（道路与铁道工程专业论文）无缝线路锁定轨温衰减规律及原因分析.pdf

ad i s s e r t a t i o ns u b m i t t e dt o 保密2 年 t o n g j iu n i v e r s i t yi nc o n f o r m i t yw i t ht h er e q u i r e m e n t sf o r t h ed e g r e eo fm a s t e ro fp h i l o s o p h y a n a l y s e a b o u tt h ep r i n c i p l ea n dc a u s e o fc w rs t r e s s - f r e et e m p e r a t ur e a t t e nu a t i o n s c h o o l d e p a r t m e n t ： s c h o o lo f t r a n s p o r t a t i o n e n g i n e e r i n g d i s c i p l i n e ：t r a n s p o r t a t i o ne n g i n e e r i n g m a j o r ：r o a da n dr a i l w a ye n g i n e e r i n g c a n d i d a t e ：x i n gy u s u p e r v i s o r ：p r o f s o n g l i a n gl i a n s e n i o re n g i n e e r p e i y ig o n g j a n u a r y , 2 0 0 8 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名： 乙9 p 8 年亏月t3 日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的无缝线路锁定轨温衰减规律及原因分 析学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。 除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他 人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所 涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式 标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名： 五部年寻月i3 日 摘要 摘要 无缝线路锁定轨温是衡量无缝线路钢轨温度力水平的基准，它所反映的是 无缝线路在不同的温度条件下钢轨纵向内应力的状态和大小。锁定轨温与道床 承载力、道床纵横向阻力等共同构成了衡量无缝线路轨道强度与稳定性的量化 指标，因此，锁定轨温是无缝线路最重要的技术数据之一，其准确与否，将直 接关系到无缝线路的结构状态稳定和养、管、修安全。 本文通过1 9 9 9 年上海铁路局杭州线桥大修段在沪宁线利用机械铺排方式进 行线路中修并同步更换i i i 型轨枕施工积累的长钢轨长度变化的数据，对钢轨伸 长和锁定轨温衰减的变化规律进行了初步探讨，并从钢轨制造中残余应力、塑 性碾长、塑性蠕变等方面对无缝线路长度变化、锁定轨温衰减作了进一步的定 性分析，从而为正确认识无缝线路锁定轨温的实际情况、合理制定无缝线路养护、 管理和维修制度提供了理论和实践的指导。 对锁定轨温衰减规律的探索是一项非常困难、繁琐而又十分重要、严肃的 事情，尤其是从理论上进行定量分析，尚需要我们不断地进行深入的探索和研 究。下阶段本人将利用在铁路建设单位从事时速2 0 0 k m 以上新线建设管理工作 的条件，结合新建线路一次性铺设无缝线路后、初期列车运行数量较少的实际 情况，从以下几方面深入地进行锁定轨温准确控制的研究： 1 无缝线路铺设方式及道床稳定条件对锁定轨温准确性的影响； 2 轮载作用与锁定轨温衰减的关系分析： 3 温度应力交变作用与锁定轨温衰减的关系分析。 