東萊線小半徑曲線無(wú)縫線路設(shè)計(jì)檢算

1、.東萊線小半徑曲線無(wú)縫線路設(shè)計(jì)檢算20140823 東萊線小半徑曲線無(wú)縫線路設(shè)計(jì)檢算 2014-08-23 目 錄 1 概況. 1 1.1 任務(wù)來(lái)源 . 1 1.2 曲線設(shè)備狀況 . 1 2 檢算內(nèi)容及計(jì)算資料 . 1 2.1 檢算內(nèi)容 . 1 2.2 計(jì)算資料 . 2 3 無(wú)縫線路結(jié)構(gòu) . 3 3.1 軌條布置 . 3 3.2 軌枕 . 3 3.3 扣件 . 3 3.4 道床 . 3 3 檢算. 3 3.1 R350m曲線地段 . 3 3.1.1 方案1 . 3 3.1.2 方案2 . 7 3.1.3 小結(jié) . 10 3.2 R300m曲線地段 . 11 3.2.1 方案1 . 11 3.2

2、.2 方案2 . 15 3.2.3 小結(jié) . 18 4 設(shè)計(jì)總結(jié) . 19 5 注意事項(xiàng) . 21 東萊線小半徑曲線無(wú)縫線路設(shè)計(jì)檢算 1 概況 1.1 任務(wù)來(lái)源 根據(jù)濟(jì)南鐵路局2014年?yáng)|萊線更換無(wú)縫線路安排，在東萊線鋪設(shè)60kg/m新軌無(wú)縫線路。更換新軌無(wú)縫線路地段內(nèi)各包含3條半徑小于400m的曲線，根據(jù)鐵路線路修理規(guī)則（鐵運(yùn)2006146號(hào)）的有關(guān)規(guī)定，應(yīng)對(duì)小半徑曲線地段鋪設(shè)無(wú)縫線路作單獨(dú)設(shè)計(jì)檢算。 1.2 曲線設(shè)備狀況 曲線起終點(diǎn)、曲線半徑、緩和曲線長(zhǎng)、曲線長(zhǎng)、軌枕類型和布置、扣件類型等設(shè)備狀況統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1.2-1。 表1.2-1 東萊線曲線設(shè)備狀況統(tǒng)計(jì)表 2 檢算內(nèi)容及計(jì)算資料 2.1

3、檢算內(nèi)容 根據(jù)表1.2-1所列曲線，檢算半徑R350m、R300m曲線地段的軌道強(qiáng)度、無(wú) 縫線路穩(wěn)定性，并確定鎖定軌溫和斷縫。 本報(bào)告按既有型枕、彈條型扣件的方案和將型枕更換成型枕、彈條 1 型扣件的方案進(jìn)行檢算。 2.2 計(jì)算資料 （1） 軌溫 該段線路所經(jīng)泰安地區(qū)最高軌溫60.5，最低軌溫-22。 （2） 列車荷載 由于本段主要行駛SS4電力機(jī)車，因此計(jì)算軌道強(qiáng)度采用SS4電力機(jī)車輪重荷載，如圖2.2-1所示。 圖2.2-1 SS4機(jī)車輪重 （3） 鋼軌強(qiáng)度 小半徑曲線地段采用60kg/m、U75V淬火軌，要求圓曲線范圍內(nèi)不得存在工地焊接接頭，鋼軌強(qiáng)度取=363MPa。 （4） 軌排橫向阻

4、力 如圖2.2-2所示，小半徑有砟道床、型枕（1840根/km布置）、彈條型扣件的軌排橫向阻力為：軌枕橫移2mm時(shí)的分布阻力r=7.6kN/m。 如圖2.2-3所示，小半徑有砟道床、型枕（1667根/km布置）、彈條型扣件的道床橫向阻力為：軌枕橫移2mm時(shí)的分布阻力r=10.8kN/m。 圖2.2-2 小半徑曲線型枕道床橫向阻力 2 圖2.2-3 小半徑曲線型枕道床橫向阻力 3 無(wú)縫線路結(jié)構(gòu) 3.1 軌條布置 表1.2-1所列上下行小半徑曲線地段均鋪設(shè)60kg/m、U75V淬火軌無(wú)縫線路，長(zhǎng)鋼軌與曲線外長(zhǎng)鋼軌焊聯(lián)。本報(bào)告設(shè)計(jì)檢算分別按下述兩個(gè)方案： 方案1：采用既有型枕、1840根/km布置、

