鐵路線路大修與橋上無縫線路技術(shù)設(shè)計

1、目錄摘要IAbstractII第1章 緒論11.1 鐵路線路大修11.2 橋上無縫線路2第2章 鐵路線路大修及計算機編程設(shè)計32.1 大修概述32.1.1 鐵路大修基本任務(wù)32.1.2 大修要求及規(guī)則32.1.3 線路大修技術(shù)設(shè)計32.1.4 鐵路線路大修地段的原始資料42.1.5 根據(jù)運營條件選擇上部建筑類型52.2 軌道強度檢算52.2.1 強度檢算理論及使用條件52.2.2軌道強度檢算方法72.2.3軌道強度檢算結(jié)果142.3鐵路線路大修平面改善設(shè)計182.3.1 平面設(shè)計原則182.3.2 既有曲線的測量192.3.3 漸伸線原理及其應(yīng)用202.3.4 既有線漸伸線長度計算232.3.

2、5 設(shè)計曲線半徑與緩和曲線長度的選配262.3.6 計算設(shè)計曲線中點及各主點里程272.3.7 設(shè)計曲線漸伸線長度計算282.3.8 計算撥距282.3.9 線路大修平面曲線計算機輔助設(shè)計282.4鐵路線路大修縱斷面改善設(shè)計432.4.1 縱斷面設(shè)計的原則及技術(shù)條件432.4.2 縱斷面設(shè)計原理432.4.3 縱斷面設(shè)計的方法和步驟472.4.4 線路大修縱斷面計算機輔助設(shè)計48第3章 無縫線路技術(shù)設(shè)計493.1 路基無縫線路技術(shù)設(shè)計493.1.1路基無縫線路意義及內(nèi)容493.1.2 無縫線路軌道穩(wěn)定性計算493.1.3 鎖定軌溫的確定523.1.4 路基無縫線路軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計計算583.2橋上

3、無縫線路技術(shù)設(shè)計623.2.1橋上無縫線路設(shè)計原則及內(nèi)容623.2.2橋上無縫線路伸縮附加力計算663.2.3橋上無縫線路撓曲附加力計算693.2.4橋上無縫線路強度及穩(wěn)定性檢算733.2.5橋上無縫線路鎖定軌溫的確定753.2.6 橋上無縫線路斷縫檢算763.2.7橋上無縫線路墩臺偏心檢算77結(jié)論82結(jié)束語83附錄1 XX線K110+000至K126+450線路大修設(shè)計 縱斷面改善設(shè)計圖84附錄1 英文翻譯85英文原文85 中文譯文91ii畢業(yè)設(shè)計論文II摘要 無縫線路是鐵路現(xiàn)代化標(biāo)志之一，它具有行車平穩(wěn)，旅客舒適，同時機動車輛和軌道的維修費用低，使用壽命長等優(yōu)點。隨著線路客貨運量和行車速度

4、的不斷提高，列車軸重的增加，無縫線路已經(jīng)成為高速、重載鐵路的必選軌道結(jié)構(gòu)，也是我國鐵路線路的主要發(fā)展方向。線路經(jīng)過長期運營，線路平縱斷面會發(fā)生變化。因此，要對現(xiàn)有的平縱斷面進(jìn)行勘測，并根據(jù)勘測資料，對線路平縱斷面進(jìn)行改善設(shè)計。 本設(shè)計利用Auto CAD及Excel，對線路大修地段進(jìn)行了平面、縱斷面改善設(shè)計，并繪制了線路大修縱斷面改善設(shè)計圖；通過對軌道結(jié)構(gòu)類型選擇、軌道強度及穩(wěn)定性檢算，進(jìn)而對路基上無縫線路進(jìn)行設(shè)計；通過計算橋上無縫線路鋼軌伸縮附加力和撓曲附加力，設(shè)計了一座中跨度鋼橋上的無縫線路，并繪制了無縫線路長軌節(jié)布置圖。最后對線路大修工作做了專題研究。關(guān)鍵詞：線路大修；無縫線路；軌道強度

5、； 穩(wěn)定性； 附加力； 鎖定軌溫；平縱斷面設(shè)計；橋上無縫線路Abstract CWR is one hallmark of the railway modernization, it has some advantages such as smooth running, comfortable and length of service life. With the increasing of driving speed, passenger capacity and cargo carrying capacity, and increasing of axial load, CWR has

6、been a firstly chosen-tract construction of high-speed and heavy-load track ,so interregional CWR has been trend of rail track development in China Lin after long-term operation ,line profile will change .Therefore ,the existing profile have been investigated, under investigation, the line profile i

7、s to improve. This project improves the track's plan and profile design of track renewal on the railway with the help of Auto CAD and Excel ,moreover ,it draws the track's strength and stability, then designs the CWR on the roadbed ,by calculating expansion forces and flexibility forces in t

8、he rails on the bridge, designing the CWR on a medium span steel bridge, and it draws the plan of long section of track layout of CWR .Finally the work of track renewal dome a special study.Keywords: track renewal CWR track strength stability additional force Fastening-down temperature Plane and pro

