铁路线路平纵断面改善设计及桥上无缝线路纵向附加力设计计算.docx

中 南 大 学 本科生毕业论文(设计)题 目 铁路线路平纵断面改善设计及桥上无缝线路纵向附加力设计计算 学生姓名 指导教师 学 院 土木工程学院 专业班级 铁道工程08级 完成时间 2012年 06月06日 中 南 大 学毕业论文（设计）任务书毕业论文（设计）题目 铁路线路平纵断面改善设计及中跨度桥上无缝线路纵向附加力计算题目类型 工程设计 题目来源 生产实际题 毕业论文（设计）时间从 2012.年.2月20日 至2012年6月9日 1.毕业论文（设计）内容要求：（1）根据行车最高车速及年通过总重量，选择轨道结构类型；（2）针对设计资料中的九条曲线（11号、20号、31号、40、53号、60号、72号、80号、92号），进行路线路平面改善设计，并绘制平面改善设计图。（3）对铁路线路k110+000至k126+450设计区段，进行线路纵断面改善设计，并用计算绘制纵断面改善设计图。（4）根据轨道结构强度检算原理及方法，检算轨道强度，确定无缝线路最大容许温降幅值。（5）根据无缝线路稳定性理论及方法，检算轨道结构稳定性，确定无缝线路最大容许温升幅值。（6） 确定无缝线路锁定轨温。（7） 进行中跨度桥上无缝线路伸缩附加力及挠曲附加力计算。（8） 确定中跨度桥上无缝线路锁定轨温。（9） 进行中跨度桥上无缝线路段峰及墩台偏心检算。1题目类型：(1)理论研究(2)实验研究(3)工程设计(4)工程技术研究(5)软件开发2题目来源：(1)教师科研题(2)生产实际题(3)其它2.主要参考资料1 中华人民共和国铁道部. 铁路线路设备大修规则s. 北京: 中国铁道出版社, 19972 中华人民共和国铁道部. 铁路线路维修规则s. 北京: 中国铁道出版社, 20013 中华人民共和国建设部. 铁路线路设计规范s. 北京: 中国计划出版社, 20064 中华人民共和国铁道部. 铁路轨道设计规范s. 北京: 中国铁道出版社, 20055 中华人民共和国铁道部. 铁路桥涵设计基本规范s. 北京: 中国铁道出版社, 20056 铁道部工务局. 铁路工务技术手册(轨道) m. 北京: 中国铁道出版社, 19947 铁一院. 铁路工程设计技术手册(线路) m. 北京: 中国铁道出版社, 19998 王其昌. 铁路线路大修工程m. 北京: 中国铁道出版社, 20009 陈秀方. 轨道工程m. 北京:中国建筑工业出版社, 200510 广钟岩, 高慧安. 铁路无缝线路m. 北京: 中国铁道出版社, 20013.毕业论文（设计）进度安排阶段阶 段 内 容起止时间1铁路线路大修技术设计2.204.203绘制纵断面设计图4.215.104桥上无缝线路技术设计5.115.245撰写并提交设计文本、批改文本、毕业答辩5.256.15指导教师（签名） _ 时间：_系(所)主任(签名) _ 时间：_主管院长（签名） _ 时间：_中 南 大 学毕业论文（设计）成绩评定表（一）指导教师评语 建议成绩 指导教师 _年_月_日中 南 大 学毕业论文（设计）成绩评定表（二）论文（设计）评阅人评语 论文（设计） 建议成绩：_ 评阅人_ _年_月_日 中 南 大 学毕业论文（设计）成绩评定表（三）答辩意见 答辩成绩：_ 答辩委员会（小组）负责人_ _年_月_日 学院领导小组审查意见： 成绩评定：_ 负责人：_ _年_月_ 目录摘要1abstract2第一章 绪论31.1 铁路线路大修31.2 路基无缝线路31.3 桥上无缝线路4第二章 铁路线路大修计算机辅助设计52.1 概述52.1.1 铁路大修的基本任务52.1.2 线路换轨大修的主要内容52.1.3 线路大修的要求和原则52.1.4 线路大修外业测量62.1.5 线路大修周期的确定62.1.6 线路大修原始资料62.2 选择上部建筑类型72.3 轨道强度检算概述72.3.1 概述72.3.2 适用条件82.3.3 轨道结构静力计算理论82.4 