轨道结构理论与轨道力学(无缝线路)
第三章 无缝线路
第三章无缝线路第一节概述一、铺设无缝线路的意义普通线路是由标准长度的钢轨（长度为12.5m或25m）利用接头联接零件联接而成的，线路上存在着大量的钢轨接头。
钢轨接头是铁路线路的薄弱环节，接头的存在不仅加剧列车通过时对线路产生的冲击和振动，促使道床板结、溜坍，混凝土轨枕破裂损坏，使接头处线路产生较严重的病害，而且还会加剧线路的爬行，降低钢轨和机车车辆的使用寿命，影响行车的速度和平稳性，并产生振动和噪音，使旅客感觉不舒适。
另外，大量的接头需消耗大量的接头零部件，为整治接头病害还将大大增加线路的养护维修工作量和养护维修费用。
随着轴重、运量和行车速度的不断增长，普通线路的上述缺点更为突出。
实践统计表明，列车对钢轨接头的冲击力比对非接头区的冲击力大3倍以上。
在普通线路上，接头的养护维修费用约占全部养护维修费用的35％～50％，钢轨由于轨端损坏而需更换的数量也较因其他部位损坏而需更换的数量多2～3倍。
显然，从根本上消除钢轨接头，对列车运行、旅客的舒适条件和线路的养护维修等方面均极为有利，无缝线路也因此而迅速发展起来。
所谓无缝线路，就是把标准长度的钢轨一根一根地焊接成具有相当长度的长钢轨（我国铁路规定不短于200m）用以代替标准钢轨而铺设的线路。
与普通线路相比，无缝线路在很大程度上消灭了钢轨接头，减少了列车对轨道的动力冲击和振动作用，因而具有行车平稳、噪音低、减少材料消耗、降低养护维修费用、延长维修周期、延长线路设备和机车车辆的使用寿命、减少行车阻力等优点，能适应高速行车的需要，有利于发展高速、重载铁路。
无缝铁路作为一种先进的轨道结构形式，是铁路轨道结构发展的方向之一。
早在二十世纪二十年代，国外就已经开始铺设无缝线路。
我国从1957年开始试铺无缝线路，随着铺设技术的日趋完善，特别是全区间和跨区间无缝线路铺设技术的不断成熟，近几年来，无缝线路的铺设进程明显加快，到目前为止，我国铁路已铺设无缝线路约3万多公里，占正线延展长度的40％以上，并将继续得到大力发展。
无缝线路轨道稳定计算
P
EI 2 (
f
f
foe ) l2
4
3
fo2
l2
2
(
4Q
3
t
f
)
fEI
2
4Q
3
t
f
P 两根钢轨计算温度压力（N） E 钢轨弹性模量，2.110（7 N / cm2）
I 两股钢轨对垂直中和轴 的惯惯性矩cm4）
轨道框架刚度系数，取 为1
l 轨道原始弯曲波长（cm）
2、影响无缝线路稳定性的因素
试验研究及运营经验表明，影响无缝线路稳定性的主要因素有：钢轨的温升 幅度、轨道原始不平顺、道床横向阻力以及轨道框架刚度等。前两项是促使 无缝线路轨道失稳的因素，后两项是保持稳定性的因素。另外，道床纵向阻 力和中间扣件的抗扭转作用对无缝线路轨道稳定性影响较小。
钢轨的温升幅度
L T L
钢 轨 的 线 膨 胀 系 数 ， 11.810 6 / 0C
t
E
t
E
L L
E
T
E钢 轨 钢 的 弹 性 模 量
E 2.11011 N / m2 2.1107 N / cm2
T Ts - T
Ts-钢轨锁定轨温，又称零应力轨温（℃） T-钢轨计算温度（℃）；高温时，取当地气温加
maxPt2=248max△T2F=248×47.9×77.45＝
900.5kN
（1）计算模型的建立
无缝线路轨道出现的原始弯曲大多数是单波形的。轨道原始不平顺的总长度 以l0表示，随着钢轨轴向压力的增长，其中l长度范围内将发生新的横向位移 增量，并以虚线表示，其位移变形矢度为f，与之对应的原始弯曲矢度为f0， 线路曲率半径R所对应的矢度是fr。根据力学分析原理可取出l长度范围的一 段轨道作为脱离体，分析无缝线路轨道稳定性，于是得到力学计算模型，并 建立下列基本假定：
无缝线路铺设施工方法及施工工艺流程
无缝线路施工方法及工艺流程一、概述无缝线路既是轨道结构技术进步的重要标志，也是高速、重载轨道结构的最优选择，它以无可争议的优越性为各国铁路所认可。
实践证明，造成接头病害的主要原因，有以下几个方面：1．接头处一对夹板的竖向刚度EI y，仅为钢轨竖向刚度的30%左右。
2．在车轮前滚动接近轨缝的瞬间，两轨端上下相对错动形成台阶，距有关部门检测，一般线路上台阶高差为0.02cm，当车轮与其碰撞时，轨道发生强迫振动，这种振动对轨道有较大的破坏作用。
3．接头处的产生附加冲击作用。
4.钢轨轧制和材质缺陷对接头的影响。
上述原因对轨道（接头）产生的主要病害：1．在捣固不良或翻浆冒泥地段出现低接头。
2．钢轨端部出现鞍型磨损。
3．钢轨坡损，轨头表面金属碎裂、剥离、掉块、螺栓孔裂纹，甚至钢轨折断。
4．混凝土枕损坏、破裂。
5.夹板产生永久性变形，造成硬弯甚至使夹板裂纹、折断。
6.道床溜坍、板结、翻浆冒泥。
线路接头病害的各影响因素，互为因果，恶性循环，促使钢轨接头处永久变形发展，进一步使竖向位移和冲击力加大。
同时使机车车辆的振动加剧，噪声增大，舒适度降低，消耗更多的动力，加速线路和机车车辆的破坏，导致设备使用寿命缩短，修理费用增大。
综上所述，线路的钢轨接头不仅对线路设备、机车和车辆的使用寿命、旅客的舒适度、能源的消耗有一定的不良影响，而且还直接威胁着铁路行车安全。
因此对钢轨接头的功能应有两个基本要求：一是温度变化时钢轨能伸缩；二是接头构造要坚固稳定。
