铁路无缝线路设计

5.2.3 无缝线路结构组成
温度应力式无缝线路由固定区、伸缩区和缓冲区三部分构成。 1、伸缩区长度根据计算确定。
2、固定区为长轨减去两端伸缩区的长度，每段长轨的长度应根据线路情况 和施工条件决定，原则上应与自动闭塞区段的长度一致。如受条件限制，固定 区也不应短于 50m。
3、缓冲区一般由 2 到 4 节标准轨或厂制缩短轨组成，有绝缘接头时为 4 节。
5.2.4 缓冲区和伸缩区的设置
缓冲区应设在下列地点： 1、两段长轨之间； 2、道岔与长轨之间； 3、自动闭塞和轨道电路地段的绝缘接头，一般应不止在缓冲区的中间； 4、其他必要的地点。
5.2.5 无缝线路铺设地段和位置
无缝线路的铺设地段和位置，应符合下列条件： 1、轨下基础稳定，线路没有翻浆冒泥、下沉挤出大于 15mm 的冻害。 2、半径为 800m 以及以下的曲线地段，应尽量采用全长淬火轨或耐磨轨。 3、桥梁有浅基、孔径不足、偏心超限、载重等级不足或支座、墩台等严重
5.3.3 弯矩计算
ND5 机车前后转向架各有三个轴，如图 5-1 所示，在寻找引起最大弯矩的最 不利轮位时，只要用一个转向架的三个轴分别作为计算轮来求最不利轮位。由 于转向架的三个轴轮重量相等，但是轴距是不相同的，所以要计算 1、2、3 轮 引起的弯矩，在所有弯矩值中找到最不利弯矩，既最不利荷载值。
3.道岔、钢轨伸缩调节器及胶接绝缘接头钢轨宜与相连轨道同类型、同材
质。在小半径曲线（
）以及大坡道地段宜采用全长淬火钢轨或高强钢
轨。 4.有砟无缝线路铺设的曲线半径不宜小于 500m；在小于 500m 半径地段铺设
无缝线路时，应采取适当的措施增大道床横向阻力。 5.在连续长大坡道、制动坡段和行驶重载列车坡段上的无缝线路，必要时
Pμ 106450.0 -5900.63
829.596
(N) 00
0
P 106
106
106
(N) 450
450
450
x(m
动 m) 2550.000
0.000
1800.000 83034.5
2 kx 3.009 μ -0.055
0.000 1.000
2.124 7 -0.165
Pμ -5900.63 106450.0 -17514.7
根据设计要求，该线年通总重
，由《线规》可知轨道正线类型为
重型。
5.2.2 锁定轨温
无缝线路锁定轨温应根据当地最高铺设无缝线路的允许温升、允许温降计 算确定，并且考虑一定的修正量。
设 计 锁 定 轨 温 范 围 为 ± 5℃ ， 相 邻 单 元 轨 节 之 间 的 锁 定 轨 温 只 差 不 应 大 于 5℃，同区间轨温只差不大于 10℃,160km/h 以上铁路不应大于 3℃。
5.4.3 直线段允许温升
1、试算直线段变形弦长 值
时，
，
，
，
，，
。
换算曲率为
∴ 计算得到 与原假定
不符。设
，重新计算 ；
以
再次试算 ，求得
则 该 与第二次设的
不符，再设
，计算 ；
再求得到
，则
，基本上与原来的
相接近，因此取：
作为变形曲线长度，
作
为原始弹性初弯矢度。 2、计算直线段的允许温度压力及允许温升
9.桥上无缝线路设计宜减少钢轨伸缩调节器的设置。 10. 标 准 长 度 钢 轨 应 采 用 工 厂 化 焊 接 ， 工 厂 化 焊 接 长 轨 条 长 度 不 宜 小 于 500m，焊接宜采用闪光焊接。
5.2 无缝线路设计要求
5.2.1 线路等级
铁路线路是供机车车辆组成的列车运行的，是轨道和路基、桥涵、隧道等 建筑物等设备的统称。在我国，新建和改建的铁路根据其在铁路网中的作用、 性质和远期客货运量的不同分成不同等级。铁路的等级不同，铁道线路及其工 程结构物都有不同的要求。
（5-3）
式中
——钢轨最大动弯拉应力
；
——温度应力
；
——钢轨承受的制动应力
；
——钢轨容许应力
，等于钢轨的屈服强度 除以安全系数
，
。
因为钢轨为
钢轨，所以
，一般钢轨
，
再用钢轨
。
允许温度变化幅度
式中 由于
——钢轨底部下缘位置处动弯应力。
，安全系数
，则
A、当在半径为 4000 米的曲线上进行制动时温度变化允许量为：
由于接头阻力 大于最大温度压力
部伸长量
。
，故接头不会伸长，所以缓冲轨端
1、当钢轨处于最低轨温时缓冲轨间的收缩量 2、当钢轨处于最低轨温时缓冲轨间的收缩量
5.6.3 长钢轨端部伸缩量
长轨端收缩量
由于接头阻力 大于最大温度压力
，故接头不会伸长，所以长轨端部
伸长量
。
1、当钢轨处于最低轨温时长轨端的收缩量
5.3.4 计算动弯应力
新轨截面模量
,
。
A、在
的曲线上，轨底动弯拉应力
轨头动弯压应力 B、直线段上的轨底动弯拉应力 直线段上的轨头动弯压应力
5.4 锁定轨温设计
