铁路线路大修与桥上无缝线路技术设计

1、目录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 铁路线路大修11.2 桥上无缝线路2第2章 铁路线路大修及计算机编程设计32.1 大修概述32.1.1 铁路大修基本任务32.1.2 大修要求及规则32.1.3 线路大修技术设计32.1.4 铁路线路大修地段的原始资料42.1.5 根据运营条件选择上部建筑类型52.2 轨道强度检算52.2.1 强度检算理论及使用条件52.2.2轨道强度检算方法72.2.3轨道强度检算结果142.3铁路线路大修平面改善设计182.3.1 平面设计原则182.3.2 既有曲线的测量192.3.3 渐伸线原理及其应用202.3.4 既有线渐伸线长度计算232.3.

2、5 设计曲线半径与缓和曲线长度的选配262.3.6 计算设计曲线中点及各主点里程272.3.7 设计曲线渐伸线长度计算282.3.8 计算拨距282.3.9 线路大修平面曲线计算机辅助设计282.4铁路线路大修纵断面改善设计432.4.1 纵断面设计的原则及技术条件432.4.2 纵断面设计原理432.4.3 纵断面设计的方法和步骤472.4.4 线路大修纵断面计算机辅助设计48第3章 无缝线路技术设计493.1 路基无缝线路技术设计493.1.1路基无缝线路意义及内容493.1.2 无缝线路轨道稳定性计算493.1.3 锁定轨温的确定523.1.4 路基无缝线路轨道结构设计计算583.2桥上

3、无缝线路技术设计623.2.1桥上无缝线路设计原则及内容623.2.2桥上无缝线路伸缩附加力计算663.2.3桥上无缝线路挠曲附加力计算693.2.4桥上无缝线路强度及稳定性检算733.2.5桥上无缝线路锁定轨温的确定753.2.6 桥上无缝线路断缝检算763.2.7桥上无缝线路墩台偏心检算77结论82结束语83附录1 XX线K110+000至K126+450线路大修设计 纵断面改善设计图84附录1 英文翻译85英文原文85 中文译文91ii毕业设计论文II摘要 无缝线路是铁路现代化标志之一，它具有行车平稳，旅客舒适，同时机动车辆和轨道的维修费用低，使用寿命长等优点。随着线路客货运量和行车速度

4、的不断提高，列车轴重的增加，无缝线路已经成为高速、重载铁路的必选轨道结构，也是我国铁路线路的主要发展方向。线路经过长期运营，线路平纵断面会发生变化。因此，要对现有的平纵断面进行勘测，并根据勘测资料，对线路平纵断面进行改善设计。 本设计利用Auto CAD及Excel，对线路大修地段进行了平面、纵断面改善设计，并绘制了线路大修纵断面改善设计图；通过对轨道结构类型选择、轨道强度及稳定性检算，进而对路基上无缝线路进行设计；通过计算桥上无缝线路钢轨伸缩附加力和挠曲附加力，设计了一座中跨度钢桥上的无缝线路，并绘制了无缝线路长轨节布置图。最后对线路大修工作做了专题研究。关键词：线路大修；无缝线路；轨道强度

5、； 稳定性； 附加力； 锁定轨温；平纵断面设计；桥上无缝线路Abstract CWR is one hallmark of the railway modernization, it has some advantages such as smooth running, comfortable and length of service life. With the increasing of driving speed, passenger capacity and cargo carrying capacity, and increasing of axial load, CWR has

6、been a firstly chosen-tract construction of high-speed and heavy-load track ,so interregional CWR has been trend of rail track development in China Lin after long-term operation ,line profile will change .Therefore ,the existing profile have been investigated, under investigation, the line profile i

7、s to improve. This project improves the track's plan and profile design of track renewal on the railway with the help of Auto CAD and Excel ,moreover ,it draws the track's strength and stability, then designs the CWR on the roadbed ,by calculating expansion forces and flexibility forces in t

8、he rails on the bridge, designing the CWR on a medium span steel bridge, and it draws the plan of long section of track layout of CWR .Finally the work of track renewal dome a special study.Keywords: track renewal CWR track strength stability additional force Fastening-down temperature Plane and pro