5、彈條型扣件，扣件扭矩120150N.m，設(shè)計(jì)鎖定軌溫范圍：3538。 方案2：將曲線范圍的既有型枕全部更換成型枕、1667根/km布置、彈條型扣件，扣件扭矩120150N.m，設(shè)計(jì)鎖定軌溫范圍：3238。 3.2 軌枕 方案1：采用既有型枕，按1840根/km布置。 方案2：采用型枕，按1667根/km布置。 3.3 扣件 無(wú)論方案1或方案2，均采用彈條型扣件，扣件扭矩120150N.m。 3.4 道床 無(wú)論方案1或方案2，均采用級(jí)道砟，級(jí)配良好。要求：上下行之間的道砟溝填滿道砟，每線兩側(cè)砟肩寬45cm、且砟肩堆高15cm。 3 檢算 3.1 R350m曲線地段 3.1.1 方案1 3 方案1

6、：采用既有型枕、1840根/km布置、彈條型扣件，扣件扭矩120150N.m，設(shè)計(jì)鎖定軌溫范圍：3538。 3.1.1.1 軌道強(qiáng)度 （1）計(jì)算參數(shù) 荷載類型：SS4電力機(jī)車，速度70km/h。 鋼軌類型：60kg/m，截面參數(shù)考慮軌頭垂直磨耗6mm，鋼軌允許應(yīng)力 =363.0MPa。 軌枕布置：1840根/km，曲線半徑R=350m，支承剛度D=30kN/mm。 速度系數(shù)0.42，偏載系數(shù)=0.18，橫向水平力系數(shù)f=1.9，橋上鋼軌附加縱向力P=0.0kN。 （2）計(jì)算結(jié)果 采用TDS計(jì)算得到：綜合動(dòng)載系數(shù)Kd=(1+)f=3.04，軌底動(dòng)彎應(yīng)力d=196.5 MPa，軌底動(dòng)彎應(yīng)力分布如圖

7、3.1-1所示。鋼軌允許溫降Td=69.5。 圖3.1.1-1 R350m曲線型枕時(shí)軌底動(dòng)彎應(yīng)力分布 3.1.1.2 無(wú)縫線路穩(wěn)定性 （1）計(jì)算參數(shù) 曲線半徑：350m 軌枕布置：1840根/km 鋼軌附加縱向壓力：0kN/軌 鋼軌類型：CHN 60kg/m 軌道橫向阻力：型枕（B1840）、曲線半徑R800m軌枕橫移2mm的分布阻力r=7.6kN/m。 軌道初始變形：初始彎曲波長(zhǎng)L0=7.2m，初始彎曲矢度f(wàn)0=7.2mm，允許橫向變形f=0.2mm。 4 圖3.1.1-2 穩(wěn)定性計(jì)算模型 圖3.1.1-3 穩(wěn)定性計(jì)算圖式 （2）計(jì)算結(jié)果 如圖3.1.1-2采用不等變形波長(zhǎng)理論，計(jì)算中考慮了

8、無(wú)縫道岔鋼軌縱向力不均勻性的影響，相當(dāng)于8溫度力。計(jì)算圖式如圖3.1.1-3所示，用不同的變形矢度f(wàn)值進(jìn)行疊代，計(jì)算得到： 1股鋼軌允許壓力 P=557.3 kN 允許溫升 Tu=29.0 臨界溫升 Tk=57.5 安全系數(shù) K=2.0 3.1.1.3 鎖定軌溫 （1）計(jì)算參數(shù) 最高軌溫Tmax=60.5，最低軌溫Tmin=-22.0，允許溫升Tu=29.0，允許溫降Td=69.5。設(shè)計(jì)鎖定軌溫范圍：36.5±1.5。 5 （2）校驗(yàn)結(jié)果 最大溫升Tum=25.5 Tu 富余：3.5 最大溫降Tdm=60.0 Td 富余：9.5 校驗(yàn)結(jié)果：合格！ 風(fēng)險(xiǎn)程度：2個(gè)綠燈，安全/具有較多儲(chǔ)

