无缝线路基本理论讲解

注意：
只要钢轨与轨枕间的扣件阻力大于道床抵抗轨枕纵 向移动的阻力，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。
无缝线路纵向阻力包括接头阻力、扣件阻力及 道床纵向阻力。
1．接头阻力
钢轨两端接头处由钢轨夹板通过螺栓拧紧，产PH 生阻止钢轨纵向位移的阻力，称接头阻力。接头 阻力由钢轨夹板间的摩阻力和螺栓的抗剪力提供。
为了安全，我P国H接头阻n 力 S仅考虑钢轨与夹板间的
摩阻力。
接头阻力： PH=n·S
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
摩阻力的大小主要取决于螺栓
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垫板面之间的摩阻力和扣 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： F=2(μ1+μ2)P 。
(2）分类
1) 无缝线路根据处理钢轨内部温度应力方式的不同， 可分为温度应力式和放散温度应力式两种类型。
温度应力式无缝线路是由一根焊接长钢轨及其两 端2～4根标准轨组成，并采用普通接头的形式。
放散温度应力式无缝线路，又分为自动放散式和 定期放散式两种，适用于年轨温差较大的地区。
采用伸缩接头 的放散温度应 力式无缝线路
F

2(1


2
)
a
b
b
P拉
实测资料指出，在一定的扭矩下，扣件阻力随钢轨
位移的增加而增大。当钢轨位移达到某一定值之后，
钢轨产生滑移，阻力不再增加。
垫板压缩和扣件局部磨损，将导致扣件阻力下降， 通常垫板的压缩与扣件的磨损按1mm估计。
此外，列车通过时的振动，会使螺帽松动，扭矩下 降，导致扣件阻力下降。为此规定：扣板扣件扭矩应 保持在80～120N·m；弹条扣件为100～150N·m。
无缝线路概述
第一节
1．基本概念
无缝线路也叫长钢轨 线路。就是把若干根标 准长度的钢轨经焊接成 为1000～2000m而铺设 的铁路线路。
通常是在焊轨厂将无 孔标准轨焊接成200～ 500m的轨条，再运到现 场就地焊接后铺设。
概述
2．无缝线路涉及主要问题 1）接头焊接质量问题； 2）长轨在列车动力和温度力共同作用下的强度和稳定 问题； 3）无缝线路设计 4）长轨运输 5）铺设施工 6）养护维修等
据铁道科学研究院试验，如果混凝土轨枕下采用橡 胶垫板，不论是扣板式扣件还是弹条式扣件，其摩擦 系数为：μ1+μ2=0.8。
扣压力P的大小与螺栓所
受拉力的大小有关。以扣板
式扣件为例：
P

a
b
b
P拉
式中P拉——扣板螺栓拉力， 与螺帽扭矩有关；
a、b——扣板着力点至 螺栓中心的距离。
扣板受力图
扣件摩阻力F的表达式为：
2cos 2sin( )
式中 P——一枚螺栓拧紧后的拉力(kN)； α——夹板接触面的倾角，tanα＝i； i为轨底顶
面接触面斜率，50、75kg/m钢轨： i ＝1/4；43、 60kg/m钢轨： i ＝1/3。
当钢轨发生位移时，夹板与钢轨接触面之间将产生 摩阻力F， F将阻止钢轨的位移。
F

Nf
R cos
f

2
P
sin




cos


f
一枚螺栓对应有四个接触面，其上所产生的摩阻力
之和S为：
S

4
F

2P
sin



cos

f
因为接头一端有三枚螺栓，因此接头阻力PH为：
6 f cos
PH 3 S sin P
钢的摩擦系数一般为0.25，而f =tanφ，则有φ＝ arctan0.25；又有α＝arctani。
拧紧后的张拉力和钢轨与夹板之
间的摩擦系数f。接头螺栓拧紧
后产生的拉力在夹板的上、下接
触面上将产生分力。图中T为水
夹板受力图
平分力；N为法向分力，它垂直 于夹板的接触面；R为N与T的合
力，它与的夹角等于摩擦角φ，
R
P

P
其中T = P/2，则有：
2cos 2sin( )
R P
P
式中T ——拧紧螺帽时的扭力矩(N·m)； K——扭矩系数，K＝0.18～0.24； P——螺栓拉力(kN)； D——螺栓直径(mm) 。
列车通过钢轨接头时产生的振动，会使扭力矩下降， 接头阻力值降低。据国内外资料，可降低到静力测定值 的40％～50％。所以，定期检查扭力矩，重新拧紧螺 帽，保证接头阻力值在长期运营过程中保持不变，是一 项十分重要的措施。修理规则规定无缝线路钢轨接头必 须采用10.9级螺栓，扭矩应保持在700～900N·m。表 8—1所示为计算时采用的接头阻力值。
相应值代入得到：70、50kg/m钢轨：S＝1.03P； 60、43kg/m钢轨：S＝0.90P。
由以上分析表明：一枚螺栓的拉力接近它所产生的接 头阻力。接头阻力的表达式，可写成： PH=n·P
接头阻力与螺栓材质、直径、拧紧程度和夹板孔数有 关。在其他条件均相同的情况下，螺栓的拧紧程度就是 保持接头阻力的关键。扭力矩T与螺栓拉力P的关系可用 经验公式表示：T = K ·D ·P
3．道床纵向阻力
道床纵向阻力系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值，或每延毫米分布阻力表示。 它是抵抗钢轨伸缩，防止线路爬行的重要参数。
道床纵向阻力受道碴材质、颗粒大小及级配、道床断 面、捣固质量、脏污程度、轨道框架重量等因素的影响。
道床纵向阻力
轨枕与道床之间的摩阻力 枕木盒内道碴抗推力
2)无缝线路根据钢轨铺设长度划分为：
普通无缝线路 全区间无缝线路 跨区间无缝线路
施工中的无缝线路
连接车站的无缝线路
第二节 无缝线路纵向受力分析
线路阻力
纵向阻力 横向阻力 竖向阻力
接头阻力 扣件阻力 道床纵向阻力 道床横向阻力 轨道框架水平刚度 道床竖向阻力 轨道框架垂直刚度
一、无缝线路纵向阻力
高寒地区无缝线路 曲线地段无缝线路
3．无缝线路的基本特点及分类
(1)特点
与普通线路相比，无缝线路在其长钢轨段内消灭了 轨缝，从而消除了车轮对钢轨接头的冲击，使得列车 运行平稳，旅客舒适，延长了线路设备和机车车辆的 使用寿命，减少了线路养护维修工作量，并能适应高 速行车的要求，是轨道现代化的发展方向。