5.4.1 容许温度变化幅度
在铁路线路中，钢轨应该有一定的强度以保证在受到动弯应力、温度应力 及其他附加应力时不至于破坏，仍然能够正常工作，所以，钢轨所能承受的各 种应力之和不超过容许应力值 ，即
(N)
0
00
97
P 106
106
106
(N) 450
450
450
x(m 动 m) 4350.000 1800.000 0.000 89764.8
3 kx 5.133 2.124 0.000 0
μ 0.008 -0.165 1.000
Pμ
-17514.7 106450.0
829.596
(N)
97
00
其中
5.2.6 缓冲区钢轨接头
缓冲区钢轨接头，应采用 10.9 级高强度接头螺栓及平垫圈，接头螺栓扭矩 应达到 900N·m。
缓冲区轨缝尺寸，应根据计算确定。
5.3 设计参数计算
5.3.1 设计资料及条件
1、无缝线路铺设地点：拉萨地区 2、无缝线路铺设钢轨类型：U71Mn60 轨 3、无缝线路铺设的轨枕类型：S-III 型 4、无缝线路轨枕间距：1760 根/km 5、道床类型：面碴厚为 250mm，垫层厚为 200mm 6、钢轨接头螺栓扭矩值：900N·m 7、设计区最小半径：R=500m 8 、 . 计算钢 轨位移 及弯 矩时， 道床 刚度： 60000N/mm， 检 验 钢轨 刚度 30000N/mm。 9、设计最高行车速度 120Km/h 10、设计轨温：最高温度 49.4℃，最低气温-16.5℃
5.3.2 计算 k 值
本设计采用 S-Ⅲ型钢筋混凝土枕，每千米轨枕数为 1760/Km，根据设计要
求，钢轨支座刚度 D 值在检算钢轨为
，当在检算轨枕时
D
轨枕间距为
钢轨基础弹性模量 为：
刚比系数为
（5-1）
式中
—— 新 轨 水 平 轴 的 惯 性 矩 ， 其 中 对 于 60Kg/m 轨 为
。 由公式（5-1）可得刚比系数为：
长轨端
缓冲轨
式中
——钢轨接头阻力，为 510KN； ——温升或温降所产生的最大温度力； ——标准轨长度为 25m。
（5-10） （5-11）
5.6.1 最大温度力
最大温度压力 最大温度拉力 而接头阻力 发生缩短位移。
，可见大于钢轨于 铺设后轨温下降至 时，要
5.6.2 缓冲轨伸缩量
缓冲轨端部收缩量
5.1 无缝线路基本规定
1.根据《铁路无缝线路设计规范》(TB 10015-2012)，新建、改建铁路正线
应采用
钢轨，钢轨长度可以是 25m、50m 和 100m，在线路中优先采用 100m
长定尺钢轨。 2.无缝线路在设计时，应根据当地轨温资料，计算无缝线路的允许温升、
允许温降，并考虑一定的修正量计算确定锁定轨温。在一定范围内，无缝线路 设计锁定轨温应一致。
,取
，计算静弯矩 为
钢轨动弯矩用静态法计算
（5-2）
式中
——钢轨的动弯矩；
——速度系数，用
计算；
——偏载系数，
计算， 为容许欠超高；
——横向水平力系数，一般取 1.45。
内燃机车计算钢轨轨底弯曲应力时，设计速度为
速度系数为：
A、在
的曲线上，容许欠超高
，计算偏载系数：
在
的曲线上，横向水平力系数 ，
B、在直线地段上，横向水平力系数 ，
5.4.4 无缝线路锁定轨温
无缝线路铺设地点在拉萨地区，其地区历史最大轨温差： 温度应力式无缝线路中应该满足
曲线地段
（5-9）
故可采用温度应力式无缝线路 直线地段
所以可采用温度应力式无缝线路 锁定轨温上限为：
锁定轨温下限为： 中间锁定轨温为：
设计锁定轨温： 设计锁定轨温范围：
5.5 伸缩区长度计算
，计算
f
/ oe
；
，基本上与
原来的
相接近，因此取：
作为变形曲线长度，
作为原始弹性初弯矢度。 2、计算曲线地段允许温度压力及允许温升
为了减小温度反复变化所致残余变形的累计，避免过分限制温度力，从而
影响无缝线路的铺设范围，由
时计算温度压力 ，并除以安全系数 得
到允许温度压力
式中
（5-6） E——钢轨弹性模量； I——两根钢轨对竖直中和轴线的惯性矩，其中 60kg/m 钢轨取
（5-4） （5-5）
B、当在直线地段上制动时，温度变化允许量为：
5.4.2 曲线段允许温升
1、试算曲线地段变形弦长 值 由稳定性统一计算公式，采用正弦曲线作为轨道变形曲线。
当
时，
，
，
，
，，
。
换算曲率为
∴ 计算得到 与原假定
不符。设
，重新计算 ；
以
再次试算 ，求得
则 该 与第二次设的
，再求得到
不符，再设 ，则
图 5-1
表 5-1 不利荷载计算表
计
算 项目
轮
动1
轮位 动2
∑Pμ
动3
(N)
P 106
106
106
动 (N) x(m
1 m)
450
450
450
101378.