这两个要求对普通线路来说是相互矛盾的，保了伸缩就保不了稳定，否则在构造上增加难度。
冻结接头线路虽然能解决钢轨接头的稳固问题，但平顺性的改善有限。
因此只有将钢轨焊接起来的无缝线路，才能彻底解决钢轨接头的稳固与平顺性问题。
无缝线路又叫焊接长钢轨轨道，按照承受应力情况分为：⑴温度应力式；⑵定期调整温度应力式；⑶自动放散温度应力式。
我国是普遍采用的是“温度应力式”。
无缝线路从轨道结构形式分为：普通无缝线路、区间无缝线路和跨区间无缝线路。
高速铁路轨道结构理论研究进展
高速铁路轨道结构理论研究进展摘要：经济的发展，城镇化进程的加快，促进铁路建设项目的增多。
在高速铁路蓬勃发展的环境下，如何科学高效地维护我国规模庞大的运营线路，实现高速铁路在全生命周期内的稳定、安全运营，是目前我国高速铁路面临的一个至关重要且亟待解决的问题，而探明高速铁路轨道结构在长期运营过程中动态性能演变及服役安全控制机制则是解决这一问题的关键。
安全是铁路运输永恒的主题，更是高速铁路的核心要求。
本文就高速铁路轨道结构理论展开探讨。
关键词：高速铁路；无砟轨道；道岔；无缝线路引言近年来，随着高铁的快速发展，投入运营的高铁线路越来越多，由于200～250km/h的高铁线路多以有砟轨道为主，因此重视研究、探索解决有砟轨道病害特别是长波不平顺病害在维护中存在的运用管理薄弱、作业精度不高、生产组织不合理、作业质量跟踪监控不严等问题，对于提高有砟轨道养修管理水平，确保高铁设备运营安全，具有重要意义。
1高速铁路轨道结构研究现状分析自1964年世界首条高速铁路在日本东海道新干线开通以来，高速铁路技术已历经了五十多年的发展，但其运营安全问题仍未得到全面彻底的解决，危及高速列车运行安全的故障和事故在德国、韩国、日本等地仍时有发生。
出现此类问题的原因，除了对车辆结构关键工程材料失效机理、高速列车脱轨机制等问题认识不足之外，未系统研究作为固定设备之一的高速铁路轨道结构服役性能的时空演变机制，未深入了解高速铁路轨道结构初始损伤演变、动态性能劣化、特殊条件下状态突变对行车安全的影响，以及对高速铁路运营安全保障和长效服役能力关键支撑理论的研究和认识不足，也是极其重要原因。
国内外相关研究成果表明，在动荷载和环境因素耦合循环作用下，高速铁路轨道结构在长期服役过程中，其各项构成材料(如水泥乳化沥青砂浆、混凝土等)的微观结构会发生变化，从而导致关键部件出现伤损甚至失效(如轨道板裂纹、水泥乳化沥青砂浆劣化、扣件折断、钢轨波磨等)，而轨道结构与关键部件材料初始损伤的动态演化，轨道结构与关键部件的持续劣化以及特殊条件下结构局部状态的瞬时突变等，势必会引起轨道服役状态与结构动态性能的持续劣化，导致轨道结构与高速车辆系统不匹配，从而加剧高速铁路线路服役状态的恶化，耐久性和经济性的明显降低，同时影响行车品质，甚至留下安全隐患，危及高速列车运行安全。
什么是无缝线路？无缝线路简介
什么是无缝线路？无缝线路简介本文介绍的是有关无缝线路的内容，她将告诉你：什么是无缝线路、无缝线路是什么意思、什么叫无缝线路、无缝线路简介，相信对您会有一定的帮助。
无缝线路（continuous welded rail）用焊接长轨条铺设旳轨道，因为长轨条没有轨缝而得名。
基本介绍无缝线路（continuous welded rail）用焊接长轨条铺设旳轨道，因为长轨条没有轨缝而得名。
无缝线路类型无缝线路分温度应力式及放散温度应力式两种。
目前世界各国绝大多数均采用温度应力式无缝线路。
特点将每根12.5m或25m长旳钢轨联结成轨道，很显然每隔12.5m 或25m就会有─个接头。
接头之间还有─道轨缝，大约为6mm。
留轨缝旳道理很简单，是为了防止钢轨在热胀冷缩时产生旳温度力。
不要小看这个温度力，但钢轨温度每改变1℃，每根钢轨就会承受1.645吨旳压力或拉力。
轨温变化幅度为50℃时，─根钢轨则要承受高达82.25吨旳压力或拉力。
如此巨大旳力足以将钢轨顶得歪七八扭，造成轨道不平顺，影响列车快速安全运行。
轨缝使热胀旳问题解决了，但是另─个问题又出现了：这道不起眼旳轨缝不但使列车在运行时产生令人讨厌旳“咔哒咔哒”声，更重要旳是造成车轮与钢轨旳撞击，对二者尤其是车轮旳损害相当大，缩短了车轮旳使用寿命。
为了解决这个问题，視A谝低夂芏嗳硕荚诙越睢Ｌ乇鹗悄切┤刃臅A普通乘客，纷纷献计献策。
铁路相关部门，比如《铁道知识》杂志收到读者大量旳改进轨道接头旳建议和设计。
但是这些建议和设计尽管千变万化，接头依然存在，最好旳办法是干脆消灭接头，这就是我们要说旳“无缝线路”。
触焊办法所谓“无缝线路”，就是把不钻孔、不淬火旳25m长旳钢轨，在基地工厂用气压焊或接触焊旳办法，焊成200m到500m旳长轨，然后运到铺轨地点，再焊接成1000m到2000m旳长度，铺到线路上就成为─段无缝线路。
如果没有加工、运输、施工上旳困难，从理论上讲，“无缝线路”可以无限长。
轨道结构力学分析
第一节 概述
轨道结构力学分析：
应用力学的基本原理，在轮轨相互作用理 论的指导下，用各种计算模型来分析轨道及 其各个部件在机车车辆荷载作用下产生应力、 变形及其他动力响应。
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1