9、file design CWR track on bridge第1章 緒論1.1 鐵路線路大修 鐵路線路大修的必要性：傳統(tǒng)的鐵道線路結(jié)構(gòu)是采用力學(xué)性能不同的材料組成。它是把鋼軌與軌枕組成的軌排浮裝在堆放于土質(zhì)路基上的有松散顆粒做成的道床之上而構(gòu)成的長大帶狀工程結(jié)構(gòu)物。組合性和散體性是這種結(jié)構(gòu)的一個工作特征。而線路又是專供列車以一定速度行駛于其上的工程結(jié)構(gòu)物。其所承受的機車車輛荷載的隨機性和重復(fù)性則是它的另一個工作特征。認(rèn)識到這些特征，就不難理解線路產(chǎn)生殘余變形的不可避免性，以及進(jìn)行線路維修和定期修理的必要性。 線路不同于橋梁、房屋等工程結(jié)構(gòu)物，在機車車輛動力作用下，在風(fēng)沙雨雪和溫度變化等自然因

10、素侵蝕影響下，它不僅發(fā)生彈性變形，并且經(jīng)常不斷地產(chǎn)生殘余變形。這種殘余變形的存在，不僅影響列車的高速和平穩(wěn)運行，并且使這種變形積累到一定程度后，將大大削弱和降低線路的強度和穩(wěn)定性，嚴(yán)重時將威脅行車的安全。對目前的線路結(jié)構(gòu)來說，產(chǎn)生不均勻的殘余變形及其積累是無法避免的。人們只能設(shè)法延緩它的發(fā)展，通過線路維修把它限制在一定范圍之內(nèi)，但不能完全消除。為保證列車的正常運行，線路必須經(jīng)常保持規(guī)定的技術(shù)完好狀態(tài)，一旦這個技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)被突破，靠線路維修又不能完全防止上述破壞現(xiàn)象的發(fā)生，線路各組成部件的疲勞與磨耗傷損，以及道床臟污程度等到達(dá)了規(guī)定的限度以至于不能繼續(xù)使用時，就必須進(jìn)行線路大修來修復(fù)軌道的承載能力。

11、另一方面，隨著鐵路運量的增長，列車平均軸載的增加，行車速度的提高，以及新技術(shù)和新設(shè)備的發(fā)展與應(yīng)用，需要強化或更新線路設(shè)備時，也必須由線路大修去完成。鐵路大修的性質(zhì)與目的：鐵路線路是鐵路的主要技術(shù)裝備之一，是行車的基礎(chǔ)。線路設(shè)備在經(jīng)常不斷的運輸過程中，或者說在輪軌相互作用過程中在逐漸消耗。為了保障鐵道線路的安全、平穩(wěn)和不間斷的運輸，保持線路設(shè)備經(jīng)常處于完好狀態(tài)，根據(jù)運輸需要及線路設(shè)備損耗規(guī)律，周期性地、有計劃地對損耗部分加以修理和更新，使之恢復(fù)到原來的形態(tài)或更新的形態(tài)，是線路設(shè)備大修的根本任務(wù)。實踐表明，線路大修是提高線路設(shè)備質(zhì)量，增強線路強度和穩(wěn)定性，適應(yīng)鐵路運輸不斷增長需要的根本措施。為此，

12、深入了解線路設(shè)備的使用狀況，全面規(guī)劃、正確選擇大修對象，適時超前于需要，合理制定大修計劃，精心設(shè)計、精心施工，既要滿足運輸需要，又要節(jié)省投資，以期獲得最大社會和經(jīng)濟(jì)利益，是鐵路工務(wù)部門一項重要任務(wù)，其意義是非常重大的。我國鐵路將線路設(shè)備大修分為線路大修（以公里計）和線路中修（以公里計）兩類，本設(shè)計中為線路大修，即線路上原鋪鋼軌疲勞傷損，輕型鋼軌不符合要求，已不能適應(yīng)近期發(fā)展需要，必須全面更換鋼軌。線路大修時，采用無縫線路軌道形式，按施工階段，分別列鋪設(shè)無縫線路前期工程和鋪設(shè)無縫線路。線路大修工程數(shù)量，以鋪換新鋼軌長度為準(zhǔn)。無縫線路必須在近期完成的前期工程地段上鋪設(shè)，特殊情況下也可以在近期完成的

