普通无缝线路设计1

1、华东交通大学毕业论文题 目：普通无缝线路设计学 院：专业班级：学生姓名：指导教师： xxxx年xx月普通无缝线路设计华东交通大学成教学院07工程4班 甘泉摘 要：本文介绍了普通无缝线路的基本技术要求及设计过程，对轨道强度、无缝线路稳定性检算方法等进行了较为详细的描述。关键词：无缝线路、设计、强度检算、应力1 背景资料1.1 将XXX线K110+000至K123+000地段换铺普通无缝线路。1.2 既有线路的基本条件该大修地段属于I级干线，限制坡度12，最小半径为600 m； 线路上部建筑现状见表。线路上部建筑现状钢 轨轨 枕道 床类型(kg/m)长度(m)平均磨耗(mm)单根失效情况(%)类

2、型数量 (根/km)失效情况(%)种类不洁程度一般情况502565S 型砼枕176010碎石15%一般 大修地段的运营条件1）目前及今后的客货运量目前：20百万吨公里/公里； 第五年：25百万吨公里/公里； 第十年：30百万吨公里/公里。2）现有机车类型 客机DF4 构造速度100Km/h；货机DF4 构造速度100Km/h XXX城市的最大、最小轨温值分别为=61、=-10。2 轨道结构类型的设计2.1钢轨的选择用于无缝线路的钢轨，既承受因列车载荷作用而引起的动弯应力，还承受因轨温变化而引起的温度应力的作用。因而，在选择钢轨类型时，首先必须满足强度的要求，以防止钢轨过早出现伤损或折断，同时还

3、应考虑能减少轨道维修工作量，延长钢轨使用寿命的要求。 根据XXX线K110+000至K123+000地段的运营条件、目前的技术经济政策及远期的客货运量，本次换铺无缝线路选择60kg/m的钢轨。2.2 扣件的选择用于无缝线路的中间扣件，应具有扣压力大、弹性好、结构简单、零件少、便于装卸等性能。能牢固、持久地把钢轨扣压在轨枕上，阻止钢轨纵向移动，保证扣件阻力大于道床纵向阻力。因此，本次换铺无缝线路选择弹条型扣件。钢轨接头扣件多用于无缝线路的缓冲区，它应具有阻止钢轨伸缩，保持轨缝正常的功能。因此，本次换铺无缝线路选择六孔双头式夹板、10.9级高强度螺栓、弹性垫圈及平垫圈，以保证有足够的接头阻力。2.

4、3 轨枕的选择用于无缝线路的轨枕，除支承钢轨，保持轨距和传力于道床外，其外形及尺寸应能增加轨枕框架沿道床顶面移动的阻力，以有利于保持无缝线路的稳定性。预应力混凝土枕，采用了高强度材料，由于预应力的作用使轨枕受拉区的混凝土未承受载荷以前，就预先受到压应力，因而提高了混凝土轨枕的抗裂能力。根据XXX线K110+000至K123+000地段的运营条件，本次换铺无缝线路选择J-2型预应力混凝土轨枕，轨枕配置为1760根/km。2.4 道床的设计道床是轨枕的基础，其主要功用在于直接承受轨枕传来的压力，并把这个压力扩散，均匀的传布于路基面，对路基面起保护作用。其次它能阻止轨排的纵横向位移，保持轨道的正确几

5、何状态，并能对机车车辆的冲击震动起到缓冲和减震作用。另外，道床透水性好，便于保持轨枕和路基面的干燥。无缝线路的道床，应具有较大的纵横向阻力，以阻止轨道的纵横向移动，保持轨道框架经常处于稳固状态。 根据本大修地段的运营条件和线路状况，设计采用硬质碎石道砟，道床厚度450mm（其中面砟250mm，底砟200mm），顶面宽度3.3m，曲线外侧道床加宽0.05m，肩宽40cm，曲线外侧加宽5cm，边坡采用1：1.75。其断面示意图如下：0.60.60.40.41:1.751:1.75直线断面示意图0.61:1.751:1.750.40.450.65曲线断面示意图3 轨道结构强度检算3.1 计算钢轨静弯

