【铁路钢轨强度检算计算的过程案例】3200字

铁路钢轨强度检算计算的过程案例综述1.1速度系数直线轨道上竖向动轮载可以根据准静态方法计算得到。计算公式如下：Pd式中Pd Pjα——速度系数，按表2-9取值。表2-9速度系数牵引类型速度电力牵引内燃牵引V0.60.4V1.0注其中V为设计速度，本设计为250km/h。1.2横向水平系数动车组在开行过程中，在直线地段不会准确的沿直线运动，会产生蛇行运动；在曲线地段，在轮轨之间会产生的横向水平力与垂直力的偏心作用，这两种情况均会导致钢轨边缘应力产生变化，与中心应力存在差异，这个差异增量就用横向水平系数f表示。不同曲线半径的横向水平系数f按下表2-10取值。表2-10不同曲线半径横向水平系数直线曲线半径（m）300400500600800~2000≥20001.251.001.801.701.601.451.301.3偏载系数列车在曲线地段运行时，由于外轨超高会导致内、外轨所承受的荷载存在差异，发生偏载现象，由此产生的钢轨附加荷载由偏载系数β来表示，其计算公式为：β=2∙式中∆h——未被平衡的超高（mm）； H—— S——将H和S代入公式（2-11）可得：β=0.002∆h1.4钢轨动弯应力钢轨受到的动弯矩由下式计算得到：Md式中Md——钢轨动弯矩（kN∙ Mj——钢轨静弯矩（kN∙ α β——偏载系数。钢轨受到的动弯应力由下式计算：1）钢轨上部受到的最大可能动弯应力：σ上式中σ上 W上 f2）钢轨下部受到的最大可能动弯应力：σ下式中σ下 W下1.5钢轨受到的最大温度拉应力本设计标段为DK030+000~DK040+000段，其大致范围在四川省德阳市附近，所以本设计所用的温度取德阳市的最高温度和最低温度来计算。其历年最高温度和最低温度见表2-11。表2-11德阳市历年最高、最低温度时间（年）最高温度/℃最低温度/℃201235-3201336-2201435-12015360201637-3201736-1201837-32019351202035-1根据表2-11可以得到近几年德阳市最高温度为37℃，最低温度为-3℃。所以最高轨温为57℃，最低轨温为-3℃。1.5.1设计锁定轨温的确定1）根据强度条件确定允许的降温幅度。计算公式为：∆ts式中∆ts σs——钢轨容许应力，它是通过钢轨的屈服强度σs，除以安全系数K得到，K σσgd σc——钢轨承受的制动应力，一般取10Mpa E——钢材的弹性模量， α'——钢轨线膨胀系数，取1.18无缝线路在铺设时存在一个决定钢轨温度力的轨温水平的基准温度，这个温度叫做锁定轨温。所以计算设计锁定轨温是在无缝线路铺设时，此时钢轨磨耗为0mm。①当轨道处于直线上时，由式（2-17）得：σgd其中Mj②当轨道处于曲线上时，由于各段曲线半径均不相同，按照最不利情况来考虑，取最不利曲线半径来计算，由《铁路线路设计规范》[12]中得：Rmin式中Rmin ℎmax Vmax ℎqy——欠超高允许值（mm），本设计选为60mm由式（2-18）得：Rmin式中R——规范规定时速250km客运专线的最小曲线半径值一般情况下为4000m，困难情况下为3500m[13]。超高设置值计算公式为：ℎ所以超高设置值为170mm。由式（2-12）得：β=0.002由式（2-17）得：σgd轨道处于直线和曲线上的拉、压应力计算结果见表2-12。表2-12轨道拉、压应力计算结果车型轨道位置应力状态钢轨磨耗（mm）0369CRH1E直线拉应力105.253108.169109.700111.253压应力121.805130.959141.366151.973曲线拉应力111.039114.116115.731117.370压应力129.556138.159149.138161.383CJ2直线拉应力91.31993.39094.80096.267压应力106.548113.066121.165131.367曲线拉应力96.34098.524100.012101.560压应力111.406119.282128.881139.644由式（2-16）得：∆t∆t2）根据断缝条件确定允许温降由规范可得：∆t式中∆t α'——钢轨钢线膨胀系数，取1.18×10 λ——钢轨断缝容许值（mm），一般情况下取70mm，困难情况下取90mm； r——线路纵向阻力[kN/（m∙轨）]，有砟轨道参照相应线路开通验收时道床纵向阻力值，根据《轨道工程》教材[11]，本设计取为15.2[kN/（m∙轨 F——钢轨断面积（mm2）。由式（2-19）可得：∆通过比较由强度条件和钢轨断缝条件所允许的温降，取较小值作为无缝线路允许的温降，即∆t3）根据稳定性条件计算线路允许温升根据规范按统一稳定性计算公式[9]计算：Pwl21R'ω=2βE式中β——轨道框架刚度系数，有砟轨道可取1.0；l——轨道弯曲变形半波长（cm），l=f——轨道弯曲变形矢度，取0.2cm；foe——轨道原始弹性弯曲矢度（cm），根据调查资料统计分析，轨道原始弹性弯曲的相对曲率f Q——等效道床横向阻力（N/cm），见表2-13； R——曲线半径（cm），本设计取最不利情况，最小曲线半径为4000m； Rop——钢轨原始塑性弯曲半径（cm），1 t——轨道原始弹性弯曲的相对曲率，t=表2-13等效道床横向阻力（kN/m）轨枕类型等效道床阻力新Ⅱ型混凝土轨枕1760根/km8.51840根/km8.9Ⅲ型混凝土轨枕1667根/km11.5由式（2-20）~（2-23）可得：1ω=2βEl2Pw钢轨允许温度压力可由下式计算：P=式中P——允许温度压力； K——安全系数，本设计取1.3。钢轨允许温升∆t∆t式中F——钢轨截面面积（mm2）。由式（2-24）、（2-25）可得：∆4）确定设计锁定温度t设计锁定温度按照图2-3计算。图2-3设计锁定轨温计算图te式中tmax ∆由式（2-26）得：te本设计选取设计锁定温度为t1.5.2施工锁定轨温的确定无缝线路铺设时，施工锁定温度应该是一个范围，一般取设计锁定轨温的±5℃，困难情况下可取±3℃。本设计的