关键词：无缝线路，锁定轨温，衰减，分析 a b s t r a c t a b s t r a c t t h es t r e s s f r e et e m p e r a t u r eo fc o n t i n u o u sw e l d e dr a i l ( c w r ) i sab e n c h m a r ko f t h ea m p l i t u d eo fr a i lt e m p e r a t u r es t r e s sw h i c hr e f l e c t st h es t a t ea n da m p l i t u d eo ft h e l o g n i t u d i n a ls t r e s so f t h er a i lu n d e rd i f f e r e n tt e m p e r a t u r e s t h es t r e s s f r e et e m p e r a t u r e ， t r a c kb e db e a r i n gc a p a c i t ya n dl a t e r a la n dl o g n i t u d i n a lr e s i s t a n c ec o n s t i t u t e si n i n d e x e se s t i m a t i n gt h es t r e n g t ha n dt h es t a b i l i t yo fc w r s os t r e s s f r e et e m p e r a t u r e i so n eo ft h em o s ti m p o r t a n td a t ao fc w r w h e t h e ri ti st r u eo r , i tw i l ld i r e c t l yr e l a t e s t a b i l i t yo fc w r a n ds e c u r i t yo fm a i n t a i n e n c ea n dm a n a g e m e n t b a s e do nt h ed a t ao fr a i ll e n g t hi nc w ri n t e r m e d i a t er e p a i r i n go ft r a c ka n d r e p l a c i n gi l l - t y p ec o n c r e t es l e e p e rb ym a c h i n el a y o u ti nh u n i n gr a i l w a y19 9 9 ，t h ep a p e r s t u d i e sc w rp r o t r a c t i o na n ds t r e s s f r e et e m p e r a t u r ea t t e n u a t i o nl a wf r o mr a i l r e s i d u a ls t r e s s ，c r e e p a g e ，p l a s t i cw h e e lr o l l i n ga n ds oo n t h u st h ep a p e rg i v e st h e d i r e c t i o n si nt h e o r ya n dp r a c t i c ef o rl e a r n i n gc o n d i t i o n so fc w rs t r e s s - f r e e t e m p e r a t u r e ，e s t a b l i s h i n gs y s t e m so fm a i n t a i n e n c ea n dm a n a g e m e n t o fc w r i ti sv e r yd i f f i c u l ta n df u s s yb u tv e r yi m p o r t a n ta n ds e r i o u st os t u d yt h el a wo f s t r e s s f r e e t e m p e r a t u r ea t t e n u a t i n g ，e s p e c i a l l y w es h o u l dm a k eq u a n t i f i c a t i o n a l r e s e a r c hi nt h e o r yt h o r o u g h l y c