6、矩M0、静扰度y0和枕上静压力R03.1.1 计算刚度相对比值K当D = 30000N/mm时（查表可知钢轨钢的弹性模量E=2.1×105 Mpa，60kg/m钢轨，垂直磨耗为6mm时，钢轨对水平轴的惯性距Jx=2879cm4）uD/a30000/57052.63MpaK= = 0.0012146mm-1当D = 70000N/mm时，（查表可知钢轨钢的弹性模量E=2.1×105 Mpa，60kg/m钢轨，垂直磨耗为6mm时，钢轨对水平轴的惯性距Jx=2879cm4）uD/a70000/570122.807MpaK= = 0.0015012 mm-13.1.2 计算M0、y

7、0、R0M0 = 1÷（4×0.012146）×9601519762679N·mmy0 = 0.0015012÷（2×122.81）×1091900.6674mmR0 = 0.0015012×570÷2×10919046716 N3.2 轨道强度检算3.2.1计算Md、yd、Rd内燃机车V=80Km/h时检算钢轨 0.4V/1000.32检算轨枕、道床等0.3V/1000.24取h75mm （查表可知机车最大重心高度H2300mm，内外钢轨中心距S11500mm）则偏载系数为 = 2×

8、75×2300÷15002 = 0.15MdM0(1+) =19762679×(1+0.32+0.15)=29051138 N·mmydy0(1+) =0.6674×(1+0.24+0.15)= 0.9722mmRdR0(1+) =46716×(1+0.24+0.15)=64935N3.2.2 钢轨强度检算计算轨底外侧边缘的动弯拉应力gd及轨头动弯拉应力jd查表可知当曲线半径R=600m时，f=1.60，60kg/m钢轨，垂直磨耗为6mm时，截面模量Wg375cm3，Wj291cm3，所以gd 29051138÷375000

9、×1.60123.95Mpajd 29051138÷291000×1.60159.73Mpa制动附加应力f10 Mpa，查表可知，温度应力t51 Mpa，允许应力352 Mpa，则轨底 ggdtf123.955110184.95<，满足要求。轨头 jjdtf159.735110220.73<，满足要求。3.2.3 混凝土枕弯距检算（1）轨下断面正弯距检算查表可知钢轨中心至轨枕端部的距离a1500mm，轨枕设计系数Ks1.5，一股轨下轨枕满支承长e950mm，钢轨底宽bg1500mm，混凝土枕轨下断面未开裂极限弯矩Mgx2.36×107 N&#

10、183;mm，混凝土枕轨下断面正弯矩安全系数Kgs1.70，轨枕长度l2500mm，则MgdKsRd（a12/2ebg/8） 1.5×64935×5002/（2×950）150/8 10989821 N·mmMgxMgx/Kgs2.36×107/1.701.3882×107 N·mmMgdMgx，满足要求。（2）中间断面负弯距检算查表可知枕中断面负弯矩安全系数Kzz=1.50，枕中断面未开裂极限弯矩Mzz1.65×107 N·mm，则Mz- KsRd (8e2+6l224la116ea1)/ 8(3l+2

11、e)-1.5×64935 (8×9502+6×25002-24×2500×500-16×950×500)/ 8×(3×25002×950)-2461000MzzMzz/Kzz1.65×107/1.50=1.1×107 N·mmMzMzz，满足要求。3.2.4 道床顶面压应力检算查表可知碎石道床顶面允许压应力z=0.5 Mpa，枕底宽度道床反力分布不均匀系数m1.6，平均底宽bp275mm，则zdRdm/（bpe）64935×1.6/（275×11

12、75）0.3215 Mpazd<z ，满足要求。3.2.5 路基基床表面压应力检算查表可知道床压力扩散角35°，既有线L= 0. 15 Mpa，则h1bpctg/2275×ctg35°/2196.4mmh2ectg/21175×ctg35°/2839 mm现有道床厚度h450mm，h1<h <h2，则LdRd/（2 ehtg）64935/（2×1175×450×tg35°）0.0877 MpaLd<L ，满足要求。4 轨道稳定性检算4.1 轨道稳定性计算通过查表可知有原始塑性弯曲矢

