高速铁路无缝线路技术

高速铁路无缝线路技术,西南交通大学土木工程学院陈小平工学博士Email:cxp193,主要内容,一、铺设无缝线路的意义二、无缝线路的类型三、无缝线路基本原理四、线路纵向阻力五、无缝线路的温度力图六、无缝线路的稳定性七、桥上无缝线路技术八、桥上无缝道岔技术,一、铺设无缝线路的意义,减少冲击和振动；行车平稳、安全舒适；延长机车车辆、钢轨及联接零件的使用寿命，降低养护维修费用(节约30%70%)；在电力牵引或自动闭塞区段可减少接头的导电设备等。,二、无缝线路的类型,按应力方式分：温度应力式、自动放散温度应力式、定期放散温度应力式。,无缝线路的类型（续）,按长度分：普通无缝线路；区间无缝线路；跨区间无缝线路。,三、无缝线路基本原理,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lalt（6.1）影响钢轨伸缩量的因素？,三、无缝线路基本原理,如果钢轨完全被固定，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t为：tEtE(ll)EaltlEat（6.2）影响钢轨温度应力的因素？,三、无缝线路基本原理,一根钢轨所受的温度力Pt为：PttF2.5tF（N）（6.4）影响钢轨温度力的因素？,四、线路纵向阻力,线路纵向阻力：指当轨温变化时，抵抗钢轨两端自由伸缩的阻力。接头阻力、扣件阻力、道床纵向阻力。,接头阻力,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，我国接头阻力PH仅考虑钢轨与夹板间的摩阻力。PHns,扣件阻力,扣件阻力是由钢轨沿轨枕垫板面之间的摩阻力和扣板与轨底扣着面之间的摩阻力所组成，一组扣件的阻力F为：F2(12)P影响扣件阻力大小的因素？,道床纵向阻力,道床抵抗轨道框架纵向位移的阻力，是由轨枕与道床之间的摩阻力和枕木盒内道碴抗推力组成。道床纵向阻力的特性和影响因素？,五、钢轨温度力图,六、钢轨伸缩量的计算,长钢轨一端的伸缩量,标准轨轨端伸缩量计算图,七、无缝线路稳定性,失稳（胀轨跑道）无缝线路在夏季高温季节，由于钢轨内部存在巨大压力，引起轨道的横向变形，在外来因素（列车动力或人为因素）干扰下，轨道弯曲变形突然增大的现象。,失稳（胀轨跑道）过程,持稳阶段（AB段）胀轨阶段（BK段）跑道阶段（KC段）,影响无缝线路稳定性因素,保持稳定的因素1、道床横向阻力2、轨道框架刚度丧失稳定的因素1、钢轨温度压力2、轨道初始弯曲,道床横向阻力,道床抵抗轨道框架横移的阻力保证线路稳定的主要因素道床65%钢轨25%扣件10%组成1、枕端的碴肩阻止横移的抗力2、枕侧及底部与道碴接触面之间的摩阻力道床肩部30%轨枕侧面2030%轨枕底部50%,道床横向阻力,表示方法1、道床单位横向阻力q2、单根轨枕的横向阻力Q影响因素道床材质、级配道床肩宽、堆高形式线路维修作业,道床横向阻力影响,2、轨道框架刚度,反映其自身抵抗弯曲能力的参数。组成1、两股钢轨的水平刚度（横向刚度）2、扣件阻矩,丧失稳定的因素,钢轨温度压力构成无缝线路稳定问题的根本原因。轨道初始弯曲影响稳定的直接因素。1、弹性初始弯曲2、塑性初始弯曲占总初弯的58.33%,无缝线路结构稳定分析,判别准则能量法和静力平衡法。能量法弹性理论的能量变分原理。势能驻值原理结构物处于平衡状态的充要条件是在虚位移过程中，总势能取驻值。,无缝线路稳定性计算公式,统一公式1977年提出，假定变形曲线波长与初始波长相等，并取变形为2mm时对应的温度压力，除以安全系数，即为保证线路稳定的允许温度压力。,无缝线路稳定性计算公式,不等波长稳定性计算公式1990年开始实施，假定变形曲线波长与初始弯曲波长不相等的计算公式。,七、桥上无缝线路技术,减少列车车轮对桥梁的冲击作用；提高列车通过桥梁的舒适性和安全性；延长设备使用寿命；减少养护维修工作量；提高列车过桥速度。,桥上铺设无缝线路的意义,桥上无缝线路技术是高速铁路轨道的关键技术之一。,桥上无缝线路钢轨的应力,列车动载产生的弯曲应力、温度应力、制动应力、附加应力。附加应力包括：伸缩力、挠曲力、制动力。