o m b i n i n gw i t hm yw o r ko fm a n a g i n gn e wr a i l w a y s o fm o r et h a n2 0 0 k m ha n dc o n d l i t i o n so fl e s st r a i no p e r a t i o na ti n i t i a ls t a g e sa f t e r b u i l d i n gu pn e wr a i l w a y s ，1w i l ls t u d yt h ep r o b l e m sw i t hr e s p e c tt ot h e s t r e s s - f r e e t e m p e r a t u r ea t t e n u a t i o n si nt h ef u t u r e ，a sf o l l o w s ： 1 t oa n a l y z et h ee f f e c to fd i f f e r e n tp a v i n gm e t h o d sa n dd i f f e r e n ts t a b i l i t yc o n d i t i o n s o ft r a c kb e do ns t r e s s - f r e et e m p e r a t u r ec o r r e c t i v i t y 2 t oa n a l y z et h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ew h e e l l o a da n ds t r e s s - f r e et e m p e r a t u r e a t t e n u a t i n g 3 t oa n a l y z et h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt e m p e r a t u r es t r e s sc h a n g i n ga n ds t r e s s - f r e e t e m p e r a t u r ea t t e n u a t i n g k e yw o r d s ：c w r ，s t r e s s - f r e et e m p e r a t u r e ，a t t e n u a t i o n ，a n a l y z e i i 目录 目录 第1 章引言1 1 1 概述1 1 2 锁定轨温探索现状2 1 2 1 锁定轨温含义的深入分析2 1 2 2 锁定轨温衰减现象的由来3 第2 章锁定轨温衰减资料统计分析4 2 1 锁定轨温衰减现象实例描述4 2 1 1 施工胀轨现象4 2 1 2 长轨切割锯缝顶严现象4 2 2 锁定轨温衰减现场资料收集5 2 3 数据分析9 2 3 1 数据分布分析9 2 3 2 按铺设时间进行数据分布分析1 l 2 3 3 其它相关资料比较1 2 第3 章锁定轨温衰减的理论分析1 3 3 1 残余应力( r e s i d u a ls t r e s so fr a i l ) 1 3 3 2 塑性碾长( p l a s t i cr o l l i n go u to fr a i l ) 1 5 3 2 1 短钢轨塑性碾长的表现形式1 5 3 2 2 钢轨塑性碾长的力学分析1 7 3 2 3 钢轨轨项与轨底变形不一致情况分析1 8 3 3 塑性蠕变( p l a s t i cc r e e p ) 1 9 3 4 温度力弹性势能衰减2 0 3 4 1 钢轨温度力2 0 i i i 目录 3 4 2 钢轨温度力梯度2 1 3 4 3 钢轨温度力图面积与钢轨伸缩量2 2 3 4 4 无缝线路钢轨的能量转换2 4 第4 章提高锁定轨温准确性的措施2 6 4 1影响锁定轨温准确性的有关因素2 6 4 2 确保铺设时锁定轨温准确的相关措施2 7 4 2 1 确保铺设时道床稳定2 7 4 2 2 确保应力放散前长轨条处于自由状态2 7 4 2 3 确保拉伸量均匀分布2 8 4 2 4 其他有关问题2 8 4 3 锁定轨温的测试方法2 9 4 3 1 应变测量法2 9 4 3 2 应力测量法3 0 4 3 3 重新放散法3 0 4 4 锁定轨温衰减的应用3 0 4 4 1 