轨道构造项目2【李翔宇】(1)

1、项目项目2：无缝轨道的构造认知无缝轨道的构造认知任务2.1：无缝线路轨道的构造认知任务2.2：温度应力式无缝线路的构造原理任务任务2.1：无缝线路轨道的构造认知：无缝线路轨道的构造认知l无缝线路（continuousweldedrail）用焊接长轨条铺设的轨道，因为长轨条没有轨缝而得名。l无缝线路类型无缝线路分温度应力式及放散温度应力式两种。目前世界各国绝大多数均采用温度应力式无缝线路。普通轨道接头普通轨道接头 l将每根12.5m或25m长的钢轨联结成轨道，很显然每隔12.5m或25m就会有一个接头。接头之间还有一道轨缝，大约为6mm。留轨缝的道理很简单，是为了防止钢轨在热胀冷缩时产生的温度力

2、。不要小看这个温度力，但钢轨温度每改变1，每根钢轨就会承受1.645吨的压力或拉力。轨温变化幅度为50时，一根钢轨则要承受高达82.25吨的压力或拉力。l如此巨大的力足以将钢轨顶得歪七八扭，造成轨道不平顺，影响列车快速安全运行。无缝轨道来源无缝轨道来源l轨缝使热胀的问题解决了，但是另一个问题又出现了：这道不起眼的轨缝不但使列车在运行时产生令人讨厌的“咔哒咔哒”声，更重要的是造成车轮与钢轨的撞击，对二者尤其是车轮的损害相当大，缩短了车轮的使用寿命。为了解决这个问题，业内业外很多人都在动脑筋。特别是那些热心的普通乘客，纷纷献计献策。铁路相关部门，比如铁道知识杂志收到读者大量的改进轨道接头的建议和设

3、计。但是这些建议和设计尽管千变万化，接头依然存在，最好的办法是干脆消灭接头，这就是我们要说的“无缝线路”。触焊办法 l所谓“无缝线路”，就是把不钻孔、不淬火的25m长的钢轨，在基地工厂用气压焊或接触焊的办法，焊成200m到500m的长轨，然后运到铺轨地点，再焊接成1000m到2000m的长度，铺到线路上就成为一段无缝线路。如果没有加工、运输、施工上的困难，从理论上讲，“无缝线路”可以无限长。这种彻底消灭轨缝的办法，我国铁路正在一些主要干道上采用。假如你是个细心人，当你乘火车进京就会注意到，昔日的“咔哒咔哒”声已经大为较少。看到这里，你肯定要问，难道“无缝线路”就不存在热胀的问题吗？触焊办法 l

4、物质不灭定律告诉我们，任何一种物质都不会消失，只不过从一种形式转化为另一种形式。钢轨的温度力也同样如此，它不可能消失，是人们在铁路线上采用强大的线路阻力来锁定轨道，限制了钢轨的自由伸缩。在我国是采用高强螺栓、扣板式扣件或弹条扣件等对钢轨进行约束。实验表明，直径24mm的高强螺栓，六孔夹板接头可提供40至60吨的纵向阻力。弹条扣件每根轨枕可提供1.6吨的纵向阻力。触焊办法 l由于无缝线路中钢轨所承受的温度力的大小和轨温的变化有直接关系，所以我们锁定钢轨时必须正确、合理地选定锁定轨温，以保证无缝线路钢轨冬天不被拉断，夏天不致胀轨跑道，危及行车安全。就北京地区来说，最高轨温为摄氏62.2，最低轨温为

5、零下22度，中间轨温为19.9。根据无缝线路强度和稳定性计算得出的结果，北京地区最佳锁定轨温为24，实际允许锁定轨温为1929。l无缝线路是铁路轨道现代化的重要内容，经济效益显著。据有关部门方面统计，与普通线路相比，无缝线路至少能节省15%的经常维修费用，延长25%的钢轨使用寿命。此外，无缝线路还具有减少行车阻力、降低行车振动及噪声等优点。基本结构 l无缝线路的类型分为温度应力式和放散温度应力式两类，温度应力式为无缝线路的基本结构型式。l(一)温度应力式无缝线路包括伸缩区、固定区和缓冲区三部分。l伸缩区长度根据计算确定，一般为50100m。固定区长度根据线路及施工条件确定，最短不得短于50m。