,桥上与路基上无缝线路的区别,路基上钢轨强度检算：动弯应力、温度力、制动力稳定性检算：温度力桥上钢轨强度：动弯应力、温度力、制动力钢轨稳定性：温度力、附加力钢轨断缝检算：最大降温幅度下的断缝桥梁墩台检算：伸缩力、挠曲力、制动力,桥上无缝线路给设计上带来了很大的困难。,桥上无缝线路伸缩力的特性,伸缩力由于温度变化梁伸缩作用于钢轨的纵向力。影响因素线路纵向阻力梁的伸缩量长钢轨布置方式梁跨支座布置方式等,单跨简支梁增温时伸缩力计算图,桥上无缝线路挠曲附加力特性,挠曲力的所引起的附加力的本质与伸缩力相同。,桥上无缝线路的结构类型,全部处于固定区，常阻力扣件；全部处于固定区，小阻力扣件；设置伸缩调节器。（大跨度、连续梁）,桥上无缝线路附加力的计算方法,桥上无缝线路纵向力的计算方法建立在梁轨作用原理的基础上。基本计算方法分为两类：用微分方程求解和有限单元法求解。,Z为梁轨相对位移，p（z)表示梁轨间纵向阻力，表示桥上伸缩或挠曲引起的纵向位移。,桥上无缝线路纵向力计算的有限单元法,采用有限单元法建立了桥上无缝线路纵向力计算通用模型，并编制了相应的计算软件，可计算任何桥型上桥上无缝线路的伸缩附加力、挠曲附加力、制动力和断轨力。,桥上无缝线路的算例,5跨32m混凝土简支梁，桥台纵向水平刚度3000kN/cm，桥墩刚度500kN/cm。,桥上无缝线路养护维修注意事项,根据设计文件规定，保持扣件布置方式和拧紧程度；对桥上钢轨焊缝要加强检查，发现伤损及时处理；对桥上伸缩调节器的伸缩量应定期检查，发现异常要及时分析原因并整治；定期测量长轨条爬行，做好记录，超过10mm及时分析原因并整治。严格按规定的作业轨温条件进行作业。,八、桥上无缝道岔,随着高速铁路、客运专线、快速客货混跑铁路和城市轨道交通的发展，受环保和地形条件限制，以及轨道平顺性的要求，越来越多的道岔设置在桥上。桥上无缝道岔技术是铁路轨道的前沿性技术难题，它是桥上无缝线路技术、无缝道岔技术和无砟轨道技术的综合。目前为止，国内外都没有对桥上铺设无缝道岔进行系统研究，也缺少相应的应用经验。,国外桥上无缝道岔,日本在北陆新干线桥上铺设了38号高速道岔；德国在桥上无碴轨道基础上成功铺设过无缝道岔，德国承建的台湾高速铁路桥上无缝道岔铺设现场。,我国桥上无缝道岔铺设情况,浙赣线湄池站桥上有砟无缝道岔,武广客运专线雷大桥上底座板纵连板式无缝道岔,我国桥上无缝道岔铺设情况,京沪高速铁路徐沪段有多座车站的多组道岔位于桥上，其中丹阳-昆山特大桥全长164km，含昆山、苏州、无锡、常州高架车站。京沪高速铁路徐沪段共有59组18号道岔、8组42号道岔铺设在桥上。,京沪高速铁路徐沪段桥上道岔统计表,桥上有砟无缝道岔结构,道岔、轨枕、道床、桥梁,桥上底座纵连板式无砟轨道,(1)轨道板和底座板均为连续铺设，贯通全桥，不存在板缝；(2)采用统一的轨道板和扣件；取消了钢轨伸缩调节器的设置；(3)底座板和桥梁间设置滑动层，大大降低桥梁伸缩对底座板产生的附加力；,(5)梁体因温度变化产生的伸缩或因活载产生的变形引起桥梁和轨道间的相互作用由于滑动层的存在，相应减弱；(6)连续底座板两端的台后路基上设置端刺和摩擦板，抵抗连续板产生的多余纵向力，确保轨道在桥梁两端与路基过渡段的稳定性。(7)轨道板采用与路基相同的结构型式，底座板根据桥梁具体情况进行单独设计。桥上底座纵连板式无砟道岔是桥上纵连板式无砟轨道的发展。,(4)墩台固定支座处底座板和桥梁设置固定联结机构，将轨道板的纵向力尽快传至桥墩上；,桥上底座纵连板式无砟道岔的结构,道岔、道岔板、砂浆层、纵连底座板、滑动层、固结结构、硬泡沫塑料板、摩擦板、端刺。,桥上底座纵连板式无砟道岔的结构,路桥过渡段,桥上底座纵连板式无砟道岔的结构,梁缝处的结构,无缝道岔检算项目,基本轨强度和稳定性；尖轨和心轨纵向缩位移；传力部件的强度。,无砟轨道检算项目,桥上底座纵连板式无砟道岔主要需要检算以下部件的纵向受力：底座板的纵向受力；固结结构的纵向受力；道岔板与底座板锚钉的受力；端刺的纵向受力；各部分的纵向位移。,桥梁检算项目,桥梁墩台及其基础桥梁跨度及布置方式桥梁结构设计,桥上有砟道岔纵向力计算岔桥墩一体化模型,桥上有砟道岔纵向力计算（算例）,桥上底座纵连板式无砟