在无缝线路铺设中合理控制锁定轨温3 0 4 4 2 在施工及养护维修中的应用3 1 第5 章结论与展望3 2 5 1 结论3 2 5 2 进一步工作方向3 2 致谢3 4 参考文献3 5 附录a铁路无缝线路锁定轨温衰减调查表3 6 个人简历在读期间发表的学术论文与研究成果3 8 第1 章引言 1 1 概述 第1 章引言 经过2 0 世纪8 0 年代国内普通无缝线路技术的快速发展后，无缝线路从2 0 世纪9 0 年代初期单元轨节长度为1 5 k m 左右、两端设置缓冲区的区间单元轨节 形式发展到九十年代末期的区间超长无缝线路形式，到2 0 0 0 年开始在沪宁线铺 设跨区间超长无缝线路、2 0 0 1 年沪宁线上海南京全长2 2 3 k m 超长无缝线路的 实现，再发展到目前1 6 0 - - , 2 0 0 k m h 区段普遍采用新线开通一次性铺设跨区间超 长无缝线路形式。这些都标志着无缝线路技术得到了快速发展。 1 9 9 9 年以来六次大提速的成功实施，以及浙赣、胶济、渝怀、沪宁等既有 线2 0 0 k m h 提速改造以后，2 0 0 k m h 动车组的成功开行、部分地段开行速度达到 2 5 0 k m h ，体现了近年来我国铁路建设的不断发展，也伴随着并得益于无缝线路 技术的快速发展。 2 0 0 4 年以来，合宁、合武、石太、甬台温、温福、福厦等时速2 0 0 2 5 0 k m 铁路及京津、郑西、武广等时速3 0 0 3 5 0 k m 铁路项目陆续开工建设，2 0 0 8 年京 津城际铁路开通将标志着我国第一条时速3 5 0 k m 铁路的正式建成运行。 从8 0 年代的普通无缝线路到目前快速铁路区段跨区间超长无缝线路大面积 铺设，无缝线路的稳定性和轨道结构的安全性日趋重要。 无缝线路轨道失稳和破坏的主要表现形式是胀轨跑道，导致胀轨跑道的主 要原因有以下几个方面：( 1 ) 钢轨内温度压力过大：( 2 ) 道床横向阻力降低；( 3 ) 轨道框架刚度减弱；( 4 ) 轨道原始硬弯。因此，无缝线路轨道稳定性主要取决于 钢轨动应力、轨道刚度、道床纵横向阻力、无缝线路温度应力状态、路基承载 力及轨面几何状态等因素。无缝线路与普通线路的最大区别在于它承受着较大 的温度力，而温度力的大小是与钢轨温度的高低相关的。无缝线路上钢轨温度 的变化直接影响轨道的强度和稳定。无缝线路温度应力状态是以零应力轨温为 始点，随着长轨条温度的变化而变化，因此该应力始终是一个动态值。而该零 应力轨温即无缝线路锁定轨温，它表达的是无缝线路长轨条处于零应力状态时 的轨温，在影响轨道稳定性的其他因素均处于规定允许的范围内时，当温度应 第1 章引言 力在合理的拉或压应力范围内变化时，轨道将处于稳定状态；当轨温过低、温 度应力为拉应力并超出允许范围时，将出现断轨现象；当轨温过高、温度应力 为压应力并超出允许范围时，将出现胀轨跑道现象。 随着无缝线路铺设、养护、管理工作的不断深入，对无缝线路稳定性和影 响稳定性的因素认识也在不断提高。同时，随着列车速度的不断提高，对轨道 结构的稳定性、安全性要求也日益提高。这对无缝线路温度力状态和锁定轨温 的准确度提出了越来越高的要求。基于此，近年来对无缝线路锁定轨温的研究 逐渐有了新的发展。 1 2 锁定轨温探索现状 1 2 1 锁定轨温含义的深入分析 无缝线路锁定轨温是指无缝线路的零应力轨温，其初始数值是在无缝线路 铺设时通过计算确定的，锁定轨温是决定钢轨温度力水平的基准，它所反映的 是无缝线路在不同的温度条件下钢轨纵向内应力的问题，即无缝线路钢轨内部 所承受的拉应力和压应力大小问题，是衡量无缝线路轨道强度与稳定性的量化 指标，因此锁定轨温是无缝线路最重要的技术指标之一，其准确与否，将直接 关系到无缝线路的状态稳定和养、管、修安全。 锁定轨温是我国工务工程界对零应力轨温的一种习惯叫法。对于被锁定的 长轨条，必然存在这样一个轨温，在此轨温时钢轨就如同在自由状态一样，其 内部的温度应力为零。而锁定轨温的本义是指在施工时，将钢轨扣结于轨枕时 的轨温。因此，两者在概念上和性质上均是有差距的。但在我国铺设无缝线路 的初期，一方面由于认为施工锁定时的轨温在量值上就应该等于零应力轨温； 另一方面，也为了通俗起见，于是就把“锁定轨温 一词当作了零应力轨温的 同义语来使用。所以把零应力轨温称作锁定轨温是不够确切的。但这是历史造 成的，已约定俗成。现在工务工程实践中只要提到锁定轨温都是指的零应力轨 温。