轨道强度检算方法92.4.1 基本假设92.4.2 基本计算参数92.4.3 轨道结构静力计算102.4.4 轨道结构动力计算122.4.5 钢轨强度检算132.4.7 路基基床表面压应力检算152.5 轨道强度检算162.5.1 轨道强度计算中主要参数的取值162.5.2 轨道强度检算172.5.3 钢轨、道床及路基强度电算检核结果202.6 铁路大修平面改善设计202.6.1 设计原则和技术条件202.6.2 既有曲线的测量212.6.3 渐伸线原理及其应用222.6.4既有曲线渐伸线长度的计算252.6.5 设计曲线半径与缓和曲线长度的选配方法282.6.6 计算设计曲线中点及各主点里程302.6.7 设计曲线渐伸线长度的计算312.6.8 计算拨距312.6.9 线路大修平面曲线计算机辅助设计312.7 铁路大修纵断面改善设计422.7.1 纵断面设计的特点及原则422.7.2 纵断面设计技术条件422.7.3 纵断面设计的基本原理432.7.4 纵断面设计的方法和步骤472.7.5 线路大修纵断面计算机辅助设计48第3章 路基无缝线路设计493.1 概述493.1.1 铺设无缝线路的意义493.1.2 无缝线路设计内容493.2 无缝线路轨道稳定性计算493.2.1 概述493.2.2 稳定性计算公式493.2.3 轨道稳定性允许温降计算513.3 锁定轨温的确定523.31 概述523.2.2 锁定轨温计算步骤523.3.3 锁定轨温的计算543.4 l路基无缝线路轨道结构设计计算573.4.1 计算伸缩区长度573.4.2 缓冲区预留轨缝计算583.4.3 防爬设备的布置59第4章 中等跨度桥上无缝线路设计614.1 概述614.1.1 桥上无缝线路发展概况614.1.2 原始资料614.1.3 桥上无缝线路设计原则634.1.4 桥上无缝线路设计要求634.1.5 桥上无缝线路设计内容634.1.6 设计中应注意的问题644.2桥上无缝线路伸缩附加力计算644.2.1伸缩附加力的计算假定644.2.2伸缩附加力的计算原理654.3.1挠曲附加力的形成和分布674.3.2 挠曲附加力计算原理684.3.3 挠曲附加力计算694.4桥上无缝线路强度、稳定性及锁定轨温714.4.1桥上无缝线路强度检算及允许温降的确定714.4.2 桥上无缝线路稳定性检算及允许温升的确定724.5桥上无缝线路锁定轨温的确定734.6 桥上无缝线路断缝检算744.7 桥上无缝线路墩台偏心检算75结论79结束语80参考文献81附录1 xx线k110+000至k126+450线路大修设计 纵断面改善设计图82附录2 英文翻译83英文原文83中文译文99 摘要 随着铁路事业的迅速发展工务部门面临着严峻的形势，我们已经意识到，既有线路行车速度的增加、列车轴重的不断加大，对铁路设备在结构强度、稳定性及必要的准确性方面提出了更高的要求，促使铁路技术设备在正常运转的加速磨耗。为满足日益发展的运输的需要，确保列车运行的安全、平稳和不间断性，我们需要适时对铁路进行维修和管理。本设计通过对所给原始资料的分析，综合运量及行车速度确定了合理的轨道结构类型，同时对轨道的强度、稳定性进行了检算，并且根据强度和稳定性的要求，确定了合理的锁定轨温。此外，对线路进行了平面改善设计，利用autocad绘制了合理的平面改善设计图。最后，对一座中等跨度桥梁上的无缝线路进行了设计。