6、l缓冲区一般由24对标准轨或厂制缩短轨组成，有绝缘接头时为4对，采用胶结绝缘接头时为3对或5对。基本结构l(二)放散温度应力式无缝线路分自动放散式和定期放散式两种。l定期放散式无缝线路每年春秋季节适当温度下，更换不同长度的缓冲区钢轨，调节钢轨温度应力。其结构型式与温度应力式相同。l在温差较大的地区和特大桥梁上，为了消除和减少钢轨温度力对钢梁伸缩的影响，采用自动放散温度应力式无缝线路。自动放散温度应力式无缝线路是在焊接长钢轨间，设置桥用钢轨伸缩调节器，用以释放温度力。基本结构l铺设焊接长钢轨的铁路轨道。将轨端不钻孔、不淬火的标准钢轨在焊轨厂焊接成一定的长度，一般为250米；然后运往铺轨工地,用铝

7、热焊焊接成规定的设计长度，一般为10002000米；最后铺入线路。无缝线路分温度应力式及放散应力式两种；前者由焊接长钢轨及其两端若干根标准钢轨组成,用夹板及螺栓连结；其构造简单，铺设维修方便，但钢轨要承受很高的温度力，一般适用于常年轨温变化不大于90C的地区，也可铺设在大于这一轨温变化的地区，但要在一定轨温条件下，定期放散钢轨内部过高的温度力。后者在焊接长钢轨两端设温度伸缩调节器，随时释放温度力。伸缩区、固定区和缓冲区l焊接长钢轨两端的接头阻力是一个集中力，而沿线道床阻力则是一个分布力，如道床纵向阻力以每米钢轨的阻力（千牛/米）表示，则在离轨端处，两者之和为+。此值随的增大而增大,如焊接长钢轨

8、的长度为，其最大值可达+/2。但是，当地的最高轨温总是有限的，因而最大轨温变化幅度max1也将是有限的。所以,要平衡由此而产生的最大温度力max1=max1,并不需要动用焊接长钢轨上的全部道床阻力,而只要动用靠近轨端长度为的一部分就可以了。此时，温度力和阻力的平衡式为max1=+，由此求取的值。在范围内一部分自由伸缩由于接头阻力及道床阻力的限制而不能实现，从而出现不同程度的限制伸缩。这一区域称为伸缩区。两端伸缩区以外的中间部分，全部自由伸缩被限制，因而处于完全固定的状态，这一区域称为固定区。由此可见，无缝线路上最大温度力出现在固定区，它仅与钢轨的最大轨温变化幅度有关。从理论上说，焊接长钢轨的长

9、度可以不受任何限制，但实际铺设时还应当考虑其他方面的因素。例如，在两个自动闭塞区分界处，长钢轨要断开，以便安装绝缘接头；而在接近车站两端道岔群时，也要把长钢轨中断，以利道岔的养护和维修。在焊接长钢轨中断处，应设缓冲区。缓冲区由24或更多根标准钢轨组成。目的是便于调整轨缝，放散应力和修理及更换绝缘接头和道岔。危险源 l1基地焊轨使用以电为动力的设备绝缘性能不好，发生触电。l2落锤试验机未设防护网、卷扬机钢丝绳磨损、锈蚀严重，落锤试验过程中人员未站在安全地带。l3高温焊头、推瘤下来的焊渣等灼烫。l4长钢轨存放支点间距不合理、存放层数过高发生倾倒。l5长钢轨运输前固定装置未锁死，散装料未加固l6长钢