而其基本的含义施工锁定时的轨温，已为另一术语“施工锁定轨温 所代替。施工锁定轨温表示的是施工锁定时的轨温。由于长轨条的锁定施工需 要一定的时间，所以规定把长轨条始终端落槽就位时轨温的平均值作为施工锁 定轨温。同时要求始终端就位时的轨温必须在设计锁定轨温允许变动的范围之 2 第1 章引言 内。鉴于无缝线路落槽轨温通常难以满足设计锁定轨温的要求，因此落槽后通 常对长轨进行拉伸、并以落槽轨温加上拉伸量折算拉伸轨温作为施工锁定轨温。 在一般情况下，人们认为这一轨温就代表了长轨条的平均零应力轨温，但实际 上，这两者在量值上并不一定相等。于是就产生了“实际锁定轨温”的提法。 实际锁定轨温强调的是“实际 二字；既用以区别由施工锁定轨温所表示 的名义上的零应力轨温，又说明零应力轨温在运营过程中是可能发生变化的。 因此，这一术语也反映了人们在实践过程中对零应力轨温认识的深入和提高。 名词解释： 锁定轨温广义上对零应力轨温的通称，其初始数值是在无缝线路铺设 时通过计算确定的，锁定轨温是决定钢轨温度力水平的基准。 零应力轨温对于被锁定的长轨条，必然存在这样一个轨温，在此轨温 时钢轨就如同在自由状态一样，其内部的温度应力为零，该轨温即为零应力轨 温。 施工锁定轨温长轨条始、终端自由落槽时的平均轨温与对长轨条拉伸 所得的拉伸轨温( 若进行拉伸) 之和称为施工锁定轨温。 实际锁定轨温因零应力轨温在无缝线路运行过程中可能发生变化，因 此用实际锁定轨温表示实际零应力状态的轨温。 本文所述的锁定轨温即是泛指零应力轨温。 1 2 2 锁定轨温衰减现象的由来 锁定轨温是决定钢轨温度力水平的基准，是指导运营维修工作的依据。但 多年来的实践表明，无缝线路的实际锁定轨温一般总是低于铺设时计算所得的 初始锁定轨温。因此，掌握实际锁定轨温变化规律，对保证无缝线路的运营安 第2 章锁定轨温衰减资料统计分析 第2 章锁定轨温衰减资料统计分析 2 1锁定轨温衰减现象实例描述 2 1 1 施工胀轨现象 1 9 9 8 年9 月2 4 日，苏州工务段在沪宁下行线k 1 4 6 + 7 3 2 + k 1 4 6 + 8 9 2 处更换i 型混凝土轨枕时，在封锁前慢行时间内进行隔五换一的准备作业过程中，发生 胀轨事件。该处无缝线路及胀轨现场情况如表2 1 及表2 2 所示。 表2 1 胀轨地段无缝线路技术资料 长轨锁定轨温 起讫里程铺设时间铺设单位备注 长度左股右股 k 1 4 5 + 6 2 5 1 9 9 4 年 1 3 4 1 m 3 2 0 3 2 7 南京大修段 k 14 6 + 9 6 64 月1 7 日 注：铺设完毕以后未进行过应力放散工作。 表2 2 胀轨现场实际情况 胀轨时间胀轨里程2 0 m 弯矢实测轨温( ) k 1 4 6 + 7 3 2 1 0 ：4 51 0 ：5 51 2 ：1 01 2 ：5 01 3 ：1 5 1 0 ：5 52 0 m m k 14 6 + 8 9 2 3 0 03 2 03 4 03 2 13 2 5 因此，尽管当时已经无法通过精确计算确定该地段无缝线路的实际锁定轨 温，但通过对当时的胀轨情况进行分析，可以肯定该无缝线路地段的实际锁定 轨温已经远低于3 2 。 2 1 2 长轨切割锯缝顶严现象 1 9 9 9 年4 月7 日，杭州大修段在沪宁下行线湾城站内封锁切割旧长轨( 用 电动砂轮锯轨机切割) ，左、右股钢轨分别锯至轨腰1 2 时，由于钢轨内部纵向 4 第2 章锁定轨温衰减资料统计分析 压力过大，均发生锯缝顶严现象( 左股锯至1 0 ：4 0 、右股锯至1 1 ：1 0 分时，实际 情况见表3 ) ，最后都是通过将钢轨起高，用氧乙切割将其切断。该处无缝线路 技术资料及当时锯缝顶严的实际情况如表2 3 。 表2 3 锯缝顶严实际情况 锁定轨温实测轨温 ( )( ) 起讫里程铺设时间长轨长度铺设单位 左股右股左股右股 k 1 6 0 + 1 3 7 1 9 9 4 年3 1 1 1 8 2 m2 7 42 7 42 0 1 2 1 7 南尿大1 嗲段 k 1 6 1 + 2 5 5月2 6 日 注：铺设完毕以后未进行过应力放散上作 从钢轨切割时锯缝闭塞的情况来计算分析，该长轨左、右股的锁定轨温肯 定已经分别小于左、右股当时的实测轨温，也就是说，左、右股钢轨锁定轨温 衰减量肯定分别大于7 3 。c 和5 7 。 