铁路轨道课程设计任务书-软件 道铁2011-轨道强度检算及普通无缝线路设计

华东交通大学
课程设计（论文）任务书
题目名称轨道强度检算及普通无缝线路设计
院（系）土木建筑学院
专业道路与铁道工程
班级软件+道铁2011－1、2、3
2014年 1 月 6 日至 2014 年 1 月 10 日共 1 周
指导教师: 张鹏飞
教研室主任: 耿大新
设计任务书
一．设计题目：
轨道强度检算普通无缝线路设计二．设计资料：
线路铺设无缝线路区段，地区历年最高轨温为*℃,最低轨温为*℃（从《轨道工程》表7-2中任选一个城市，南方城市为宜）；60kg/m 钢轨无缝线路，钢轨截面积F=77.45
cm ，钢轨惯性矩I=1048cm ；曲线半径R=1500m （一班），R=1200m （二班），R=800m （三班）2
4
；轨枕：Ⅱ型混凝土轨枕1760根/㎞（一班），Ⅱ型混凝土轨枕1840根/㎞（二班），Ⅲ型混凝土轨枕,1667根/㎞（三班）；
道床：碎石道砟，厚度为40㎝；路基：既有线路基；钢轨支点弹性系数D ：检算钢轨强度时，取30000 N/mm ；检算轨下基础时，取70000N/mm ；
现有机车类型
组 别（每组1人）
机车
1
23456789客机SS3SS1DF4SS3SS1DF4SS3DF4DF4B 货机
DF4B
DF4
SS1
DF4
DF4B
DF4
SS1
DF4B
DF4
钢轨弹性模量E=2.1×10，轨道原始弹性弯曲半波长=720cm,原始弹性弯曲矢度
5
MPa 0l =2.5mm ，原始塑性弯曲矢度=2.5mm ，轨道弯曲变形矢度=2mm 。

，轨道框架刚度oe f op f f 系数=1.0，等效道床阻力取=84.3N/cm 。

0r 线路基本情况：
该线路位于XXX 线，自K110+000至K123+000
桥隧等建筑物位置如下表：
起始里程或中心里程既有线桥、隧及道口描述
K110+74.4~k110+254.33潭口隧道
K110+342.962-20.0 1-10.0混凝土拱桥
K110+687.5平交道口
K111+046.01-40.0 2-20.0混凝土拱桥
K113+171.53~k113+476.2
古龙岗隧道
8
K114+650.812-15.0 4-31.0钢桥
K115+000平交道口
K121+163.06平交道口
K121+500.6平交道口
K121+948.56~k122+065.8
杨子岭隧道
1
三、设计内容及要求
1、轨道强度检算
（1）论述轨道强度、稳定性计算的基本原理；
（2）静力计算采用连续弹性基础梁理论，用准静态计算方法计算轨道结构动力。

检算内容有：钢轨强度检算、道床顶面压应力检算、路基表面压应力检算等。

2、普通无缝线路设计
（1）设计锁定轨温的确定
（2）伸缩区长度计算
（3）预留轨缝设计
（4）防爬设备的布置
（5）长轨节的长度，画长轨条布置图
（6）无缝线路稳定性检算等。

四．参考文献：
1.《铁路轨道设计规范》（TB10082—2005 J448—2005）
2.《轨道工程》
五．完成文件与要求：
1．设计计算书2．长轨条布置图。

设计计算书采用统一的封页和计算纸张，按要求填写好任务书，装订后再和图纸一起放入资料袋中。

图纸统一采用A3纸张，计算机绘图或手工绘图，要求布局合理，线形粗细必须分明，标注的汉字和数字要字体统一、大小一致、详细清晰，图纸右下方需有绘图单位、比例和其他说明文字。