9、file design CWR track on bridge第1章 绪论1.1 铁路线路大修 铁路线路大修的必要性：传统的铁道线路结构是采用力学性能不同的材料组成。它是把钢轨与轨枕组成的轨排浮装在堆放于土质路基上的有松散颗粒做成的道床之上而构成的长大带状工程结构物。组合性和散体性是这种结构的一个工作特征。而线路又是专供列车以一定速度行驶于其上的工程结构物。其所承受的机车车辆荷载的随机性和重复性则是它的另一个工作特征。认识到这些特征，就不难理解线路产生残余变形的不可避免性，以及进行线路维修和定期修理的必要性。 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

10、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，并且使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。

11、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。铁路大修的性质与目的：铁路线路是铁路的主要技术装备之一，是行车的基础。线路设备在经常不断的运输过程中，或者说在轮轨相互作用过程中在逐渐消耗。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，

12、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。我国铁路将线路设备大修分为线路大修（以公里计）和线路中修（以公里计）两类，本设计中为线路大修，即线路上原铺钢轨疲劳伤损，轻型钢轨不符合要求，已不能适应近期发展需要，必须全面更换钢轨。线路大修时，采用无缝线路轨道形式，按施工阶段，分别列铺设无缝线路前期工程和铺设无缝线路。线路大修工程数量，以铺换新钢轨长度为准。无缝线路必须在近期完成的前期工程地段上铺设，特殊情况下也可以在近期完成的

13、线路换轨大修地段上铺设。换下的钢轨可作为新钢轨继续使用。线路大修分为 ：l 线路换轨大修l 铺设无缝线路前期工程l 铺设无缝线路在本设计中进行的主要内容有：1. 根据运营条件选择上部建筑类型，重新选择轨道类型，轨枕类型和道床类型2. 进行钢轨强度检算，确定最大温降幅值。3. 根据无缝线路稳定性理论及方法，检算轨道稳定性，确定无缝线路最大允许温升幅值，最终确定锁定轨温。4. 对给定的九条曲线进行平断面改善设计，同时对给定区段进行纵断面改善设计，并绘制纵断面改善设计图。1.2 桥上无缝线路桥上无缝线路特点：桥上无缝线路与路基无缝线路有所不同。钢轨不仅受到列车动载、温度力和制动力等的作用，还会产生伸

14、缩附加力和挠曲附加力。l 因温度变化梁伸缩引起的相互作用力，叫伸缩力；l 因列车荷载量的挠曲而引起的相互作用力，叫挠曲力。因此，在桥上铺设无缝线路，为保证安全，必须考虑上述各种力的联合作用，使钢轨的强度和轨道的稳定性能够得到保证，同时还必须考虑这些力对于桥梁和墩台的影响。此外，如果在桥上发生断轨，桥跨结构将产生断轨力。研究桥上无缝线路的目的就是要通过对梁轨相互作用的分析，求得梁的位移分布、钢轨的位移和纵向附加力的分布、墩台受力和墩台顶面位移，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

15、运营安全。铺设桥上无缝线路的作用：在桥上铺设无缝线路，可以减小列车动力作用，改善桥梁运营条件，减少轨道维修工作量，延长轨道部件和桥梁的使用寿命。在国外，20世纪60年代就已经开始研究和铺设桥上无缝线路。我国从1963年开始，先后在跨度为16-32m的无碴桥及有碴桥上铺设无缝线路。通过数十年的研究和探索，逐步建立了桥上无缝线路伸缩力、挠曲力的计算原理和计算方法，为我国在桥上铺设全区间和跨区间无缝线路奠定了基础。 本设计是对一座中等跨度桥梁上的无缝线路进行了计算设计，主要包括：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

16、；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2章 铁路线路大修及计算机编程设计2.1 大修概述2.1.1 铁路大修基本任务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

17、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的原则l 运营条件匹配l 轨道结构等强l 修理周期合理l 线路质量均衡l 全面规划，适当超前。2.1.2 大修要求及规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