10、轨运输车防溜措施不到位。l7长钢轨运输车运行速度超限，对位时速度超限，前方未安放铁鞋和止轮器。l8牵引长钢轨牵引卡未卡牢。l9氧气瓶、乙炔（或液化石油气）瓶同车运输，使用时安全距离不足。l10移动焊轨作业车未设置止轮器。l11铝热焊坩埚破裂，钢水飞溅或泄漏灼烫。l12无缝线路应力放散锁定撞轨时撞块飞出。l13高于实际锁定轨温20以上时进行无缝线路轨道整理，发生胀轨跑道。无缝线路的分类无缝线路的分类 1、按铺设长度分类：l普通无缝线路：长度1-2km，有缓冲区、伸缩区、固定区三部分组成。l全区间无缝线路：铺在线路上的长钢轨长度贯穿整个区间，两端与咽喉道岔的缓冲轨焊联的无缝线路。l跨区间无缝线路（

11、也称超长无缝线路）：铺在线路上的长钢轨长度贯穿全区段的各个区间，与站区无缝道岔焊联成一体的无缝线路。无缝线路的分类无缝线路的分类2、按结构类型分：分类结构特点温度应力式长钢轨及两端标准轨组成；两端接头为接头夹板接头型式。结构简单不需要特殊设备，铺设维修方便。放散温度应力式自动放散式长钢轨及两端钢轨伸缩接头组成；特制中间扣件。设备复杂，在普通线路上已趋于淘汰。定期放散式结构型式同温度应力式。在每年一定季节（春秋）的适当温度下用更换缓冲区中不同长度调节轨的方法，减少和控制钢轨温度应力维修不便。任务任务2.2：温度应力式无缝线路的：温度应力式无缝线路的构造原理构造原理l钢轨内的温度力、温度应力温度应

12、力及温度力l钢轨热胀冷缩，在无缝线路上，焊接长钢轨每单位长度的自由伸缩量等于线膨胀系数及轨温变化幅度的乘积。焊接长钢轨一经“锁定”，自由伸缩就受到两端接头阻力及沿线道床阻力的抵抗而不能实现或不能全部实现。此时，未能实现的自由伸缩将转化为数值相等但方向相反的温度应变=，从而在钢轨内部产生温度应力=和温度力=（为钢的弹性模量；为钢轨截面积）。夏季轨温升高，钢轨势必伸长，但因不能实现而转化为压应变，在钢轨内部产生压应力。冬季轨温降低，钢轨势必缩短，但因不能实现而转化为拉应变，在钢轨内部产生拉应力。这种因轨温变化而引起的应力称温度应力，而作用于钢轨截面上的力称温度力。注：温度力注：温度力 l无缝线路的

13、类型分为温度应力式和放散温度应力式两种。在我国铁路上所铺设的无缝线路，除特大桥梁的个别梁跨外，一般均为温度应力式无缝线路。l温度应力式无缝线路，由固定区、伸缩区和缓冲区三部分构成。固定区(每段无缝线路的中间部分)不因轨温变化而伸缩；伸缩区(长轨条两端部分)允许有一定量的伸缩；缓冲区(两段长轨条之间的标准轨部分)钢轨的伸缩量也比普通线路小。由于固定区钢轨不能伸缩，在轨温不断变化的条件下，长轨条内部经常积蓄一定的温度力。特别是最高轨温和最低轨温时，固定区内的长轨条将积蓄巨大的温度力。2.钢轨内的温度应力与温度力钢轨内的温度应力与温度力l1）温度应力l（1）概念。无缝线路铺设、锁定后，因轨温变化，长

14、轨不能自由伸缩而在其内部产生应力，称为温度应力。特别是在轨温很高活很低时，钢轨内部产生巨大的温度力。（2）计算）计算。（虎克定律）：。（虎克定律）：l在一股钢轨上产生的温度应力按下式计算：在一股钢轨上承受的温度力为：在一股钢轨上承受的温度力为：2）温度力）温度力2.2.2锁定轨温锁定轨温附加表格附加表格：l我国部分地区最高，最低和中间温度铺轨轨温与锁定轨温铺轨轨温与锁定轨温l最适宜于铺设焊接长钢轨的轨温称铺轨轨温。因为在铺轨过程中，轨温可能有波动，所以确定铺轨轨温时，容许有一个上下波动范围。锁定轨温,也称无应力轨温,是在焊接长钢轨铺设完毕，上紧扣件，装好防爬设备及接头夹板时的轨温。它必须在铺轨

