无缝线路轨道安装温度应力控制要点探究

无缝线路轨道安装温度应力控制要点探究

【摘要】随着经济的快速发展，无缝线路轨道也在不断的发展。本文就无缝线路轨道安装温度应力控制要点进行了探究。

【关键词】无缝线路轨道；安装；温度应力

一、前言

当今社会中，铁路交通对人们的出行起着重要的作用。我国虽然在无缝线路轨道安装方面取得了一定的成绩，但依然存在一些问题需要改进。新时期下，加大对无缝线路轨道安装温度应力控制要点的探究，对确保无缝线路轨道的安全很重要。

二、无缝线路的施工概况

1、无缝线路是将标准长度的钢轨焊接成长轨条并铺设到线路上，当环境温度发生变化时，由于轨枕等附属设施的存在，使得焊接长轨条不能进行自由伸缩，钢轨内部会产生巨大的温度应力，同时会破坏轨道结构。

2、我国铁路普通无缝线路每段长轨条长度一般为1500～2000m。跨区间和全区间无缝线路虽不受这一限制，但1次铺入的单元轨节长度也与此相近。长轨条是由工厂焊接完成运卸到现场，再由现场按照设计要求焊成一定长度的单元轨节，并封锁线路进行铺设。以缓冲区与相邻长轨条相连结就是普通无缝线路，跨区间和全区间无缝线路则采用连入法铺设或插入法铺设，使单元轨节依次铺设。无缝线路作业流程如图1所示。

三、无缝线路的温度力

由于无缝线路的结构特点，当轨温变化时，长轨条必然会发生伸缩。但受到轨道结构的接头阻力、扣件阻力和道床纵向阻力的约束作用，长轨条不能够自由伸缩，在钢轨内部必然会产生由温度变化引起的温度力。

一根长度为L可以自由伸缩的钢轨，当轨温变化为Δt时，其伸缩量为:

ΔL=α·L·Δt(1)

α———钢轨线膨胀系数，其值取11．8×10－6/℃；

L———钢轨长度(mm)；

Δt———轨温变化幅度(℃)，是钢轨轨温与实际锁定轨温的差值。

长轨条被扣件完全固定，当轨温变化量为Δt时长轨条不能随轨温的变化而自由伸缩，钢轨内部必然要产生一个温度力Pt。

根据胡可定律，这个由温度变化而引起的应力为:

E———钢的弹性模量，E=2．1×105MPa；

ε———钢的温度应变。

将E、α的数值代入(2)式，则温度应力为:

钢轨所受的温度力Pt为:

F———钢轨断面面积(mm2)。

通过上式的推导可得知在两端固定的钢轨中由轨温变化引起的温度力，仅与轨温变化幅度有关，而与钢轨本身的长度无关。这部分温度力对于同一型号的钢轨都是一样的，也就是各个截面处由轨温变化引起的温度力均相同。

除此之外，钢轨还受到另一种纵向力的作用，这种纵向力与温度的变化无关，是由长轨条自身性质所决定的。在锁定时由于长轨条长度和重量大，在施工过程中很难做到使整个长轨条处于自由伸缩状态，这种情况下必然使得长轨条的纵向力初始值不为零。

四、无缝线路温度应力放散

1、应力放散的基本要求

（1）线路应力放散前应掌握当地轨温变化情况，根据轨温变化规律，合理选定施工时间及计划锁定轨温，单元轨节锁定前应按设计要求设置好位移观测桩；（2）重新设定锁定轨温后，任何一点的实际零应力轨温值，都应落在设计锁定轨温范围内；（3）曲线上内股钢轨的锁定轨温不高于外股的锁定轨温；（4）放散必须进行均匀的检验，确认均匀后才算完成放散任务；（5）原锁定轨温偏低的

长轨条，放散时自然轨温不得高于设计锁定轨温上限；原锁定轨温偏高的长轨条，放散时的自然轨温不得低于允许锁定轨温的下限。

2、放散量的确定

长轨条放散量的确定按以下公式计算:

