无缝线路教学ppt

一旦设计和施工完成记入技术档案，作为日后线路养护维修的依据，
设计和施工锁定轨温不允许随意改变。锁定轨温是决定钢轨温度力水平的基 准，因此根据强度、稳定条件确定锁定轨温是无缝线路设计的主要内容。
二、无缝线路基本原理
锁定轨温的性质
①锁定轨温是“零应力轨温”。显然，在中间扣件和接头扣件拧紧之 前，钢轨处于自由伸缩状态，随着轨温的变化，该伸的已经伸足了，该缩 的已经缩足了。因而在将扣件拧紧的那个短暂的时间，无缝线路钢轨断面 受到的温度力等于 0。此时，无缝线路具备最安全的轨温条件。锁定之后， 只要轨温等于锁定轨温，无缝线路钢轨断面上承受的温度力都等于0。 ②锁定轨温是轨温变化度数的依据。计算温度力和钢轨限制伸缩量时， 应把锁定轨温作为基数去求取轨温变化度数。所谓“轨温变化度数”，就 是实际轨温与锁定轨温的差数。如某无缝线路的锁定轨温是 27℃，某时实 测轨温是57℃，则轨温变化度数就是57-27=+30℃；某时实测轨温是-8℃， 则轨温变化度数就是-8-27=-35℃。“+”、“-”分别表示轨温上升和下降。
（二）线路纵向阻力
接头阻力 纵向阻力 扣件阻力 道床纵向阻力
线路阻力
横向阻力
道床横向阻力 轨道框架水平刚度
竖向阻力
道床竖向阻力 轨道框架垂直刚度
二、无缝线路基本原理
（二）线路纵向阻力
轨温变化时，影响钢轨两端自由伸缩的原因是来自线路纵向阻力的抵 抗，它包括接头阻力、扣件阻力及道床纵向阻力。
1、接头阻力
l E t l
(6-2)
二、无缝线路基本原理
式中：E—钢的弹性模量，E＝2.1×105MPa；
εt—钢的温度应变。
将E、α值代入式（2-2），则温度应力σt为：
t 2.1105 11.8 106 t 2.48t (MPa)
(6-3) (6-4)
一根钢轨所受的温度力Pt为：
(3)特
点：结构简单，铺设维修方便，应用广泛；
(4) 铺设范围：对于直线轨道，铺设 50kg/m 和 60kg/m 轨， 每公里配量 1840 根或 1667 根混凝土枕时，铺设温度应力式无 缝线路允许轨温差分别为100℃和104℃。
一、无缝线路基本知识
（2）按长轨条长度分：
①普通无缝线路（温度应力式-有缓冲区） ：L＝1000~2000m
②全区间无缝线路：L≤区间长度
③跨区间无缝线路：L＞区间长度并焊连无缝道岔
一、无缝线路基本知识
（3）按CWR铺设位置分：
①路基无缝线路；
②桥上无缝线路；
③岔区无缝线路
一、无缝线路基本知识
（4）按长钢轨接头的联结型式分： 焊接接头 胶结接头 冻结接头
一、无缝线路基本知识
焊接接头：闪光焊、气压焊 铝热焊
• 一枚螺栓对应有四个接触面，其上所产生的摩阻力之和为s，则有
2P s 4F cos f sin(＋ ) 6 Pf cos sin(＋ )
PH n s
(6-8)
36
二、无缝线路基本原理
接头阻力影响因素分析
摩阻力的大小主要取决于螺栓拧紧后的张拉力和钢轨与夹板之间的 摩擦系数。根据对夹板受力状态的分析表明，一根螺栓的拉力接近 它所产生的接头阻力，则接头阻力的表达式可写为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。
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。 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。《轨道设计规范》规定，无缝 线路接头螺栓扭矩不应低于900N· m，接头阻力采用490kN。并规定， 正线轨道钢轨接头螺栓应采用10.9级及以上高强接头螺栓；站线轨道 应采用8.8级及以上高强接头螺栓。
锁定轨温的确定
锁定轨温的高低，直接决定无缝线路承受温度力的大小，因而直接决 定无缝线路的稳定性。一个地区只有一个最高轨温和一个最低轨温。 如果锁定轨温定得过高，夏天无缝线路承受的温度压力倒是不大，但 是到了冬天最低轨温时，无缝线路将承受较大的温度拉力而影响其稳定性。 如果锁定轨温定得过低，冬天最低轨温时无缝线路承受的温度拉力倒 是不大，但是到了夏天最高轨温时，无缝线路将承受较大的温度压力，同 样影响其稳定性。