关键词：线路大修；轨道强度；轨道稳定性；锁定轨温；平纵断面设计；桥上无缝线路abstractwith the rapid development of railway business,the public works departments are facing a severe situation. we have realized that both the increasing speed and train axle load require a higher demand for railway equipment in the structure strength stability and the necessary accuracy.they accelerated the wear of realway equipment.to meet the growing transportation needs,to ensure the safety/smooth and uninterrupted of train operation.we need to sstengthen the maintenance and management of the railway. this project analyzed the raw data of the overhaul lines, combined current freight volume and long-term development and also considered other factors such as the economy to reselect proper classification of track.inthe meantime,the syrength and stability of the track have been checked also. the fastening-down temperature of rail is decided according to the requirements of the strength and stability of the track.in addition, this design improved the plane and profile design of the overhaul lines and accomplished the drawing of the profile design plan by using autocad.finally,the project designed the cwr track on a moderate-span bridge by programming.key words: overhaul of the track; track strength; track stability; fastening-down temperature; plane and profile design; cwr track on bridge第一章 绪论1.1 铁路线路大修线路不同于桥梁、房屋等工程结构物，在机车车辆动力作用下，在风沙雨雪和温度变化等自然因素侵蚀影响下，它不仅发生弹性变形，并且经常不断地产生残余变形。这种残余变形的存在，不仅影响列车的高速和平稳运行，并且但这种变形积累到一定程度后，将大大削弱和降低线路的强度和稳定性，严重时将威胁行车的安全。对目前的线路结构来说，产生不均匀的残余变形及其积累是无法避免的。人们只能设法延缓它的发展，通过线路维修把它限制在一定范围之内，但不能完全消除。为保证列车的正常运行，线路必须经常保持规定的技术完好状态，一旦这个技术标准被突破，靠线路维修又不能完全防止上述破坏现象的发生，线路各组成部件的疲劳与磨耗伤损，以及道床脏污程度等到达了规定的限度以至于不能继续使用时，就必须进行线路大修来修复轨道的承载能力。另一方面，随着铁路运量的增长，列车平均轴载的增加，行车速度的提高，以及新技术和新设备的发展与应用，需要强化或更新线路设备时，也必须由线路大修去完成。铁道线路是铁路的主要技术装备之一，是工务部门主要的固定资产，是行车的基础。这些固定资产在经常不断的运输过程中，或者说在轮轨相互作用的过程中逐渐磨耗，为了保障铁道线路的安全、平稳和不间断的运输，保持线路设备经常处于完好状态，根据运输需要及线路设备损耗规律，周期性地、有计划地对损耗部分加以修理和更新，使之恢复到原来的形态或更新的形态，是线路设备大修的根本任务。