0.000 2550.000 4350.000 97
kx 0.000 3.009 5.133
计
算 项目
轮ຫໍສະໝຸດ Baidu
动1
轮位 动2
∑Pμ
动3
(N)
μ 1.000 -0.055 0.008
2、当钢轨处于最低轨温时缓冲轨间的收缩量
5.6.4 缓冲轨间接头预留轨缝
缓冲轨间预留轨缝设置应当满足
，其中
5.6.5 长轨轨端接头预留轨缝
长轨端预留轨缝设置应当满足
5.6.6 计算结果汇总
设计锁定轨温范围： 伸缩区长度： 施工预留轨缝： 缓冲区预留轨缝如图 5-2 所示
计算参数： 设计锁定轨温
钢轨接头阻力
（扭矩为
）
钢轨纵向阻力梯度
最大温升
最大温降
取
缓冲轨长度取标准轨长度的整倍数，得
5.6 施工预留轨缝
轨缝设置的目的是为了保证在最高轨温时，相邻钢轨在最轨缝处不会产生 压应力，也就是在轨头发生伸缩之后，轨缝能够大于零；在最低轨温时，轨头 发生收缩之后，轨缝仍能够满足构造轨缝的要求。其中，轨头的伸缩量计算关 系如下：
应采取轨道加强措施，连续长大坡道不宜设置钢轨伸缩调节器和有缝钢轨接头。
6.最大轨温变化幅度超过 100℃的严寒地区铺设无缝线路时应单独设计，加 强轨道结构强度，还可以采取大调高量扣件。
7.无缝线路设计应根据线路、运营、气候条件及轨道类型因素进行，经过稳 定性等检算确定设计锁定轨温。
8.铺设无缝线路的桥梁应根据无缝线路纵向力，对桥梁及轨道结构进行检 算。
病害和下承板梁上，铺设无缝线路须严格进行检查。 4、桥上铺设无缝线路，除符合下列条件者外，均应检查钢轨、墩台的受力
状态、轨道防爬能力及钢轨低温断缝值等。 5、在隧道长度为 1000m 及以上时，铺设无缝线路宜将隧道内单独铺设一段
长轨，伸缩区设于隧道洞口内方，缓冲区尽量设置在隧道洞口外。隧道长度小 于 1000m，可不单独铺设。
铁路无缝线路设计
第5章 无缝线路设计
无缝线路是将标准长度的普通钢轨进行焊接，形成钢轨长度超过一定值的 钢轨线路，又叫做焊接长钢轨线路，它是当今世界上轨道结构中的一项新技术， 在该项技术上世界各国正在以积极的态度竞相发展。
对于一般的铁路线路来讲，钢轨的接头往往是轨道的薄弱环节，由于轨缝 的存在，列车在通过轨道时就会发生冲击和振动，并产生巨大的噪音，不但如 此，钢轨受到的冲击力也会提升 3 倍以上。接头冲击力不但影响列车行驶的平 稳度和旅客的舒适感，还会促使道床破坏、线路状态恶化、缩短钢轨和街头零 件的使用寿命、增加额外的维修费用。伴随着现代化铁路的高速化、舒适化和 环保化的高要求，在行驶速度、列车轴重和密度不断增长的今天，普通铁路无 法适应现代化运输的要求。无缝线路消灭了大量的接头，具备行车平稳、旅客 舒适、车辆和轨道维护费用减低、轨道与道床使用寿命延长等众多优点，是今 后铁路发展的方向和未来。
；
——轨道框架刚度系数，采用 1.0；
——轨道曲半波长； f——轨道弯曲变形矢度，用 0.2cm； Q——等效道床分布阻力，经计算取 6.68。
（5-7） 式中 K——安全系数，一般情况下取 1.25~1.3。 由于该算法是小位移情况，顾不考虑胀轨区的温度压力降低，所以温度升
幅为
（5-8） 式中
F——钢轨断面面积，取 7745 。