图纸下方需标明设计者和审核者、设计时间、图名、图号、班级和学号等。

备注：请各班学习委员对上述所给条件进行组合，确保本班所有同学的参数不重合。

指导教师：张鹏飞
附1 无缝线路设计的步骤
计算步骤如下：⑴温度压力的计算
根据《轨道设计规范》（TB10082—2005 J448—2005）的公式计算温度压力 计算公式
根据假设，用势能驻值原.理导出如下基本公式：
2
030
32
22
)1
1(44l R
R f f r πl l f f EI P oe oe W +++++=ππβ，
f wt
r EI f f wt r w w l -⋅-
++=
3
02
3
224)4(ππβπ
式中 ；4('
32R
t EI w ππβ+
=；0'
1
11R R R
+=—计算两根钢轨温度压力（N ）；W P E—钢轨弹性模量，为2.1×10；
5MPa —两根钢轨对竖直中和轴线的惯性矩，I 50kg/m 钢轨 =2×377=754cm I 4
60kg/m 钢轨 =2×524=1048cm I 4 75kg/m 钢轨 =2×665=1330cm I 4
—轨道框架刚度系数，采用1.0；
β—轨道弯曲半波长（cm ）；
l —轨道原始弹性弯曲半波长（cm ）；
0l —轨道原始弹性弯曲矢度（cm ）；
oe f —轨道原始弹性弯曲的相对曲率矢度（），，t 1-cm 20
0l f t e
=
为常量，其值根据无缝线路现场调查资料统计分析确定；t —轨道原始塑性弯曲曲率（）；=
01R 1-cm 01R 2
8l f op —轨道弯曲变形矢度，采用0.2cm ；
f —曲线轨道半径（cm ）；
R —等效道床横向阻力；
0r
n n f c c f c q r 21002
4
π
π
+
-
=式中， —道床初始阻力常数（N/cm ）；
0q 和—道床塑性系数，单位分别为N/ cm 和N/ cm ；1c 2c 21+n —积分常数；n c ⑵轨道稳定性允许温度压力[]
P
[]1
K P P W
=式中 —轨道稳定性计算温度压力（N ），按式（6-4）计算。

W P —安全系数，一般取=1.25～1.3。

1K 1K 3
轨道稳定性允许温升[]
c T ∆对于路基上无缝线路
[][]
F
E P T c α2=
∆式中 F —钢轨断面面积,
50kg/m 钢轨 cm 8.65=F 2
60kg/m 钢轨 cm 45.77=F 2 75kg/m 钢轨 cm 037.95=F 24
根据强度条件确定允许温降[]
d T ∆钢轨的强度条件是要求轨头急轨底的边缘荷载应力的最大可能值，不超过钢轨的屈服强度除以一定的安全系数所得出的容许应力。

其表达式如下：
轨头
[]2
K s
f t d σσσσσ=≤++头轨底
[]2
K s
f t d σσσσσ=
≤++底式中 —轨头边缘荷载应力的最大可能值；d 头σ —轨底边缘荷载应力的最大可能值；d 底σ —无缝线路钢轨温度应力；t σ —钢轨附加应力，取10；
f σMPa —经标准拉伸试验所得出的钢轨钢屈服强度，根据
s σ国家钢轨钢试验资料统计分析结果，按极限强度
的不同等级，的取值不同；
b σs σ —安全系数，新钢轨，铝热焊及再用轨
2K 25.12=K ～1.35。

3.12=K
计算式为：
[][]α
σσσE T f
d d --=
∆式中 —钢轨动弯应力，取轨底的应力，本设计中取值为128~145MPa ；
d σ —钢轨附加应力，取10；
f σMPa E —钢轨钢的弹性模量，为；MPa 5101.2⨯ —钢轨的线膨胀系数，取℃。