2 2 锁定轨温衰减现场资料收集 原上海铁路局杭州线桥大修段于1 9 9 9 年3 月1 9 9 9 年1 2 月在沪宁线湾城 站石塘湾站( k 1 6 2 0 - - 一k 1 3 2 5 ) 间进行机械更换i i i 型轨枕并同步中修施工， 该地段上行线为普通无缝线路，下行线为超长无缝线路。该次施工的方法与主 要作业流程为：用2 5 米联结轨换下旧长轨( 含普通无缝线路地段的缓冲区短轨、 换下的旧长轨暂放线路两侧) 一机械铺设轨排以更换轨枕一清筛道床及起整线 路一用旧长轨换下2 5 米短轨恢复既有钢轨状态。原上行线的普通无缝线路，恢 复后亦为带缓冲区的普通无缝线路；原下行线的跨区间超长无缝线路，恢复后 亦为跨区间超长无缝线路。实际施工中，为延长旧长轨的使用寿命，曾对大多 数钢轨进行换边使用。由于施工后恢复的是既有旧长轨，因此，通过这一次施 工，我们发现旧长轨在相同计算轨温的情况下，其长度比第一次铺设时均有一 定量的增加，在第二次铺设时，通过对缓冲区短轨进行相应的切割或预留轨缝 ( 超长无缝线路区段则直接切割长轨端部) 的方法，以确保无缝线路铺设的锁 定轨温满足处于2 5 - - , 3 7 的设计及规范要求，这里体现了无缝线路锁定轨温衰 5 第2 章锁定轨温衰减资料统计分析 减现象的普遍存在。通过这次施工实践，本人积累了有关无缝线路锁定轨温衰 减的宝贵的第一手资料。在数据统计中，对上行线普通无缝线路的衰减量计算 比较简单，在相同计算锁定轨温条件下，直接将钢轨的伸长量换算成锁定轨温 衰减量；对下行线超长无缝线路，由于施工时对长轨的分段与第一次铺入时的 分段不尽相同，因此伸长量是通过根据原锁定轨温资料和第二次铺入时切割既 有轨后的长度进行比较，计算出相同计算锁定轨温条件下钢轨的伸长量，并换 算成锁定轨温衰减量。表2 4 为施工中积累的实际资料，表2 5 为锁定轨温衰 减统计表。 6 g 菇星 螂 盏辱 螂祭 魍古螂螺租整善宣 钮 裂 埘 御 n 坦佃 媸 厘暴繇 厘测缀 旱崾术嚣 厘 镧跚 圃 厘厘 娟暴 皿 厘 曰 嚣 佃 托 陵聪 幽翼 窿圈 嚣嚣 慧巷菱豢 蟋 翟翟 割酬 霍慝翟 辎蜒 剥荨量型蠹垂 畏 格罨格 餐餐 哲橱22 22 鞫罨鬻蝉 蝉橱 鬈漆鬈鬈鬈黼船 割捌剐嚣 艇长 锻挝般锤长锤锤餐锤 蜒 半n - r 厘 寸 一 n 岔 卜岔 一一 一一一 n nno。 一 - 一一 垂墓 口心 心口寸r - - 卜 卜 r -卜 。 o。oo。o o o 西岔岔岔岔o小岔 a岔a 岔口口口口口岔 岔岔昏 冀暑 寸寸 v 、卜 oo nnnn nn nnn寸 oo oooo 一一 _ 1亡=一 一一 一一一 一一一- 一一 赤鲻 岔岔岔小岔口 口岔岔岔口 o oo o o o n n n nn 口 除 姬 o 卜 寸 卜口 一 l n - 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, 1 2o c ，其中个别数据离6 , - - , 1 2 。c 这 一区域较远，造成这一情况的主要原因是既有无缝线路恢复施工的特殊性导致 原始数据测量存在相应的误差( 如换轨小车与钢轨摩擦力的存在，曲线地段钢 轨与橡胶垫摩擦力增加等) 。因此，从总体趋势上看，衰减量的大小基本服从于 正态分布，在此，我们利用概率论统计方法对衰减量数据进行离散分析，并得 9 第2 章锁定轨温衰减资料统计分析 出衰减量的正态分布规律。 表2 6 锁定轨温衰减量分布表 衰减量( )分配值分配值百分比 o 20 2 - - 412 5 4 - - 6 2 5 6 81 12 7 5 8 1 092 2 5 1 0 1 2 8 2 0 1 2 1 437 5 】4 1 651 2 5 1 6 1 8 l 2 5 1 8 2 0 0 0 图2 1 锁定轨温衰减量分布图 ( 1 ) 计算t 的算术平均值p 。于= 吉喜z = 9 7 3 ( ， 1 0 ( 2 1 ) 第2 章锁定轨温衰减资料统计分析 ( 2 ) 计算均方差o 2 击喜( 于棚) 2 - - 1 1 4 2 3 ( 2 2 ) ( 3 ) 计算标准差o o = 3 3 8 ( ) ( 2 3 ) ( 4 ) 正态分布表达式 从上述计算可以看出，锁定轨温衰减量是服从于正态分布： e - - n ( 9 7 3 ，3 3 8 2 ) ( 2 4 ) 2 3 2 按铺设时间进行数据分布分析 将表2 5 中的数据按1 9 9 4 年和1 9 8 9 年两次铺设时间段进行统计： ( 1 ) 1 9 9 4 年铺设的衰减情况统计( 铺设5 年) 2 于= 去喜z = 7 9 