轨道结构力学分析目的： （1）确定机车车辆作用于轨道上的力； （2）在一定运行条件下，确定轨道结构的承载能
,C
R
bl 2
y0
, y0
yp
关系1：
kD a
关系2： D Cbl
2
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q ky
24
（3）计算公式推导
钢轨在集中荷载作用下发生挠曲变形
弹性曲线方程为 y yx
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由材料力学可知：
钢轨各截面的转角、弯矩M，剪力Q和
基础反力强度q分别为
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dy
2、产生原因
导向力——最主要的原因 蛇行力 曲线上未被平衡的离心力 轨道方向不平顺
图6-1 轮轨之间作用力
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三、纵向水平力
爬行力——钢轨在动载作用下波浪形挠曲 坡道上列车重力的纵向分力 制动力——9.8Mpa 温度力 摩擦力纵向分力
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第三节 轨道结构竖向受力分析及计算方法
a1
L
S1 2
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其他参数：
e 道床支承长度； b 轨枕底宽（ mm）； Rd 钢轨动压力（ N）。
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反映轨道基础弹性的参数
了解基础弹性的特点
道床系数
C
钢轨支点刚度系数 D
钢轨基础弹性系数 k
轨道结构理论与轨道力学(高速道岔)
法国和德国高速道岔的尖轨均采用整根AT轨加工 制造，日本38号道岔的尖轨采用中间焊接的方法，与 我国秦沈客运转线38号相同。
国家 型号 中国 60D40 法国 60D 德国 Zul-60 日本 80S
材质和强度
980MPa U75V
/
900A
1100MPa
800MPa
淬火
/
淬火
按用户需要
牵引点 ①不采用钢岔枕 捣固方式 ②捣固困难
①不采用钢岔枕， ①采用钢岔枕 连杆在枕上 ②捣固容易 ②捣固容易
①第一牵引点2～ 4mm②安装调 试第1点 ≤0.5其余点 ≤1mm
①第一牵引点4mm 密贴检查 ②安装调试第 标准 1点≤0.5其余 点≤1mm
同中国
①第一牵引 点4mm
高速道岔普遍采用的多机多点牵引
岔枕的设计与制造与钢轨件同等重要。 岔枕与道床、垫板及各种联结零件的组装为 轨道提供合理的弹性，也影响工务及电务系统 正常工作状态。 道岔监控系统及融雪设备。 是工务及电务系统正常工作和高速列车安全 运行的可靠保证，还是指导养护维修的依据。 道岔应结构与区间轨道配套。 道岔轨道刚度、养护维修周期、道岔前后过 渡段的处理措施、道岔零部件的使用寿命设计 等，均应与区间轨道配套。
2.道岔区轨道刚度设置
德国
速度小于160km/h时，仅轨下胶垫提供弹性；当速度 160≤V＜220km/h时，刚度30kN/mm；当V≥220km/h时， 刚度为17.5kN/mm，采用弹性基板提供弹性。 以钢轨底部应力不超过75MPa作为道岔区轨道刚度的 取值，在23t轴重作用下，静刚度为17.5kN/mm。 动态刚度值约为静态刚度值的1.2~1.3倍。 道岔前后设置弹性过渡段，级差2~6级，在0.5秒内过 渡完毕。
铁路轨道无缝线路
案例二：某重载铁路无缝线路改造工程实例
改造背景
01
针对既有重载铁路线路的老化、磨损等问题，进行无缝线路改
造以提高运输效率和安全性。
技术挑战
02
克服重载铁路轨道变形大、维护困难等技术难题，采用高强度
扣件、优化轨道结构等措施提高轨道稳定性。
实施效果
03
通过改造工程，显著提高了重载铁路的运输能力和安全性，减
无缝线路的施工技术和施工质量控制；
研究内容：本文将从以下几个方面对铁路轨道无缝线路 进行研究 无缝线路的设计理论和设计方法；
无缝线路的养护方法和养护标准。
02
铁路轨道无缝线路概述
定义与分类
定义
铁路轨道无缝线路是指将多根钢轨焊 接成一根长钢轨，铺设在铁路线路上 ，以消除或减少轨道接头，提高列车 运行平稳性和安全性的轨道结构。
在施工区域设置明显的安全警示 标志和防护设施，如安全网、安 全带等，防止意外事故发生。
应急预案
制定针对可能出现的紧急情况的 应急预案，如火灾、触电等，确 保在紧急情况下能够迅速采取有 效措施进行处置。
05
铁路轨道无缝线路运营维 护管理
运营维护管理原则和目标
安全第一
确保无缝线路的安全性和稳定性，防止发生 安全事故。
THANKS
感谢观看
铁路轨道无缝线路
目录
• 引言 • 铁路轨道无缝线路概述 • 铁路轨道无缝线路设计原理 • 铁路轨道无缝线路施工技术
目录
• 铁路轨道无缝线路运营维护管理 • 铁路轨道无缝线路案例分析 • 结论与展望
01
引言
背景与意义
铁路运输的重要性
铁路运输作为一种主要的陆上交通方式，具有运量大、成本 低、节能环保等优点，在国民经济和社会发展中占据重要地 位。
无缝线路设计及计算
