按10 MPa10 MPa计算；计算； s s 钢轨容许应力，它等于钢轨的屈服强度钢轨容许应力，它等于钢轨的屈服强度s s除以安全系数除以安全系数K K50/56允许的降温幅度允许的降温幅度t td d 计算计算式中式中 gdgd钢轨底部下缘动弯应力。钢轨底部下缘动弯应力。sgdcdtE tdsgdctE .dtcstscd51/56根据稳定条件求得允许温度压力后，计算允许轨升根据稳定条件求得允许温度压力后，计算允许轨升幅度幅度t tu u ： 根据稳定条件确定允许的升温幅度根据稳定条件确定允许的升温幅度 u2PtE AP为两根钢轨受力，一根钢轨受力为两根钢轨受力，一根钢轨受力P/2。P1为