15、轨温的容许波动范围内。锁定轨温一般应略高于当地最高轨温与最低轨温的平均值，防止酷暑季节钢轨温度压力过大，从而减少无缝线路胀轨跑道的潜在危险。当地最高轨温一般要高出最高气温20C，而最低轨温则大致与最低气温相等。锁定轨温是计算轨温变化幅度的依据，必须详实记录，妥善保存，如因线路作业引起变化，应及时更正。钢轨温度与锁定轨温钢轨温度与锁定轨温 l1、钢轨温度l钢轨温度是无缝线路设计、铺设和维修的重要技术资料。影响轨温的因素比较复杂，根据调查观测资料分析，一般认为最高轨温比当地最高气温高20，最低轨温与当地最低气温相同。l2、锁定轨温l无缝线路的锁定是通过拧紧长钢轨两端的接头螺栓和轨枕扣件螺栓实现的，

16、在锁定时的轨温叫锁定轨温。钢轨温度与锁定轨温钢轨温度与锁定轨温l无缝线路的锁定轨温，是以最高轨温时不胀轨跑道，最低轨温时不拉断钢轨为基本条件，经过轨道强度和稳定性检算而设计确定的，如下图：l图中可以看出，上t为满足轨道强度要求的上限，下t为满足轨道稳定性要求的下限，即：钢轨温度与锁定轨温钢轨温度与锁定轨温l在铺设无缝线路时，只有在上t下t之间锁定长轨条，才能满足上述基本条件的要求。锁t为设计锁定轨温，主要是根据最高最低轨温差以及当地高温或低温季节持续时间的长短而设计确定，一般更侧重防止胀轨跑道，而使其偏高于中间轨温。在保证基本条件的前提下，为便于无缝线路铺设施工，设计锁定轨温应有一个范围，一般

17、采用锁上t锁下t的幅度为l0，即设计锁定轨温范围为设计锁定轨温5。在寒冷地区困难条件下，设计锁定轨温范围可采用68。钢轨温度与锁定轨温钢轨温度与锁定轨温l锁定轨温必须准确、均匀，符合设计要求。由于施工、维修及其他原因，实际锁定轨温不符合设计要求，或者钢轨内应力严重不均匀，都会给无缝线路的轨道强度和稳定性带来不利影响，故必须做好应力放散和调整工作。应力放散是指在设计锁定轨温条件下，使长轨条自由伸缩改变长轨条原来的长度，在其伸长或缩短后，重新锁定线路，从而使锁定轨温得以重新设定。应力调整是指不改变长轨条原来的长度，在部分地段使钢轨有伸有缩，将应力调整均匀，不改变原来的锁定轨温。无缝线路的实际锁定轨

18、温应满足设计要求，否则应进行应力放散或调整：l1、由于某种原因，铺设锁定长轨条时的轨温不在设计锁定轨温范围以内，或虽在设计锁定轨温范围以内，但在两股钢轨上的实际锁定轨温相差超过5，均应进行应力放散。l2、实际锁定轨温无原始记录，或虽有原始记录但不可靠，以及对原始记录有疑问时，均视为“锁定轨温不清楚或不准确”。l3、跨区间或全区间无缝线路，不可能在一个施工封锁时间内完成，而是一个施工封锁时间内铺设一段即予锁定，这一段叫做一个单元轨条，整个区间的无缝线路则由若干个单元轨条联结而成。为了不使单元轨条之间的实际锁定轨温相差太大，因此规定相邻两单元轨条的锁定轨温相差超过5，或在整个区间内单元轨条的锁定轨