轨道工程课程设计——设计锁定轨温及预留轨缝设计班级：土木 1112时间： 2013年12月组员：张钊一、课程设计任务、目的和意义无缝线路(continuous welded rail)是由多根标准长度的的钢轨焊接成不一定长度的长钢轨线路。
在普通线路上，钢轨接头是轨道的薄弱环节之一，由于接缝的存在，列车通过时发生冲击和振动,并伴随有打击噪声，冲击力可达到非接头区的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、线路状况恶化、钢轨及连接零件的使用寿命缩短、维修费用增加。
由此可见，铺设无缝线路能够使得一条线路上的接头数量锐减，消除了由于接头带来的冲击磨耗，改善了列车运行时的平稳性和舒适性，减少了养护维修工作量，增强了线路的经济性。
无缝线路按照温度应力放散的方式分为温度应力式和放散温度应力式。
理论上无缝线路可以无限长，但是温度应力并没有消失，这就需要进行无缝线路的设计，控制温度应力对轨道的影响，使其不超过钢轨的应力设计值，保证钢轨的稳定性。
本次课程设计的目的是使学生更深入地掌握《轨道工程》的基本理论（尤其是强度计算和温度力计算理论）和设计方法。
任务是根据线路、运营、气候条件及轨道类型等因素进行轨道强度、稳定性等检算，并确定设计锁定轨温。
二、设计理论依据1、轨道结构的静力分析：轨道结构的经理分析主要以材料力学、结构力学、有限元法分析理论以及微分方程方法等位理论基础，建立轨道结构模型进行分析计算。
（1）计算模型采用连续弹性基础梁模型如图所示，它将轨枕对钢轨的支承视为连续支承。
该模型的计算参数有钢轨抗弯刚度EI 、道床系数C、钢轨支座刚度D、钢轨基础弹性模量u 、刚比系数k。
（2）单个静轮载作用下的方程及解y max=Pk 2uM max=P 4kR max=Pkα2（3）轮群荷载作用下的方程及解y0=k2u ∑P0i e−kx i(cosk2i=1x i+sinkx i)M0=14k ∑P0i e−kx i(cosk2i=1x i−sinkx i)R0=ak2∑P i e−kx i(coskni=1x i+sinkx i)2、轨道动力响应的准静态计算将轨道的静荷载乘以动力增量系数（包括速度系数、横向水平力系数、偏载系数）以表征轨道在动荷载作用下的振动放大效应。
城市轨道交通中为什么要使用无缝线路？无缝线路的稳定性跟哪些因素有关？
城市轨道交通中为什么要使用无缝线路？
无缝线路的优点是接头比普通线路大大减少，不仅节省了大量的接头零件和线路维修工作量，而且减少列车的接缝震动，运行平稳，降低噪声。
另一方面，由于减少了在接头处的振动，又能延长线路设备和机车车辆的使用年限。
因此，是现代铁道发展的方向。
无缝线路的稳定性跟哪些因素有关？
无缝线路的稳定问题是一个力学平衡问题。
平衡因素以温度压力和轨道原始弯曲为一方，轨道框架刚度和道床横向阻力为另一方。
前者为破坏稳定的因素，后者为保持稳定的因素,无缝线路的稳定与否,就是双方消长变化的结果。
保证无缝线路稳定的基本要求在于尽可能地增加其保持稳定的因素，减少其破坏稳定的因素。
主要措施有：提高无缝线路的轨道框架刚度，即采用重型钢轨、混凝土轨枕及强力扣件；提高道床横向阻力；保持线路方向良好；消灭钢轨硬弯，力求焊缝平直；保证路基无翻浆下沉等病害。
用长轨铺设的铁路线路。
通常使用的标准钢轨长度为12.5米和25米两种。
把10。
高速铁路长大桥梁无砟轨道无缝线路设计理论及方法研究
一、无砟轨道的介绍和应用
无砟轨道是一种不依赖道砟提供承载能力的轨道结构，主要由轨道板、混凝土 底座、凸形挡台等组成。与有砟轨道相比，无砟轨道具有结构连续性好、线路 稳定性高、使用寿命长等优点。在高速铁路长大桥梁中，无砟轨道可以实现更 高的列车速度，提供更舒适的乘坐体验，同时降低线路维护成本。
二、高速铁路长大桥梁的需求和 特点
五、回归主题道无缝线路的设计理论及方法进行了详细 研究。首先介绍了无砟轨道的优点及其在高速铁路长大桥梁中的应用，接着分 析了长大桥梁的需求和特点，阐述了无缝线路设计的原则和方法，最后通过案 例分析和比较，展示了该设计的优势和可靠性。
本次演示的研究表明，高速铁路长大桥梁无砟轨道无缝线路设计是实现高速、 平稳、安全行车的重要保障。无砟轨道和无缝线路的联合应用能够显著提高长 大桥梁的行车性能和维护效率。未来的研究可以进一步探索长大桥梁无砟轨道 无缝线路设计的优化方法和维护技术，为我国高速铁路的持续发展提供更加坚 实的支撑。
高速铁路无砟轨道监测技术是指利用各种传感器和监测设备对高速铁路无砟轨 道进行实时监测，以获取轨道几何尺寸、道砟状况、车辆运行状态等数据，为 列车的安全运行提供可靠的保障。无砟轨道监测技术具有高精度、高速度、高 可靠性等特点，能够有效提高列车的运行效率和乘坐舒适度。
高速铁路无砟轨道监测技术的工作原理是利用各种传感器和监测设备对轨道进 行实时监测，包括轨道几何尺寸、道砟状况、车辆运行状态等数据。其中，轨 道几何尺寸监测主要是监测轨道的平直度、高低差、轨距等参数，道砟状况监 测主要是监测道砟的分布、道砟颗粒的大小和形状等参数，车辆运行状态监测 主要是监测列车的速度、加速度、轮重等参数。这些数据通过数据处理中心进 行分析和处理，为列车的安全运行提供可靠的保障。
无缝线路的设计
表1
