电子信息工程技术专业毕业论文--无缝线路设计

1、电子信息工程技术专业毕业论文-无缝线路设计 目 录1 绪 论111设计线地理位置112无缝线路特点113 无缝线路的分类214线路设备大修的主要工作3com备大修的基本任务3com轨大修主要工作内容32 设计说明521 设计资料5com段5com原有线路概况5com用的主要技术标准522主要工作6com作内容6com项63 外业勘测基本工作731既有轨道结构调查732里程丈量733 既有线的平面曲线测量734 纵断面测量94 换铺无缝线路前期工作概述1141平面的拨距的计算方法11com原理11com 计算拨距的条件12com 选配设计曲线半径13com 计算QZ点的里程14com 选取缓和曲

2、线长度14com 推算设计曲线各主点里程15com 计算设计曲线渐伸线长度15com 计算拨距16com1642纵断面改建设计19com 改建原因19com 一般规定195 无缝线路强度和稳定性检算2051概述2052强度检算20com型20com算参数21com向荷载准静态计算22com载作用下的解22com用下的解23com动弯矩动压力23com降23com算方法23com件25com过程2553稳定性检算28com28com式29com计算37com定条件确定允许的升温幅度38com轨折断时的断缝值确定的允许降温幅度3854 设计锁定轨温的确定3955伸缩区长度计算4056预留轨缝计算4

3、16 配轨设计4561配轨方法45com配轨设计方法45com的配置方法4662 缩短量的计算467 工程量统计50结 论53致 谢54参 考 文 献55附录一 我国常用机车计算资料选编56附录二 稳定性计算程序 C语言57附录三 外业勘测资料581 绪 论11设计线地理位置包兰铁路自包头至兰州全长990公里1954年10月开工 1958年7月通车1958年10月交付运营包兰铁路在中卫和干塘 间经过腾格里沙漠全线有140公里在沙漠中穿行是中国五十年代在沙漠中筑成的铁路采取的防沙治沙措施曾获1987年国家科学技术进步特等奖自包兰铁路干塘至兰新铁路的武威于 1965年建成了干武联络线长172公里从

4、而缩短了华北到西北地区的运程这条铁路是华北通往西北的重要干线对加速内蒙 古宁夏甘肃的经济建设起着重要作用基本沿着黄河两岸乌拉山南麓卓资山西麓贺兰山脉西行在三盛公三道坎和东岗镇三跨黄河中经河套平原和银川平原并在中卫和甘塘之间经过腾格里沙漠边缘是著名的沙漠铁路沿线矿藏丰富有农牧之利风多而少雨干燥属大陆性气候文物古迹繁多自然风光绮丽民风民俗粗犷而豪放具有浓重的北国情调沿线土特产品极多且历史悠久在国内外享有盛誉无缝线路是把标准长度的钢轨焊接而成的长钢轨线路又称焊接长钢轨线路它是当今轨道结构的一项重要新技术世界各国竞相发展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是发生冲击和振动并伴

5、随有打击噪声冲击力可达到非接头区的三倍以上接头冲击力影响行车的平稳和旅客的舒适并促使道床破坏线路状况恶化钢轨及连接零件的使用寿命缩短维修劳动费用的增加养护线路接头区的费用占养护总经费的35以上钢轨因轨端损坏而抽换的数量较其他部位大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本世纪三十年代开始至今一直致力于这方面的研究与实践采用各种方法将钢轨焊接起来构成无缝线路这中间首先遇到了接头焊接质量问题其次就是长轨在列车动力和温度力共同作用下的强度和稳定问题还有无缝线路设计长轨运输铺设施工养护维修等一系

6、列理论和技术问题随着上述一系列问题的逐步解决无缝线路在世界各国得到了广泛的运用无缝线路由于消灭了大量的接头因而具有行车平稳旅客舒适同时机车车辆和轨道的维修费用减少使用寿命延长等一系列优点有资料表明从节约劳动力和延长设备寿命方面计算无缝线路比有缝线路可节约维修费用3070在桥梁上铺设无缝线路可以减轻列车车对桥梁的冲击改善列车和桥梁的运营条件延长设备使用寿命减少养护维修工作量这些优点在行车速度提高时尤为显著K76229439下行线里程以包兰线下行线K746200米标为起点连续丈量外业拉链资料见附录四com原有线路概况1轨道条件钢轨现有线路使用60kgm普通线路轨枕铺设型混凝土枕按1760根公里配置