实践表明，线路大修是提高线路设备质量，增强线路强度和稳定性，适应铁路运输不断增长需要的根本措施。为此，深入了解线路设备的使用状况，全面规划、正确选择大修对象，适时超前于需要，合理制定大修计划，精心设计、精心施工，既要满足运输需要，又要节省投资，以期获得最大社会和经济利益，是铁路工务部门一项重要任务，其意义是非常重大的。线路大修分为：、线路换轨大修；、铺设无缝线路前期工程；、铺设无缝线路。在本设计中主要进行了以下几方面的设计：1. 根据行车最高车速及年通过总量，选择轨道结构类型；2. 根据轨道结构强度检算理论及方法，检算轨道结构强度，并确定无缝线路最大容许温降幅值；3. 根据无缝线路稳定性理论及方法，检算轨道结构的稳定性，确定无缝线路最大容许温升幅值；4. 针对设计中的九条曲线，进行线路平面改善设计，同时对给定的区段进行纵断面改善设计，并绘制平面改善设计图。1.2 路基无缝线路无缝线路是把标准长度的钢轨焊接而成的长钢轨铁路。无缝线路消灭了接头，使行车更加平稳舒适，机车车辆和轨道的维修费用大大减少，使用寿命得到延长。锁定轨温是钢轨被完全锁定时的钢轨温度，此时钢轨内部的温度力等于零，所以又称为“零应力轨温”。 无缝线路锁定轨温的确定与普通无缝线路的设计原则一致，只是设计锁定轨温的范围对于无缝线路来说要求更严格。普通无缝线路设计锁定轨温锁定范围，一般多取相对中间轨温5，也可适度放宽，特殊情况下可放宽到8，但跨区间无缝线路绝不能放宽，只能取5或4。因此，对于无缝线路技术设计，选择适当的设计锁定轨温是无缝线路技术设计的核心，应当全面考虑强度及稳定性来确定。1.3 桥上无缝线路 桥上无缝线路与路基上不同，无缝线路除了承受温度力之外，还由于桥梁本身随温度变化而产生的伸缩变形，在列车荷载下产生的挠曲变形。因此，桥上无缝线路的钢轨承受着路基上所没有的附加纵向力的作用。梁的伸缩将会使钢轨产生伸缩力，梁的挠曲变形将会使钢轨产生挠曲力，此外一旦钢轨折断，还将会产生断轨力，以上诸力反作用于梁部、支座、墩台。当伸缩力、挠曲力反作用于支座和墩台时，墩台顶部产生纵向位移，梁也会随着移动，梁的位移使得梁上钢轨纵向力重新分布。因此，研究桥上无缝线路梁轨相互作用原理，提出各种桥式纵向力计算及组合计算方法，是桥上无缝线路设计的关键。研究桥上无缝线路的目的就是要通过梁轨相互作用的分析，球的梁的位移分布、钢轨的位移和纵向附加力的分布、墩台受力和墩顶位移，从而在各种最不利的组合下，对钢轨和墩台进行强度和稳定性检算，并通过桥上无缝线路结构设计，采取必要措施，设法减小这些附加纵向力的作用，从而确保桥上无缝线路的运营安全。由于我国桥梁结构多为中、小跨度上承式简支梁和大跨度桁梁，桥墩多为刚性墩和高墩，理论与实际相结合，本设计对一中跨度桥梁的无缝线路进行了相关设计，主要包括以下几方面的内容： 1. 钢轨强度检算。包括钢轨伸缩附加力计算和挠曲附加力计算。钢轨在动应力、温度应力和附加应力的作用下，不超过钢轨的容许应力；2. 轨道稳定性计算。即钢轨在温度力和附加力的作用下，满足稳定性的要求；3. 锁定轨温的确定。在开始设计时先假定锁定轨温范围，然后根据强度、稳定性和缓冲区轨缝设置的要求来确定最后的锁定轨温；4. 钢轨断缝检算。桥上无缝线路焊接长轨一旦断裂后形成的断缝以及由于伸缩附加拉力产生的钢轨缩短量叠加起来，需小于钢轨断缝允许值；5. 墩台稳定性检算。将钢轨施加于墩台支座上的断轨力、伸缩附加力、挠曲附加力和制动力等通过各种不利的组合，检算墩台的稳定性。 第二章 铁路线路大修计算机辅助设计2.1 概述2.1.1 铁路大修的基本任务 线路不同于桥梁、房屋等工程结构物，在机车车辆动力作用下，在风沙雨雪和温度变化等自然因素侵蚀影响下，它不仅发生弹性变形，并且经常不断地产生残余变形。这种残余变形的存在，不仅影响列车的高速和平稳运行，并且但这种变形积累到一定程度后，将大大削弱和降低线路的强度和稳定性，严重时将威胁行车的安全。