18、低成本，减轻劳动强度，改善职工生活条件。线路大修，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。（以上三段引自铁路线路大修工程第一章第三节要点三。2.1.3 线路大修技术设计铁路线路大修设计应该对既有线进行全面的外业勘察。外业勘察工作主要内容包括：l 丈量线路里程。选择正确公里标，建立基点，定出百尺标，在控制点设置加标。l 测量纵断面：测量正线轨顶和路肩的标高。与起道有关的建筑设施要测量其建筑限界。l 测量曲线段：包括测量曲线的几何形位，曲线转角，曲线圆顺度等外业勘察完成后进行大修技术设计，内容包括：l 线路平面设计

19、l 线路纵断面设计l 轨道结构几何形位设计l 跨区间无缝线路设计l 道岔设计2.1.4 铁路线路大修地段的原始资料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600m，跨区间半径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

20、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。2.1.5 根据运营条件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：（参照铁路线路设

21、备大修规则第3.3.3条） 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）道床厚度：450mm 根据铁路线路设备大修规则第3.4.8条：混凝土枕、混凝土宽枕扣件：60kg/m及以上钢轨配套使用弹条型、型扣件，50kg/m钢轨配套使用弹条型扣件。使用70型扣板式扣件的线路，在半径800m及以下的曲线地段，钢轨外侧应采用加宽铁座。故本设计选择弹条型扣件即可。2.2 轨道强度检算2.2.1 强度检算理论及使用条件1）概述 道岔设计轨道由钢轨、轨枕、道床和路基四部分组成。列车通过时，轨道受垂直于钢轨轴向的横向水平力、平行于钢轨轴向的水平力以及垂直于轨面的竖向力。在

22、荷载作用下，轨道将产生变形和失效，所以需要选择合理的轨道结构，使其在一定时间一定条件下保持良好的运营状态。故计算轨道结构承载力，使其既安全又经济是非常必要的。在进行轨道强度检算时，只需计算钢轨弯曲拉应力、拉应力，轨枕压力、道床顶面应力和路基面应力。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

23、时，强度检算结果可作为轨道的工作应力水平分析比较。3 ）轨道结构静力计算理论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”）该方法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

24、型在实际情况下的钢轨支承情况，既不是连续支承，又不是连续点支承，所以，上述两种方法都会与实际情况有差异。点支承法常用语无缝线路强度检算。连续支承法更适合于理论研究。参照铁路轨道强度检算法（TB2034-88），本设计采用连续支承法进行静力计算。2.2.2 轨道强度检算方法 (一) 基本假设l 轨道及机车车辆的技术状态符合铁路技术管理规程规定。l 视钢轨为连续弹性基础上的等截面无限长梁，梁的下沉与基础反力之间呈线性关系；l 用一个当量静荷载来描述车轮对轨道的作用；l 作用于轨道上的荷载系符合力的独立作用原理，即轮系作用下是使轨道部件产生的应力，应变等于各个单个车轮作用下的应力、应变的代数和；l

25、机车车辆对轨道的动力影响，用荷载系数（速度系数、偏载系数、横向水平力系数）来表示；l 计算中不考虑轨道各部件的自重 。 (二) 轨道特征参数（1） 钢轨支座刚度(表示钢轨支座的弹性特征)定义：使支座顶面产生单位下沉式所必须施加于支座上的压力，单位为N/mm。钢轨支座弹性特征是由包括轨下垫板、轨枕弹簧和枕下道床、路基弹簧所组成的串联弹簧来反映的，因此，支座刚度可表示为 ：（2-1）式中“垫板、轨枕弹簧”刚度，混凝土枕轨道即为轨下垫板刚度（N/mm）；“道床、路基弹簧”刚度（N/mm）。的取值可参照表2-2 ：表2-2：混凝土轨枕钢轨支座刚度D(N/mm)轨道类型特重型、重型次重型及以下强度检算部

26、件钢轨轨枕、道床及基床钢轨轨枕、道床及基床混凝土枕，胶垫厚7mm30000700002200042000缓凝土宽枕，胶垫厚7mm52000120000/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。计算钢轨强度时D取30000N/mm,检算轨枕、道床及路基强度时，D取70000N/mm。（2） 钢轨基础弹性模量钢轨基础弹性模量（单位长度钢轨基础的弹性特征）定义：使钢轨产生单位下沉时，施加于单位长度钢轨基础上的均布压力，其单位为MPa。（MPa）（2-2）式中轨枕间距（mm）。(三) 轨道结构静力计算1. 单个车轮作用下的计算计算钢轨下沉 计算钢轨弯矩 计算枕上压力 以