7、铺设型混凝土枕按1840根公里配置道床 碎石道床2道口曲线桥梁隧道道口0处 曲线11段其最小半径为6956米桥梁0座3线路最大坡度本设计段最大坡度为134线路气温资料包头最高气温为587最低气温为245线路病害状况路基稳定无翻浆冒泥冻害及下沉挤出病害com用的主要技术标准1 采用温度应力式全区间无缝线路钢轨使用60kgmPD3 U75V 淬火钢轨绝缘接头采用MT绝缘接头长轨条与道岔直接焊接2 锁定轨温范围271±53 连接零件钢轨接头采用109级螺栓及配套垫圈螺栓扭力矩应达到900N·m预应力混凝土枕上用型型弹条扣件大修后正线不得使用型弹条扣件4 道床级碎石道床肩宽45cm

8、碴肩堆高15 cm厚度应符合线路设备大修规则的规定边坡为11755 使用弹条扣件地段一般不设防爬器半径600m时按预算所列数量安装粘接式轨距拉杆6 无缝线路铺设前应预埋纵向位移观测桩观测桩的布置是普通无缝线路5-7对伸缩区始终点及固定区中心点各一对其余按对称布置如固定区较长可适当增加对数全区间无缝线路单元轨条长度大于1200m时设置7对位移观测桩单元轨条起讫点距单元轨条起讫点100m及400m和单元轨条中点各设置1对单元轨条长度不大于1200m时设置6对位移观测桩单元轨条起讫点距单元轨条起讫点100m及400m各设置1对在道岔区每组道岔设置3对位移观测桩道岔前后间隔铁或限位器处各设置1对观测桩

9、采用隐蔽式防爬桩大小按长240×宽240×高600mm混凝土预制桩顶预埋废旧鱼尾螺栓螺栓顶外露防爬桩埋设在路肩顶面道床坡角处桩顶露出地面5cm每对防爬观测桩顶螺栓的十字刻线间的连线尽可能与路线中心垂直防爬标记设在新轨头的外侧用红白铅油做一记号作为永久性标记不得任意改动7轨枕轨枕配置按照型混凝土轨枕按1667根公里配置型混凝土轨枕按1760根公里配置所有的69型混凝土轨枕更换为型混凝土轨枕8胶垫要全部更换为新胶垫使用10mm厚的新胶垫9道口道口均不加宽按标准更换道口铺面板含护轮轨10桥梁桥梁按需要加高挡碴墙护轮轨按规定更换22主要工作com作内容1焊接铺设新钢轨及扣件更换桥上

10、不符合规定的护轨焊接铺设胶接绝缘钢轨按设计规定锁定线路埋设钢轨纵向位移观测桩2整修线路3整修道口4回收旧料清理场地设置常备材料com项厂焊现场焊及铺设施工养护维修应注意安全严格遵守铁路线路修理规则按铁路线路修理规则的要求预算是本着节约的精神进行的在施工过程中由于各种原因引起的预算总额的变动或更改设计标准和方案时应由施工单位提出变更理由报原设计单位签注意见后由原批准单位批准后方可变更3 外业勘测基本工作 外业勘测的基本工作有31既有轨道结构调查1钢轨类型 60m2轨枕 型3扣件类型 弹条型4胶垫厚度 10 mm5既有道床厚度 45cm6既有轨道类型 7机车类型 韶山3型8最小曲线半径 700m9

11、既有线桥涵位置 无10既有道岔位置 11气象与水文资料收集 32里程丈量 里程丈量应全线贯通并与既有桥隧车站等建筑物里程核对直线路段可沿左轨轨面丈量曲线路段应按线路中心丈量丈量分两组进行两组丈量较差不得大于12000 直线路段每100m 设百米标曲线路段每20m设加标车站中心桥涵中心桥台胸墙与后缘隧道进出口路基防护与加固工程起终点道口中心路堑与路堤的最高最低点以及地形突出变化点等处都应设置加标加标应记在专用记录本上百米标与加标的记号和里程应标记在左侧钢轨的外腰部33 既有线的平面曲线测量 既有曲线经过运营和维修必然产生错动测量的目的就是测出既有曲线的几何形状以判定其转角大小曲线半径和缓和曲线长