线路大修的基本任务是：根据运输需要及线路的损耗规律，周期性地、有计划地对损耗部件进行更新和修理，恢复与增强轨道的承载能力，延长设备的使用寿命，线路大修通常取决于钢轨伤损的发展情况，以全面更换新轨为主要标志。铁路线路设备大修应贯彻“运营条件匹配，轨道结构等强，修理周期合理，线路质量均衡”的原则，坚持全面规划，适当超前于需要的方针。安排线路大修对其换铺跨区间无缝线路时，必须整区段配套进行，并尽可能采用跨区间无缝线路。本设计地段属国家i级干线单线铁路。由于线路列车轴重和行车速度的不断提高，致使运量与运能的矛盾日益突出。钢轨的疲劳伤损日益严重，严重危及行车的安全，因此需要进行线路大修，以改善线路的平、纵面，换铺较重型钢轨，增强线路运输能力。2.1.2 线路换轨大修的主要内容 线路换轨大修必须成段进行，并按设计施工，主要包括以下内容：1. 校正和改善线路纵断面和平面；2. 全面更换新钢轨及配件、更换桥上钢轨伸缩调节器以及不合规定的护轮轨，更换绝缘接头及钢轨接续线；3. 更换失效的轨枕和扣件，补足轨枕配置根数，修理伤损轨枕，线路上的木枕地段应尽可能改铺混凝土轨枕；4. 彻底清筛道床、补充道砟，改善道床断面，对基床翻浆冒泥进行整治；5. 成组更换新道岔或新岔枕，如不需更换时，应整修道岔并抽换失效岔枕，清筛道床时，应包括长岔枕范围内的侧线；6. 安装轨道加强设备；7. 铲平或填补路肩，整修基面排水横沟，清理侧沟，清除路堑边坡弃土；8. 整修道口；9. 抬高因本线大修需要抬高的邻线道岔、道口及桥梁，有砟桥上加高两侧挡砟墙；10. 补充、修理和刷新工务管理的线路标志、信号标志、钢轨纵向位移观测桩及备用钢轨架；11. 回收旧料，清理场地，设置常备材料。2.1.3 线路大修的要求和原则铁路线路设备大修必须有正常的工作条件，应设置大修设计和施工专业队伍，装备必要的施工机械和工程运输车辆，在列车运行图中，安排施工“天窗”，同时应密切各有关部门的协作配合，为大修的正常进行创造条件。线路设备大修必须加强管理，积极发展施工机械化，采用新技术，改革施工方法，开展标准化作业，不断提高职工素质，提高劳动生产率和施工质量，降低成本，减轻劳动强度，改善职工生活条件。线路设备大修，必须严格遵守铁道部颁布的铁路线路设备大修规则，以及铁路技术管理规程、铁路线路维修规则和铁路工务安全规则等有关规章制度的规定。2.1.4 线路大修外业测量线路大修必须进行设计，而大修设计又涉及范围广，要求高，故设计前应对既有线路进行全面的勘测和调查，外业勘察工作的主要内容是全面掌握将要进行大修路段的线路平面，纵面，分界点及线路设备的详细情况，取得足够可靠的原始资料，供设计时使用。其中外业测量的主要内容如下：1. 丈量里程。选择正确的公里标作为引出基点，定出公里标和每百米处作为测点的百尺标，以及在控制点设置的加标。在丈量的过程中，应与既有线的百里标相核对，以取得一致为原则。必要时在公里标处设置断链（长链或短链）。2. 纵断面测量。测量正线轨顶（曲线测内股）及路肩标高。与正线相邻的站线及在同一路基上的复线且线间距小于5米的，应同时测量两线的相对标高差，对于与起道有关的建筑物均应测量其限界。3. 曲线测量。测量既有曲线的几何形位，判定曲线的转角大小，圆顺度以及曲线和既有建筑物的位置关系。外业勘测完成后，即可进行大修的技术设计，技术设计的主要内容包括：线路平面设计、线路纵断面设计、轨道结构设计、跨区间无缝线路技术设计及更换道岔设计等。2.1.5 线路大修周期的确定铁路线路大修的主要工作内容为钢轨的全面更换，所以它的周期应由钢轨的使用寿命决定。钢轨的使用寿命通常以铺入后至更换前累计通过的总质量来表示。把这一累计通过的总质量除以年平均通过的总质量即为钢轨使用年限（寿命）。由于钢轨磨耗程度及疲劳损伤发生率极不一致，所以在达到平均使用寿命之前，将会有部分钢轨先期磨耗逾限或发生疲劳伤损，因而必须进行大量的单根抽换，而增大无缝线路地段工作的难度。