9、備量，可采用。 綜合評(píng)價(jià)：無(wú)縫線路鎖定軌溫合理，軌溫范圍均安全。風(fēng)險(xiǎn)程度安全，具有較多儲(chǔ)備量，可采用。 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果及鎖定軌溫分布圖如圖3.1.1-4所示。 3.1.1.4 斷縫檢算 （1）計(jì)算參數(shù) 圖3.1.1-4 采用型枕時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果及鎖定軌溫分布圖 鋼軌類型：60kg/m，鋼軌溫降Td=60，有砟軌道，斷縫允許值=8cm，線路阻力區(qū)段如圖3.1.1-5所示。 （2）計(jì)算結(jié)果 左側(cè)斷縫14.63cm，右側(cè)斷縫2=4.63cm。 6 斷縫=1+2 =9.26cm > 不合格 圖3.1.1-5 斷縫計(jì)算圖 3.1.2 方案2 方案2：將曲線范圍的既有型枕全部更換成型枕、166

10、7根/km布置、彈條型扣件，扣件扭矩120150N.m，設(shè)計(jì)鎖定軌溫范圍：3238。 3.1.2.1 軌道強(qiáng)度 （1）計(jì)算參數(shù) 荷載類型：SS4電力機(jī)車，速度70km/h。 鋼軌類型：60kg/m，截面參數(shù)考慮軌頭垂直磨耗6mm，鋼軌允許應(yīng)力 =363.0MPa。 軌枕布置：1667根/km，曲線半徑R=350m，支承剛度D=30kN/mm。 速度系數(shù)0.42，偏載系數(shù)=0.18，橫向水平力系數(shù)f=1.9，橋上鋼軌附加縱向力P=0kN。 （2）計(jì)算結(jié)果 采用TDS計(jì)算得到：綜合動(dòng)載系數(shù)Kd=(1+)f=3.04，軌底動(dòng)彎應(yīng)力d=196.5 MPa，軌底動(dòng)彎應(yīng)力分布如圖3.1.2-1所示。鋼軌允

11、許溫降Td=67.2。 7 圖3.1.2-1 R350m曲線型枕時(shí)軌底動(dòng)彎應(yīng)力分布 3.1.2.2 無(wú)縫線路穩(wěn)定性 （1）計(jì)算參數(shù) 曲線半徑：350m 軌枕布置：1667根/km 鋼軌附加縱向壓力：0kN/軌 鋼軌類型：CHN 60kg/m 軌道橫向阻力：型枕（B1667）、道床機(jī)械動(dòng)力穩(wěn)定后(Q2)軌枕橫移2mm的單枕阻力R=6.5kN/枕，分布阻力r=10.8kN/m 軌道初始變形：初始彎曲波長(zhǎng)L0=7.2m，初始彎曲矢度f(wàn)0=7.2mm，允許橫向變形f=0.2mm （2）計(jì)算結(jié)果 采用不等變形波長(zhǎng)理論，計(jì)算中考慮了無(wú)縫道岔鋼軌縱向力不均勻性的影響，相當(dāng)于8溫度力。計(jì)算圖式如圖3.1.2-

12、2所示，用不同的變形矢度f(wàn)值進(jìn)行疊代，計(jì)算得到： 1股鋼軌允許壓力 P=693.9 kN 允許溫升 Tu=36.2 臨界溫升 Tk=76.0 安全系數(shù) K=2.1數(shù) 8 圖3.1.1-3 穩(wěn)定性計(jì)算圖式 圖3.1.2-4 采用型枕時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果及鎖定軌溫分布圖 3.1.2.3 鎖定軌溫 （1）計(jì)算參數(shù) 最高軌溫Tmax=60.5，最低軌溫Tmin=-22.0，允許溫升Tu=36.2，允許溫降Td=67.2。設(shè)計(jì)鎖定軌溫范圍：35±3。 9 （2）校驗(yàn)結(jié)果 最大溫升Tum=28.5 Tu 富余：7.7 最大溫降Tdm=60.0 Td 富余：7.2 校驗(yàn)結(jié)果：合格！ 風(fēng)險(xiǎn)程度：3個(gè)綠燈