19、温相差超过l0时，都应进行应力放散。l4、无缝线路上的长轨条应保持正常的长度。如果长轨条产生不正常的过量伸缩，则必然改变原锁定轨温。例如在长度为100m的一段线路上，钢轨长度每伸长或缩短1.2mm，就相当于改变了l的锁定轨温。出现这种情况的原因主要有：l（1）铺设长轨条时，采取强制的方法拉伸(不含有计划的拉伸)或压缩钢轨，使长钢轨勉强就位；l（2）在轨温偏高或偏低的条件下焊接联合接头，长轨条内积蓄一定的温度力，铺设时未能充分放散；l（3）处理断缝焊接短轨时，前后钢轨未恢复原有位置，钢轨未能按原长原位焊复；l（4）缓冲区轨缝不正常时，未查明原因，简单地采用将缓冲区钢轨换长或换短的方法。无缝线路的

20、实际锁定轨温应满足设计要求，否则应进行应力放散或调整：l5、固定区和无缝道岔上发生不均匀位移，如锁定轨温变化大于5或局部位移量大于10mm，则视为应力严重不均匀，需要进行应力调整。l6、夏季线路轨向严重不良，碎弯多，主要是部分地段压应力过大引起，需要通过应力调整，使长轨条内温度应力均匀。l7、无缝线路上长轨条温度应力的大小和分布可进行测试。这里说的通过测试发现温度力分布严重不均匀，是指一些铁路局采用的测标法，通过钢轨测标或采用温度应力测试仪的测量，换算出其温度力的分布情况。l8、在无缝线路上处理故障或进行其他施工，不得不改变原锁定轨温时，事后必须及时进行应力放散，在设计的锁定轨温范围内重新锁定

21、，以防止胀轨跑道或断轨。l9、低温铺设长轨条时，为达到设计锁定轨温，用机械拉伸长轨条，但没有拉长到设计位置；或由于各种阻力的影响，距拉伸器近的伸长量过大，距拉伸器远的伸长量不足，其不均匀程度达前述第五项l的标准时，则应进行应力调整。线路阻力线路阻力 l线路阻力是指阻止钢轨及轨道框架移动的纵向阻力，横向阻力和竖向阻力。l1、纵向阻力l纵向阻力包括接头阻力、道床纵向阻力和轨枕扣件阻力。l（1）接头阻力l无缝线路两端接头阻止钢轨纵向位移的阻力叫接头阻力。它通过拧紧接头螺帽实现。拧紧螺帽的扭力矩与螺栓拉力关系的经验公式是：线路阻力线路阻力l为了保持必要的接头阻力，一、二、三级螺栓的扭力矩分别不应低于9

22、00、700和400Nm。线路阻力线路阻力l（2）道床纵向阻力l道床抵抗轨枕沿线路方向移动的阻力称为道床纵向阻力。道床纵向阻力与道碴材料，粒径及道床断面、捣实程度、轨道框架质量及道床脏污程度有关。设计时常用的道床纵向阻力如表。线路阻力线路阻力l（3）轨枕扣件阻力l轨枕扣件阻力是指各种中间扣件和防爬设备抵抗钢轨纵向位移的阻力。线路阻力线路阻力l2、道床横向阻力l道床抵抗轨道框架横向位移的阻力叫道床横向阻力。目前采用轨枕横向位移0.05mm时的横向阻力值为每根轨1270N。l3、道床竖向阻力l碎石道床每根木枕的竖向阻力可达15001660N。l4、轨道框架刚度l轨道框架刚度是轨道框架抵抗挠曲的能力。缓冲区预留轨缝计算缓冲区预留轨缝计算l计算条件：无缝线路缓冲区内的长轨与缓冲轨之间、两缓冲轨之间的预留轨缝值，应满足最高温度时轨缝大于零，最低温度时最大轨缝值不超过构造轨缝18mm。l计算方法：借助温度力分布图计算长钢轨伸缩区随温度变化的伸缩量以及标准轨随轨温变化的伸缩量，从而计算预留轨缝的大小。缓冲区预留轨缝计算缓冲区预留轨缝计算缓冲区预留轨缝计算缓冲区预留轨缝计算缓冲区预留轨缝计算缓冲区预留轨缝计算稳定性 l无缝线路由于消灭了大量钢轨接头，因而具有行车平衡，机车车辆及轨道维修费用低，使用寿命长等优点，是铁路轨道现代化的主要内容之一。但要充分发挥它的优越性，必须同时