为了避免这种情况，线路大修的周期，也就是成段更换钢轨的期限，应该短于钢轨的平均使用寿命。另一方面，考虑到钢轨的二次使用，不仅能延长钢轨使用寿命，节省线路维修费用，还能将钢轨生产供应力量集中满足于繁忙干线之需要。显然，若想获取这种明显的经济效益，第一次使用时所承受的通过总质量对第二次铺用寿命影响极大，亦即计划再用的钢轨在第一次使用换下以前，不能超过规定的通过总质量，否则潜力大大降低，再用价值不大。从合理使用钢轨角度而言，线路大修的周期也应短于钢轨的平均使用寿命。应当指出，在确定线路修理周期时，必须从实际出发，既要考虑线路的具体运营特点，又要考虑技术经济条件和国情、路情。一般说来，我国铁路线路大修周期为812年。2.1.6 线路大修原始资料1. 大修地段位置：既有线，自k110+000至k126+450。2. 现有线路条件：（1）该大修地段属级干线，限制坡度12%，最小半径为600米，跨区间半径为600m。 （2）原有线路平、纵断面资料，包括：甲 线路纵断面测量记录（见原始资料附表）乙 线路曲线测量记录（见原始资料附表）丙 桥隧位置及原状（见原始资料附表）丁 站场调查记录（见原始资料附表）戊 道口调查记录（见原始资料附表）3）线路上部建筑状况：表2-1 线路上部建筑现状钢轨轨枕道床类 型kg/m长度（m）平均磨耗（mm）单根失效情况（%）类型数量（根/公里）失效情况（%）种类不洁程度一般情况502565s-型砼枕176010碎石10%一般4）其他（见调查记录）3. 大修地段的运营条件1）目前及今后的客货运量目 前：20百万吨公里/公里第五年：25百万吨公里/公里第十年：30百万吨公里/公里2）现有机车类型客机：df4型内燃机车，构造速度120 km/h。2.2 选择上部建筑类型线路大、中修时，枕下道床总厚度应根据五年内的年计划通过总重密度和钢轨类型，按铁路线路设备大修规则中表3.3.3所列标准选用，而该设计在第五年的年计划通过总重密度为25 mt公里/公里，故选择如下的轨道结构类型：钢轨类型：60 kg/m轨枕类型：s-型钢筋砼轨枕（轨枕数量增配至1840根/公里）扣件类型：弹条型扣件道床厚度：50cm2.3 轨道强度检算概述2.3.1 概述轨道由钢轨、轨枕、道床和路基构成，是一种受力十分复杂的工程结构物。列车在其上通过时，轨道将受到垂直轨面的竖向力、垂直于钢轨轴向的横向水平力和平行于钢轨轴向的水平力等多种荷载的作用。钢轨在这些荷载的作用下，轨道各部分将产生各种变形和应力并逐渐失效。因此必须合理选择相应的轨道结构，使其在预定的使用期限内，在规定的使用条件下，保持良好的状态，确保列车按规定的轴重和速度平稳、安全和不间断地运行，为此应当正确计算轨道结构的承载能力，使其在安全和效益两方面都得到最佳的效果。为支承列车荷载，并在合理的养护工作量条件下能维持良好的技术状态，必须具有足够的强度。轨道强度检算是检算在列车最大可能的动荷载作用下，轨道各部分的一次性破坏强度。在进行轨道强度检算时，只计算钢轨基本弯曲应力，枕上压力，道床顶面应力和路基面应力。2.3.2 适用条件1. 无缝线路强度计算。根据强度条件确定无缝线路锁定轨温的上、下限，或者在一定的锁定轨温条件下，检算钢轨的强度；2. 在既有轨道设备条件下，检算大型机车车辆通过轨道时，允许最大轴重和最高速度或者在既有的轴重和速度条件下选择适当的轨道设备标准。3. 特大型货车通过线路时，检算其通过条件。4. 在进行轴重 、速度、轨道设备标准及重载组合列车时，强度检算结果可作为轨道的工作应力水平分析比较。2.3.3 轨道结构静力计算理论轨道强度检算中，轨道结构静力计算是重要的基础。轨道结构静力计算有2种计算理论：1. 连续弹性点支承梁理论（简称“点支承法”）它是将钢轨视为支承在弹性点支座上的等截面无限长梁，力学模型如图2-1。它认为钢轨并非支承在连续弹性基础上,而是支承在有一定间隔的轨枕上,其计算理论和公式推导均较复杂，一般需用差分方程或有限元等方法。图2-1 连续弹性点支承梁理论力学模型2. 