无缝线路的设计
本部分讲述的无缝线路设计为一般路基上的普 通无缝线路和超长无缝线路的设计。特定条件下 的无缝线路，如桥上无缝线路和无缝道岔在后面 单独讲述。
无缝线路的设计主要分以下八个部分： 1、轨道强度计算； 2、轨道稳定性计算； 3、无缝线路钢轨断缝检算； 4、设计锁定轨温； 5、无缝线路结构设计； 6、位移观测桩布置； 7、伸缩区、缓冲区预留轨缝设置； 8、端头车站无缝线路的锚定要求。
1、轨道强度计算
• 要求作用在钢轨上的应力总和不得超过钢轨的 屈服容许应力。
• 即： 动 t 附 [ ]
动——钢轨动弯应力； —t —钢轨温度应力； 附——钢轨附加应力，如伸缩应力、挠曲应力及
制动应力； [ ]——钢轨容许应力，等于屈服强度除以安全系
数K。
• 补充说明： • 钢轨强度检算时，假设钢轨为连续弹性基础上的等截面无限长梁，梁
• 设计锁定轨温计算如下：
• 设计锁定轨温范围宜为10℃，困难情况下不应小于6℃。
• 无缝线路相邻单元轨节之间的锁定轨温之差不应大于 5℃，同一区间内单元轨节的最高与最低锁定轨温之 差不应大于10℃；左右股钢轨锁定轨温之差不应大于 3℃。
5、无缝线路结构设计
6、位移观测桩布置
• 为了掌握运营中无缝线路钢轨是否发生了不正常位移， 判断无缝线路在长期养护维修中是否锁定牢固，以及在 各种施工作业中是否改变了原锁定轨温，应定期对无缝 线路钢轨进行位移观测。通过对位移观测数据的分析， 判定无缝线路的锁定状态，如发现有不正常位移，应及 时采取措施予以整治。
的下沉和基础反力成线性关系；或假设钢轨为弹性点支座上的等截面 连续长梁，支座的下沉与其反力之间成线性关系。
3第四讲_无缝线路
式中
P拉——扣件螺栓所受拉力，与螺帽扭矩有关； a、b——扣板着力点只螺栓中心的距离。
b P拉 扣件摩阻力：F 2( 1 2 ) ab
3 道床纵向阻力
是指道床抵抗轨道框架纵向位移的阻力。一般以每根轨 枕的阻力R，或每延长厘米阻力r表示。它是抵抗钢轨伸缩， 防止线路不均匀爬行的重要参数。 道床纵向阻力受道碴材质、颗粒大小、道床断面、捣固 质量、脏污程度、轨道框架重量等因素的影响。只要钢轨与 轨枕间的扣件阻力大于道床抵抗轨枕纵向位移的阻力，则无 缝线路长钢轨的温度应力和温度应变的纵向分布规律将完全 由接头阻力和道床纵向阻力确定。 道床纵向阻力，是由轨枕与道床之间的摩阻力和枕木盒 内道碴抗推力组成。 另外，线路的养护维修作业在一定程度上破坏了道床原 状，使道床纵向阻力降低，需要通过一定时间的列车碾压后 ，才能恢复到原有的阻力值。
① 道床横向阻力
道床抵抗轨道框架横 向位移的阻力称道床横向 阻力，它是防止无缝线路 胀轨跑道，保证线路稳定 的主要因素。
稳定轨道框架的力， 65%由道床提供。
道床横向阻力是由轨 枕两侧及底部与道碴接触 面之间的摩阻力，和枕端 的碴肩阻止横移的抗力组 成。
道床横向阻力与位移关系曲线
② 轨道框架刚度
轨道框架刚度是反映其自身抵抗弯曲能力的参数。 轨道框架刚度愈大，弯曲变形愈小，所以是保持轨道 稳定的因素。
P R 2 cos P 2 sin( )
＝＋
θ
N
α
2 扣件阻力
中间扣件和防爬设备抵抗钢轨沿轨枕面纵向位移的阻 力，称扣件阻力。为了防止钢轨爬行，要求扣件阻力必须 大于道床纵向阻力。 扣件阻力是由钢轨与轨枕板面之间的摩擦力和扣压件 与轨底扣着面之间的摩阻力所组成。摩阻力的大小取决于 扣件扣压力和摩擦系数的大小。一组扣件的阻力F为：
轨道结构理论与轨道力学(传力特性)
0.1 0.2H1 0.8 0.9H1 s
EJ H ( EJ / 6)
H1
k pH (10 100k p )
ksH (ks / 10)
3.轮轨横向力在轨枕上的分配与传递
H1设计取值
螺栓抗拨力 80 100kN (1.5 2.0)H1
P
一般为50kN
扣件横向刚度 105 106 kN / mm (0.8 0.9)H1 (0.1 0.2)H1 胶垫剪切刚度 103 kN / mm
(2)路基压实密度与容许应力 我国 90-95%,98% 0.13MPa 前苏联 98% 0.0785MPa 德国 103% 0.06-0.08MPa
(3)路基施工标准偏低及容许 应力过高是既有线路基产生 大量病害的根本原因。
(1)路基面名义压应力0.1-0.2MPa，路基 面道碴颗粒平均接触应力590-800MPa。
k sx
8.8 9.8) [ f1 (0.25) f 2 (0.65)] 9kN
扣件纵向有荷阻力
枕上压力 钢轨与胶垫的摩擦系数３倍无荷阻力， 但计算中通常取２倍无 荷阻力
3.道床纵向阻力
道床纵向无荷阻力
枕底纵向摩擦力 (50%) 道碴盒石碴反力 (50%) 10 15kN / 枕
1.轮载及动轮载
(2)轮轨非正常接触
接触应力 2500,70007500MPa
(3)弹性极限 3.1 s , 安定极限4.0 s
(1)轮轨踏面正常椭圆接触斑
2.轮轨接触应力
2a=14mm
2b=10mm
正常接触应力110-1500MPa
P
0 .2 0 .3 P
EJ 0 .4 0 .6 P
铁路无缝线路知识大全
铁路无缝线路知识大全一、内容概要无缝线路基本概念：介绍了铁路无缝线路的定义、发展历程、主要特点及其在现代铁路交通中的重要作用。