27、上公式分别摘自轨道工程公式5-12；5-14；5-16令 ，、分别为均匀连续弹性基础上等截面无限长梁的挠度和弯矩影响线系数。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（摘自轨道工程公式5-19）（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（摘自轨道工程公式5-21）（2-7）(四)轨道结构动力计算1. 动荷载参数1）速

28、度系数定义：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相关取值见表2-3。 表2-3牵引种类检算部位钢轨轨枕、道床、路基内燃0.0040.003电力0.0060.0045蒸汽0.0080.006注：V为行车速度，以km/h计。该表引用自铁路公务技术手册轨道篇表5-4-1。2）横向水平力系数由于轮轨之间的横向水平力及垂直力均有偏心，使轨头和轨底边缘相对于其中心处的应力有所增加。这一增加用横向水平力系数表示，其值为轨底边缘应力与轨底中心应力之比。不同的曲线半径有不同的。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30040050060

29、08001.252.001.801.701.601.453）偏载系数定义：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。（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. 准静态计算公式定义：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变成简单的静力计算。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-

30、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。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）(五)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

31、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K2=1.3，铝热焊及再用轨K2=1.35。本设计取K2=1.3。表2-5 普通线路钢轨温度应力（MPa）轨型（kg/m）75605043轨长（m）12.534.542.550602541.5516070(六) 道床顶面压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

32、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。式中道床顶面允许承压应力（MPa），碎石道床=0.5MPa，筛选卵石道床=0.4MPa，冶金矿渣道床=0.3MPa。(七) 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）。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

33、力的检算公式如下： （2-17） 式中路基基床表面压应力（MPa）；道床厚度（mm），；道床压力扩散角，碎石道床取；路基基床表面允许承压应力（MPa），新建线路=0.13MPa，既有线=0.15MPa；等的意义同前。2.2.3轨道强度检算结果(一) 轨道强度计算中主要参数的取值1.与钢轨有关参数的取值如表2-6所示。表2-6 与钢轨相关的参数取值钢 轨 钢轨支座刚度D (N/mm)轨底宽(mm)横截面积(cm2)惯性矩Jx(cm4)轨头截面矩Wj(cm3)轨底截面矩Wg(cm3)容许应力s(MPa)检算钢轨检算轨枕、道床及路基15077.4528792913753523000070000（摘自

34、铁路公务技术手册表5-3-1）2. 与轨枕有关参数的取值如表2-7所示。表2-7：轨枕资料长度(mm)轨枕至轨中距离a1(mm)满支承长度e(mm)有效支承长度e'(mm)轨枕间距(mm)平均底宽bp(mm)25005009501175570275（摘自铁路公务技术手册表5-2-1）3. 与机车有关参数的取值如图2-8所示。图2-8 DF4型机车轮重和轴距图(轴距单位为cm，轴载单位为kN)(二) 轨道强度检算根据铁路公务技术手册第五章进行计算。1. 轨道结构静力计算使用连续弹性支承模型，计算钢轨静弯矩，静挠度，和枕上静压力。检算钢轨 ：检算轨枕、道床及路基： 一般，当车轮距计算截面5

35、m以上时，邻轮对计算截面的应力挠度影响可忽略。由此可知，轮位相对于计算截面排列不同，则其所产生的、和也各不相同，其中必有一种排列的某一轮子放在计算截面，产生的、和为最大，这种排列的轮位称为最不利轮位。DF4型机车前后两转向架最近车轮相距840cm，超过5m，仅考虑单个转向架的计算。第一转向架中，由于存在对称性，只取、轮作为计算轮位。计算结果列于表2-8中。表2-8 计算表计算轮位计算项目轮位pDP或P备注轮轮轮轮(mm)01800360011280030000N/mm9643602.2124.425112800K=0.0012291mm-11-0.1532 0.0081112800用于计算钢轨