13、，安全/具有足夠儲(chǔ)備量，可采用。 綜合評(píng)價(jià)：無(wú)縫線路鎖定軌溫合理，軌溫范圍均安全。風(fēng)險(xiǎn)程度安全，具有足夠儲(chǔ)備量，可采用。 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果及鎖定軌溫分布圖如圖3.1.2-4所示。 3.1.2.4 斷縫檢算 （1）計(jì)算參數(shù) 鋼軌類型：60kg/m，鋼軌溫降Td=60，有砟軌道，斷縫允許值=8cm，線路阻力區(qū)段如圖3.1.2-5所示。 （2）計(jì)算結(jié)果 左側(cè)斷縫13.48cm，右側(cè)斷縫2=3.48cm。 斷縫=1+2 =6.97cm 合格 圖3.1.2-5 斷縫計(jì)算圖 3.1.3 小結(jié) 方案1：采用既有型枕、1840根/km布置、彈條型扣件，扣件扭矩120150N.m，設(shè)計(jì)鎖定軌溫范圍：3538。 方案

14、2：將曲線范圍的既有型枕全部更換成型枕、1667根/km布置、彈條型扣件，扣件扭矩120150N.m，設(shè)計(jì)鎖定軌溫范圍：3238。 10 分別對(duì)上述兩個(gè)方案按曲線半徑R350m鋪設(shè)無(wú)縫線路進(jìn)行檢算，結(jié)果表明：采用方案1時(shí)，各項(xiàng)檢算中僅斷縫檢算結(jié)果不合格；采用方案2時(shí)，各項(xiàng)檢算結(jié)果均合格。 因此，R350m曲線地段應(yīng)采用方案2，即將曲線范圍的既有型枕全部更換成型枕、1667根/km布置、彈條型扣件，扣件扭矩120150N.m，設(shè)計(jì)鎖定軌溫范圍：3238。 建議：如果要采用方案1，則應(yīng)加強(qiáng)小半徑曲線地段軌道防脹和防爬措施，如設(shè)置地錨樁、在里外股鋼軌的外側(cè)設(shè)置軌撐，同時(shí)施工鎖定軌溫控制在3236范圍

15、內(nèi)。 3.2 R300m曲線地段 3.2.1 方案1 方案1：采用既有型枕、1840根/km布置、彈條型扣件，扣件扭矩120150N.m，設(shè)計(jì)鎖定軌溫范圍：3538。 3.2.1.1 軌道強(qiáng)度 （1）計(jì)算參數(shù) 荷載類型：SS4電力機(jī)車，速度50km/h。 鋼軌類型：60kg/m，截面參數(shù)考慮軌頭垂直磨耗6mm，鋼軌允許應(yīng)力 =363.0MPa。 軌枕布置：1840根/km，曲線半徑R=300m，支承剛度D=30kN/mm。 速度系數(shù)0.3，偏載系數(shù)=0.18，橫向水平力系數(shù)f=2.0，橋上鋼軌附加縱向力P=0kN。 （2）計(jì)算結(jié)果 采用TDS計(jì)算得到：綜合動(dòng)載系數(shù)Kd=(1+)f=2.96，軌

16、底動(dòng)彎應(yīng)力d=185.8 MPa，軌底動(dòng)彎應(yīng)力分布如圖3.2.1-1所示。鋼軌允許溫降Td=71.5。 11 圖3.2.1-1 R300m曲線型枕時(shí)軌底動(dòng)彎應(yīng)力分布 3.2.1.2 無(wú)縫線路穩(wěn)定性 （1）計(jì)算參數(shù) 曲線半徑：300m 軌枕布置：1840根/km 鋼軌附加縱向壓力：0kN/軌 鋼軌類型：CHN 60kg/m 軌道橫向阻力：型枕（B1840）、曲線半徑R800m軌枕橫移2mm的單枕阻力R=4.1kN/枕，分布阻力r=7.6kN/m 軌道初始變形：初始彎曲波長(zhǎng)L0=7.2m，初始彎曲矢度f(wàn)0=7.2mm，允許橫向變形f=0.2mm （2）計(jì)算結(jié)果 采用不等變形波長(zhǎng)理論，計(jì)算中考慮了無(wú)