8 ( ) ( 2 5 ) 击喜( f 嘲) 2 = 9 8 5 o = 3 1 4 ( ) - - n ( 7 9 8 ，3 1 4 2 ) ( 2 ) 1 9 8 9 年铺设的衰减情况统计( 铺设1 0 年) = 于= 吉喜 仃：击主( 船一l 百 o 正= 1 0 4 8 ( ) ( 2 6 ) ( 2 7 ) ( 2 8 ) ( 2 9 ) 第2 章锁定轨温衰减资料统计分析 = n ( 1 0 4 8 ，3 2 5 2 )( 2 1 2 ) 表2 7 不同铺设年段衰减量对比表 一 1 9 9 4 年1 9 8 9 年 统计项目 at = i i ( )7 9 8 1 0 4 8 均方差o 2 9 8 4 91 0 5 3 2 标准差o ( ) 3 1 43 2 5 正态分布 = n ( 7 9 8 ，3 1 4 2 )= n ( 1 0 4 8 ，3 2 5 2 ) 从表2 7 对比统计中可以看出，铺设l o 年的衰减量平均值为l o 4 8 ，铺 设5 年的衰减量平均值为7 9 8 。c ，两个年段衰减量标准差基本相同，所以统计 分析认为，锁定轨温在应力放散初期衰减现象较严重，随时间推移，逐步趋于 稳定。 2 3 3 其它相关资料比较 锁定轨温衰减在一些无缝线路的经典书籍中亦多有提及，如在由广钟岩等 主编、卢祖文等主审的铁路无缝线路( 中国铁道出版社，1 9 9 5 年版，文献 3 ) 中提及了锁定轨温衰减的普遍趋势，一是衰减是普遍存在的，二是衰减量一般 在8 1 0 * c 左右。这与本文积累的资料和统计分析结果基本相符。 1 2 第3 章锁定轨温衰减的理论分析 第3 章锁定轨温衰减的理论分析 钢轨在生产、轧制、使用过程中，其受力状态将产生变化，从而使钢轨的 外形发生变化。主要的表现就是钢轨的各种伤损、磨耗和变形等。钢轨的蠕变 伸长是钢轨外观发生变化的一个方面，对钢轨的使用起到不利的作用。使钢轨 产生蠕变伸长的原因较多，大致可分成以下几类：制造时在钢轨中产生的残 余应力，在使用过程中残余应力的分布变化而改变钢轨长度；在列车荷载作 用下钢轨处于交变受拉状态，产生受拉碾压伸长；钢轨受温度拉应力作用产 生蠕变伸长，以及其他因素对钢轨的受力及蠕变伸长产生的影响。 锁定轨温衰减的实质是由于长轨条因各种原因产生的缓慢的塑性伸长的结 果。本节将对导致钢轨伸长、锁定轨温衰减的相关因素进行讨论分析。 3 1残余应力( r e sid u ai s t r e s so fr aii ) 钢轨制造时产生的残余应力，铺设后在运行过程中部分残余应力释放并导 致残余应力的分布发生变化，致使钢轨发生塑性伸长。文献 1 对中子衍射法 ( n e u t r o nd i f f r a c t i o n ) 测试钢轨的残余应力情况进行了描述，得j 方向( 轨 道纵向) 最大拉应力为：轨顶2 2 0m p a ，轨底1 5 0m p a ，轨腰最大压应力将近 1 0 0m p a 。在以z 方向( 轨道横向、竖向) ，最大残余拉应力也达到2 0 0 - - - 3 0 0m p a ， 轨腰部分的残余应力较小，见图3 1 、图3 2 所示。 当钢轨上道后在列车轮载的反复碾压下，钢轨内残余应力发生变化，纵向 残余应力变化的表现形式就是钢轨长度的改变。 钢轨纵向残余应力触的释放使锁定轨温下降，下降值为彳f ，= 硝( a e 火) ， 其中伉、e 分别为钢的线膨胀系数和弹性模量。残余应力释放越多，钢轨塑性伸 长越大，锁定轨温下降越大。文献 2 3 对钢轨残余应力释放的速度、程度与运 量、荷载之间的关系进行了仔细的分析，并提出新钢轨上道后前三个月残余应 力释放较快、锁定轨温下降比较明显，一年后残余应力的分布趋于稳定，锁定 轨温下降也相应减缓并趋于稳定。残余应力释放是钢轨初期蠕变伸长的主要原 因，也是无缝线路锁定轨温下降的重要原因。 1 3 第3 章锁定轨温衰减的理论分析 一 、 3 0 0 - - 、： 若 y 方向j - i 、 函 ；z o o 一 鬯 !j 。 墓，f x 方向 邈 “ 饕 ，j 蛐0 _ z 方向 一 一，j 、j 一一j 图3 1 钢轨轨头内项面残余应力变化分布测量值 残余应力t m p a 豢0 _ 一、。墨方i 遍 芒 1 0 ) 蓑r 一 2 方i 向。 图3 2 钢轨轨头内中心线上残余应力变化分布测量值 1 4 第3 章锁定轨温衰减的理论分析 3 2 塑性碾长( p la s ticr oiiin go u