12、度以便在此基础上设计新的曲线半径和缓和曲线并计算既有曲线拨正到设计曲线的拨动量测量既有曲线主要采用绳正法偏角法和坐标法1绳正法 用20m长的弦线两端紧贴外轨内侧轨顶线下16 mm处在弦的中点量出弦线与外轨侧面的距离称为实测正矢并规定实测正矢与计划正矢之差实测正矢连续差及实测正矢最大最小值之差的限值如发现实测正矢超过规定值则曲线需要进行修正 计划正矢的计算 圆曲线上的各点始终点除外的正矢应相等半径为R弧长为L时的圆曲线正矢为 fc L2 8R 缓和曲线正矢的计算如图设y1y2y3 f0 y1 2 f1 y2 2- y1 f2 y1 y3 2- y2 f0 fs 6f1 fs f2 2fs f3

13、3 fsfs fc n HY点正好落在测点上时其正矢为fc- f0但由于圆曲线一般都不是10m的整数倍因此YH点HZ点就不能恰好落在测点上其正矢要作为特殊情况进行计算设HZ点左右测点分别为b缓和曲线上a直线上距HZ点的距离分别为BA L2 fc 16 fs B 3 aa fsfc 16 fs 1B 3- 2 B 3 ab fs 31同样设YH点左右测点分别为a圆曲线上b缓和曲线上距YH点分别为AB则有 fa fc - aa fs fb fc ab fs 拨量计算 曲线上各测点的渐伸线长度计算如图所示其中012nf0f1 f2 fnE0E1 E2 En则E0 2 n f0 n-1 f1 n-2

14、f2 fn-1 2 fi 32 也就是说第n点的渐伸线长度En等于前一点n-1为止的正矢累积的合计数的两倍同样可求得正矢为计划正矢f的设计曲线上n的渐伸线长度为En 2fi 由此可得到n点的拨量为en 2 fi - fi 拨道完成后第n测点的实际正矢应为 fn fn en en-1 en1 2 拨道计算的限制条件a 保证曲线整正前后两端的切线方向不变要求计划正矢的总和必须等于实测正矢的总和即fi fi 34b保证曲线整正前后始终点位置不变即 fi - fi 0 35c保证曲线上某些控制点如小桥道口等因受具体条件限制而不能拨动之出的拨量为零即使得控制点上 fi - fi 0 362偏角法ZH若各

15、个置镜点处的夹角用ABCZH等于上述各角的总和即 A B C ZH 37ZHHZHY图41 渐伸线如图41所示曲线表示任一曲线的中心线将一条没有伸缩性的细线一端固定点把细线拉紧使其密贴于曲线上然后把细线另一端自由线拉开使拉开的直线随时保持与曲线相切点的移动轨迹为即为曲线之端点的渐伸线2渐伸线的基本特征渐伸线上某一点的法线是曲线相应点的切线渐伸线的曲率半径是渐变的渐伸线上某一点的曲率半径使该点法线与曲线相应切点的长度渐伸线某两点间曲率半径的增量-等于曲线相应点间弧长的增量3计算渐线长度的公式渐伸线长为rad在其对应弧段上的定积分渐伸线的曲率是逐渐变化的当 极小时可视圆弧长当点无限接近点 的曲率半

16、径为因为l为的函数对式第二项进行分部积分得 41OA曲线的中心角为OA曲线曲率K在其对应弧段上的定积分相等 其次还必须使既有曲线测量终点的拨距为零以免引起终切线的平行移动所以设计时应使测量终点设计曲线和既有曲线的渐伸线长度相等即Es Ej3力争减小曲线路段改建工程量 由于选配的设计曲线半径缓和曲线长度不同改建既有曲线时要影响拨距的大小和发向因此选用设计曲线半径和缓和曲线长度时要考虑下列因素力争减小改建工程如果曲线路段有永久性桥梁隧道等建筑物则应尽可能时桥隧处中线不拨动则线路应向另一侧拨动或使其拨动量控制在5 cm以内以免引起桥隧建筑物的改建如果路基一侧有挡墙护坡及防护工程则线路应向另一侧拨动以

