铁路无缝线路设计.doc

第5章 无缝线路设计无缝线路是将标准长度的普通钢轨进行焊接，形成钢轨长度超过一定值的钢轨线路，又叫做焊接长钢轨线路，它是当今世界上轨道结构中的一项新技术，在该项技术上世界各国正在以积极的态度竞相发展对于一般的铁路线路来讲，钢轨的接头往往是轨道的薄弱环节，由于轨缝的存在，列车在通过轨道时就会发生冲击和振动，并产生巨大的噪音，不但如此，钢轨受到的冲击力也会提升3倍以上接头冲击力不但影响列车行驶的平稳度和旅客的舒适感，还会促使道床破坏、线路状态恶化、缩短钢轨和街头零件的使用寿命、增加额外的维修费用伴随着现代化铁路的高速化、舒适化和环保化的高要求，在行驶速度、列车轴重和密度不断增长的今天，普通铁路无法适应现代化运输的要求无缝线路消灭了大量的接头，具备行车平稳、旅客舒适、车辆和轨道维护费用减低、轨道与道床使用寿命延长等众多优点，是今后铁路发展的方向和未来123455.1 无缝线路基本规定1.根据《铁路无缝线路设计规范》(TB 10015-2012)，新建、改建铁路正线应采用60Kg/m钢轨，钢轨长度可以是25m、50m和100m，路中优先采用100m长定尺钢轨2.无缝线路在设计时，应根据当地轨温资料，计算无缝线路的允许温升、允许温降，并考虑一定的修正量计算确定锁定轨温。

在一定范围内，无缝线路设计锁定轨温应一致3.道岔、钢轨伸缩调节器及胶接绝缘接头钢轨宜与相连轨道同类型、同材质在小半径曲线（R≤800m）以及大坡道地段宜采用全长淬火钢轨或高强钢轨4.有砟无缝线路铺设的曲线半径不宜小于500m；在小于500m半径地段铺设无缝线路时，应采取适当的措施增大道床横向阻力5.在连续长大坡道、制动坡段和行驶重载列车坡段上的无缝线路，必要时应采取轨道加强措施，连续长大坡道不宜设置钢轨伸缩调节器和有缝钢轨接头6.最大轨温变化幅度超过100℃的严寒地区铺设无缝线路时应单独设计，加强轨道结构强度，还可以采取大调高量扣件7.无缝线路设计应根据线路、运营、气候条件及轨道类型因素进行，经过稳定性等检算确定设计锁定轨温8.铺设无缝线路的桥梁应根据无缝线路纵向力，对桥梁及轨道结构进行检算9.桥上无缝线路设计宜减少钢轨伸缩调节器的设置10.标准长度钢轨应采用工厂化焊接，工厂化焊接长轨条长度不宜小于500m，焊接宜采用闪光焊接5.2 无缝线路设计要求5.2.1 线路等级铁路线路是供机车车辆组成的列车运行的，是轨道和路基、桥涵、隧道等建筑物等设备的统称在我国，新建和改建的铁路根据其在铁路网中的作用、性质和远期客货运量的不同分成不同等级。

铁路的等级不同，铁道线路及其工程结构物都有不同的要求根据设计要求，该线年通总重W=40Mt，由《线规》可知轨道正线类型为重型5.2.2 锁定轨温 无缝线路锁定轨温应根据当地最高铺设无缝线路的允许温升、允许温降计算确定，并且考虑一定的修正量设计锁定轨温范围为±5℃，相邻单元轨节之间的锁定轨温只差不应大于5℃，同区间轨温只差不大于10℃,160km/h以上铁路不应大于3℃5.2.3 无缝线路结构组成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1、伸缩区长度根据计算确定2、固定区为长轨减去两端伸缩区的长度，每段长轨的长度应根据线路情况和施工条件决定，原则上应与自动闭塞区段的长度一致如受条件限制，固定区也不应短于50m3、缓冲区一般由2到4节标准轨或厂制缩短轨组成，有绝缘接头时为4节5.2.4 缓冲区和伸缩区的设置缓冲区应设在下列地点：1、两段长轨之间；2、道岔与长轨之间；3、自动闭塞和轨道电路地段的绝缘接头，一般应不止在缓冲区的中间；4、其他必要的地点5.2.5 无缝线路铺设地段和位置无缝线路的铺设地段和位置，应符合下列条件：1、轨下基础稳定，线路没有翻浆冒泥、下沉挤出大于15mm的冻害。