36、弯矩10.0222-0.0149112800轮(mm)180001800112800782472.21202.212112800K=0.0012291mm-1-0.15321-0.1532112800计算钢轨位移用0.022210.0222112800轮(mm)01800360011280070000N/mm10895502.7345.469112800K=0.0015191mm-11-0.08530.0060112800用于计算枕上压力1-0.0339-0.0002112800轮(mm)1800018001128001051502.73402.734112800K=0.0015191mm-1

37、-0.08531-0.0853112800用于计算枕上位移-0.03391-0.0339112800所以，钢轨静弯矩，静挠度，和枕上静压力为：2. 轨道结构动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。设内燃机车=93km/h时，检算钢轨：=0.004V=0.372检算轨枕、道床及路基：=0.003V=0.279取，偏载系数为。取的横向水平系数。3. 钢轨强度检算轨头边缘荷载应力的最大可能值轨底边缘荷载应力的最大可能值普通轨道取温度应力，对于无缝线路，取，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；，取纵向附加力只考虑制动区段制动附加应力。检算钢轨强度：轨头压应力，

38、满足要求。轨底拉应力，满足要求。4. 道床顶面压应力检算碎石道床。，满足要求。5. 路基基床表面压应力检算设现有道床计算厚度，属于道床的第二区域。该线为既有线，故有，满足要求。6. 计算结果汇总表2-9 混凝土枕轨道各部分强度检算结果汇总（曲线地段）检算项目钢轨应力(MPa)道床顶面压应力(MPa)路基顶面压应力(MPa)计算值225.18188.400.3180.0870允许值3520.50.15是否满足要求满足满足满足满足从上表中可得出结论，轨道各部件应力（或弯矩）计算值均未超过容许值。综上所述，该轨道各部件强度通过检算，符合要求。(三) 钢轨、道床及路基强度电算检核结果为了保证计算结果的

39、准确性，自编Excel程序进行检核，检核结果见表2-10和表2-11。表2-10 钢轨强度电算检核结果检算项目静弯矩(Nmm)动弯矩(Nmm)轨底动弯应力(MPa)轨头动弯应力(MPa)轨底总应力(MPa)轨头总应力(MPa)计算值1961432647774926127.40164.18188.40225.18允许值352表2-11 道床及路基强度电算检核结果检算项目道床顶面压应力(MPa)路基顶面压应力(MPa)计算值0.3182920.0781289允许值0.50.15从表2-10和表2-11中可以看出，电算检核结果与手算结果接近，且检算的各项应力计算值均未超过容许值。而表中的动弯矩则为后

40、面的钢轨锁定轨温的计算提供了基础数据，通过动弯矩计算得到的动应力、附加应力以及容许应力可求得钢轨锁定轨温。2.3铁路线路大修平面改善设计2.3.1 平面设计原则l 设计曲线时应采用单曲线，仅在困难地段允许保留复曲线，但复曲线的两个圆曲线间，应设缓和曲线连接，其长度由计算决定，且不应短于20 m，如条件困难不能设缓和曲线时，两个连续圆曲线的曲率差应不大于1/2000，且每个圆曲线的长度不得短于50 m。l 直线与圆曲线间采用缓和曲线连接，其长度（m）应不短于9×超高度（m）×容许最高行车速度（km/h），特别困难地段也不应短于7×超高度（m）×容许最高行车

41、速度（km/h），计算结果取10m的整数倍，如原线路的缓和曲线标准较高时，应不低于原线路标准。两缓和曲线间的圆曲线长度应不短于20m，在特别困难地段，可减至14m。l 两曲线间的夹直线的长度，应不低于原线路的标准。l 两线路中心距离在5m以下的曲线地段，内侧曲线的超高不得小于外侧曲线超高的一半，否则，必须根据计算加宽两线的中心距离。l 线路大修时，应调整线路对桥梁的偏心和建筑限界等。l 应按工务段提供的资料设置圆曲线外轨超高和顺坡，并应符合铁路线路维修规则规定。l 大修平面设计时，应减少或取消直线漫弯。如因建筑限界等原因不能改善时，允许保留原状。（以上7点摘自铁路线路大修工程第二章第一节）2.

