路基上无缝线路课程设计

1、路基上无缝线路课程设计 中和轨温及预留轨缝设计【设计目的和意义】无缝线路是把标准长度的钢轨焊连而成的长钢轨线路，又称焊接长钢轨线路。它是当今轨道结构的一项重要新技术，世界各国竞相发展。在普通线路上，钢轨接头是轨道的薄弱环节之一，无缝线路消灭了大量的接头，具有行车平稳、旅客舒适，同时机车车辆和轨道维修费用的减少，使用寿命延长等一系列优点。所以无缝线路的设计对于我们学习铁路轨道的学生是至关重要的学习和实践。其中中和轨温和预留轨缝的设计是无缝线路设计中最核心的内容，通过这两者的设计实践，使我们对无缝线路的设计有宏观的把握。该设计的目的是通过实际设计，使我们更深入地掌握铁路轨道的基本理论。【设计参数】

2、主要技术指标： 天水地区（Tmax=58.2, Tmax=-19.2）某段提速线路铺设无缝线路，设计其锁定轨温。1.轨道条件 钢轨：60kg/m，标准轨长度25米，垂直磨耗6mm，屈服强度457Mpa，钢轨断面面积A=77.45cm2，底宽bg'=15cm，对水平轴的惯性矩Ix=2879cm4，W底=375cm3，W头=291cm3；钢轨支座刚度D：检算钢轨D=301000（N/cm），检算轨下基础 D=720000（N/cm）轨枕：III型混凝土枕，1667根/km，轨枕间距a=60cm，长度l=250cm；道床：道碴为一级道碴，道床顶面宽度3.4m(根据铁路轨道设计规范TB1008

3、2-2005表7.0.2取)，面碴厚25cm，底碴厚20cm；路基填料：沙粘土； 曲线最小半径R=1000的区段,取其未被平衡欠超高最大值h=75mm(根据铁路线路修理规则规定)2.运营条件 韶山8电力机车的轮重、轴距如图1所示，Vmax=160km/h，行车速度取V=140km/h图1【设计理论】一、 轨道结构的静力分析轨道结构的经理分析主要以材料力学、结构力学、有限元法分析理论以及微分方程方法等位理论基础，建立轨道结构模型进行分析计算。1.计算模型采用连续弹性基础梁模型，如图2所示，它将轨枕对钢轨的支承视为连续支承。该模型的计算参数有钢轨抗弯刚度EI 、道床系数C、钢轨支座图2 连续弹性基

4、础梁模型刚度D、钢轨基础弹性模量u 、刚比系数k。2.单个静轮载作用下的方程及解ymax=Pk2uMmax=P4kRmax=Pka23.轮群荷载作用下的方程及解y0=k2ui=12P0ie-kxi(coskxi+sinkxi)M0=14ki=12P0ie-kxi(coskxi-sinkxi)R0=ak2i=1nPie-kxi(coskxi+sinkxi)二、 轨道动力响应的准静态计算将轨道的静荷载乘以动力增量系数（包括速度系数、横向水平力系数、偏载系数）以表征轨道在动荷载作用下的振动放大效应。1 速度系数列车在直线区间轨道上运行时，由于轮轨之间的动力效应，导致作用在钢轨上的动轮载Pd要比静轮载

5、P0大，其增量随行车速度的增加而增大。=Pd-P0P02 偏载系数车辆通过曲线时，未被平衡的超高（欠超高或过超高）会引起外轨（或内轨）动载增加，其增量与静轮载的比值称为偏载系数 。=PP0=Pr-P0P03 横向水平力系数由于车辆通过曲线地段时轮缘的导向作用，以及直线地段转向架的蛇形运动的影响，轮轨之间将产生横向水平力以及垂直力的偏心，使钢轨产生横向弯曲和扭转。f=11+22三、 确定设计锁定轨温四、 计算预留轨缝1. 轨端伸缩量计算长轨一端的伸缩量长= SABCEF = rls22EF = (maxPt-PH)22EFr标准轨一端的伸缩量短= SBKGHEF - SBKCEF = (maxP

6、t-PH)l2EF - rl28EF图5 长轨条轨端伸缩量计算图 图6 标准轨轨端伸缩量计算图2. 缓冲区中标准轨之间的预留轨缝与普通线路相同。长轨与标准轨之间的预留轨缝计算方法如下：按冬季轨缝不超过构造轨缝ag的条件，可算得预留轨缝上限a上为：a上ag（l长l短）（767）按夏季轨缝不顶严的条件，可计算其下限为：a下=长+短则预留轨缝a0为a0=a上+a下2【计算过程】一、 轨道结构静力计算1. 计算刚度相对比值K当D=30100N/mm，a=600mm时，u= Da = 30100600 =50.17Mpa，K=4u4EIx = 450.174x2.1x105x2879x104 =0.00

7、12001mm；当D=72000 N/mm，a=600mm时，u = Da = 72000600 =120Mpa,K=4u4EIx = 41204x2.1x105x2879x104 =0.0014925mm。2. 计算最大静位移、弯矩和枕上压力y0=k2ui=12P0ie-kxi(coskxi+sinkxi)=0.00120012x50.17x1078001+e-0.0012001x2900cos(0.0012001x2900)+sin0.0012001x2900)=1.3314mmM0=14ki=12P0ie-kxi(coskxi-sinkxi)=14x0.0012001x1078001+e

8、-0.0012001x2900cos0.0012001x2900-sin0.0012001x2900)=23104826NmmR0=ak2i=1nPie-kxi(coskxi+sinkxi)= 600x0.00149252x1078001+e-0.0014925x2900cos(0.0014925x2900)+sin0.0014925x2900)=48950.362N二、 计算Md、yd、RdSS8电力机车运行速度V=140km/h是；检算钢轨=0.6V100 = 0.6x120100 =0.72检算钢轨下沉及轨下基础各部件=0.45V100 = 0.45x120100 =0.54此外1=0.