17、縫道岔鋼軌縱向力不均勻性的影響，相當(dāng)于8溫度力。計(jì)算圖式如圖3.2.1-2所示，用不同的變形矢度f(wàn)值進(jìn)行疊代，計(jì)算得到： 1股鋼軌允許壓力 P=491.4 kN 允許溫升 Tu=25.6 臨界溫升 Tk=52.7 安全系數(shù) K=2.1 12 圖3.2.1-2 穩(wěn)定性計(jì)算圖式 3.2.1.3 鎖定軌溫 （1）計(jì)算參數(shù) 最高軌溫Tmax=60.5，最低軌溫Tmin=-22.0，允許溫升Tu=25.6，允許溫降Td=71.5。設(shè)計(jì)鎖定軌溫范圍：36.5±1.5。 （2）校驗(yàn)結(jié)果 最大溫升Tum=25.5 Tu 富余：0.1 最大溫降Tdm=60.0 Td 富余：11.5 校驗(yàn)結(jié)果：合格！

18、風(fēng)險(xiǎn)程度：1個(gè)綠燈，安全/具有一定儲(chǔ)備量，可采用。 綜合評(píng)價(jià)：無(wú)縫線路鎖定軌溫合理，軌溫范圍均安全。風(fēng)險(xiǎn)程度安全，具有一定儲(chǔ)備量，可采用。 鎖定軌溫分布圖如圖3.2.1-3所示。 13 圖3.2.1-3 采用型枕時(shí)的鎖定軌溫分布圖 3.2.1.4 斷縫檢算 （1）計(jì)算參數(shù) 鋼軌類型：60kg/m，鋼軌溫降Td=60，有砟軌道，斷縫允許值=8cm，線路阻力區(qū)段如圖3.2.1-4所示。 （2）計(jì)算結(jié)果 左側(cè)斷縫14.63cm，右側(cè)斷縫2=4.63cm。 斷縫=1+2 =9.26cm > 不合格 14 圖3.2.1-4 斷縫計(jì)算圖 3.2.2 方案2 方案2：將曲線范圍的既有型枕全部更

19、換成型枕、1667根/km布置、彈條型扣件，扣件扭矩120150N.m，設(shè)計(jì)鎖定軌溫范圍：3238。 3.2.2.1 軌道強(qiáng)度 （1）計(jì)算參數(shù) 荷載類型：SS4電力機(jī)車，速度50km/h。 鋼軌類型：60kg/m，截面參數(shù)考慮軌頭垂直磨耗6mm，鋼軌允許應(yīng)力 =363.0MPa。 軌枕布置：1667根/km，曲線半徑R=300m，支承剛度D=30kN/mm。 速度系數(shù)0.3，偏載系數(shù)=0.18，橫向水平力系數(shù)f=2.0，橋上鋼軌附加縱向力P=0kN。 （2）計(jì)算結(jié)果 采用TDS計(jì)算得到：綜合動(dòng)載系數(shù)Kd=(1+)f=2.96，軌底動(dòng)彎應(yīng)力d=191.3 MPa，軌底動(dòng)彎應(yīng)力分布如圖3.2.2-

20、1所示。鋼軌允許溫降Td=69.3。 圖3.2.2-1 R300m曲線型枕時(shí)軌底動(dòng)彎應(yīng)力分布 15 3.2.2.2 無(wú)縫線路穩(wěn)定性 （1）計(jì)算參數(shù) 曲線半徑：300m 軌枕布置：1667根/km 鋼軌附加縱向壓力：0kN/軌 鋼軌類型：CHN 60kg/m 軌道橫向阻力：型枕（B1667）、道床機(jī)械動(dòng)力穩(wěn)定后(Q2)軌枕橫移2mm的單枕阻力R=6.5kN/枕，分布阻力r=10.8kN/m 軌道初始變形：初始彎曲波長(zhǎng)L0=7.2m，初始彎曲矢度f(wàn)0=7.2mm，允許橫向變形f=0.2mm （2）計(jì)算結(jié)果 采用不等變形波長(zhǎng)理論，計(jì)算中考慮了無(wú)縫道岔鋼軌縱向力不均勻性的影響，相當(dāng)于8溫度力。計(jì)算圖式

