路基上普通无缝线路设计

路基上普通无缝线路设计

一、设计目的和意义

中和轨温确定是无缝线路设计的关键问题，涉及《铁路轨道》这门课的主要理论。本设计目的是通过实际设计，对无缝线路设计的主要原理、方法及步骤有更清楚的了解，更深入地掌握《铁路轨道》的基本理论与其实际应用（尤其是强度计算和温度力计算理论）。

在普通线路上，钢轨接头是轨道的薄弱环节之一，由于钢轨接头的存在，列车通过时发生震动和冲击，并伴随有击打噪声，所产生的冲击荷载最大可达非接头区3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、线路状态恶化、钢轨及联接零件的使用寿命缩短、养护维修费用增加。线路接头区养护维修占总经费的1/3以上；钢轨因轨端损坏而抽换的数量较其他地方大2~3倍；重伤钢轨60%发生在接头区。

无缝线路由于消灭了大量的钢轨接头，因而具有行车平稳、旅客乘坐舒适、机车车辆和轨道的维修费用少、使用寿命长等一系列优点。大量的研究资料表明，从节约劳动力和延长设备寿命方面计算，无缝线路比普通有缝线路可节约养护维修费用35%~75%。

二、 设计理论依据

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无缝线路结构设计两部分。

2.1确定设计锁定轨温

由于长轨条在锁定施工过程中轨温是不断变化的，因而锁定轨温应该是一个范围，通常为设计锁定轨温±5摄氏度，困难条件下取±3摄氏度。

锁定轨温（sf T ）设计计算原则为“夏天不涨轨，冬天不断轨”，所以sf T 应根据当地的轨温条件和轨道允许的升温幅度和降温幅度来确定。如下图所示：

中和轨温：[][]max min 22

s c e k t t t t t t ∆-∆+=

+±∆

1）根据强度条件确定允许的降温幅度

无缝线路应该具有足够的强度，以保证在动弯盈利、温度应力及其他附加应力共同作用下不被破坏，能够正常工作。因此，要求钢轨承受的各种应力总和不超过规定的容许值[σ]，即

[]σσσσ≤++c t d

式中 d σ——钢轨最大动弯力，（MPa ）；

t σ——钢轨温度应力，

（MPa ）； c σ——钢轨承受的附加应力，

（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MPa c 10=σ；

[]σ——钢轨允许应力，它等于刚轨的屈服强度s

σ除以安全系数K ，

[]K

s σσ=。

因此允许的降温幅度[]s t ∆可由下式计算：

[][]α

σσσE t c

gd s --=

∆（1）

式中：gd σ——钢轨底部下缘动弯应力（MPa ）。

2）根据稳定条件确定允许的升温幅度

根据稳定条件球的允许温度压力[]P 后，按下式计算允许温升幅度[]c t ∆：

[][]F

E P P t f

c α22-=

∆

式中：f P —— 附加压力，本设计可取为零（N ）。

[]P ——轨道允许的最大温度压力；根据无缝线路稳定性理论计算，采用

“统一公式”。

3）根据钢轨稳定条件确定允许的降温幅度

无缝线路钢轨折断后，轨缝不能超过一定限值，否则将引起轮轨间过大的作用力，严重时还会危及行车安全。所以根据固定区内钢轨折断后的断缝值可确定允许降温幅度。

[][]EF

r

t s λα

1

=

∆ （2）

式中：[]λ为允许断缝值； r 为线路纵向阻力。

允许降温幅度[]s t ∆应取式（1）和式（2）中计算出的较小值。

2.2无缝线路结构计算 1）伸缩区长度

r

P P l H

t s -=

max 2）预留轨缝

按冬季轨缝不超过构造轨缝g a 的条件，可算得预留轨缝上限上a 为：

)(短长上λλ+-=g a a

按夏季轨缝不顶严的条件，可计算其下限为：

短长下''λλ+=a

式中 长λ、短λ从锁定轨温至当地最低轨温时，长轨、短轨一端的伸缩量：

长'λ、短'λ从锁定轨温至当地最高轨温时，长轨、短轨一端的伸缩量。

无缝线路缓冲区预留轨缝0a 为：

2

0下

上a a a +=

2.3防爬设备的设置

线路爬行是造成轨道病害的主要原因之一。在无缝线路伸缩区和缓冲区上，因钢轨可能有伸缩，必须布置足够的防爬设备，保证无相对于轨枕的纵向移动。为此，要求钢轨与轨枕间的扣件阻力大于轨枕与道床间的纵向阻力，即：

nR P P ≥+扣防

式中：防P ——一对防爬器提供的阻力，N ；

扣P ——一根轨枕上扣件的阻力，N ； R ——一根轨枕提供的道床纵向阻力，N ； n ——配置一对防爬器的轨枕数。

缓冲区的防爬设备与伸缩区相同。缓冲区为木枕时，一般应增加防爬器，而为混凝土轨枕时，则不需要。

2.4轨道长度

无缝线路长轨条长度从理论上讲。可以无限长，这是发展跨区间无缝线路和全区间无缝线路的理论基础。但轨节长度常因考虑线路平纵面条件、道岔、道口、桥梁、隧道所在位置，按闭塞区间长度设计，长度为1000~2000m ，最短不小于200m 。

3.1参数选取如下：

3.2.1取正线轨道类型

表2-1 轨道类型

3.2.2钢轨断面尺寸特征

表2-2 钢轨断面尺寸

3.2.3钢轨头部磨耗轻伤标准（V=150km/h）

表2-3 钢轨头部磨耗轻伤标准