9、3V100=0.3x20100 =0.6曲线半径R=1000m，取其未被平衡欠超高最大值h=75mm，故偏载系数为：=0.002h=0.002x75=0.15故有：Md=M01+1+1+= 23104826 x (1+0.72)(1+0.06)+0.15=45590442.66Nmmyd=y01+1+1+=1.3314 x (1+0.54)(1+0.06)+0.15=2.3731mmRd=R01+1+1+=48950.362 x (1+0.54)(1+0.06)+0.15=87249.125N当曲线半径R=1000m时，f=1.45，60kg/m钢轨，垂直磨耗为6mm时，截面模量W底=375c

10、m3，W头=291cm3，故：gd=MdW底f = 45590442.66375000x1.45 =176.28Mpajd=MdW头f = 45590442.66291000x1.45 =227.17Mpa三、 锁定轨温1. 根据强度条件确定允许的降温幅度ts=-gd-cE = 352-176-102.48 =66.9其中=sK =4571.3 =352Mpa;c=10Mpa。2. 根据稳定条件确定允许的升温幅度 取f0e=f0p=2.5mm塑性原始弯曲半径R0=l028f0p=400028x2.5=800m，R=1000m，变形曲率1R'=1R0+1R= 1800+11000=144

11、4 m-1变形曲线矢度f=0.2cm,Iy=524cm4,等效道床阻力Q=8.4N/mml2=1Q2EIy2R'+2EIy2R'2+EIy52f+f0eQ=18.42x2.1x105x524x104x3.142444x103+2x2.1x105x524x104x3.142444x1032+2.1x105x524x104x3.14522+2.5x8.4=16945524.10mm2，l=4116mm;假设l0=4116mm,f0e'=l02f0e4002 =411.62x0.254002 =0.2647cml2=18.42x2.1x105x524x104x3.142444

12、x103+2x2.1x105x524x104x3.142444x1032+2.1x105x524x104x3.14522+2.647x8.4=17076812.36mm2，l=4132mm;假设l0=4132mm,f0e'=l02f0e4002 =413.22x0.254002 =0.2668cml2=18.42x2.1x105x524x104x3.142444x103+2x2.1x105x524x104x3.142444x1032+2.1x105x524x104x3.14522+2.668x8.4=17095443.05mm2，l=4135mm。将f0e'=0.2668cm,

13、l=4135mm代入PN=EIy5f+f0e2l4+Qf+f0e34l2+1R'=2.1x105x524x104x3.145X(2+2.668)2X41354+8.4(2+2.668)X3.1434X41352+1444X103 =2538.57kNP=PNK =2538.571.3=1952.75kNtc=P2EF =1952.75x1032x2.48x77.45x102 =50.83. 设计锁定轨温的确定te=Tmax+Tmin2+ts-tc2±tk=58.2-19.22+66.9-50.82±5=27.6±5四、 预留轨缝接头阻力PH=400kN（根

14、据铁路轨道设计规范TB10082-2005查得），道床纵向阻力r=15.2N/mm（根据道床纵向阻力表查得）；标准轨之间的预留轨缝：假设换轨时的轨温为20a0=L（tz-t0)+12ag=0.0118x25x(58.2-19.22-20)+ 12x18=8.85mm长轨与标准轨之间的预留轨缝：以锁定轨温为32.6为例，冬季：maxPt拉=2.48t降 F=2.48x32.6-(-19.2)x77.45x102=994.95kN长= (maxPt拉-PH)22EFr =994.95-400x10322x2.1x105x77.45x102x15.2 =7.16mm短= (maxPt拉-PH)l2E

15、F - rl28EF =994.95-400x103x250002x2.1x105x77.45x102 15.2x2500028x2.1x105x77.45x102 =3.84mma上=ag-(长+短)=18-(7.16+3.84)=7.00mm夏季：maxPt压=2.48t升 F=2.48x（58.2-32.6）x77.45x102=491.71kN长=(maxPt压-PH)22EFr=491.71-400x10322x2.1x105x77.45x102x15.2 =0.17mm短=(maxPt压-PH)l2EF - rl28EF = 491.71-400x103x250002x2.1x10

16、5x77.45x102 15.2x2500028x2.1x105x77.45x102 =-0.03mma下=(长+短)=0.14mma0=a上+a下2 =3.57mm其余预留轨缝的计算见附表1（通过Excel计算）【结论】一、 成果1. 轨温图（见图7）te=Tmax+Tmin2+ts-tc2±tk图72预留轨缝标准轨条之间：8.85mm长轨条与标准轨之间：锁定轨温（）22.623.624.625.626.627.628.629.630.631.632.6预留轨缝（mm）7.727.306.896.476.065.645.234.814.403.993.57二、 心得通过将近一星期路基上无缝线路课程设计的训练，我对无缝线路中和轨温和预留轨缝的设计有了更深刻的理解。首先，我学会了如何查阅课本、规范及其他资料，并且懂得利用计算机软件使得计算更加方便。在做课程设计得过程中，我发现平时学到的知识更多是原理，而在实际操作中需要将其具体化，这就要求我们会查阅资料，获取具体的信息。比如，不同钢轨对应的等效道床阻力不同，这就需要找到其规定的表格，确定具体的数据。应用Excel表格计算预留轨缝也是以前课程设计没有尝试的，做之前估计比较复杂，但在认真运用过程中发现简便了很多，所以今后的学习和研究中应该增强利用软件的意识，提高设计效率。其次，我对轨道的