无缝线路轨道稳定计算共47页
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轨道工程
yoe
x
foesin l
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轨道工程
yop
(l x)x 2Rop
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轨道工程
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轨道工程
• 当foe及l两个参数确定后，弹性原始弯曲的 形状便得以确定。原始弯曲是轨道实际存 在的一种几何状态，其特征参数foe及l可以 通过调查观测由数理统计方法加以确定。 由于foe及l是相互对应相互依存的，故而必 须同时调查l对应的foe 。
• 无缝线路轨道在横向受到道床的约束，由 于钢轨制造、线路维修、轨温变化及列车 运行等原因，导致轨道方向不良，即存在 所谓的“轨道原始弯曲”。在上述条件下， 无缝线路轨道的横向位移f与钢轨温升幅度
△T之间存在着如图
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轨道工程
道床横向阻力
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轨道工程
△T
B
C
2
△B TB
S A
△A TA
0 f00 0
轨道工程
无缝线路轨道稳定性计算
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轨道工程
1、无缝线路轨道稳定性概念
• 处于高温条件下的无缝线路轨道易于发生 横向位移，形成线路方向不良，影响列车 行驶的平稳性，甚至引发列车脱轨事故。 因此，无缝线路轨道稳定性成为铁路运输 业普遍关注的问题之一。
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轨道工程
• 无缝线路轨道稳定性主要研究高温条件下 轨道横向位移与钢轨温度力的变化规律， 并针对轨道及其运营环境条件，确定相应 的轨温变化幅度及横向变形位移容许值， 制定相应的轨道设计标准及线路维修标准。
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轨道工程
2、影响无缝线路稳定性的因素
• 试验研究及运营经验表明，影响无缝线路 稳定性的主要因素有：钢轨的温升幅度、 轨道原始不平顺、道床横向阻力以及轨道 框架刚度等。前两项是促使无缝线路轨道 失稳的因素，后两项是保持稳定性的因素。 另外，道床纵向阻力和中间扣件的抗扭转 作用对无缝线路轨道稳定性影响较小。
轨道工程
混凝土宽枕
混凝土枕 木枕
f(mm)
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轨道工程
• 根据美国和英国铁路的试验研究，在同类 轨道的条件下，经过长期运营密实稳定的 道床横向阻力最大，机械捣固后阻力显著 减小。密实道床的阻力—位移曲线，在起 始阶段，阻力随位移增长，超过横向阻力 顶点后，道床即遭破坏，阻力显著下降。 松软的道床，其阻力最低，当阻力达到较 大量值后，将维持缓慢增长的趋势。
• 第三阶段: B→C（经过S点）：钢轨温升超过△TB 之后，轨道将发生突发性横移，即位移骤然扩大， 并可能伴随有轻微响声，习惯称为跑道。
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轨道工程
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轨道工程
• 在普遍的力学原理中，对于存在原始弯曲 （初始缺陷）的受压杆件，其受力平衡状 态曲线有如图所示的形状，极值点B对应着 压杆失稳。从实用的观点出发，各国铁路 工程界趋向于采取以下两个稳定性判别准 则来处理无缝线路稳定性问题:安全温升法、 极限状态法
轨道工程
3、计算模型及其求解
首先简单介绍完全约束的长钢轨温度力计算
L TL
钢 轨 的 线 膨 胀 1系 1.81数 06/， 0C
t Et E L LET
E钢轨钢的弹性模量
E 2 .1 1 1 N 0 1 /m 2 2 .1 1 7 N 0 /c2m
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轨道工程
道床横向阻力 • 道床抵抗轨道框架横向位移的阻力称为道床横向
阻力，它是防止无缝线路胀轨跑道，保证无缝线 路稳定性的主要因素。铁路工程经验表明，在稳 定轨道框架的因素中，道床的贡献约为65%，钢 轨约为25 %，扣件约为10 %。 • 道床横向阻力的构成是：道床肩部的阻力占20～ 30%，轨枕两侧占20～30%，轨枕底部占50%。 为使道床横向阻力达到设计要求，不仅要求道床 断面符合标准尺寸，还应捣固紧密，其道床密实 度应达到1700kg/m3。
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轨道工程
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Biblioteka Baidu
= +
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轨道工程
安全温升法
其主要出发点是：当钢轨温升幅值小于 △TS 时，无论轨道的原始弯曲以及外力作 用所引起的横向变形积累扩展到何等程度， 其轴向温度压力不会超过B点，线路也不会 发生胀轨跑道。
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轨道工程
极限状态法
其主要出发点是：轨道横向位移超过2mm 时，将易于形成轨道横向变形积累，增大 钢轨弯曲矢度，逐渐降低无缝线路的稳定 性，最后导致无缝线路胀轨跑道。
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轨道工程
钢轨的温升幅度 • 是钢轨相对于锁定温度的轨温升高值。已
如上述，随着轨温的升高，长钢轨不断积 累的温度压力超过某个极限值后，轨道将 丧失稳定，横向变形迅速增长，形成轨道 方向不良，危及行车安全。钢轨温升幅度 的增长是无缝线路丧失稳定的最关键因素。
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轨道工程
轨道原始弯曲 • 是指无缝线路轨道在钢轨零应力状态下固
3 S
△sTS
f++ f00
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轨道工程
• f0表示轨道存在的原始弯曲矢度，依横向位移随 钢轨温升的变化特征，曲线变化可分为三个阶段:
• 第一阶段: O’→A：轨温上升，因轨道横向位移受 到道床的约束，轨道保持原始弯曲的状态，横向 位移不发生增长。
• 第二阶段: A→B：轨道随钢轨温升发生横向位移， 轨道的弯曲矢度进一步扩大，习惯称为胀轨阶段。
有的方向不平顺。钢轨的焊接、制造、运 输以及养护维修等作业过程中的不良后果， 都可导致轨道的原始弯曲。轨道原始弯曲 通常包括塑性原始弯曲和弹性原始弯曲。 塑性原始弯曲是钢轨在轧制、运输、焊接 和铺设过程中形成的塑性变形，呈现钢轨 轴线不平直。弹性原始弯曲是在温度力和 列车横向力的反复作用下产生的，钢轨弹 性原始弯曲的特点是积蓄有弹性形变位能。
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轨道工程
• 道床对每根轨枕的横向阻力Q0，可用试验 方法获得。试验表明Q0与轨枕横向位移f呈 非线性关系，如图所示。
• 道床横向阻力Q0与轨枕类型、道床断面尺 寸、道碴材料及其密实度有关。由图6-11可 见，混凝土宽轨枕线路横向道床阻力最高， 混凝土轨枕线路次之，木枕线路最低。
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阻力 KN/根
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轨道工程
STRONG
MEDIUM
道
床
横
向
阻
WEAK
力
轨枕横向位移
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轨道工程
轨道框架刚度
• 轨道框架刚度反映轨道框架抵抗横向弯曲 的能力。轨道框架刚度越大，抵抗横向弯 曲变形的能力就越强。轨道框架刚度是两 股钢轨的横向水平刚度及钢轨与轨枕节点 间的阻矩抵抗横向弯曲能力的总和。
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轨道工程
• 当foe及l两个参数确定后，弹性原始弯曲的 形状便得以确定。原始弯曲是轨道实际存 在的一种几何状态，其特征参数foe及l可以 通过调查观测由数理统计方法加以确定。 由于foe及l是相互对应相互依存的，故而必 须同时调查l对应的foe 。
• 无缝线路轨道在横向受到道床的约束，由 于钢轨制造、线路维修、轨温变化及列车 运行等原因，导致轨道方向不良，即存在 所谓的“轨道原始弯曲”。在上述条件下， 无缝线路轨道的横向位移f与钢轨温升幅度
△T之间存在着如图
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道床横向阻力
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轨道工程
△T
B
C
2
△B TB
S A
△A TA
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无缝线路轨道稳定性计算
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轨道工程
1、无缝线路轨道稳定性概念
• 处于高温条件下的无缝线路轨道易于发生 横向位移，形成线路方向不良，影响列车 行驶的平稳性，甚至引发列车脱轨事故。 因此，无缝线路轨道稳定性成为铁路运输 业普遍关注的问题之一。
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轨道工程
• 无缝线路轨道稳定性主要研究高温条件下 轨道横向位移与钢轨温度力的变化规律， 并针对轨道及其运营环境条件，确定相应 的轨温变化幅度及横向变形位移容许值， 制定相应的轨道设计标准及线路维修标准。
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轨道工程
2、影响无缝线路稳定性的因素
• 试验研究及运营经验表明，影响无缝线路 稳定性的主要因素有：钢轨的温升幅度、 轨道原始不平顺、道床横向阻力以及轨道 框架刚度等。前两项是促使无缝线路轨道 失稳的因素，后两项是保持稳定性的因素。 另外，道床纵向阻力和中间扣件的抗扭转 作用对无缝线路轨道稳定性影响较小。
轨道工程
混凝土宽枕
混凝土枕 木枕
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轨道工程
• 根据美国和英国铁路的试验研究，在同类 轨道的条件下，经过长期运营密实稳定的 道床横向阻力最大，机械捣固后阻力显著 减小。密实道床的阻力—位移曲线，在起 始阶段，阻力随位移增长，超过横向阻力 顶点后，道床即遭破坏，阻力显著下降。 松软的道床，其阻力最低，当阻力达到较 大量值后，将维持缓慢增长的趋势。
• 第三阶段: B→C（经过S点）：钢轨温升超过△TB 之后，轨道将发生突发性横移，即位移骤然扩大， 并可能伴随有轻微响声，习惯称为跑道。
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轨道工程
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轨道工程
• 在普遍的力学原理中，对于存在原始弯曲 （初始缺陷）的受压杆件，其受力平衡状 态曲线有如图所示的形状，极值点B对应着 压杆失稳。从实用的观点出发，各国铁路 工程界趋向于采取以下两个稳定性判别准 则来处理无缝线路稳定性问题:安全温升法、 极限状态法
轨道工程
3、计算模型及其求解
首先简单介绍完全约束的长钢轨温度力计算
L TL
钢 轨 的 线 膨 胀 1系 1.81数 06/， 0C
t Et E L LET
E钢轨钢的弹性模量
E 2 .1 1 1 N 0 1 /m 2 2 .1 1 7 N 0 /c2m
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轨道工程
道床横向阻力 • 道床抵抗轨道框架横向位移的阻力称为道床横向
阻力，它是防止无缝线路胀轨跑道，保证无缝线 路稳定性的主要因素。铁路工程经验表明，在稳 定轨道框架的因素中，道床的贡献约为65%，钢 轨约为25 %，扣件约为10 %。 • 道床横向阻力的构成是：道床肩部的阻力占20～ 30%，轨枕两侧占20～30%，轨枕底部占50%。 为使道床横向阻力达到设计要求，不仅要求道床 断面符合标准尺寸，还应捣固紧密，其道床密实 度应达到1700kg/m3。
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安全温升法
其主要出发点是：当钢轨温升幅值小于 △TS 时，无论轨道的原始弯曲以及外力作 用所引起的横向变形积累扩展到何等程度， 其轴向温度压力不会超过B点，线路也不会 发生胀轨跑道。
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轨道工程
极限状态法
其主要出发点是：轨道横向位移超过2mm 时，将易于形成轨道横向变形积累，增大 钢轨弯曲矢度，逐渐降低无缝线路的稳定 性，最后导致无缝线路胀轨跑道。
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轨道工程
钢轨的温升幅度 • 是钢轨相对于锁定温度的轨温升高值。已
如上述，随着轨温的升高，长钢轨不断积 累的温度压力超过某个极限值后，轨道将 丧失稳定，横向变形迅速增长，形成轨道 方向不良，危及行车安全。钢轨温升幅度 的增长是无缝线路丧失稳定的最关键因素。
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轨道工程
轨道原始弯曲 • 是指无缝线路轨道在钢轨零应力状态下固
3 S
△sTS
f++ f00
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轨道工程
• f0表示轨道存在的原始弯曲矢度，依横向位移随 钢轨温升的变化特征，曲线变化可分为三个阶段:
• 第一阶段: O’→A：轨温上升，因轨道横向位移受 到道床的约束，轨道保持原始弯曲的状态，横向 位移不发生增长。
• 第二阶段: A→B：轨道随钢轨温升发生横向位移， 轨道的弯曲矢度进一步扩大，习惯称为胀轨阶段。
有的方向不平顺。钢轨的焊接、制造、运 输以及养护维修等作业过程中的不良后果， 都可导致轨道的原始弯曲。轨道原始弯曲 通常包括塑性原始弯曲和弹性原始弯曲。 塑性原始弯曲是钢轨在轧制、运输、焊接 和铺设过程中形成的塑性变形，呈现钢轨 轴线不平直。弹性原始弯曲是在温度力和 列车横向力的反复作用下产生的，钢轨弹 性原始弯曲的特点是积蓄有弹性形变位能。
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轨道工程
• 道床对每根轨枕的横向阻力Q0，可用试验 方法获得。试验表明Q0与轨枕横向位移f呈 非线性关系，如图所示。
• 道床横向阻力Q0与轨枕类型、道床断面尺 寸、道碴材料及其密实度有关。由图6-11可 见，混凝土宽轨枕线路横向道床阻力最高， 混凝土轨枕线路次之，木枕线路最低。
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阻力 KN/根
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轨道工程
STRONG
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道
床
横
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WEAK
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轨枕横向位移
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轨道工程
轨道框架刚度
• 轨道框架刚度反映轨道框架抵抗横向弯曲 的能力。轨道框架刚度越大，抵抗横向弯 曲变形的能力就越强。轨道框架刚度是两 股钢轨的横向水平刚度及钢轨与轨枕节点 间的阻矩抵抗横向弯曲能力的总和。
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