13、度f0p=2mm，原始弹性弯曲矢度f0e=2mm，允许轨道变形矢度f=2mm，一根钢轨对垂直轴的惯性矩Jy=524×104mm4，轨道框架刚度换算系数=2，等效道床横向阻力Q=6.68N/mm，安全系数K=1.25，则换算曲率1/R=1/R+1/R0p=1/60000+（8×2）/40002=2.67×10-6mm-1EJy2=2×2.1×105×524×104×2=2.172×1013 N·mm-2l2 = = =21954974mm4l=4685.6mm计算得到的l与原假定l0=4000mm

14、不符，可设l0=4685.6mm，根据现有l0，重新计算f0e=2.74 mm，并按上述公式再次计算l，得l=4758.5mm，与第二次假设的l0=4685.6mm仍然不符。再设l0=4758.5mm，计算f0e=2.83 mm，代入公式计算l=4766mm，满足要求。PN = = = 1911899NP = PN/K=1911899/1.25=1529519N4.2计算允许轨温升高twtw=P/2EF=1529519/（2×2.5×7745）=39.55 确定无缝线路类型5.1 确定强度条件允许的从锁定轨温算起的轨温下降tL和允许轨温升高tEtL=（- gd）/E =（3

15、12-123.95）/（2.1×105×0.0000118）=75.9tE=（- gj）/E =（312-159.72）/（2.1×105×0.0000118）=61.55.2 判断能否铺设温度应力式无缝线路根据计算tw= 39.5、tE= 61.5、tL =75.9则ts= tL+ tw- T=75.9+39.5-（61+10）=44.4因ts =44.4>10，因此可以铺设温度应力式无缝线路。6 确定设计锁定轨温6.1 确定允许的铺轨轨温上、下限t上=tL+Tmin =75.9-10 = 65.9t下= Tmax-tw=61- 39.5=21.

16、5因此，可以在21.565.9范围内轨锁定。6.2 选择设计锁定轨温中间轨温tZ=0.5（Tmax+ Tmin）=0.5×（61-10）=25.5选择设计锁定轨温ts：ts=tZ+5=25.5+5=30.5选择锁定轨温范围为10，可得设计锁定轨温上限t上和下限t下：设计锁定轨温上限 t上= ts+5=30.5+5=35.5设计锁定轨温下限 t下= ts-5 =30.5-5 =25.5设计锁定轨温范围 25.535.57 温度力峰检查因为tZ=0.5（Tmax- Tmin）=0.5×（61+10）=35.5tw= 39.5所以tZ<tw，满足要求。8 伸缩区长度计算及防

17、爬设备确定8.1 伸缩区长度计算maxPt=2.5F（t上- Tmin）=2.5×7745×（35.5+10）=880993.75Nls=（maxPt-R）/r = （880993.75-400000）/8.7 = 55286.63mm取一根标准轨的整数倍75m作为伸缩区长度。8.2 防爬设备确定当一根轨枕下道床纵向阻力P枕小于一根轨枕上的扣件阻力时，才需要布置防爬设备，查表可知，P枕=10kN，P扣=11.5kN，P扣> P枕，故不要安装防爬设备。9 预留轨缝计算9.1 以冬季轨缝不超过最大允许轨缝为条件计算预留轨缝： -（jd），式中为允许最大轨缝或构造轨缝，60

18、kg/m的钢轨构造轨缝为18mm，j、d为长、短轨节一端缩短量。9.2 夏季最高轨温时，轨缝不得挤严，要求满足>jd9.3 对锁定轨温的上、下限进行预留轨缝计算，结果见下表ts()t()j（mm）d（mm）jd（mm）（mm） -（jd）（mm）允许（mm）35.525.50.350.250.6181645.58.23.311.5186.525.535.52.91.84.71851335.52.91.84.71813.310 无缝线路长轨节长度及布置现有无缝线路长轨节长度原则上按一个自动闭塞区间长度10002000m，来考虑，长轨节不宜太短，一般不得小于2个伸缩区长度，即不得短于200mm，特殊情况下不得短于150m。长轨之间，或长轨与道岔之间，或长轨与绝缘接头之间，或长轨与其它标准轨之间，均不能直接连接，而必须设置由24根标准轨组成的缓冲区。缓冲区和伸缩区不得设在宽度等于或大于4.5m的道口及不做单独设计的无砟桥上，尽量避免在圆曲线和缓和曲线上设置伸缩区和缓和区，一般要求长轨节与缓冲轨接头设在距缓和曲线外50m的直线上。长隧道内无缝线路的缓冲区应设在隧