17、免破坏原有工程在深路堑高路堤路段拨动量应力求减小免得引起大量土石方工程在填挖方不大的路段即使拨动较大土石方工程也不会大如果既有线路基顶面宽度不够标准则应向一侧拨动以免在路基两侧进行加宽如果路基修建在地质条件良好的斜坡上路堤宜向斜坡上方拨动以减少路基加宽工程特殊情况下应在横断面图上结合路基本身的改建决定拨动的方向和大小 com 选配设计曲线半径1估算既有曲线半径 在选配设计曲线半径前要估算出既有曲线半径以便根据既有曲线半径与路基等建筑物情况选配设计曲线半径铁路局的技术资料与实地的曲线标志所提供的既有曲线半径 估算既有曲线半径的方法有很多此处仅介绍三点法图43 三点法如图所示在既有曲线的圆曲线范围

18、内选取三个间距相等的测点ABC即 AB BC L三个测点的渐伸线长度分别为EA LA2 2RJ PJ EB LA L 2RJ PJ EC LA 2L 2RJEB EA LA L 2 2RJ LA2 2RJEC EB LA 2L 2 2RJ LA L 2 2RJEC EA 2EB LA 2L 2 2RJ LA2 2RJ 2 LA L 2 2RJ L2 RJ所以 RJ L2 EC EA 2EB 422估算曲线半径的取整 设计曲线半径通常应尽量接近既有曲线半径但应取为整数以便易于计算和测设取整时可参考下表中的数据表41曲线半径取整转向角度曲线半径取整值m 105010-201020-30530-70

19、1 70视情况而定com 计算QZ点的里程 选定的设计曲线半径可保证设计曲线圆弧和既有曲线圆弧接近但尚未确定设计曲线的具体位置为此要计算设计曲线的QZ里程 QZ点的里程应保证终切线不拨动也就是拨动前后曲线的转角不变 S JES EJES X ×令EJ ES X ×得 X EJ m QZ里程 测量终点里程 X 43式中 X 测量终点至QZ点距离 m ES 测量终点既有曲线的渐伸线长度 m 曲线转角 radcom 选取缓和曲线长度根据铁路的技术资料或实地的曲线标志可以得到既有曲线原定的缓和曲线长度作为选取缓和曲线渐伸线长度的参考 在已经选定设计曲线半径的条件下为了减少拨动量可采

20、用下列方法选取缓和曲线长度计算设计曲线的圆曲线长RS×并根据QZ点里程计算ZY点里程ZY里程 QZ里程 RS× 2选出23个位于圆曲线段的测点它们的设计曲渐伸线长度为ES L2 2RS PS其中L 测点里程为已知数PS l02 24RS因l0待定PS尚需计算这23个测点的既有曲线渐伸线长度已经求出可令各个点的ES EJ即可求出该点的PS EJL2 2RSPS取平均值因为PS l02 24RS故缓和曲线长度l0 24RS· PS 12 将l0取为10 m的整数就是选定的缓和曲线长度缓和曲线长度通常应符合改建标准 com 推算设计曲线各主点里程com 计算设计曲线渐伸

21、线长度根据表中渐伸线长度的计算式可知其基本公式如表42所示表42 渐伸线长度计算的基本公式物 理 意 义计算通式内切圆曲线的计算式缓和曲线的计算式1曲率KK2中心角rad为曲率K的定积分3渐伸线长度E为中心 角rad的定积分符 号 意 义曲线长曲率中心角rad渐伸线长R-圆曲线半径L-计算点的圆曲线长C-缓和曲线半径变更率-缓和曲线全长-计算点的缓和曲线com 计算拨距拨距的大小和方向如图44所示曲线拨正就是把既有曲线上各个20m的测点如拨正到设计曲线的点上其拨动距离分别为也就是设计曲线渐伸线长或与既有曲线渐伸线长之差点的拨动距离 电的拨动距离 - 44 值如表示向圆心方向拨动曲线内压 值如表

22、示向切线方向拨动曲线外挑42纵断面改建设计com 改建原因 既有线在运营过程中个别路段的路基会因沉陷冻害而变形在经常维修过程中由于更换道渣起道落道也要引起轨面标高的改变所以既有线轨面的纵断面多与原设计不同而原设计标准又多偏低不符合现行线规标准延长站线而需加长站坪长度时引起站坪两端纵断面的改建削减超限坡度时需要太高或降低路基标高线路受洪水威胁地段则需加高路基这一切都要引起线路纵断面的改建com 一般规定改建既有线纵断面设计以轨面标高为准轨面标高由线路纵断面测量测出线路纵断面测量包括水准基点百米标和加标的标高测量百米标与加标的标高为既有线轨面标高在直线路段为左侧钢轨的轨面标高在曲线路段为内轨的轨面