42、3.2 既有曲线的测量既有线的测量一般采取偏角法或矢距法。1. 偏角法测量，如2-9图所示。在第一测段，要测出每个20m测点的偏角，即切线方向与置镜点到各测点弦线间的夹角；移动置镜点后的各个测段，要测出置镜点间弦线与置镜点到每个20m测点弦线间的夹角；最后一个置镜点，要测出置镜点间弦线与切线方向的夹角。若各个置镜点处的夹角，用、表示，则既有曲线的转角等于上述各角的总和，即（2-18）图2-6 偏角法测量图偏角法应注意以下几点：l 第一个与最后一个置镜点，应设在曲线范围之外，在直缓点（ZH）和缓直点（HZ）外侧4060m的20m测点上；第二个与倒数第二个置镜点，最好在缓圆点（HY）与圆缓点（YH

43、）附近的20m测点上。其余置镜点应保证通视与观测清晰，置镜点间的距离，一般不应长于200300m。l 置镜点的偏角，应正倒镜各观测一次，其较差在40以内时，取平均值。曲线上有桥梁等控制既有线拨距的建筑物时，应将其中心点或起讫点（加标点）的偏角测出。曲线测量通常沿外轨进行，也有沿线路中心线进行的，行车繁忙的线路上，为安全起见，也可在外移桩上进行。2. 矢矩法测量，如图2-10所示。图2-10 矢矩法测量图则各曲线段的照准线对始端切线转角为：（2-19）测出两置镜点连线与测点切线的夹角及每20 m处的矢矩即可。2.3.3 渐伸线原理及其应用1. 渐伸线的几何意义如图2-11图2-11 渐伸线几何意

44、义曲线表示轨道的中线，设有一条柔软且无伸缩的细线紧贴在曲线，端固定，另一端沿着轨道中线的切线方向拉离原位，拉开的直线始终与曲线相切，则点的移动轨迹就是点相对于曲线的渐伸线，弧的长就是点相对于切线的渐伸线长度。2）渐伸线特征l 渐伸线上某一点的法线是曲线对应点上的切线；l 渐伸线上各点的曲率是不相同的；渐伸线上的任意两点的曲率半径之差等于对应点上的原曲线弧长的增量；l 渐伸线上在短距离范围内的曲率可以认为相等，故可按圆弧考虑。（以上三点摘自铁路线路大修工程P54-P55）2. 渐伸线长度、转向角和曲率1）根据渐伸线的定义和特性，可导出下式点的渐伸线长度计算公式为：（2-20）式中LB 、两点间的

45、弧长；曲线上任意一点处的曲率半径与点曲率半径的夹角（rad）；曲线上任意一点与点间的弧长。2）曲线转向角若R为AB曲线计算点的半径，K为该曲线计算点的曲率，则由图2-11可得：（2-36）（2-21）（2-22）上式表明：AB曲线的转向角（rad）为计算曲线K在其对应弧段上的定积分。3）曲线曲率K平面曲线上任意一点的曲率表示其方向变换的旋转程度，在数学上曲率K通常用曲线函数的二阶导函数表示，即。经推导得到圆曲线和缓和曲线的K、E的计算公式如下： 圆曲线（2-23）（2-24）（2-25）式中 计算点的圆曲线长。 缓和曲线 （2-26）（2-27）（2-28）式中计算点的缓和曲线长。3. 渐伸线

46、长度计算公式综上所述，渐伸线长度实用计算公式如表2-13所示。表2-13 渐伸线长度计算公式测点范围计算公式符号意义ZHHY= 测点里程 ZH点里程HYYH= 测点里程 ZY点里程YHHZ= 测点里程 ZY点里程 = 测点里程 YH点里程HZ以后= 测点里程 QZ点里程曲线半径（m），缓和曲线长（m），转角（rad），2.3.4 既有线渐伸线长度计算1. 计算公式既有曲线已错动，但基本线形仍保持原来的形状，可分别按缓和曲线和圆曲线的性质来进行计算，由式（2-25）和式（2-28）可得：1）圆曲线的渐伸线长度（2-29）式中测点偏角；计算点的圆曲线长；为转向角；圆曲线的半径。2）缓和曲线的渐伸线

