铁路无缝线路培训教材

第一章无缝线路基本知识

第一节温度应力和温度力

一、钢轨的自由伸缩量和限制伸缩量

1、钢轨的自由伸缩量

钢轨不受任何阻碍的伸缩叫自由伸缩。自由伸缩量同钢轨的长度和轨温变化度数成正比。钢轨自由伸缩量的计算公式是：

△l＝αl△t 式中：

△l――钢轨的自由伸缩量（mm）；α――钢轨的线膨胀系数（0.0118mm/m.℃）

l――钢轨长度（m）；△t――轨温变化度数（℃）。

［例1－1］一根不受任何阻碍的钢轨，在早晨轨温为19℃时测定的长度是25.004m，中午轨温升高到49℃，钢轨的长度是多少？

［解］△t＝49℃－19℃＝30℃。

△l＝αl△t＝0.0118×25.004×30＝8.8≈9(mm)

此时钢轨的长度为: 25.004m+0.009m＝25.013m

［例1－2］某无缝线路长轨条长1000m时的轨温是45℃，在轨温变化到12℃时，松开接头扣件、中间扣件和防爬器，钢轨应缩短多少毫米？

［解］据题意，我们认为此时的长轨条处于自由缩短状态。

则长轨条缩短量△l＝αl△t＝0.0118×1000×33≈389(mm)

这个缩短量是十分惊人的，它将使无缝线路完全丧失行车条件。

2、钢轨的限制伸缩量

无缝线路钢轨在充分锁定状态下的伸缩叫限制伸缩，而锁定，则指钢轨扣件的锁固状态。

由于已被强力锁定，自由伸缩量的相当一部分不能实现，故无缝线路钢轨的限制伸缩有如下特点：

①只有当轨温变化到相当程度才会产生限制伸缩。

②限制伸缩量比自由伸缩量小的多。

③限制伸缩量同长轨条的长度无关，即任何长度的长轨条的限制伸缩量，在轨温变化相同度数时都是一致的。

无缝线路未充分锁定或道床抵抗轨枕沿线路方向移动的阻力不够，钢轨的限制伸缩量将会增大，甚至接近自由伸缩量，这将对无缝线路产生巨大的破坏性影响。（无缝线路长轨条和标准轨的一端限制伸缩量见附表）

二、温度应力和温度力

无缝线路锁定之后，较大的自由伸缩量变成了较小的限制伸缩量。钢轨未实现的伸缩量，以温

度应力的形式积蓄于钢轨内部。很明显，轨温变化越大，应力就越大。因此，我们把在无缝线路上，由于轨温变化引起的钢轨伸缩因受到限制而转化到钢轨内部的力叫温度应力。

夏天轨温上升，钢轨欲伸长时受到的温度应力是压应力。

冬天轨温下降，钢轨欲缩短时受到的温度应力是拉应力。

温度应力的计算公式是：σt=2.48△t

式中：σt――温度应力（KN）△t――轨温变化度数（℃）。

温度应力只表示每平方厘米钢轨断面上受到的力。60kg/m钢轨的全断面为77.45cm2。

我们把无缝线路钢轨全断面上受到的温度应力叫温度力。温度力的大小和钢轨长度无关。

温度力的计算公式是：

Pt=F×σt＝248×σt＝248×△t×F

式中： F――钢轨断面积（cm2） Pt --温度力（N）。

就P60轨而言，其轨温变化1℃所受的温度力为：

Pt＝77.45×248×1＝19207.6（N）≈19.2(KN)

［例1－3］某无缝线路铺设60kg/m钢轨，设其钢轨断面在25℃时受到的温度力为0（此时钢轨不产生伸缩），试求当轨温升高60℃时钢轨断面受到的温度力。

［解］轨温升高了60℃时，升高了60－25＝35℃，故钢轨断面受到的钢轨温度压力

Pt=F×σt＝19.2×35＝672（KN）

无缝线路的钢轨，随轨温的变化要承受巨大的温度力，这是无缝线路区别了普通线路的一个非常重要的特点，也是无缝线路维修养护工作中必须考虑的一个特殊问题。

在长度固定的钢轨内产生的钢轨温度力，仅与轨温变化幅度△t有关，而与钢轨本身长度无关；温度力随轨温变化而变化，但锁定轨温（一般是一个常量）是决定钢轨温度力的基准，因此，在无缝线路管理中，正确掌握锁定轨温是关键。