23、标高一般情况下起道高度小于50 cm时用道砟起道起道高度为50100时用渗水土壤起道起道高度大于100 cm或落道后道床厚度小于规定标准时用抬降路面来完成设计中为了方便施工及减轻对运营的干扰一般不采用挖切路基的办法来降低轨面标高仅在受建筑界限与结构物构造控制以及为消除路基病害的路段方可采用设计中一般亦不宜降低既有线轨面轨面标高以免挖切道床影响正常运营仅在个别路段为避免改建桥隧建筑物避免挖切路基或为了减少线路改建工程才允许挖切道床以降低轨面标高道床厚度仅允许较规定标准减薄5 cm但最小道床厚度不得小于25 cm5 无缝线路强度和稳定性检算51概述无缝线路作为一种新型轨道结构其特点是冬季低温季节在

24、钢轨内部存在较大的温度拉力容易使钢轨拉断在夏季高温季节钢轨内部存在较大的温度压力容易引起轨道横向变形在列车动力和人工作业等干扰下轨道弯曲变形有时会增大发生胀轨跑道现象因此设计时必须对强度和稳定性进行检算使其达到一定的标准52强度检算com型我国规范采用的轨道竖向静力分析模型有两种点支承梁模型和连续支承梁模型1 点支承梁模型点支承梁模型中钢轨是按轨枕间距支承于轨枕上见图51所以称之为弹性点支承连续梁计算模型图中为轨枕间距D为弹性点支承刚度叫做钢轨支座刚度2 连续支承梁模型连续支承梁模型见图52可近似地把轨枕的支承看做均匀分布在轨枕间距内连续支承着钢轨梁其支承刚度为钢轨基础弹性模型按连续支承梁模型

25、计算得到的解析解应用简单方便又直观这一经典理论至今仍具有重要的理论和应用价值图551点支承梁模型图52连续支承梁模型com算参数1道床系数C道床顶面产生单位下沉所需施加的道床顶面单位面积上的压力MPacm2支座刚度D钢轨支座下扣件和枕下基础的等效刚度其量纲为力长度图53 钢轨支座刚度计算模型由上图可看出轨枕相当于由一系列刚度为C的并联弹簧支承因此枕下基础支承可等效为一根弹簧其值为半根轨枕底面积与道床系数的乘积考虑到轨枕挠曲变形会降低轨下基础刚度引进轨枕挠曲系数修正从而枕下基础等效刚度混凝土枕可看做是刚性的取 1木枕的弹性很好取 081092枕下基础等效刚度Db与扣件刚度Dp为串联因此钢轨支座刚

26、度 即 51对于有砟轨道扣件刚度还大于枕下基础等效刚度所以可将枕下基础等效刚度近似作为钢轨支座刚度DDb即有砟 无砟 523钢轨基础弹性模量u单位长度钢轨基础产生单位下沉所需施加的单位长度上的分布力量纲力长度 u D a 式中CD两个参数随轨道类型路基道床状况及环境因素而变化离散性很大在进行设计计算时应尽可能采用实测值或应用规范com向荷载准静态计算 53com载作用下的解1刚比系数k 542 作用点处 x 0 55x 0通解 56 com用下的解 57 58 59com动弯矩动压力上面各式所得到的结果只是静轮载群作用下轨道结构的位移弯矩和轨枕压力值要求得到动位移动弯矩和轨枕动压力值ydMdR

27、d还要考虑动载增量影响根据动轮载与静轮载的关系得 510com降因此 511com算方法无缝线路强度计算的目的在于求出轨道强度条件容许的轨温变化幅度和为使钢轨冬天不断裂夏天不压溃作用在钢轨上的总应力不得超过钢轨的容许应力即 512式中 - 钢轨动弯应力- 钢轨温度应力- 桥上附加应力如伸缩应力挠曲应力等以及附加制动应力一般- 钢轨容许应力钢轨容许应力等于钢轨屈服强度除以安全系数K即对于极限强度级钢轨对于极限强度级钢轨一般钢轨再用钢轨自锁定轨温起算容许轨温伸高值及容许轨温降低值的算式如下 513 514式中 - 钢轨头部上缘动弯应力 - 钢轨底部下缘动弯应力不同类型的机车对轨道的作用是不同的为此