47、长度（2-30）式中测点偏角；计算点的缓和曲线长；缓和曲线全长。3）测点的渐伸线长度由上两式可知，既有曲线无论是圆曲线或是缓和曲线，每个测点的渐伸线长度均可表示为：（2-31）式中该测点的偏角（rad）；该测点到置镜点的曲线长（m）。2. 置镜点渐伸线长度计算1）置镜点在始切线O点上（见图2-13）图2-13 置镜点在始切线O点在曲线的起始线段内，K较小，故弧长OA近似等于弧长，渐伸线长度也近似等于相应的弧长，因而可得：（2-32）2）置镜点在曲线的A点上（如图2-14）图2-14 置镜点在曲线的A点上测出B点偏角，则B点的渐伸线长度可按下式计算。（2-33）式中置镜点A的渐伸线长度；置镜点A

48、到置镜点B的曲线长；弦线AB与始切线的夹角（rad），。3）置镜点在曲线的B点上（如图2-15）图2-15 置镜点在曲线的B点上与2）对照，同理可得：（2-34）式中置镜点B的渐伸线长度；置镜点B到置镜点C的曲线长；弦线BC与始切线的夹角（rad），。3. 通用计算公式根据上述的推导，可归纳出n个置镜点的渐伸线长度计算的通用公式如下：（2-35）式中置镜点i至前一段置镜点的曲线长；置镜点i到前一段置镜点间弦线与始切线间的夹角（rad）。第n测段中的每个测点的渐伸线长度的通用公式为：（2-36）式中第n测段中置镜点n到测点j的曲线长；测点j到置镜点n间的弦线与始切线的夹角（rad）。2.3.5

49、设计曲线半径与缓和曲线长度的选配1. 选配原则在选配设计曲线半径及缓和曲线长度时，应该遵循以下的原则：l 曲线拨动前后其长度应基本不变。l 保证曲线拨正前后的终切线方向不变。l 保证曲线拨正前后的终切线位置不变。l 力求曲线路段大修工程量最小。2. 选配曲线半径的方法选配半径的方法较多，一般常用的方法有：平均偏角法、三点法和多点法。本设计利用三点法选配曲线半径。l 三点法在既有曲线的圆曲线范围内，连续选取三个间距相等（L）的测点A、B、C，三点的渐伸线长度分别为、，则通过此三点的设计曲线半径为：（2-39）3. 选配设计缓和曲线的长度线路大修平面设计缓和曲线长度的选择，应满足铁路线路设备大修规

50、则的规定。一般情况下，缓和曲线的长度不小于10倍的超高和速度的乘积，特别困难地段也不小于7倍的超高和速度的乘积。在满足技术标准的条件下，应尽量采用原有缓和曲线的长度，可使拨量最小。在已经选定设计曲线半径的条件下，为了减小拨动量，可采用下述方法选取缓和曲线的长度。1）计算设计曲线的圆曲线长，并根据QZ点的里程，计算ZY点里程 = QZ里程；2）选出两三个位于圆曲线段的测点，它们的设计曲线渐伸线长度为，其中L = 测点里程ZY点里程，为已知数，因待定，尚需推导；3）这两三个测点的既有曲线渐伸线长度已经求出，可令各个测点的，求出如下：（2-41）4）将求出的两三个取平均值，故缓和曲线的长度为：（2-

51、42）将计算结果取为10米的整数倍，就是选定的缓和曲线长度。2.3.6 计算设计曲线中点及各主点里程已选定的设计曲线半径，可保证设计曲线圆弧和既有曲线圆弧相当接近，但尚未确定设计曲线的具体位置，为此要计算曲线中点和各主要点的里程。1. 计算曲线中点（QZ）里程QZ点的里程应保证终切线不拨动，也就是拨动前后曲线的转角不变，即，测量终点的拨距为零，即。如图2-17所示，终点设计曲线的渐伸线的长度。令测点终点既有曲线的渐伸线长度，则测量终点至QZ点的距离为：（2-43）式中曲线转角（rad）。由此可得QZ点的里程为：QZ里程 = 测量终点里程 图2-17 QZ点里程2. 计算曲线各主点里程曲线各主点ZY、ZH、HY、YZ、YH