轨道结构3解析课件

现代铁路轨道结构第四章轨道结构的力学分析4.1概述轨道力学分析的意义轨道结构的力学分析轨道结构整体部件计算结构优化轨道结构强度计算轨道的静力计算准静态计算动力计算轨道力学分析的特点和发展材料的多元化静力分析到动力分析的过程计算精确与实用4.2轨道的计算荷载作用于轨道的竖向荷载轮重与荷载标准荷载与中活载轨道的横向水平荷载通过曲线的导向力通过曲线的未被平衡离心力机车振动产生的横向力通过道岔等特殊地段的冲击力轨道的纵向水平荷载钢轨轨温变化产生的力车辆制动产生的力车辆通过坡道产生的力列车通过曲线轮对旋转滑动产生的力图6-1轮轨之间作用力4.3轨道结构静力计算竖向载荷作用下轨道的简单静力计算(竖向）基本假设和计算方法均匀化和弹性化连续弹性支承梁模型基本计算参数钢轨抗弯刚度EI钢轨支承刚度D轨道基础弹性模量u道床系数C、轨枕挠曲系数连续弹性基础梁微分方程公式中：M-----钢轨截面弯矩；Q-----钢轨截面剪力；q-----基础分布反力方程的一般解：求解微分方程：令y=eλx代入可得特征方程：λ4+K/(EJ)=0令k即为刚比系数。可得：采用边界条件来确定系数,边界条件(对称，取X≥0的一半分析)①X→∞，y=0→c1=0,c2=0(2)x=0,y’=0,得：y=c3e-βxcosβx+c4e-βxsinβxy’=βe-βx[(c4-c3)cosβx-(c4+c3)sinβx]可得：c4-c3=0,c3=c4=c经过整理可得：

当x=0时

列车作用下的轨道静力计算轮群作用下的轨道静力计算原理:采用线性叠加公式轮群载荷的特点

弹性点支承梁模型4.4轨道的简单静力计算(横向）轨道的横向变形钢轨的倾斜

钢轨和轨枕间的横向压力

钢轨倾斜：轨枕的静力计算（主要计算弯矩）弹性支承梁刚性轨枕三种道床支承方式中间60cm不支承中间部分支承中间完全支承

计算轨下截面正弯矩最不利支承条件：中间60cm不支承图示公式计算中间截面负弯矩最不利支承方案为中间部分支承与全部支承图示计算中间截面负弯矩公式：无碴轨道弹性支承叠合梁计算竖向力计算横向力计算轮轨接触应力计算基本假设：赫兹理论

钢轨局部接触应力计算计算模型：赫兹接触理论：两个垂直圆柱体，接触面为椭圆。轮轨之间接触面积约100mm2接触应力可达1000MPa接触椭圆几何尺寸计算式中：剪应力其最大值和位置为：轮轨的冲击振动研究轮轨冲击振动的意义研究振动的传播特性研究轨道结构的频率特性轮轨耦合关系研究轮轨冲击振动的方法落轴法锤击法轮轨系统的振动特性频率特性加速度特性参数的优化4.5准静态轨道结构动力作用计算速度系数影响偏载系数横向水平力系数速度系数牵引种类速度系数计算轨底弯曲应力用计算轨道下沉及轨下基础部件的荷载及应力用内燃电力蒸汽R,yM偏载系数横向水平力系数定义：轨底外缘弯曲应力与轨底中心弯 曲应力的比值。公式：线路平面直线曲线半径（m）600500400300横向水平力系数f1.251.451.601.701.802.04.6轨道部件强度检算钢轨应力检算基本应力（包括载荷、温度变化）局部应力附加应力残余应力

轨枕强度检算枕木顶面压力轨枕抗弯强度道床应力道床顶面应力道床内部及路基顶面应力

计算公式第一区域第二区域第三区域

道床及路基面强度检算道床路基

4.7轮轨相互作用轮轨相互作用意义及发展研究内容研究单轮对于轨道的相互作用单车与轨道的相互作用列车与轨道相互作用模型的发展单自由度集中参数连续梁模型考虑车辆的耦合模型列车轨道耦合模型模型发展的趋势4.8车辆通过曲线的动力分析计算蠕滑和蠕滑力转向架通过曲线的力学模型4.9车辆运行平稳和安全性及评估车辆运行平稳性及评估标准Sperling平稳性指标车辆运行平稳性评估标准车辆运行安全性及评估标准根据车辆脱轨根据车辆横向力脱轨条件脱轨系数的评估标准根据构架力评定脱轨条件脱轨条件安全评估标准

车轮减载率评定脱轨安全车辆车轮跳轨评定标准轮轨最大横向力评定标准4.10车辆轨道动力学研究意义车辆轨道动力学的发展研究的主要内容动力响应车辆的稳定性无缝线路稳定性动力分析轨道强度计算作业计算资料(1)重型轨道结构组成钢轨：60kg／m，U71新轨，25m长的标准轨；轨枕：J—2型混凝土轨枕1760根/km；道床：碎石道碴，面碴25cm，垫碴20cm；路基：砂粘土；钢