α/1018.15-⨯⑸设计锁定轨温计算
[][]k c d e T T T T T T ∆±∆-∆++=2
2min max 式中 —
e T 设计锁定轨温，在小半径曲线上宜取偏高值，在年轨温幅度较大的地区宜取偏低值；
—当地历年最高轨温（℃）；
max T —当地历年最低轨温（℃）；min T —轨道稳定性允许温差（℃）；][c T ∆—轨道强度允许温降（℃）；
][d T ∆—修正值，一般为0～5℃。

k T ∆⑹设计锁定轨温范围宜为10℃。

桥上无缝线路或寒冷地区，当
℃时，锁定轨温范围不应小于6℃。

[][]10)(min max <--∆+∆T T T T c d 设计锁定轨温上限 （5～6℃）
+=e m T T 设计锁定轨温下限 （5～6℃） -e n T T =设计锁定轨温上、下限应满足下式条件：
[]d m T T T ∆≤-min
[]c n T T T ∆≤-max 钢轨温度力可按下式计算：
T EF P ∆=α式中 E —钢轨钢弹性模量；)(MPa —钢轨钢线膨胀系数（1/℃）；α F —钢轨截面面积（mm ）；2 —钢轨温差（℃）。

T ∆钢轨最大温度拉力 )(min max T T EF P m t -=α拉钢轨最大温度压力 )(max max n t T T EF P -=α压⑺伸缩区长度计算
无缝线路锁定后，长轨条的两端将随轨温的升降而伸缩，其伸缩范围的长度即为伸缩区长度。

伸l
r
P P l j
t -=
max 伸式中 —钢轨最大温度拉力或压力（N ），按式（6-14）和式（6-15）计算；max t P max t P —接头阻力（N ）；
j P r — 一股轨下道床纵向阻力，有碴道床路基上为一股轨下线路纵向阻力
⑻无缝线路缓冲区预留轨缝计算①长轨条一端伸缩量的计算长∆ r
EF P P j t ⋅-=
∆2)2
max （长
式中 —钢轨最大温度拉力或压力（N ），按式（6-14）和式（6-15）计算；max t P max t P —接头阻力（N ）；
j P r — 一股轨下道床纵向阻力。

②缓冲轨一端伸缩量的计算
缓∆
⎥⎦
⎤⎢⎣⎡-⋅-=∆2max 41)21rL L P P EF j
t （缓式中 L—缓冲轨长度（m ）；
其他符号意义同前。

③预留轨缝的计算
冬季轨缝不应超过构造轨缝的条件：
缓缓长）
∆-≤∆+∆-≤2(21g g a a a a 夏季轨缝不顶紧的条件：
缓
缓长∆≥∆+∆≥221a a 式中 —长轨条与缓冲轨之间预留轨缝值（mm ）；1a —相邻缓冲轨间预留轨缝值（mm ）；2a —钢轨接头构造轨缝，取18mm ；g a —长轨条一端的收缩量或伸长量（mm ）；长∆ —缓冲轨一端的收缩量或伸长量（mm ）。

缓∆⑼防爬器设置
在无缝线路伸缩区上，因钢轨要产生伸缩，必须有足够的接头阻力和道床阻力与长钢轨中的温度力平衡，如果接头阻力和道床阻力较小，就会造成较长的伸缩区长度，增加了无缝线路养护的难度。

为充分发挥道床阻力的作用，在无缝线路结构设计时，要保证扣件阻力大于道床阻力。

如扣件阻力不足，则需安装防爬器以增大钢轨与轨枕之间的阻力。

即
nR nP P ≥+扣防式中，为一对防爬器的阻力（N ）；为一根轨枕上的扣件阻力（N ）；R 为一根轨枕能提供防P 扣P 的道床阻力；n 为两对防爬器之间的间隔轨枕数。

缓冲区设置的防爬器与伸缩区相同。

目前采用弹条扣件的混凝土轨枕，由于扣件的阻力较大，一般不设防爬器。

⑽长轨条布置画长轨条布置图
在无缝线路中用到的参数值为：
，，。

cm l 7200=cm f 2.0=mm f f op oe 5.2==表1 道床纵向阻力表
一股钢轨下单位道床纵向阻力N/cm 线路特征单枕的道床纵向
阻力/kN
1667根/km 1760根/km 1840根/km
木枕线路7.0-6164Ⅰ型10.0-8791Ⅱ型12.5-109115混凝土枕线路
Ⅲ型
18.3
152
160
-。