无缝线路结构设计：详细阐述了无缝线路的结构设计原理，包括轨道结构、扣件系统、跨区间无缝线路设计等。
无缝线路施工与养护：介绍了无缝线路的施工流程、施工方法以及施工中的注意事项，同时阐述了无缝线路的养护标准、检测方法以及维修策略。
无缝线路应力管理：讲解了无缝线路应力分布、计算及调整方法，以及应力对线路性能的影响。
无缝线路的力学行为：分析了无缝线路在运营过程中的力学行为，包括轨道几何形变、钢轨疲劳、温度应力等。
无缝线路的材料与设备：介绍了无缝线路所使用的材料，如钢轨、扣件、轨道板等，以及相关的设备，如焊接设备、检测设备等。
无缝线路的未来发展：展望了铁路无缝线路的未来发展趋势，包括新技术、新材料的应用以及智能化、自动化等方面的进步。
本书内容全面、系统，既适合从事铁路无缝线路设计、施工、养护的工程技术人员阅读，也适合作为高等院校相关专业的教材，供师生参考学习。
1. 铁路无缝线路的概念及发展历程铁路无缝线路，也被称为无砟轨道或连续焊接钢轨线路，是现代化铁路建设的重要发展方向。
它是通过将若干段钢轨进行焊接，形成一条连续、无缝的轨道，从而大大提高铁路的运行效率和安全性。
这种线路的主要特点是钢轨之间无缝隙，减少了列车行驶时的接缝冲击，提供了更为平稳、高速的行车环境。
铁路无缝线路的发展历史可以追溯到19世纪末期。
早期的铁路线路由于钢轨长度的限制和连接技术的落后，存在着大量的接缝，这不仅影响了列车的运行速度，也增加了运营维护的难度。
随着工业技术的进步，钢轨制造和焊接技术得到了飞速的发展，为铁路无缝线路的建设提供了技术支撑。
20世纪XX年代起，随着高强度钢轨的出现和焊接技术的成熟，无缝线路开始得到广泛应用。
最初的无缝线路主要在短距离、高密度的城市地铁或轻轨中出现，随着技术的发展和工程实践的不断积累，无缝线路逐渐应用到更长距离、更高速度的干线铁路中。
铁路轨道结构重点知识
● 1.轨道结构自上而下由钢轨，轨枕，碎石道床或混凝土整体道床等力学性能不同的材料组成，钢轨之间用接头联结零件联结或焊接，钢轨和轨枕用扣件联结，在站场还有用于列车转换轨道的道岔。
轨道的结构特点是组合性散体性● 2.运营条件用行车速度，轴重和运量三个参数●钢轨作用：为车轮提供连续，平顺和阻力最小的滚动表面，引导列车运行；直接承受车轮巨大压力，并分布传递到轨枕；在电气化铁路或自动闭塞区段，兼作轨道电路（需要有足够强度和耐磨性，较高抗疲劳强度和冲击韧性，一定弹性，足够光滑顶面，良好可焊性，高速铁路钢轨的高平直度）● 3.钢轨类型：75，60，50，43kg/m，我国钢轨标准长度有25和12.5m，长定尺钢轨长度有50和100m● 4.钢轨“工”字形，由轨头，轨腰，轨底组成● 5.钢轨机械联接形式按相对于轨枕位置：悬空式，承垫式。
按两股钢轨接头相对位置：相对式，相错式。
我国一般采用相对悬空式。
● 6.预留轨缝条件：（1）当轨温达到当地最高轨温时，轨缝应大于等于0，使轨端不受挤压力，以防温度压力太大而胀轨跑道。
（2）当轨温达到当地最低轨温时，轨缝应小于或等于构造轨缝，使接头螺栓不受剪力，以防止接头螺栓拉弯或拉断。
●7.轨枕：横向轨枕，纵向轨枕，短枕（按构造和铺设方法分）一般区间的普通轨枕，用于道岔上的岔枕，用于无砟桥梁上的桥枕（按使用目的）木枕，混凝土枕，钢枕（按材质）混凝土枕有I,II,III型●8.扣件：足够扣压力，适当弹性，一定的轨距和水平调整量●9.扣件功用：长期有效的保持钢轨与轨枕的可靠联结，阻止钢轨相对于轨枕移动，并能在动力作用下充分发挥其缓冲减振性能，延缓轨道残余变形积累●10.道床：轨枕的基础，用于固定轨枕位置，防止轨枕纵、横向位移并把所承受的压力分布传递给路基或桥隧建筑物，同时起到排水作用●11.道床功能：（1）承受来自轨枕压力并均匀的传递到路基面（2）提供轨道的纵、横向阻力，保持轨道的稳定（3）提供轨道弹性，减缓和吸收轮轨的冲击和振动（4）提供良好的排水性能，以提高路基的承载能力，减少基床病害（5）便于轨道养护维修作业，校正线路的平纵断面●12.无咋轨道是指采用混凝土，沥青混合料等整体基础取代散粒碎石道床的轨道结构：其轨枕本身由混凝土浇灌而成，而路基也不用碎石，钢轨，轨枕直接铺设在混凝土路基上●13.CRTS 1型板式无砟轨道啊：由60kg/m钢轨，WJ-2型扣件，预制轨道板，CA砂浆层，钢筋混凝土底座组成，底座采用C40钢筋混凝土，凸型挡台，现浇道床●14.CRTSII型板式无咋轨道（1）轨道板下填充层-CA砂浆层（2）极限位方式-凸形挡台（3）板间纵连方式-不纵连●15.CRTSIII型板式轨道（1）板下U形筋（2）自密实混凝土（3）底座凹槽的限位方式●16.CRTSI型双块式无咋轨道，现浇道床●17.CRTSII型双块式无咋轨道：埋入式无咋轨道，区别于I型采用的施工工艺是先浇筑道床板混凝土，然后通过振动法将轨枕压入到混凝土中，直至达到精确的位置并适应ZPW-2000轨道铁路●18.轨道的几何形位包括：轨距，水平，轨向，高低，轨底坡●19.轨距：钢轨顶面下16mm处两股钢轨头部作用边之间的最小距离●20.游间：当轮对的一个车轮轮缘紧贴一股钢轨作用边时，另一个车轮轮缘与另一股钢轨作用边之间便形成一定的间隙，称为…●游间：对列车平稳性和轨道平稳性有重要影响，如果游间太小，就会增加行车阻力和钢轨及车轮的磨损，甚至可能卡住车轮、挤翻钢轨或导致爬轨，危及行车安全；如果游间过大，车辆运行时蛇行运动幅度越大，横向加速度越大，作用于钢轨上横向力越大，动能损失越大，轮轨间撞击越大，加剧轮轨磨耗和轨道变形，严重时引起脱轨和行车安全●21.水平指的是线路左右两股钢轨顶面的相对高差，一般用道尺测量●22.钢轨水平误差危害：（1）水平差，在一段相当长的距离内，一股钢轨的轨顶水平，较另一股始终高（2）三角坑，一段不太长的距离内，先是左股钢轨高，后是右股钢轨高（或相反）两最大水平误差点之间距离不足18m，对行车安全危害大，延长不足18m距离内出现水平差超过4mm的三角坑，就会出现车轮不能全部正常压紧钢轨的情况，甚至爬上钢轨，引起脱轨事故。
