轨道强度稳定性计算解析

目录 (1)

轨道强度、稳定性计算 (2)

1.1设计资料： (2)

1.2 轨道强度、稳定性计算的基本原理 (2)

1.2.1.轨道强度计算的基本原理 (2)

1.2.2.稳定性计算的基本原理 (3)

1.3 轨道各部件强度验算 (5)

1.3.1SS1(客)电力机车 (5)

1.3.2DF4B（货）内燃机车 (10)

轨道强度、稳定性计算

1.1设计资料：

线路条件：曲线半径R=1500m ，钢轨：60kg/m ，U74钢轨，25m 长的标准轨；轨枕：Ⅱ型混凝土轨枕1760根/m ；道床：碎石道砟，厚度为40cm ；路基：既有线路；钢轨支点弹性系数D ：检算钢轨强度时取30000N/mm ；检算轨下基础时取70000N/mm ；由于钢轨长度为25m ，钢轨类型为60kg/m ，故温度应力a 51t MP =σ，不计钢轨附加应力。

机车类型：SS1（客）电力机车，三轴转向架，轮载115KN ，轴距2.3m ，机车构造速度95km/h

DF4B （货）内燃机车，三轴转向架，轮载115KN ，轴距1.8m ，机车构造速度120km/h

1.2 轨道强度、稳定性计算的基本原理

1.2.1.

轨道强度计算的基本原理

目前，最常用的检算轨道强度方法称为准静态计算方法。所谓准静态计算方法，就是应用静力计算的基本原理，对轨道结构尽力计算，然后根据轨轮系统的动力学特性，考虑为轮载、钢轨绕度、弯矩和轨枕反力等的动力增值问题。 轨道强度准静态计算包括以下三项内容：

I 、 轨道结构静力计算

II 、 轨道结构强度的动力计算——准静态计算 III 、 检算轨道结构各部件的强度 1) 强度检算的基本假设:

a) 假设列车运行时，车轮荷载在轨道各部件中所引起的应

力应变与量值相当的静荷载所引起的应力应变想等，即车轮荷载具有准静态性质。

b) 以速度系数，横向水平力系数，偏载系数分别反映车轮

垂直动荷载，横向水平和垂直力偏心，曲线内外轨偏载的影响。

c) 假设轨道及基础均处于线弹性范围，列车轮系作用下轨

道各部件的应力应变等于各独轮作用下的应力应变之和。

d) 视钢轨为连续弹性基础上的等截面无限长梁，梁的基础

反力与各下沉之间的线性关系 2) 轨道静力计算

轨道静力计算常用连续弹性基础梁和连续弹性点支承梁两种模型。本题采用连续弹性基础无限长梁计算模型。

通过计算出C 、D 、K 三个弹性特征参数和EJ ，算出当量荷载

P P μη∑∑和，进而求出弯矩M 和反力R 。

3) 轨道动力响应的准静态计算

求出速度系数α、偏载系数p β和横向水平力系数f ，进而求出动弯矩d M 和动压力（或反力）d R 。

4) 轨道各部件强度检算

a) 钢轨强度检算

b) 轨枕承压强度与弯矩的检算 c) 道床应力及路基面应力计算

1.2.2.

稳定性计算的基本原理

无缝线路轨道的稳定性应满足钢轨内的实际升温幅度

T ∆小于或等于允许的升温幅度[]c T ∆的要求。无缝道岔。桥

上铺设无缝线路时，[]c T ∆应计入纵向附加力的影响，即

[]C T T ∆≤∆。

1) 统一稳定性计算公式的基本假设：

a) 假设轨道弯曲成各半波相同的多波形状，仅取一个最不利的半波作为计算对象。

b) 假设轨道原始弹性弯为半径0R 的圆曲线。 c) 假设在温度压力P 作用下，轨道变形曲线为正弦曲线。

d) 对于半径为R 的圆曲线轨道，表示为

()00

2R l x x

y R -=

。

e) 道床横向阻力采用三项式。

f) 节点阻矩对轨道刚度的加强用β表示，则轨道横向刚度为EI β。

2) 稳定性计算基本公式

2

2

002

3203044

11e W e f f EI r l l P f f l

R R βπππ++=⎛⎫++- ⎪⎝⎭

，

203l f

π=

-，式中 234'EI t R ωβππ⎛⎫

=+ ⎪⎝

⎭，0

111'R R R =+

1.3 轨道各部件强度验算

1.3.1 SS1(客)电力机车

1) 机车通过曲线轨道的允许速度的确定

对于新建线路，通过R=1500m 曲线轨道时的机车允许速度可

按来计算max 4.3166.5km/h v ===，大于构造速度95km/h ，取max 100km /h v =，然后按此速度来检算各部件的强度。

2) 钢轨强度的检算

SS1电力机车的两个转向架之间距离比较大，彼此的影响甚小，可任选一个转向架的车轮作为计算轮，同时由于三个车轮的轮重与轮距相同，两端的车轮对称，只要选1、2轮或2、3作为计算轮来计算弯矩的当量荷载ΣPμ，计算结果件下表

ΣPμ的计算

计算步骤如下：

（1）计算k 值

计算钢轨强度的D=30000N/mm ，按无缝线路的要求，轨枕均匀布置，轨枕间距a=1000000/1760=568mm ，由此可得：k=D/a=30000/568=52.8MPa. （2）计算β值

10.00118mm β-=

== 式中：J —60kg/m 新轨对水平轴的惯性矩为：44mm 103217⨯ （3）计算ΣPμ

以1、2轮分别为计算轮计算ΣPμ，并选取其中最大值来计算钢轨的弯矩。

查表可知，计算轮1的ΣPμ=105314.09为其中的最大值，用此值来计算静弯矩。 计算静弯矩M

11

105314.0922.312m

440.00118M P KN μβ

=

=⨯=⋅⨯∑ （5）计算动弯矩Md

计算内燃机车运行条件下轨底弯曲应力的速度系数公式为：

0.60.6100

0.6100100

v α⨯=

== 由计算偏载系数βp 的公式，式中的Δh=75mm ，则得：

βp=0.002×75=0.15

查表得：R=1500时的横向水平力系数f=1.45，则得，

()()d p 12231230710.60.15 1.4556.617m

M M f KN αβ=++=⨯++⨯=⋅（6）计算钢轨的动弯应力d 1σ和d 2σ