线路基础第四章修改.ppt

1,西南交通大学,第八章 无缝线路 本章要点： 温度力与温度应力的概念 温度力与温度应力的计算 无缝线路的组成与铺设 无缝线路结构设计,2,西南交通大学,概述： 一 为何要搞无缝线路 1.接头病害接头是轨道的薄弱环节 2.接头冲击力影响列车速度缩短机辆使用寿命 二 什么是无缝线路无轨缝的线路 25m轨在工厂焊接成100-200m长轨，运到铺设地 再焊成1000-2000m的长轨。,3,西南交通大学,三 无缝线路类型 1.温度应力式: 一根长轨（1000m），两端为2-4根 12.5m的标轨作为缓冲轨，用扣件、道床限力限 制长钢轨的伸缩，适用于温差90的地区，我 国多采用。,2.放散温度应力式 定期放散式：定期更换长轨两端的缓冲轨， 基本解构与温度应力式相同。 自动放散式：在长轨两端设伸缩调解器随 时释放温度应力，多在大桥 上使用,4,西南交通大学,四 无缝线路发展过程 三十年代出现，五十年代大范围推广。我国1958 年开始试铺目前已铺设近2万公里。无缝线路的特点： 行车平稳，旅客舒适，延长机辆使用寿命，减少线路 维修量，延长线路寿命，适用于高速行车。,5,西南交通大学,8.1 无缝线路基本原理 一 温度力与温度应力 1.温度力钢轨的端固定，温度变化，钢轨截面 受力 2.温度应力温度变化，钢轨单位截面受力,二 温度力计算 1.钢轨伸缩量 L : L = Lt (mm) 式中：线膨胀系数为0.0118mm/m，即每 米钢轨温度变化1，钢轨伸缩0.0118mm,6,西南交通大学,2.温度应力,式中： L钢轨长度（m ） t钢轨温度变化幅度（） E钢轨的弹性模量E=2.11011（pa） 钢轨在温度变化下发生的应变,= 2.5106t (pa),7,西南交通大学,3.温度力,PT = F = F E t = 2.5106tF (Pa) = 250tF （N）,式中：F钢轨截面积（cm2） 注：从 =Et 和 PT=250tF 得出： 与L无关，与t呈线性关系; 温度增减可使钢轨产生拉应力与压应力（温 度升高产生压应力，温度降低产生拉应力）; PT的大小主要取决于t,8,西南交通大学,三 中间轨温、设计锁定轨温、设计锁定轨温范围、 实际锁定轨温 1.中间轨温 t中=（tmax+tmin）/2 式中：tmax最高轨温，为当地最高气温+20 tmin最低轨温，为当地最低气温 2.设计锁定轨温 P拉=P压条件下的轨温 （一般偏重于稳定性方面考虑） tsht中 tsh设计锁定轨温,9,西南交通大学,3.设计锁定轨温的变化范围 设计锁定轨温变化范围系指铺轨轨温，是一个有 变化的值。一般取tp= tsh5 4.实际锁定轨温将长轨完全锁定时的轨温，是 设计锁定轨温变化范围内的一个单一值ts。 5.t中、tsh、tp、ts之间的关系。 例：某地区最高气温为40.2，最低气温为-12.1 则有： t中 =（tmax+tmin）/2 =（60.2-12.1）/2 = 24,10,西南交通大学,可见实际锁定轨温ts为3323之间的任 一确定值。,11,西南交通大学,四 阻力 横向阻力道床阻力 阻力 接头阻力 纵向阻力 扣件阻力 道床阻力,(一)纵向阻力 1.接头阻力：钢轨与夹板间的摩擦力。与螺栓拉 力大体相等。其大小与螺栓个数、材质、直径、 拧紧程度有关。实际中，仅与拧紧力有关，其 拧紧程度用螺栓的扭力矩表达。,12,西南交通大学,13,西南交通大学,2.扣件阻力由中间扣件与防爬设备提供 原则：道床阻力扣件阻力，若不如此，钢轨将沿 轨枕纵向移动。,扣件阻力表,14,西南交通大学,3.道床阻力 1)纵向阻力道床抵抗轨道框架纵向位移的力。其 大小与道床丰度，密实度，道碴粒径，框架重量， 道床污染程度有关。,15,西南交通大学,特点： 阻力值大小与框架位移成正比，取位移2mm 的阻力值，作为计算阻力值进行计算。,2）横向阻力道床阻止框架横向移动的阻力。是 防止线路失稳的主要因素，其大小与道床肩宽， 肩部堆高有关,16,西南交通大学,五 温度力与纵向阻力的关系 1.