无缝线路
无缝线路设计中， 采用轨枕位移为2mm时 相应的道床纵向阻力值。
道床纵向阻力与位移之间的关系
6、钢轨温度力与锁定轨温
无缝线路的特点是轨条长，当轨温变化时，钢轨要
发生伸缩，但由于有约束作用，不能自由伸缩，在钢轨
内部要产生很大的轴向温度力。为保证无缝线路的强度
和稳定，需要了解长轨条内温度力及其变化规律。为此
6、温度力图面积与钢轨伸缩量
1）温度力图面积与被约束伸缩量 任何温度力图都是对应于一定的Δt。现在任取
一段钢轨的温度力图进行分析，如图所示。此处温 度力图为曲线，代表了道床纵向阻力梯度取为变量 的更一般的情况。
由于受有纵向力，则该 段钢轨L必存在有受到约束 的，或说未能实现的伸缩量 ΔLr 。
而对于单位长度的钢轨来说，必然存在相应的受到约
则温度应力为：
t 2 .1 15 0 1 .8 1 1 6 0 t 2 .5 t（0 MPa）
一根钢轨所受的温度力 P t 为：
P t tF 2 .5 0 tF
式中 F——钢轨断面积(mm2)。
即为无缝线路温度应力和温度力计算的基本公式。 由此可得知：
1．在两端固定的钢轨中所产生的温度力，仅与轨 温变化幅度有关，而与钢轨本身长度无关。因此，从理 论上讲，钢轨可焊成任意长，且对轨内温度力没有影响。 控制温度力大小的关键是如何控制轨温化幅度。
束而未能实现的应变εt(x)。对于长度为dx的钢轨，其受约束 的伸缩量应为εt(x) dx，因此，该L段钢轨被约束的总伸缩量 为：
L 0Lt (x)dx
t(x)tE(x)PE t(xF)
文字表述： L段钢轨被约束
L0Lt(x)d xE 1F 0LP t(x)dx的钢伸轨缩温量度等力于图该面段积
无缝线路发展
无缝线路发展无缝线路（continuous welded rail）用焊接长轨条铺设的轨道，因为长轨条没有轨缝而得名。
西方国家叫做焊接长钢轨轨道。
无缝线路发展概况l915年，欧洲在有轨电车轨道上开始使用焊接长钢轨，焊接轨条长度约为100～200 m。
20世纪30 年代，世界各国开始在铁路上进行铺设试验。
到了50~60年代，由于焊接技术的发展，无缝线路得到推广应用和迅速发展。
例如，德国于1926 年在普通线路上铺设轨条长120 m的焊接轨道，1935年正式铺设1 km长的无缝线路，1945年把无缝线路约29000km，1974年底达到53 000km，至今已达76000km，约占营业线路的80%，它是无缝线路发展最早和最快的国家。
前苏联于1935年于加里宁铁路的莫斯科近郊车站线路上铺设第一根长约600m的焊接轨条轨道，到1961年已铺设无缝线路约1500km，至今已有无缝线路50 000 km。
前苏联大部分地区轨温变化幅度较大，最高达1150C，所以，前苏联的铁路有一部分铺设季节性放散应力式无缝线路。
美国于1930年在隧道内开始铺设无缝线路，从1955年开始进行大量的铺设，1970年以后每年以8000k m以上的速度增长，至今已有无缝线路120000km，是世界铺设无缝线路最多的国家。
法国也是铺设无缝线路较早、发展较快的国家，于1 948～1949年间进行了大量的铺设试验后即推广应用，到1970年有无缝线路约12900km,并以每年约660km的速度发展，至今有无缝线路20500km，占营业线路的59.06%。
日本于20世纪50年代开始铺设无缝线路，60年代在东海道新干线高速铁路采用一次性铺设方法，长轨两端联接伸缩调节器可以伸缩。
中国于1957年开始在京沪两地各铺设1km无缝线路，1961年底全国共铺设无缝线路约150km，60~ 70年代开始对在线路特殊（桥梁、楼道、小半经曲线、大坡道等）铺设无缝线路进行了理论和试验研究，并取得了成功，为在线路上连续铺设无缝线路创造了条件。
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一、跨区间无缝线路的结构与优点
１.取消了缓冲区，固定区可无限延长 轨条穿越桥隧，跨过车站，完全消除了钢轨接头和由 短轨组成的缓冲区，固定区可无限延长。
2.采用重型轨道结构 为保证快速重载线路的正常运营，跨区间无缝线
路须采用重型轨道结构，以提高无缝线路的强度和稳 定性。
1900 100 定点弯曲疲劳试验 50-
2×106
330
75 980
10
2200 100 定点弯曲疲劳试验 50-
2×106
430
潮湿 1000
无螺栓 检验
2×106
（2）与其他国家的比较
国 钢轨 绝 别 类型 缘
电 阻 (M Ω)
中 60kg 10 /m
美 132R 10 E