28、设计之前应首先了解该线近远期使用的机车类型然后通过计算确定控制设计的机车和该机车的最不利轮位钢轨支座刚度又称支点弹性系数D查表如条件允许最好实测冬季夏季的D值然后计算冬夏季的进而求算和此外遇到下列地区轨道要加强1 混凝土轨枕线路m的曲线地段2 木枕线路和电力牵引地段m的曲线地段3 坡度陡于12的制动地段4 长度大于300m的隧道加强的方法是对混凝土线路每公里加80根轨枕对木枕线路每公里加60根轨枕但每公里轨枕最多不能超过1920根com件com1轨道条件 1钢轨60kgmPD3钢轨2屈服强度 350MPa钢轨段面对水平的惯性Ix 3217cm4WWR 6956m4轨枕型混凝土轨枕1760根km

29、轨枕间距a 568cm型弹条扣件5道床碎石道床道碴为一级道碴厚度35cm以上肩宽45cm外侧堆高15cm6钢轨支座刚度D夏天 D 277780Ncm 冬天 D 469700Ncmcom2运营条件韶山3型内燃机车最大速度V 100kmhcom3气温条件当地历年最高轨温为587最低轨温为24图54 SS3机车的轮重与轴距com过程 1计算刚比系数K当D 30000 Nmma 570 mm时 u Da 30000 570 5263 MPa k u4EI 14 5263 4×21×105×2879×104 14 D 70000 Nmma 570 mm时 u Da

30、 70000 570 12281 MPa k u4EI 14 12281 4×21×105×2879×104 14 00015012 00015012 2×12281 ×112800 1 e-000150122300cos00015012×2300sin 00015012×2300 e-000150124300cos00015012×4300 sin 00015012×4300 07137 1 4×00012146 ×112800 1 e-000121462300cos000

31、12146×2300-sin 00012146×2300 e-000121464300cos00012146×4300 -sin 00012146×4300 24680809 N·m 570×12281×07137 49960 N当计算截面位于第二轮位处时 00015012 2×12281 ×112800 1 e-000150122300cos00015012×2300sin 00015012×2300 e-000150122000cos00015012×2000 sin 0

32、0015012×2000 07485 1 4×00012146 ×112800 1 e-000121462300cos00012146×2300-sin 00012146×2300 e-000121462000cos00012146×2000 -sin 00012146×2000 26524511 N·m 570×12281×07485 52396 N当计算截面位于第三轮位处时 000150122×12281×112800 1 e-000150122000cos0001501

33、2×2000sin 00015012×2000 e-000150124300cos00015012×4300 sin 00015012×4300 07266 1 4×00012146 ×112800 1 e-000121462000cos00012146×2000-sin 00012146×2000 e-000121464300cos00012146×4300 -sin 00012146×4300 25287890 N·m 570×12281×07266 50863

34、 N3轨道强度检算 计算MdYdRdV 100 kmh时检算钢轨 06V 100 06 ×100 100 06检算钢轨下沉及轨下基础各部件 045V100 045×100100 045曲线半径 R 6958 m取其未被平衡超高的最大值为 h 75 mm故为 0002h 0002×75 015故有 Yd Y0 1 11 074851045015 11976 mmMd M0 1 11 26524511106015 46417894 N·mRd R0 1 11 523961045015 83833 Nf 16060 kgm钢轨垂直磨耗为6 mm时截面模量W1

35、375 cm3W2 291 cm3故 d1 Md W1 ×f 46417894375000×160 19805 MPa d2 Md W2 ×f 46417894291000×160 25522 MPa制动应力取c 10 MPa温度应力取t 51 MPa钢轨允许应力 s 352 MPa据此检算钢轨强度 轨底g d1 t c 198055110 25905 MPas满足要求 轨头j d2 t c 255225110 31622 MPas满足要求 允许温降计算 ts s- gd-c E 352-19805-10 21×105×118

36、5;10-5 576 53稳定性检算com 无缝线路轨道轨温升高钢轨产生温度压力当这压力达到一定值后轨道会出现横向变形这种变形的发展可分为三个阶段持稳阶段 不变形阶段 胀轨阶段 渐变阶段 跑道阶段 突变阶段 温度压力与变形的关系如图53所示持稳阶段 温度升高压力增大轨道不变形胀轨阶段 随温度压力增加轨道出现微小变形 胀轨 直至温度压力升高到一定值在外部干扰下轨道会发生突然臌曲这时的温度压力称临界压力它也是反映该轨道能够抵抗轨道臌曲的能力当温度压力超过或轨道受到外部干扰变形失度突然增加称为跑道阶段 KK 在跑道阶段轨道结构受到严重破坏对于无缝线路的稳定性计算应当使温度压力控制在胀轨跑道阶段范围内