温度力图表示温度力沿钢轨长度分布的情况,2.温度力变化过程 第一阶段：t接头阻力Pj,17,西南交通大学,注：t钢轨温度 P温度力 Pj接头阻力 Pt与阻力平衡时的温度力 3.结论 1）固定区P最大，即 P = Pt 此处钢轨受力最大， 是无缝线路的薄弱环节。 2) 钢轨承受的温度力P从固定区两端向外逐渐减 小，同时，钢轨伸缩量从外向内递减至固定区。,tmax,轨枕根数最大,第二阶段：t继续,道床阻力,18,西南交通大学,8.2 无缝线路结构设计概述 结构设计 1.确定锁定轨温变化范围 2.计算伸缩区长度及轨缝 3.防爬设备的布置,一 轨温变化幅度的确定 原则：满足线路强度与稳定性的要求,19,西南交通大学,1.无缝线路强度影响因素 1) 动弯应力（D）列车振动 2) 温度应力（T） 3) 附加应力（F）大桥桥头 4) 列车制动应力（Zh） 钢轨强度所允许的应力s s= D+T+F+zh 1,20,西南交通大学,2.无缝线路稳定性影响因素 1)道床阻力道床抵抗轨道框架横向位移的阻力， 与道床肩宽，道床丰度，密实程度有关。 道床单位横向阻力q q = Q0 / a （N/cm） 式中: Q0 横向阻力（N/根） a 轨枕间距（cm） 2)轨道框架刚度：两根钢轨的刚度与轨枕节点间扭矩 的组合。与钢轨类型，中间扣件，轨枕类型有关。,21,西南交通大学,3)钢轨的原始弯曲：由外力作用而造成的弯曲 4)温度力：主要是温度压力，是造成线路失稳的最 主要因素。 3.稳定性计算 临界温度力Pk,22,西南交通大学,式中：Q 等效道床阻力(N/cm) Pk 临界温度力(N) f 轨道变形曲线矢度 (cm） fof 弹性原始弯曲矢度 (cm) l 轨道变形曲线长度 (cm) EI 轨道框架刚度 R 合成曲率半径,23,西南交通大学,取 f = 0.2cm 得到 P = PN (计算温度压力) 由PN得到容许温度压力 P = PN / K K = 1.25(安全系数),24,西南交通大学,25,西南交通大学,4.轨温变化幅度的确定 1)按强度要求由（1）式得 Ts- D F zh =Et t=（s- D F zh）/ E 由于钢轨头部与底部受压应力与拉应力 故而有 ty=（s- DT F zh）/ E tL=（s- DD F zh）/ E,26,西南交通大学,2)按稳定性要求 P = FEt t = P/（FE） 故有： tw = P/（2FE） 式中：P 容许温度压力 注：tw、ty、tL的值越大越好。越大表明线 路的强度与稳定性越不易遭到破坏。并且，线 路锁定轨温的范围亦越大。,27,西南交通大学,二 设计锁定轨温的确定 1.设计锁定轨温的上下限 上限：tsh = tL + tmin 下限：tx = tmax - ty （tw） ts 容许锁定轨温变化幅度 ts = tsh tx,28,西南交通大学,2.设计锁定轨温ts 一般： tx t中 tsh 取： tsh ts t中 tX 实际：取 ts5 三 伸缩区长度计算 根据温度力图： Pt = Pj + PL L =（Pt - Pj）/ P 式中： P 单位纵向阻力（N/cm） Pj 接头阻力 PL 道床阻力,29,西南交通大学,又根据： ts5 得 maxty（温升）； maxtL（温降） 两者取大，得maxPt 故有： L=（maxPt- Pj）/ P L伸缩区长度 注：为了安全，一般L实L理,30,西南交通大学,4.预留轨缝的确定 原则： 1)当轨温由tstmin时不至拉坏螺栓 即 y+max1D+max2DG 式中：G 构造轨缝，一般取17mm 1D 长轨缩短量 2D 短轨缩短量 y 预留轨缝,31,西南交通大学,2)当轨温由tstmax轨缝不能顶严 y max1G + max2G 式中：1G、2G长、短轨伸长量 故有： max1G+max2GyG- max1D-max2D,32,西南交通大学,解：1.求温升与温降 t升 = 62.6 24 39（）