ΔL——钢轨伸缩量；

α——钢轨线膨胀系数，值为0．0118(mm/m·℃)；

L——计划放散的长轨条长度(m)；

T锁——设计锁定轨温；

T0——原锁定轨温。

式中T0原锁定轨温采用位移观测桩的位移量所确定的实际锁定轨温。

根据放散量确定锯轨量:

式中:ΔS——实际锯轨量；λ——预留轨缝(mm)；ΔL——钢轨伸缩量。

在普通无缝线路中，缓冲区钢轨应锯短(有条件时可换为标准缩短轨)。如果放散前后缓冲区预留轨缝之和不变，则锯轨量使用伸长放散量。如果放散前缓冲区轨缝之和小于放散后缓冲区预留轨缝之和，则锯轨量应在伸长放散量的基础上加上二者之差，加长的锯轨量用以加大轨缝；反之，锯轨量应在伸长放散量的基础上减去二者之差，减少的锯轨量用以减小(填充)轨缝。在超长无缝线路中，伸长放散时，锯轨量应在伸长放散量的基础上加上焊缝长。缩短放散时情况相反。

3、无缝线路应力放散的方法

无缝线路的应力放散，必须是以长轨条自由伸缩为依据，使轨底的阻力减小到最低限度。为此可采用轨低垫滚筒和撞轨相结合的方法。常用的应力放散的方法有控制温度法和控制长度法两种。

（1）控制温度放散法。控制温度放散法就是将长轨条所有扣件打开，轨底垫以滚筒并配合撞轨使长轨条释放其中的应力重新处于自由伸缩的状态，最后重新锁定长轨条。长轨条锁定之后的轨温就是新的锁定轨温。采用控制温度放散法要选择一个合适的施工环境温度，必须满足设计锁定轨温范围。若所选温度不合

适勉强施工，则放散效果不会达到预期的效果。采用控制温度法的优点在于应力放散均匀，锁定轨温准确。

（2）控制长度放散法。控制长度放散法就是根据原锁定轨温和计划放散锁定轨温，按照(6)式计算出放散量。在放散过程中通过外力使长轨条的伸缩到达放散量，然后立即锁定长轨条。原锁定轨温不一定是原施工锁定轨温，应该采用实际的零应力轨温，即实际锁定轨温。必须详细地调查在长期运营中锁定轨温变化的情况，例如，无缝线路是否发生了零配件大量松动和失效、长轨条的爬行状况、低温时焊修断缝或拆开接头等的影响。计划锁定轨温宜设在比设计允许锁定轨温范围的平均值偏高2℃～3℃。控制长度法的缺点是:放散量是根据原锁定轨温求得的，其准确性取决于原锁定轨温是否准确，放散不彻底。采用控制长度法，总的放散量容易控制，但是局部的放散量存在不均匀的问题。总放散量达到要求后，若发现有放散不均、不到位时，还可在相应的撞轨点增加撞击次数，直至达到均衡到位的目的为止。

（3）应力放散施工方法。

1）滚筒撞轨法:当钢轨轨温在设计锁定轨温范围以内时，将扣件彻底松开，每隔l2～15根轨枕，去除大胶垫并垫以滚筒一个，在长轨条终端和中间利用设置的撞轨器反复撞轨，使长轨条自由伸缩处于零应力状态，然后将长轨条锁定。此时的轨温即为锁定轨温。

2）滚筒拉伸法:当钢轨轨温低于锁定轨温范围时，长轨条垫设滚筒，同时在放散终端安装拉伸器进行拉伸，中间辅以撞轨。当原锁定轨温不清或不准时，必须在滚筒放散后，使长轨条处于零应力状态，根据实际锁定轨温与计划锁定轨温，通过(6)式计算确定拉伸量后再进行拉伸。

锁定轨温的确定:将钢轨撞到“零应力状态”，测得此时的轨温为t0，利用拉伸器拉伸钢轨，拉伸长度折算轨温为t，最后得锁定轨温为ts，则：

ΔL——钢轨拉伸长度；L——长轨条长度。

3）应力放散时应每隔150m或100m设一个位移观测点，用以观测放散是否均匀。观测点编号应从放散始端向放散终端。

观测点放散量的确定:

当观测点间的间距相等时:

当观测点间的间距不相等时: