高速铁路轨道.

的影响却进行了充分的考虑，并顾及了荷载的分布规律，这是德国公式的优点和完善之处。当轨道状态良
好， t 值采用3时，时速250 km的高速铁路的动力系数为1.45，这与日本铁路正常设计轮重时的高速铁路动
力系数相等，说明日本高速铁路正常设计轮重，相当于速度为250 km/h时德国公式计算值。相比之下德国
然而事物的变化是有条件的，当行车速度再高时，例如v=250 km/h时，即使客车总重为1 200 t，K=O.18， 高速客车对轨道的破坏也比上述货车大。但垂直与横向荷载并不是高速轨道惟一应考虑的问题，对轨道来 讲，高速行车带来的一些其他问题更需重视。
三、冲击力 大量的研究、试验结果表明，列车速度提高后，具有不平顺的车轮或轨道产生的冲击力相当可观，不 容忽视。通常可用下列公式来评估冲击附加荷载△P：
p ∑Q(或S)≤a (10+ /3)(kN) (2—4) 0
式中 ∑Q(或S)—2 m长轨道范围内轮轨接触横向力或车轴横向力之和；
p —轴重(kN)； 0
a—系数，机车、客车、动车，a=1；货车，a=0.85。 货车a值小的原因是考虑了货车尺寸及维修状态具有较大的离散性，为安全计，需降低a值。 但需要指出的是，上述公式是在下列轨道条件下由试验结果推导出来的。 钢轨，46 kg/m轨； 轨枕，木枕，轨枕间距为65 cm； 道床，碎石道床。 该公式是由法国试验推导出来的。不难理解，当轨道结构和轨道部件与上述试验轨道条件不符时，至 少公式中。系数应当改变，应当考虑轨道结构对S值的影响。
度系数在内的有关影响系数。然而随着我国铁路提速工作的普遍展开，时速200 km秦沈客运专线的修建，
以及京沪高速铁路的研究设计，我国现有轨道强度计算方法涉及的荷载系数已不适用。为此，有关部门在
提速试验的基础上，提出了中速列车的动力附加系数，同时参考德国资料，又列出了高速列车的动力附加
系数，详见表2—1。由于没有进行大量、深入的研究，表列系数仅供设计提速或高速铁路轨道时参考。今
第二章 高速铁路轨道
轨道结构是直接承受列车荷载的部件，因此任何类型铁路轨道的部件组成都应适应相应的列车荷载，
使轨道结构能够提供一个平滑的运行轨面，以保证列车安全、平稳地以规定速度运行。所以在探讨高速与
快速轨道结构问题时，首先应了解这种铁路上运行列车的荷载特点，以便针对这些特点确定轨道结构及其
相应的线路维修养护方法。
中速列车 200
23
16 1 050 840 O. 15～O.22 O.32～O.41
—
根据动力附加系数可求出轨道的设计动荷载为
p p = (1 + a) (2—1)
d
j
p 式中
—列车的静轮重或静轴重。
j
各国都有不同的计算轨道承受的动轮重(设计轮重)的方法。对高速铁路来说，具有代表性的是日本与
德国铁路的计算方法。
承受的水平荷载分为两类分析：一类为用来进行轨道设计、检算及评估列车脱轨危险的横向集中作用力Q，
另一类为评估轨道横向移动的2 m长轨道范围内的位移阻力S。
(一)横向力Q
根据各自的铁路运营状况，各国规定了不同的横向荷载Q的计算方法。 日本：
p p (1)进行轨道设计时， Q = 0.8 ， 为静轮重；
日本铁路采用不同情况分类计算的方法：
(1)常用的正常设计轮重
p = p ⋅a
d
j
(2—2)
式中 α—速度系数，高速铁路α=1.45，既有铁路α=1.3。
(2)考虑车轮有最长为75 mm的扁疤时，设计轮重为
p =3p
d
j
(3)考虑到曲线上作用有横向力时，采用异常情况的设计轮重：
p =4p
d
j
德国铁路在考虑设计动荷载与静荷载的关系时，还顾及了列车荷载的正态分布规律、轨道状态及列车
差不多。 高速列车施加给轨道的振动荷载，可使道碴颗粒之间的摩阻力下降，石碴“流坍”，线路变形增加，
轨道状况恶化。德国曾作过相应试验，对道床施加振动荷载来观测道床的下沉情况。试验加载情况及试验 结果分别见表2—2及图2—1，试验结果表明，增加10 kN的高频振动荷载会使道床下沉量显著增加。
轨道承受的振动荷载及轮轨间接触摩擦还会产生噪声，这是形成高速列车行车噪声的声源之一。噪声 的污染与影响是穿越人口稠密地区高速与快速铁路轨道结构必须解决的问题。
1 500 t的客车以160km/h速度运行时对轨道的破坏力大。因此，在我国提速的四大干线上，目前提速列车 速度均未超过160 km/h，且与货车混运，无论是根据北方交通大学试验结果，还是根据日本的经验公式， 对轨道造成破坏力较大的仍然是货车。因而从轨道的基本结构和组成来看，提速线路与原有线路相比，除 道岔以外不需有较大的变动。
表2—2 加载情况
低频荷载 试验阶段
荷载(kN) 频率(Hz)
高频荷载 最大荷载(kN) 频率(Hz)
I
200
25
—
—
Ⅱ
200
25
士 10
80
Ⅲ
200
25
—
—
Ⅳ
200
25
士5
80
五、纵向荷载 轨道所承受的纵向水平荷载主要有两种： (1)列车的制动力与起动力 在进行轨道计算时，通常只在计算钢轨应力时考虑它们的影响。在我国把其造成的钢轨应力按10 MPa 予以考虑。 (2)钢轨承受的温度力 由轨温变化引起的钢轨温度力Pt为
s —与轨道状态、行车速度和列车类型有关的表示荷载离散程度的均方差。
轨道状态良好
s =0.1ф；
轨道状态一般
s =0.2ф；
轨道状态差
s =0.3ф；
ф为速度系数
v≤60 km/h
ф=1；
v>60 km/h
v − 60
ф=1+
(客车)；
380
v − 60
ф=1+
(货车)。
180
德国公式是用来计算正常状态下的轨道设计荷载，未考虑车轮扁疤等情况，但对轨道状态对列车荷载
△P=av km (2—6)
式中a—不平顺斜率； v—行车速度(m/s)； k—线路刚度(N/m)； m—车轮簧下质量(kg)。 北方交通大学曾在京秦线快速铁路上对有轨面掉块的钢轨垂直力进行过测试，当机车车速由70 km/h
增加到130 km/h时，其垂直冲击动力由231 kN增加到398 kN，速度提高了85.7%，动力荷载增加了72.3%， 与上述公式基本相符。
半径为1 500 m的曲线时，横向水平力也只有30 kN左右。因此，客车虽然速度较高，但其低频荷载与横向
水平力却不大，造成的轨道基本应力、疲劳伤损及轨道变形不会很大。日本铁路根据多年的运营经验，得
到对轨道的破坏力与列车轴重和行车速度的经验公式：
F = ∑ p⋅K ⋅v
(2—5)
式中 F—列车对轨道的破坏力； ∑P—列车各个轴重之和，即通过吨数； v—行车速度(km/h)； K—车体系数，机车K=0.4，货车K=O.27，客车K=O.2，高速车K=O.18。 根据这一经验公式，当总重为3 000 t的货车以60 km/h的速度运行时，其对轨道的破坏力也比总重为
p =242.8F△t (N) (2—7) t
式中 △t—轨温变化幅度(℃)； F—钢轨断面积(cm2)。
通常只有在无缝线路地段才考虑温度力的作用。 在进行轨道设计与检算时，主要依据垂直、横向与纵向荷载进行有关计算。在设计高速铁路轨道结构
y=0.40 mm
a=1.92
y=0.50 mm
a=2.13
根据北方交通大学的试验资料并参照国外有关资料，当轨道中钢轨为60 kg/m钢轨，轨枕为混凝土枕
且轨枕间距不大于60 cm时，式(2—4)中的口值取1.5较为合适。
根据国内外的试验资料，由于高速列车均为客车，其轴重不大，机车轴重多在21 t以下，车辆轴重为
后还需根据中国铁路的情况修改、完善。
表2-1 轨道设计荷载参数
参数 列车种类
设计最 高速度 (kin/h)
2 p 轴重
(t) 轮径(mm)
0
机车 车辆 机车 车辆
(动车) (从车)
速度动力附加系数 a
速度范围(km/h)
80～160
160～210 210 以上
高速列车 300 19.5 14 1 050 840 O. 15～0.22 O.32～O.41 O.75～1.OO
公式应用范围更广也更加合理பைடு நூலகம்些。
此外，法国、德国、比利时和荷兰曾对连接四国的高速铁路静轴重和动轮重作出规定：该高速路网的
允许静轴重为17 t，在v=300 km/h时正常维修线路上作用的垂直动态轮重≤170 kN(动轴重≤340 kN)。由
此推算，作用在轨道上的动载应比静载大一倍，即动力附加系数a=1。
14 t左右。因此轨道承受的低频荷载与横向水平力大都低于低速货车。北方交通大学曾在京秦快速线路上
对轨道结构进行过动力测试，发现货车以50～60 km/h速度通过时，其车轮作用在钢轨上的垂直压力平均为
150 kN左右，而客车以130～140 km/h速度通过时，其车轮作用在钢轨上的垂直压力平均约为90 kN，通过
p 北方交通大学曾在实验室对60 kg/m钢轨，Ⅱ型混凝土枕碎石道床轨道S与 值的相关关系进行了一 0
系列试验，并按式(2—4)反求α 值。α 值当然也与轨道的横向位移y有关。实验数据如下：
y=O.05 mm
a=0.56
y=O.10 mm
a=0.85
y=O.20 mm
a=1.30
y=O.30 mm
a=1.65
能够确定一个固定的“标准活载图式”来进行有关计算。必须针对行车的不同情况与特点综合考虑，以确
定各种状态下的荷
载特点。
无论何种轨道荷载，按其作用方向可划分为垂直荷载、横向荷载和纵向荷载。