37、以保持轨道处于稳定的工作状态避免发生跑道为使线路不因升降温的反复作用而扩大残余变形的积累必须对钢轨所受温度压力的允许值应予适当控制即控制在允许温度压力作用下其所产生的变形能随温度压力的减少而复原据调查和试验与此相适应的线路横向变形量约为12mm我国铁道部颁布的统一无缝线路稳定性计算公式计算采用的横向变形量的允许值建议定为2mm以PN表示具有一定初始弯曲的轨道产生2mm横向变形时的钢轨温度压力除以安全系数kj即为允许温度压力值P如图55所示 由上述分析可知诱发轨道失稳的因素一是钢轨温度压力它是使结构失稳的主要因素二是轨道初始不平顺 变形 它是降低轨道抵抗胀轨跑道的能力保持轨道稳定的因素一是道床横

38、向阻力二是轨道框架水平刚度 图55 温度压力与变形的关系示意图com式当前世界各国的无缝线路稳定性计算随着计算的假设前提条件及计算方法不同有各种各样的计算公式我国于1977年提出用能量法计算的无缝线路稳定性计算统一公式 以下简称统一公式 现在普遍应用1基本假设假设道床为均匀介质轨道框架为铺于均匀介质中的梁梁的水平面内刚度代表轨道框架的水平面内刚度 为一股钢轨的水平刚度是一常量 假定在温度压力作用下梁的变形曲线为正弦曲线其方程为 515式中 变形曲线失度 mm 变形曲线弦长 mm 轨道横向变形量 mm 轨道的初始不平顺是由弹性初弯和塑性初弯组成假定弹性初弯的线性为正弦曲线塑性初弯为圆曲线并认为在

39、变形过程中变形曲线的两端点无位移弹性初弯方程及曲率为 516式中 弹性初弯矢度 mm 原始弹性初弯半波长 mm 弹性初弯曲率 mm-1 塑性初弯的线形为圆曲线其近似公式为 517式中 塑性初弯半波长度 mm 塑性初弯矢度 mm 塑性初弯的曲率半径 mm 处在半径为R的圆曲线上时圆曲线的线型用下式表示 518塑性初弯合成曲率为 519道床横向阻力表达式为 520初始弯曲的线形只有给定才能确定 是通过现场调查得到根据调查当弦长用 400cm去量矢度50kgm60kgm钢轨的线路轨道原始弯曲矢度如表51所示和均对应一定的而假定等于变形曲线弦长它是一个无法事先知道的变量为解决这一问题可根据现场测得的有

40、关参数用试算法求值线路初始弯曲的中心曲率正弦曲线的弹性初弯为塑性初弯为同时从现场的调查资料中可以求得和的统计值因此若假定初弯中点曲率为常量即有的关系从而可求任意 时的值表51 轨道原始弯曲失度轨枕类型50kgm钢轨碎石道床60kgm钢轨碎石道床原始弹性弯曲原始塑性弯曲原始弹性弯曲原始塑性弯曲 mm mm mm mm mm mm mm 1 mm 木枕25156X1025125×1020125×102010×10砼枕301875×103015×1020125×102010×10注60kgm钢轨的为暂定值2公式推导按基本假设无缝线

41、路的轨道结构可以看作是在钢轨温度压力作用下处于平衡状态的弹性体系由虚位移原理得知这一处于平衡状态下的受力体系所有的外力和内力对任意微小的虚位移所做的功等于零为写出轨道结构形变能的表达式必须借助假设的变形曲线近似地表示轨道地实际变形曲线来实现即用形状函数来表示轨道结构的变形形状函数的线形越接近真实轨道的变形曲线的函数公式的计算结果愈精确形状函数即轨道变形曲线的函数统一公式选用了半波正弦曲线函数它是取等矢多波变形曲线两相邻反弯点间一段做为分析对象如图56所示AB两点的曲率为零相当于梁在AB两点为铰支承取AB段为分离体进行分析如图57所示图56 变形曲线示意图图57 等波长法计算示意图根据图57可以