日 50N ， 10 60K
100g 20g 9g 1g 2g
缩醛胶。聚乙烯缩醛的简称。 配方：E-44环氧树脂 聚乙烯醇缩甲醛 聚乙烯醇缩丁醛 双氰双胺
聚砜胶。 配方：E-51环氧树脂
聚砜 二甲基甲酰胺 双氰双胺
100g 35g 35g 10g
100g 20g 25g 11g
3.增强玻璃纤维布与绝缘层厚度 环氧胶粘剂中采用玻璃纤维布增强，可使树脂体 的弹性模量提高到20~30Gpa，与金属弹性模量相近。 在通常情况下，胶接强度随着胶层厚度的减少而 提高。但是胶层愈薄，钢轨同夹板绝缘可靠性愈差。 钢轨侧面胶层厚度宜为1.5~2mm。 钢轨端部胶层厚度宜采用4~6mm。
在轨腹两侧粘贴夹板，接头仍有螺栓联结，是胶接夹 板、胶接绝缘层和螺栓的复合连接。
2.胶接剂
环氧树脂＋室温或加热固化剂
橡胶类。含有羧基的丁腈橡胶与环氧胶反应后，橡胶 分子链嵌入胶的结构中，得到较高的胶接强度、抗冲 击、抗开裂性能。
E-51环氧树脂 端羧基液体丁腈橡胶 双氰双胺 咪唑 气相法二氧化硅
4.绝缘接头技术性能
（1）我国绝缘接头技术条件
轨 1m 支 绝
轴向
疲劳试验
型
距无螺 栓静载 三点弯
(kN)
缘 电 阻
(MΩ)
承压 最大 压力
(kN)
支点 距离 (cm)
试验方法
荷载 (kN)
试验 次数 (次)
50 550
10
1700 100 定点弯曲疲劳试验 50~
2×106
240
60 760
10
以环氧树脂为主要胶接材料的需加热胶接的绝缘接头 以聚合树脂为主要胶接材料的常温胶接绝缘接头
1.胶接绝缘接头结构
（1）绝缘垫层 接头钢轨的端部与侧面要加垫具有足够强度的绝缘垫 层。 （2）粘接夹板 保留联结螺栓，用胶粘剂把钢轨与夹板胶接在一起。 采用特制的大接触面积的夹板。 （3）胶粘剂与胶接层 胶接层是由胶粘剂和多层玻璃纤维布层积而成。常温 固化胶剂的基料是聚合树脂，加热固化胶粘剂的基料 为环氧树脂。
轨道结构理论与轨道力学
无缝线路
第一节 跨区间无缝线路
两种结构型式：第一种为跨越车站与无缝道岔焊联， 即常说的跨区间无缝线路。第二种为跨越闭塞分区而 不跨越车站的，又称为区间无缝线路。
与普通无缝线路的基本原理一致，设计、施工、养护 理论和方法相同，但有一些新的特点。
1980年代，国外跨区间无缝线路开始大量应用。
俄 P65 10 罗 斯
轴向 承压 最大 压力 (kN) 1900
3000
2300
2500
劳试验
试验方法
荷载 (kN)
定点弯曲疲劳 试验
滚动荷载动程 81cm
除垂直方向施加 荷载外，另加轴 向荷载±300kN
重复荷载频率： 5Hz ， 试 验 后 再 加 大 于 200kN 的 轴向压力
特大桥、不能焊连的岔区等特殊地段，需设置钢轨伸 缩调节器。
6.跨区间无缝线路的优点
（1）提高轨道结构整体性和强度 取消或减少了缓冲区，最大限度地消除了钢轨接头， 推动无缝道岔技术的开发应用，从而全面提高了轨道 的整体结构整体性和强度。
（2）优化行车条件 大量消除了钢轨接头，尤其是道岔无缝化，进一步提 高了列车运行质量。
跨区间无缝线路轨道采用60、75kg/m重轨。
3.采用胶接绝缘接头 为使长轨条跨越闭塞分区，须把绝缘接头胶接起
来，连成一个整体，消除轨缝。
4.采用无缝道岔 长轨条穿越车站时应与无缝道岔焊联，无缝道岔 须满足：
（1）在承受无缝线路温度力和附加力下正常工作。 （2）主要轨件，如尖轨、辙叉、胶接接头等，使用 寿命应达到或接近同类型钢轨的使用寿命。
50~ 330 200
±20 0
100~ 300
试验 次数 (次)
2×106
2×106
2×106
2×106
（3）扣件应全部采用弹性扣件。 （4）利用既有道岔与跨区间无缝线路焊联时，必须 对道岔结构进行改造、加强。
5.长轨节两端结构 跨区间无缝线路可长达几十甚至几百公里，其两端终 结处有三种轨端结构。 （1）锚固式 若站端为尽头线，可把长钢轨两端用钢筋混凝土锚固 在站台内。 （2）缓冲区式 由短轨组成缓冲区，与普通无缝线路相同。放在列车 需要停车或慢行的大站站内。 （3）伸缩调节器 伸缩调节器作为长轨条间的联结部件。
我国1960年代就曾在广深、胶济线试铺长度8km的无 缝线路。
1980~1981年在京山线试铺长度为7.68km和7.64km的 无缝线路，但焊接接头折断数量多，胶接绝缘接头短 期失效。
1993－1994年在京广、京山、大秦线上试铺了4段20 余km的无缝线路，并于1995年10月将高速、重载线 路要优先发展跨区间无缝线路作为技术政策。
（3）改善无缝线路受力及工作性能 轨条间可以直接传递纵向力和位移，伸缩区和
缓冲区的缺点自然消失。（１）温度力峰消失；（２） 轨道稳定性加强；（３）轨道防爬能力加强；（４） 锁定轨温容易保持。
（4）减少养护维修材料和劳力消耗 取消或减少了缓冲区，缓冲区轨料配件伤损和养
护维修投入显著减少。
二、胶接钢轨绝缘接头
欧洲铁路规定除小半径曲线或桥隧建筑物，轨条不得 不断开外，一般区间都焊联成一体，高速铁路上大量 无缝线路贯穿区间，最长无缝线路50km，德国与无 缝线路直接焊联的无缝道岔11万组。
日本青函隧道内铺设了长53.78km的无缝线路。
跨区间无缝线路大多铺设在客运专线上，俄罗斯在货 运为主的铁路上也铺有跨区间无缝线路。