无缝线路学习课件.ppt

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日本于50年开始铺设无缝线路，现已铺设5000余公里近年来日本在新干线上采用了一次性铺设无缝线路技术前苏联由于大部分地区温度变化幅度较大，对无缝线路的发展有所影响，直到1956年才正式开始铺设近十年发展较快，无缝线路已达5000余公里我国无缝线路从1957年开始试铺，开始时采用电弧焊法，分别在北京、上海各试铺了1km，以,后逐步扩大后来在工厂采用气压焊或接触焊将钢轨焊成250500m的长轨条，然后运至铺设地点在现场用铝热,焊或小型气,压焊将其焊连成设计长度一般情况下，一段无缝线路长度为10002000m每段之间铺设24根调节轨，接头采用高强度螺栓连接目前主要干线均已铺设无缝线路90年代开始又开始了对跨区间无缝线路的研究和试铺工作，至今无缝线路已铺设约,35336.1km,3无缝线路的基本特点及分类,(1)特点,与普通线路相比，无缝线路在其长钢轨段内消灭了轨缝，从而消除了车轮对钢轨接头的冲击，使得列车运行平稳，旅客舒适，延长了线路设备和机车车辆的使用寿命，减少了线路养护维修工作量，并能适应高速行车的要求，是轨道现代化的发展方向2）分类,1)无缝线路根据处理钢轨内部温度应力方式的不同，可分为,温度应力式和放散温度应力式,两种类型。

温度应力式无缝线路是由一根焊接长钢轨及其两端24根标准轨组成，并采用普通接头的形式放散温度应力式无缝线路，又分为自动放散式和定期放散式两种，适用于年轨温差较大的地区采用伸缩接头的放散温度应力式无缝线路,2)无缝线路根据钢轨铺设长度划分为：,普通无缝线路,全区间无缝线路,跨区间无缝线路,第二节 无缝线路纵向受力分析,线路阻力,纵向阻力,横向阻力,竖向阻力,接头阻力,扣件阻力,道床纵向阻力,道床横向阻力,轨道框架水平刚度,道床竖向阻力,轨道框架垂直刚度,一、无缝线路纵向阻力,无缝线路纵向阻力包括接头阻力、扣件阻力及道床纵向阻力1接头阻力,钢轨两端接头处由钢轨夹板通过螺栓拧紧，产生阻止钢轨纵向位移的阻力，称接头阻力接头阻力由钢轨夹板间的摩阻力和螺栓的抗剪力提供为了安全，我国接头阻力仅考虑钢轨与夹板间的摩阻力夹板受力图,接头阻力,：,P,H,=,n,S,摩阻力的大小主要取决于螺栓拧紧后的张拉力和钢轨与夹板之间的摩擦系数,f,接头螺栓拧紧后产生的拉力在夹板的上、下接触面上将产生分力图中,T,为水平分力；,N,为法向分力，它垂直于夹板的接触面；,R,为,N,与,T,的合,力，它与的夹角等于摩擦角,，,其中,T,=,P,/,2,，则有：,式中,P,一枚螺栓拧紧后的拉力(kN)；,夹板接触面的倾角，tan,i,；,i,为,轨底顶面接触面斜率，50、75kg/m钢轨：,i,1/4；43、60kg/m钢轨：,i,1/3。

当钢轨发生位移时，夹板与钢轨接触面之间将产生摩阻力,F,，,F,将阻止钢轨的位移一枚螺栓对应有四个接触面，其上所产生的摩阻力之和,S,为：,因为接头一端有三枚螺栓，因此接头阻力,P,H,为：,钢的摩擦系数一般为0.25，而,f,=tan,，则有,arctan0.25；又有arctan,i,相应值代入得到：70、50kg/m钢轨：,S,1.03,P,；60、43kg/m钢轨：,S,0.90,P,由以上分析表明：一枚螺栓的拉力接近它所产生的接头阻力接头阻力的表达式，可写成：,P,H,=,n,P,接头阻力与螺栓材质、直径、拧紧程度和夹板孔数有关在其他条件均相同的情况下，螺栓的拧紧程度就是保持接头阻力的关键扭力矩,T,与螺栓拉力,P,的关系可用经验公式表示：,T,=,K,D,P,式中,T,拧紧螺帽时的扭力矩,(Nm),；,K,扭矩系数，K,0.180.24,；,P,螺栓拉力,(kN),；,D,螺栓直径,(mm),列车通过钢轨接头时产生的振动，会使扭力矩下降，接头阻力值降低据国内外资料，可降低到静力测定值的4050所以，定期检查扭力矩，重新拧紧螺帽，保证接头阻力值在长期运营过程中保持不变，是一项十分重要的措施。