最大温降幅度max△T2 =30.0－(－17.9)=47.9℃ 对于60kg/m钢轨： 最大温度压力：maxPt1=2.48max △T1F=2.48×43.0×7745＝825.9kN
最大温度拉力：maxPt2=2.48max△T2F=2.48×47.9×7745＝920.0kN
二、无缝线路基本原理
钢轨两端接头处由钢轨夹板通过螺栓拧紧，产生阻止钢轨纵向位移的 阻力，称为接头阻力，它由钢轨夹板间的摩阻力和螺栓的抗剪力提供。为 安全起见，我国接头阻力PH仅考虑钢轨与夹板间的摩阻力s，摩阻力s的大 小主要取决于螺栓拧紧后的张拉力P和钢轨与夹板间的摩擦系数f。
PH n s
s 2P cos f sin( )
中 国
我国于1957年开始在京沪两地各铺 设1 km无缝线路，次年才进行大规模的 试铺。1961年底我国共铺设无缝线路约 150km，60～70年代对在线路特殊地段 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。至2007年，我国铁 路正线无缝线路长度已达5.2万公里，占 正线总长的比重达到58％。
温。
二、无缝线路基本原理
轨 温
二、无缝线路基本原理
锁定轨温
所谓“锁定”，就是用中间扣件(包括防爬设备)把无缝线路钢轨紧扣 在轨枕上，用接头扣件把轨端充分夹紧，使之不能自由伸缩。
无缝线路锁定时的轨温叫锁定轨温。我们通常把无缝线路全部扣件螺
栓包括接头螺栓拧紧时的轨温作为锁定轨温。如果此间轨温有波动，则在 “长轨始端落槽时应测定一次轨温，到长轨末端合拢，拧紧全部扣件螺栓，
二、无缝线路基本原理
（一）
二、无缝线路基本原理
轨 温
钢轨温度不同于气温。影响轨温的因素比较复杂，它与气 候变化、风力大小、日照强度、线路走向和所取部位等均有密 切关系。根据多年观测，最高轨温Tmax要比当地最高气温高 18～25 ℃，最低轨温Tmin比当地最低气温低2～3 ℃。计算时通
常取最高轨温等于当地最高气温加20 ℃，最低轨温等于最低气
适用于年轨温差较大的 地区，或温度力较大的特殊 地段。
自动放散：尖轨伸缩调 节器（桥上） 散应力（寒冷地区） 定期放散：一年两次放
②温度应力式无缝线路
一、无缝线路基本知识
温度应力式无缝线路
(1)结构形式：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； (2)受力状况：无缝线路铺设锁定后，在钢轨内部产生很 大的温度力，其值随轨温变化而异；
一、无缝线路基本知识
无缝线路与有缝线路相比具有的优点：
（1）可延长钢轨使用寿命； （2）可减少养护维修劳力和材料； （3）可减少列车运营耗能； （4）铺设CWR的附加费用少。
CWR:continuously welded rail
一、无缝线路基本知识
3.无缝线路的类型
（1）按处理温度应力的方式分： ①放散应力式无缝线路
l l t
l— 钢轨长度，mm； ⊿t— 轨温变化幅度，℃。
(6-1)
Байду номын сангаас
式中：α— 钢轨的线膨胀系数，取0.0118mm/m/ ℃ =11.8×10-6/ ℃；
如果钢轨两端完全被固定，不能随轨温变化而自由伸缩，则将在钢轨 内部产生温度应力。根据虎克定律，温度应力σt 为：
t E t E
(6-5)
式中，n—接头一端的螺栓数，六孔夹板n=3；
s—钢轨与夹板间对应1枚螺栓（4个接 触面）的摩阻力。
二、无缝线路基本原理
由图可知： T＝P/2，则有：
R
P P ＝ 2 cos 2 sin(＋ )
(6-6)
式中 P —一枚螺栓拧紧后的拉力（kN）；
—一夹板接触面的倾角，tan＝i；
再测一次轨温，以两次平均值，作为该段无缝线路的锁定轨温”。
二、无缝线路基本原理
二、无缝线路基本原理
锁定轨温的类型
设计确定的锁定轨温称为设计锁定轨温；铺设无缝线路中，将长轨条始
终端落槽就位时的平均轨温称为施工锁定轨温；无缝线路运行过程中处于温
度力为零状态的轨温称为实际锁定轨温。施工锁定轨温应在设计锁定轨温允 许变化范围之内，常说的锁定轨温发生变化是指实际锁定轨温发生变化。
第六章 无缝线路
内容提要
一、无缝线路基本知识
二、无缝线路基本原理