连续弹性基础梁理论（简称“连续支承法”）它是将钢轨视为支承在连续弹性基础上的等截面无限长梁，力学模型如图2-2。它的计算理论和计算公式均较简便，得到的解析解方便实用。图2-2 连续弹性基础梁理论力学模型比较两个计算理论，有以下结论。尽管以上两种理论具有不同的假设，但因实际上的钢轨支承，既不是连续支承，也不是连续点支承，而是介于两者之间的一种支承方式，所以，不论采用那种计算方法计算，其结果无明显差异。但前一方法得到的钢轨弯矩较后者大5-10%，而计算钢轨挠度或枕上压力时则要小1-2%，随着刚度的增加，其差值也有所增大，故点支承法常用于无缝线路强度检算。而连续支承法便于理论研究，特别是对于轨枕间距较小且使用重型钢轨的轨道来说，在工程上其计算精度是足够的，况且又便于进行动力学方面的分析。根据本文的轨道结构，也参照铁路轨道强度检算法（tb2034-88），采用连续弹性基础梁理论进行静力计算，继而产生下节的检算方法及步骤。2.4 轨道强度检算方法2.4.1 基本假设1. 假设列车运行时，车轮荷载在轨道各部件中所引起的应力、应变，与量值相当的静荷载所引起的应力、应变相等，及车轮荷载具有准静态的性质；2. 以速度系数、横向水平力系数、偏载系数分别反映车轮垂直动荷载、横向水平动荷载和垂直力偏心、曲线内外轨偏载的影响；3. 假设轨道及基础均处于线弹性范围，列车轮系作用下轨道各部件的应力、应变，等于各单独车轮作用下的应力、应变之代数和；4. 视钢轨为连续弹性基础上的等截面无限长梁，梁的基础反力与各自弹性下沉之间成线性关系（文克尔假定）。2.4.2 基本计算参数1钢轨抗弯刚度ej 钢轨材料的弹性模量e与钢轨截面的惯性矩j的乘积ej称之为钢轨抗弯刚度。钢轨抗弯刚度的力学意义是：使钢轨产生单位曲率所需要的力矩。对于60kg/m钢轨，ej=6.76103knm2，表示如果欲将钢轨弯成1m-1的单位曲率所需要的弯矩是6.76103knm2。 2. 钢轨支座刚度 d 钢轨支座刚度d直接表示了弹性点支撑梁模型的钢轨基础弹性特征，定义为使钢轨支座产生单位下沉时，所需要施加于支座上面的力，其量纲为力/长度。钢轨支座刚度d，一般分解为轨下胶垫压缩变形刚度dr，轨枕道床及路基的刚度db，根据串联弹簧刚度的计算方法有：（2-1）式中 d钢轨支座刚度（一股钢轨）； d1钢轨下垫板刚度； d2轨枕道床及路基组合刚度（一股钢轨）。2. 钢轨基础弹性模量把钢轨视为连续弹性基础上的无限长梁，使钢轨产生单位下沉时，需要在单位长度钢轨上施加于基础的均布荷载。由下式计算：（2-2）式中轨枕间距（mm）。的取值可参照表2-2。表2-2 混凝土枕轨道值轨道特征轨道类型及检算部件 特重型、重型次重型及以下钢轨轨枕、道床及路基钢轨轨枕、道床及路基混凝土枕、橡胶垫板300700220420宽枕、橡胶垫板5001200注：在检算钢轨强度和检算轨枕、道床及路基强度时，分别采用不同的最不利值。2.4.3 轨道结构静力计算1. 单个车轮作用下的计算均匀连续弹性基础上的钢轨在车轮作用下挠曲曲线如图2-3所示。图2-3 钢轨在车轮作用下挠曲曲线挠曲曲线的微分方程（规定钢轨弯曲凹面向下时梁轴线的曲率为正）为式中挠曲曲线的曲率半径；钢轨钢的弹性模量；钢轨断面对其水平中和轴的惯性矩，各型钢轨值。由于钢轨承受荷载后的变形很小，分母中的项远比1小，可忽略不计，于是得（2-3）以表示钢轨内部的剪力，以表示钢轨基础的反力强度，则根据计算假设有，于是得令（2-4）为钢轨基础与钢轨的刚比系数。故有 （2-5）解此四阶齐次微分方程，得钢轨下沉 钢轨弯矩 枕上压力 令 ，、分别为均匀连续弹性基础上无限长梁的下沉（压力）和弯矩影响线系数。如以、分别表示静轮重作用下的钢轨静下沉量、静弯矩和静枕上压力，则得（2-6）当时，所以、的最大值均出现在轮载作用点下的钢轨截面上。随着的增大，即距轮载作用点愈远的钢轨截面上，、均有不同程度的减小，而当时，轮载的影响已经非常微小了，在轮系作用组合时就无需考虑了。2. 