2、半径为800m以及以下的曲线地段，应尽量采用全长淬火轨或耐磨轨3、桥梁有浅基、孔径不足、偏心超限、载重等级不足或支座、墩台等严重病害和下承板梁上，铺设无缝线路须严格进行检查4、桥上铺设无缝线路，除符合下列条件者外，均应检查钢轨、墩台的受力状态、轨道防爬能力及钢轨低温断缝值等5、在隧道长度为1000m及以上时，铺设无缝线路宜将隧道内单独铺设一段长轨，伸缩区设于隧道洞口内方，缓冲区尽量设置在隧道洞口外隧道长度小于1000m，可不单独铺设5.2.6 缓冲区钢轨接头缓冲区钢轨接头，应采用10.9级高强度接头螺栓及平垫圈，接头螺栓扭矩应达到900N·m缓冲区轨缝尺寸，应根据计算确定5.3 设计参数计算5.3.1 设计资料及条件1、无缝线路铺设地点：拉萨地区2、无缝线路铺设钢轨类型：U71Mn60轨3、无缝线路铺设的轨枕类型：S-III型4、无缝线路轨枕间距：1760根/km5、道床类型：面碴厚为，垫层厚为6、钢轨接头螺栓扭矩值：900N·m7、设计区最小半径：R=500m8、.计算钢轨位移及弯矩时，道床刚度：60000N/mm，检验钢轨刚度30000N/mm9、设计最高行车速度120Km/h10、设计轨温：最高温度49.4℃，最低气温-16.5℃122.12.22.35.3.2 计算k值本设计采用S-Ⅲ型钢筋混凝土枕，每千米轨枕数为1760/Km，根据设计要求，钢轨支座刚度D值在检算钢轨为30000N/mm，当在检算轨枕时D=60000N/mm轨枕间距为a=10000001760=568mm钢轨基础弹性模量u为：u=Da=30000568=52.82Mpa刚比系数为 k=4u4EJ （5-1）式中 J——新轨水平轴的惯性矩，其中对于60Kg/m轨为J=3217×104mm4。

由公式（5-1）可得刚比系数为：k=452.824×2.1×105×3217×104=0.001185.3.3 弯矩计算ND5机车前后转向架各有三个轴，如图5-1所示，在寻找引起最大弯矩的最不利轮位时，只要用一个转向架的三个轴分别作为计算轮来求最不利轮位由于转向架的三个轴轮重量相等，但是轴距是不相同的，所以要计算1、2、3轮引起的弯矩，在所有弯矩值中找到最不利弯矩，既最不利荷载值图 5-1表5-1 不利荷载计算表计算轮项目轮位∑Pμ(N)动1动2动3动1P(N)106450 106450 106450 101378.97 x(mm)0.000 2550.000 4350.000 kx0.000 3.009 5.133 μ1.000 -0.055 0.008 Pμ(N)106450.000 -5900.630 829.596 动2P(N)106450 106450 106450 83034.57 x(mm)2550.000 0.000 1800.000 kx3.009 0.000 2.124 μ-0.055 1.000 -0.165 Pμ(N)-5900.630 106450.000 -17514.797 动3P(N)106450 106450 106450 89764.80 x(mm)4350.000 1800.000 0.000 kx5.133 2.124 0.000 μ0.008 -0.165 1.000 Pμ(N)829.596 -17514.797 106450.000 其中u=e-kx×(coskx-sinkx),取pμ=101378.97，计算静弯矩Mj为Mj=14kpμ=14×0.00118×101378.97=21478594.49钢轨动弯矩用静态法计算 Md=Mj1+α+βf （5-2）式中 Md——钢轨的动弯矩； α——速度系数，用α=0.4v100计算； β——偏载系数，α=0.002∆h计算，∆h为容许欠超高； f——横向水平力系数，一般取1.45。

内燃机车计算钢轨轨底弯曲应力时，设计速度为120Km/h速度系数为：α=0.4v100=0.4×120100=0.48A、在R=4000m的曲线上，容许欠超高∆h=0.75m，计算偏载系数：β=0002∆h=0.002×75=0.15在R=4000m的曲线上，横向水平力系数f，f=1.45Md=Mj1+α+βf =21478594.49×1+0.48+0.15×1.45 =50764658.09B、在直线地段上，横向水平力系数f，f=1.25Mzd=Mj1+αf =21478594.49×1+0.48×1.25 =39735399.815.3.4 计算动弯应力 新轨截面模量W1=396×103mm3,W2=339×103mm3A、在R=4000m的曲线上，轨底动弯拉应力σdl=MdW1=50764658.09396×103=128.19MPa 轨头动弯压应力σdy=MdW2=50764658.09339×103=149.75MPaB、直线段上的轨底动弯拉应力σdzl=MzdW1=39735399.81396×103=100.34MPa直线段上的轨头动弯压应力σdzy=MzdW2=39735399.81339×103=117.21MPa5.4 锁定轨温设计3.13.23.35.4.1 容许温度变化幅度在铁路线路中，钢轨应该有一定的强度以保证在受到动弯应力、温度应力及其他附加应力时不至于破坏，仍然能够正常工作，所以，钢轨所能承受的各种应力之和不超过容许应力值σs，即 σd+σt+σc≤σs （5-3）式中 σd——钢轨最大动弯拉应力MPa； σt——温度应力MPa； σc——钢轨承受的制动应力MPa； σs——钢轨容许应力MPa，等于钢轨的屈服强度σs除以安全系数K， σ=σsK。

因为钢轨为U71Mn 60Kg/m钢轨，所以σs=457MPa，一般钢轨K=1.3，再用钢轨K=1.35允许温度变化幅度 ∆ts=σs-σgd-σcEα （5-4）式中 σgd——钢轨底部下缘位置处动弯应力由于σs=457MPa，安全系数K=1.3，则 σ=σsK=4571.3=351.54MPa （5-5）A、当在半径为4000米的曲线上进行制动时温度变化允许量为：∆t拉=σ-σdl-σcEα=351.54-128.19-101.18×10-5×2.1×105=86.1℃∆t压=σ-σdy-σcEα=351.54-。