修理规则规定无缝线路钢轨接头必须采用10.9级螺栓，扭矩应保持在700900Nm表81所示为计算时采用的接头阻力值2,扣件阻力,中间扣件和防爬设备抵抗钢轨沿轨枕面纵向位移的阻力，称扣件阻力为了防止钢轨爬行，要求扣件阻力必须大于道床纵向阻力扣件阻力是由钢轨与轨枕垫板面之间的摩阻力和扣压件与轨底扣着面之间的,摩阻力所组成摩阻力的,大小、取决于扣件扣压力,和摩擦系数的大小一组,扣件的阻力,F,为：,F,=,2,(,1,+,2,),P,扣板受力图,据铁道科学研究院试验，如果混凝土轨枕下采用橡胶垫板，不论是扣板式扣件还是弹条式扣件，其摩擦系数为：,1,+,2,=0.8扣压力,P,的大小与螺栓所受拉力的大小有关以扣板式扣件为例：,式中,P,拉,扣板螺栓拉力，与螺帽扭矩有关；,a,、,b,扣板着力点至螺栓中心的距离扣件摩阻力,F,的表达式为：,实测资料指出，在一定的扭矩下，扣件阻力随钢轨位移的增加而增大当钢轨位移达到某一定值之后，钢轨产生滑移，阻力不再增加垫板压缩和扣件局部磨损，将导致扣件阻力下降，通常垫板的压缩与扣件的磨损按1mm估计此外，列车通过时的振动，会使螺帽松动，扭矩下降，导致扣件阻力下降。

为此规定：扣板扣件扭矩应保持在80120Nm；弹条扣件为100150Nm道床纵向阻力,轨枕与道床之间的摩阻力,枕木盒内道碴抗推力,3,道床纵向阻力,道床纵向阻力系指道床抵抗轨道框架纵向位移的阻力一般以每根轨枕的阻力值，或每延毫米分布阻力表示它是抵抗钢轨伸缩，防止线路爬行的重要参数道床纵向阻力受道碴材质、颗粒大小及级配、道床断面、捣固质量、脏污程度、轨道框架重量等因素的影响注意：,只要钢轨与轨枕间的扣件阻力大于道床抵抗轨枕纵向移动的阻力，则无缝线路长钢轨的温度应力和温度应变的纵向分布规律将完全由接头阻力和道床纵向阻力确定可以看出：道床纵向阻,力值随位移的增大而增加，,当位移达到一定值之后，,轨枕盒内的道碴颗粒之间,的结合被破坏，在此情况,下，即使位移再增加，阻,道床纵向阻力与位移之间的关系,力也不再增大；,在正常轨道条件下，钢筋混凝土轨枕位移小于2mm，木枕位移小于1mm，道床纵向阻力呈斜线增长，钢筋混凝土枕轨道道床纵向阻力大于木枕轨道在无缝线路设计中，采用轨枕位移为2 mm时相应的道床纵向阻力值，见表83二、钢轨温度力与锁定轨温,无缝线路的特点是轨条长，当轨温变化时，钢轨要发生伸缩，但由于有约束作用，不能自由伸缩，在钢轨内部要产生很大的轴向温度力。