42、写出 521 当钢轨温度增加t时AB段轨道的总形变能增加到AA由钢轨压缩变形能A1轨道框架弯曲变形能A2和道床变形能A3组成A1A2和A3是抵抗轨道变形的因素因此A2和A3与A1符号相反所以 当给出处于平衡状态的轨道一微量虚位移时轨道处于平衡状态的充分必要条件是即 522式中 A1 - 温度压力使轨内储存的变形能称为钢轨压缩形变能 A2 - 轨道框架弯曲变形能 - 由于轨道变形而储存在道床中的变形功简称道床变形能变形能为变形曲线长度和变形矢度的函数故有 虚位移必须满足边界条件在AB点的虚位移为零因而保持不变所以 0而0于是式310改写为即 由可以解出P和l的关系式因不同初弯长度l值对应不同的P

43、值其中必存在一个使P为最小的值为此令使P为最小值的l综上所述我们得到推导公式的方程如下 523 1 钢轨压缩变形能钢轨在温度压力P作用下产生弯曲变形设l为轨道变形后产生的长度变化则钢轨压缩变形能A1为 为变形后的弧弦差减去变形前的弧线00是承受温度力P之前的原始弯曲造成的钢轨弧线差 0 同理变形后的弧线差为 A1 P×1 P - 0 P P 5242 轨道框架弯曲形变能A轨道框架弯曲形变能由两部分组成其一是轨道弹性初弯内力矩对轨道框架弯曲变形转角所做的功另一是轨道在温度压力作用下轨道弯曲变形内力矩对轨道弯曲变形转角所做的功即当做功时原有的也继续做功所以轨道框架抵抗弯曲变形功A为A式中

44、 对应之转角 A 5253 道床形变能 道床形变能即道床抵抗轨道框架弯曲的形变功在形变范围内道床单位横向阻力随轨枕位移量的大小而异它不仅在横的方向上是变量而且沿长度方向上也是变量因此为 将代入上式求得为 式中 常数当n时0535n 时0526n 时05661n 时05701 由将式3121314代入式311求得 设 526 由514式得知于是可得使p为最小的表达式 527对于宽轨线路由于道床横向阻力表达式不同同理可以得到计算表达式完全与526527相同只是不同 528式中 -统称为等效道床横向阻力Nmm 不同条件下的值见表5253表52 正常轨道轨排起来后的等效道床横向阻力QN表53 正常轨道

45、不同轨枕配置的等效道床横向阻力Q计算时已知轨道条件代入527求得变形曲线波长如果 一开始原是弹性失度值是由弦长为4000mm量得的所以一开始设mm 再假设由于的改变原始弹性弯曲度也随之变化但其曲率不改变根据这一前提条件应用正弦曲线曲率公式得弦长下的弹性弯曲失度 529 将得到的再代入式528重新计算l得到的这个如果与第二次假定相接近则以和相应的代入式529求PN如果不符则重复上述步骤计算直至符合这样的计算方法比较繁琐为了简便com可直接得 530式530时不必再用式527算求可直接由式530求得P它与式528求得的dP相比误差不超过5这对于无缝线路稳定性检算精度是足够的考虑到在胀轨阶段使轨道横

46、向变形f控制在弹性变形范围内统一公式建议用 2mm即以 2mm代入式526求得P作为计算温度压力再除以安全系数K 125得到容许温度压力值P P 531式中 计算温度压力N K 安全系数K 125P容许温度压力Ncom计算 本设计的稳定性检算采用无缝线路稳定性检算统一公式法检算计算过程采用C语言编程实现程序详见附录其流程图如58图所示其中塑性初弯合成曲率为 Q 120Ncm H 1069× 02cm cm cm结运行果如下仅检算该段设计中半径最小曲线1460439047833805图58 稳定性计算程序流程图com定条件确定允许的升温幅度由程序得 3805 oCcom轨折断时的断缝值确定的允许降温幅度 无缝线路钢轨折断后轨缝不能超高一定的限值否则将引起轮轨间过大的作用力严重时还可能危机行车安全行车速度200 kmh以及以上的铁路线上规定有渣轨道断缝限值为70 mm无渣轨道断缝限值为100 mm行车速度200 kmh以下的路基无缝线路设计中过去未考虑钢轨断缝限值只在桥上无缝线路设计中考虑了该限值根据固定区内钢轨折断后的断缝允许值可