21、如圖3.2.2-2所示，用不同的變形矢度f(wàn)值進(jìn)行疊代，計(jì)算得到： 1股鋼軌允許壓力 P=618.1 kN 允許溫升 Tu=32.2 臨界溫升 Tk=70.1 安全系數(shù) K=2.2 圖3.2.2-2 穩(wěn)定性計(jì)算圖式 16 3.2.2.3 鎖定軌溫 （1）計(jì)算參數(shù) 最高軌溫Tmax=60.5，最低軌溫Tmin=-22.0，允許溫升Tu=32.2，允許溫降Td=69.3。設(shè)計(jì)鎖定軌溫范圍：36.5±1.5。 （2）校驗(yàn)結(jié)果 最大溫升Tum=25.5 Tu 富余：6.7 最大溫降Tdm=60.0 Td 富余：9.3 校驗(yàn)結(jié)果：合格！ 風(fēng)險(xiǎn)程度：3個(gè)綠燈，安全/具有足夠儲(chǔ)備量，可采用。 綜合評(píng)

22、價(jià)：無(wú)縫線路鎖定軌溫合理，軌溫范圍均安全。風(fēng)險(xiǎn)程度安全，具有足夠儲(chǔ)備量，可采用。 鎖定軌溫分布圖如圖3.2.2-3所示。 圖3.2.2-3 采用型枕時(shí)的鎖定軌溫分布圖 17 3.2.2.4 斷縫檢算 （1）計(jì)算參數(shù) 鋼軌類型：60kg/m，鋼軌溫降Td=60，有砟軌道，斷縫允許值=8cm，線路阻力區(qū)段如圖3.2.2-4所示。 （2）計(jì)算結(jié)果 左側(cè)斷縫13.48cm，右側(cè)斷縫2=3.48cm。 斷縫=1+2 =6.97cm 合格 圖3.2.2-4 斷縫計(jì)算圖 3.2.3 小結(jié) 方案1：采用既有型枕、1840根/km布置、彈條型扣件，扣件扭矩120150N.m，設(shè)計(jì)鎖定軌溫范圍：3538。 方案2

23、：將曲線范圍的既有型枕全部更換成型枕、1667根/km布置、彈條型扣件，扣件扭矩120150N.m，設(shè)計(jì)鎖定軌溫范圍：3238。 分別對(duì)上述兩個(gè)方案按曲線半徑R300m鋪設(shè)無(wú)縫線路進(jìn)行檢算，結(jié)果表明：采用方案1時(shí)，各項(xiàng)檢算中僅斷縫檢算結(jié)果不合格；采用方案2時(shí)，各項(xiàng)檢算結(jié)果均合格。 因此，R300m曲線地段應(yīng)采用方案2，即將曲線范圍的既有型枕全部更換成型枕、1667根/km布置、彈條型扣件，扣件扭矩120150N.m，設(shè)計(jì)鎖定軌溫范圍：3238。 18 建議：如果要采用方案1，則應(yīng)加強(qiáng)小半徑曲線地段軌道防脹和防爬措施，如設(shè)置地錨樁、在里外股鋼軌的外側(cè)設(shè)置軌撐，同時(shí)施工鎖定軌溫控制在3236范圍內(nèi)。 4 設(shè)計(jì)總結(jié) 東萊線更換新軌無(wú)縫線路地段內(nèi)各包含3條半徑小于400m的曲線，根據(jù)鐵路線路修理規(guī)則（鐵運(yùn)2006146號(hào)）的有關(guān)規(guī)定，應(yīng)對(duì)小半徑曲線地段鋪設(shè)無(wú)縫線路作單獨(dú)設(shè)計(jì)檢算。 分別對(duì)R350m、R300m曲線地段鋪設(shè)無(wú)縫線路、軌溫按泰安地區(qū)最高軌溫60.5，最低軌溫-22，并按下述方案1和方案2進(jìn)行檢算。 方案1：采用既有型枕、1840根/km布置、彈條型扣件，扣件扭矩120150N.m，設(shè)計(jì)鎖定軌溫范圍：3538。 方案2：將曲線范圍的既有型枕全部更換成型枕、1667根/km布置、彈條型扣件，扣件扭矩120150N.m，設(shè)計(jì)鎖定軌溫范圍：3238。 道床要求：采用級(jí)