为保证无缝线路的强度和稳定，需要了解长轨条内温度力及其变化规律为此首先要分析温度力、伸缩位移与轨温变化及阻力之间的关系一根长度为可自由伸缩的钢轨，当轨温变化,t,时，其伸缩量为,：如果钢轨两端完全被固定，不能随轨温变化而自由伸缩，则将在钢轨内部产生温度应力根据虎克定律，温度应力,t,为：,式中,E,钢的弹性模量，,E,2.1l0,5,MPa；,将,E,、,之值代入上式，则温度应力为：,(MPa),一根钢轨所受的温度力,P,t,为：,(N),以上为无缝线路温度应力和温度力计算的基本公式由此可得知：,1在两端固定的钢轨中所产生的温度力，仅与轨温变化幅度有关，而与钢轨本身长度无关因此，从理论上讲，钢轨可焊成任意长，且对轨内温度力没有影响控制温度力大小的关键是如何控制轨温化幅度2对于不同类型的钢轨，同一轨温变化幅度产生的温度力大小不同对于75、60、50kg/m钢轨，如轨温变化1所产生的温度力分别为23.6、19.2、16.3kN3无缝线路钢轨伸长量与轨温变化幅度，轨长有关，与钢轨断面积无关铺设无缝线路的关键是设法克服长钢轨因轨温变化而产生的温度力问题为此，无缝线路上长钢轨的两端是用钢轨联结零件和防爬设备加以强制性固定的，其他部分也是采用强度大的中间联结零件和防爬设备使之紧扣于钢筋混凝土轨枕之上，称为,锁定线路。

锁定时(即铺设或维修时)的钢轨温度称为,锁定轨温为降低长轨条内的温度力，需选择一个适宜的锁定轨温，又称零应力状态的轨温在铺无缝线路中，将长轨条始终端落槽就位时的平均轨温称为,施工锁定轨温,施工锁定轨温应在设计锁定轨温允许变化范围之内锁定轨温是决定钢轨温度力水平的基准,，因此,根据强度、稳定条件确定锁定轨温,是无缝线路设计的主要内容7,温度力图面积与钢轨伸缩量,1)温度力图面积与被约束伸缩量,任何温度力图都是对应于,一定的,t,现在任取一段钢,轨的温度力图进行分析，,如图所示轨端伸缩量计算,此处温度力图为曲线，代表了道床纵向阻力梯度取为变量的更一般的情况由于受有纵向力，则该段钢轨,L,必存在有受到约束的，或说未能实现的伸缩量,L,而对于单位长度的钢轨来说，必然存在相应的受到约束而未能实现的应变,t,(,x,)对于长度为,dx,的钢轨，其受约束的伸缩量应为,t,(,x,),dx,，因此，该,L,段钢轨被约束的总伸缩量为：,文字表述：,L,段钢轨被约束的伸缩量等于该段钢轨温度力图面积除以,EF,2）标准温度力图面积与全约束伸缩量,如一段钢轨自其被钡定之后未曾产生过任何伸缩位移，则其 温度力图为矩形，如图所示：,此时，该,L,段钢轨被约束的总伸缩量为,L,t,，即：,全约束伸缩量,L,t,的意思是：该段钢轨自锁定后，被完全约束住，未产生任何伸缩变形，在温度变化幅度为,t,时的伸缩量，它仅是,t,的函数。

温度力为：,相应的应变为：,3）温度力图面积差及实现的伸缩量,任何一段钢轨的两个温度力图面积差都反映了该段钢轨在两种工况下被约束伸缩量的变化量，亦即实现了的伸缩量冬季断轨时的温度力图,三、温度力图,温度力沿长钢轨的纵向分布，常用温度力图来表示，温度力图实质是钢轨内力图温度力图的横坐标轴表示钢轨长度，纵坐标轴表示钢轨的温度力(拉力为正，压力为负)钢轨内部温度力和钢轨外部阻力随时保持平衡是温度力纵向分布的基本条件一根焊接长钢轨沿其纵向的温度力分布并不是均匀的，它不仅与阻力和轨温变化幅度等因素有关，而且还与轨温变化的过程有关一)约束条件,1接头阻力的约束,为简化计算，通常假定接头阻力,P,H,为常量无缝线路长轨条锁定后，当轨温发生变化，由于有接头的约束，长轨条不产生伸缩，只在钢轨全长范围内产生温度力，这时有多大温度力作用于接头上，接头就提供相等的阻力与之平衡当温度力大于接头阻力时，钢轨才能开始伸缩因此在克服接头阻力阶段，温度力的大小等于接头阻力，即：,P,t,=2.5,t,H,F,=,P,H,(N),P,t,=2.5,t,H,F,=,P,H,(N),则：,式中,t,H,接头阻力能阻止钢轨伸缩的轨温变化幅,度()；,P,H,接。