轮系作用下的计算根据力的独立作用叠加原理，可得静轮系作用下的钢轨静下沉、静弯矩和静枕上压力的算式，即（2-7）2.4.4 轨道结构动力计算1. 动荷载参数1）速度系数列车在直线轨道上运行时，由于轮轨之间的动力效应，在垂直方向施加于轨道上的附加动力影响，用速度系数表示。相关取值见表2-3。表2-3 速度系数值列车种类速度系数计算轨底弯曲应力用计算钢轨下沉及轨下基础各部件荷载及应力用内燃0.0040.003电力0.0060.0045蒸汽0.0080.006注：v为行车速度，以km/h计。2）横向水平力系数由于曲线轨道轮缘导向作用及直线轨道转向架的蛇行运动，在轮轨之间产生横向水平力及垂直力的偏心，使钢轨承受横向水平弯曲和扭转，由此而引起的轨头、轨底边缘应力相对其中应力的增量用横向水平力系数表示。不同曲线半径的值见表2-4表2-4 横向水平力系数值直线曲线半径3004005006008001.252.01.81.701.601.453）偏载系数列车通过曲线时，由于未被平衡的超高导致内轨或外轨偏载，由此而引起的钢轨附加荷载用偏载系数表示。（2-8）式中未被平衡的超高（mm）；机车或车辆重心高（mm）；内外股钢轨中心距（mm）。我国机车重心高度最大为2300mm，两股钢轨中心距为1500mm，将其代入上式则简化为（2-9）2. 准静态计算公式所谓准静态计算方法，就是将轨道的静荷载乘以动荷载参数（其中包括速度系数、偏载系数和横向水平力系数）以表征列车和轨道相互作用的综合动力效应，在此基础上将动力问题概化为简单的静力计算。考虑最不利工况，即列车在最不利荷载下通过曲线地段。车轮动荷载应由下式计算：（2-10）式中车轮作用在钢轨上的垂直当量静荷载（kn）；静轮重（kn）；行车速度（km/h）；速度系数，取值见表，；偏载系数，取值见表。钢轨动下沉量、钢轨动弯矩和动枕上压力的计算公式如下：（2-11）（2-12）（2-13）2.4.5 钢轨强度检算钢轨的强度条件是要求轨头及轨底的边缘荷载应力的最大可能值，不超过钢轨钢的屈服强度除以一定的安全系数所得出的容许应力。其表达式如下：轨头 （2-14）轨底 （2-15）式中，轨头、轨底的总应力（mpa）；轨头边缘荷载应力的最大可能值（mpa），；轨底边缘荷载应力的最大可能值（mpa），；，轨头、轨底的截面系数（）；钢轨温度应力（mpa），对普通线路可按表2-5取值，对无缝线路应用下式计算，式中为钢轨轨温变化幅度（），即最高或最低轨温与锁定轨温之差；钢轨附加应力（mpa），如制动区段制动应力及桥上无缝线路的伸缩应力等；钢轨容许应力（mpa）；钢轨钢屈服强度（mpa）；安全系数，新钢轨，铝热焊及再用轨。表2-5 普通线路钢轨温度应力（mpa）轨型（kg/m）75605043轨长（m）12.534.542.550602541.55160702.4.6 道床顶面应力检算道床顶面的应力，分布是不均匀的。假定压力分布如图2-4所示。图2-4 枕下道床反力分布图由此可近似得到道床顶面的平均压应力的计算式：（2-16）式中道床顶面平均压应力（mpa）；枕上动压力（n）；轨枕底面平均支承宽度（mm），混凝土枕取；一股钢轨下轨枕有效支承长度（mm），混凝土枕中间部分掏空时，取（适用于型枕），中间不掏空时，（适用于或型枕）。考虑到实际应力分布的不均匀性，道床顶面最大压应力为式中应力分布不均匀系数，取。道床顶面压应力应满足下列强度条件：式中道床顶面允许承压应力（mpa），碎石道床，筛选卵石道床，冶金矿渣道床。2.4.7 路基基床表面压应力检算道床顶面压应力以扩散角按直线规律向下传递至路基基床表面（如图2-5）。dcd1c1h.jjbaa1bb1b2a2k2k1h2nnaa1b1b2a2c2d2 d2 d1 c1dcc2d1 c1d2c2c1d1cdd crdrdec2d2bmmhhhh1oo.图2-5 道床顶面压应力分布图假设道床顶面压力均匀分布，不考虑相邻轨枕的影响，由此得不同道床厚度的路基基床表面压应力的检算公式