第二节轨温、锁定轨温和轨温变化度数

一、轨温：轨温就是钢轨温度。

轨温必须使用专用仪器（如数字式钢轨测温计）测量确定，切忌靠气温表随意臆测，以免给施工带来不良影响。（三明地区：最高轨温59.8、中间轨温28.7、最低轨温-2.5 ）

二、锁定轨温

1、无缝线路锁定时的轨温叫锁定轨温。在长轨条铺设过程中取其“始终端落槽时的平均轨温为锁定轨温”。

2、锁定轨温的性质

①锁定轨温是“零应力轨温”。

②锁定轨温是轨温变化度依据。离开了锁定轨温这个基数，轨温变化度数就无从谈起，温度

力和钢轨限制伸缩量也就无从算起。

③锁定轨温和钢轨长度是相关统一的。设计无缝线路时，锁定轨温定下来了，钢轨长度也就随之定下来了。无缝线路铺设锁定之后，要想保持锁定轨温不变，就必须保持钢轨长度不变。如果钢轨伸长了，就意味着锁定轨温升高了；钢轨缩短了，则意味着锁定轨温降低了。一旦锁定轨温偏离了设计范围，就会给无缝线路的受力状况带来不良影响。

据测算，每100m长的无缝线路钢轨，每伸1.2mm，相当于锁定轨温升了1℃；缩短1.2mm，相当于锁定轨温降低了1℃。

第三节轨道框架刚度和线路阻力

一、轨道框架刚度

1、轨道框架的受力特点

在线路上，用中间扣件把钢轨与轨枕联接起来的架体叫轨道框架。

轨道框架的受力特点是钢轨、轨枕和道床群体受力。在温度力的作用下，钢轨要发生伸缩，但是密集的扣件把它紧扣在轨枕上，在扣件作用正常的情况下，钢轨的伸缩必然带动轨枕的位移。而轨枕是置埋于道碴层中的，自身还有相当的重量，它要实现位移，又必须克服其底部、侧面和端部与道碴产生的巨大的摩擦阻力，从而反过来抵消了温度力的作用。这样轨道框架就抵制了温度力导致的钢轨纵向位移。

当钢轨的纵向位移受阻时，未被抵消掉的温度力将寻找线路薄弱环节释放出来，使轨道发生横向的弯曲变形。这时，轨道框架又发挥其群体作用，阻止这种弯曲变形。

我们把轨道框架抵抗弯曲变形的能力叫轨道框架刚度。

2、轨道刚度的决定因素

⑴钢轨刚度。钢轨本身具有抵抗弯曲的能力。越是重型的钢轨，横截面积越大，刚度也就越大，形成的轨道框架的刚度也就越大。

⑵中间扣件的强度和拧紧状态。中间扣件的强度越大，拧得越紧，对钢轨的扣压力就越，大轨道框架的整体性就越强，轨道框架刚度就越大。据测算，扣件拧紧产生的轨道框架刚度，比两股钢轨本身的刚度之和还要大50%以上。所以，提高轨道框架刚度的有效措施这定，就是按规定的扭力矩拧紧中间扣件。

二、线路阻力

1、温度力和线路阻力的关系

线路阻止钢轨和轨道框架纵、横向移动的力叫线路阻力。

在无缝线路上，温度力和线路阻力是矛盾的统一体。无缝线路因为锁定才产生温度力，反过来，温度力又必须靠强有力的锁定产生的阻力来克服。温度力和线路阻力的大小相等，方向相反。也就是说，温度力一经产生，就必须有相等的线路阻力去平衡、克服它。线路阻力小于温度力，就会导