三、无缝线路的稳定性
四、普通无缝线路设计 五、桥上无缝线路设计 六、跨区间无缝线路
一、无缝线路基本知识
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。
二、无缝线路基本原理
锁定轨温与温度力关系示意图
二、无缝线路基本原理
算例
郑州地区Tmax=63℃，Tmin=－17.9℃，锁定轨温设计值Ts=25℃，锁定 轨温变化范围取25℃ ±5℃，即20~30℃，计算60kg/m钢轨最大温度压力 和拉力。
解：最大温升幅度max△T1=63.0－20.0=43.0℃
一、无缝线路基本知识
4.无缝线路发展历史
铺设无缝线路能收到节约材料、劳力、能耗等综合技术经济效果，是 当今轨道结构的最佳选择，它以无可非议的优越性得到各国铁路的承认。 几十年来，世界各国竞相发展。我国铁路无缝线路近年来在技术上有很大 进步，在数量上有较快增长。
国 外
1915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100～200m。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。
二、无缝线路基本原理
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。无缝线路铺好锁定之后，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。
一、无缝线路基本知识
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一、无缝线路基本知识
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一、无缝线路基本知识
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一、无缝线路基本知识
一、无缝线路基本知识
一、无缝线路基本知识
一、无缝线路基本知识
二、无缝线路基本原理
二、无缝线路基本原理
（一 ）钢轨伸缩位移、温度力与轨温变化的关系
无缝线路的特点是轨条很长，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。 一根长度为l可自由伸缩的钢轨，当轨温变化⊿t ℃时，其伸缩量为
i —一轨底顶面接触面斜率， 50、75kg/m钢轨：i＝1／4；
夹板受力图
43、60kg/m钢轨：i＝1／3。
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二、无缝线路基本原理
•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，阻止钢轨的位移。
F Nf R cos f
P cos f 2 sin(＋ )
(6-7)
Pt t F 2.48t F ( N )
F—钢轨断面积，mm2。 上述公式可知： 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。因此理论上钢轨可焊接任意长，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变化幅度⊿t 。 对于不同类型的钢轨，同一轨温变化幅度产生的温度力大小不同。 无缝线路钢轨伸长量与轨温变化幅度⊿t 、轨长l有关，与钢轨断面积 无关。
一、无缝线路基本知识
2.铺设无缝线路的意义
（1）无缝线路在长钢轨内消灭了钢轨接头，列车通过时 高频冲击荷载的动态响应消除，相应地线路病害减少。
（2）美国统计，无缝线路钢轨寿命延长约40%；日本统 计，采用无缝线路的钢轨(50型)更换周期由原来的400Mt延 长到了500Mt。原苏联统计，通过总重500Mt以后的钢轨 （P65型）抽换数，降低了3倍。我国统计，无缝线路钢轨使 用寿命延长1.25倍。 （3）无缝线路是当今轨道结构的最佳选择，它以无可非 议的优越性得到各国铁路的承认。几十年来，世界各国竞相 发展。我国铁路无缝线路近年来在技术上有很大进步，在数 量上有快速增长。