13、線路換軌大修地段上鋪設(shè)。換下的鋼軌可作為新鋼軌繼續(xù)使用。線路大修分為 ：l 線路換軌大修l 鋪設(shè)無縫線路前期工程l 鋪設(shè)無縫線路在本設(shè)計中進(jìn)行的主要內(nèi)容有：1. 根據(jù)運營條件選擇上部建筑類型，重新選擇軌道類型，軌枕類型和道床類型2. 進(jìn)行鋼軌強度檢算，確定最大溫降幅值。3. 根據(jù)無縫線路穩(wěn)定性理論及方法，檢算軌道穩(wěn)定性，確定無縫線路最大允許溫升幅值，最終確定鎖定軌溫。4. 對給定的九條曲線進(jìn)行平斷面改善設(shè)計，同時對給定區(qū)段進(jìn)行縱斷面改善設(shè)計，并繪制縱斷面改善設(shè)計圖。1.2 橋上無縫線路橋上無縫線路特點：橋上無縫線路與路基無縫線路有所不同。鋼軌不僅受到列車動載、溫度力和制動力等的作用，還會產(chǎn)生伸

14、縮附加力和撓曲附加力。l 因溫度變化梁伸縮引起的相互作用力，叫伸縮力；l 因列車荷載量的撓曲而引起的相互作用力，叫撓曲力。因此，在橋上鋪設(shè)無縫線路，為保證安全，必須考慮上述各種力的聯(lián)合作用，使鋼軌的強度和軌道的穩(wěn)定性能夠得到保證，同時還必須考慮這些力對于橋梁和墩臺的影響。此外，如果在橋上發(fā)生斷軌，橋跨結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生斷軌力。研究橋上無縫線路的目的就是要通過對梁軌相互作用的分析，求得梁的位移分布、鋼軌的位移和縱向附加力的分布、墩臺受力和墩臺頂面位移，從而在各種最不利的組合下，對鋼軌和墩臺進(jìn)行強度和穩(wěn)定性檢算，并通過橋上無縫線路結(jié)構(gòu)設(shè)計，采取必要措施，設(shè)法減小這些附加縱向力的作用，從而確保橋上無縫線路的

15、運營安全。鋪設(shè)橋上無縫線路的作用：在橋上鋪設(shè)無縫線路，可以減小列車動力作用，改善橋梁運營條件，減少軌道維修工作量，延長軌道部件和橋梁的使用壽命。在國外，20世紀(jì)60年代就已經(jīng)開始研究和鋪設(shè)橋上無縫線路。我國從1963年開始，先后在跨度為16-32m的無碴橋及有碴橋上鋪設(shè)無縫線路。通過數(shù)十年的研究和探索，逐步建立了橋上無縫線路伸縮力、撓曲力的計算原理和計算方法，為我國在橋上鋪設(shè)全區(qū)間和跨區(qū)間無縫線路奠定了基礎(chǔ)。 本設(shè)計是對一座中等跨度橋梁上的無縫線路進(jìn)行了計算設(shè)計，主要包括：1. 鋼軌強度檢算。包括鋼軌伸縮附加力計算和撓曲附加力計算。鋼軌在動應(yīng)力、溫度應(yīng)力和附加應(yīng)力的作用下，不超過鋼軌的容許應(yīng)力

16、；2. 軌道穩(wěn)定性計算。即鋼軌在溫度力和附加力的作用下，滿足穩(wěn)定性的要求；3. 鎖定軌溫的確定。在開始設(shè)計時先假定鎖定軌溫范圍，然后根據(jù)強度、穩(wěn)定性和緩沖區(qū)軌縫設(shè)置的要求來確定最后的鎖定軌溫；4. 鋼軌斷縫檢算。橋上無縫線路焊接長軌一旦斷裂后形成的斷縫以及由于伸縮附加拉力產(chǎn)生的鋼軌縮短量疊加起來，需小于鋼軌斷縫允許值；5. 墩臺穩(wěn)定性檢算。將鋼軌施加于墩臺支座上的斷軌力、伸縮附加力、撓曲附加力和制動力等通過各種不利的組合，檢算墩臺的穩(wěn)定性。第2章 鐵路線路大修及計算機編程設(shè)計2.1 大修概述2.1.1 鐵路大修基本任務(wù)線路大修的基本任務(wù)是：根據(jù)運輸需要及線路的損耗規(guī)律，周期性地、有計劃地對損耗

17、部件進(jìn)行更新和修理，恢復(fù)與增強軌道的承載能力，延長設(shè)備的使用壽命，線路大修通常取決于鋼軌傷損的發(fā)展情況，以全面更換新軌為主要標(biāo)志。鐵路線路設(shè)備大修應(yīng)貫徹的原則l 運營條件匹配l 軌道結(jié)構(gòu)等強l 修理周期合理l 線路質(zhì)量均衡l 全面規(guī)劃，適當(dāng)超前。2.1.2 大修要求及規(guī)則鐵路線路設(shè)備大修必須有正常的工作條件，應(yīng)設(shè)置大修設(shè)計和施工專業(yè)隊伍，裝備必要的施工機械和工程運輸車輛，在列車運行圖中，安排施工“天窗”，同時應(yīng)密切各有關(guān)部門的協(xié)作配合，為大修的正常進(jìn)行創(chuàng)造條件。線路設(shè)備大修必須加強管理，積極發(fā)展施工機械化，采用新技術(shù)，改革施工方法，開展標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)，不斷提高職工素質(zhì)，提高勞動生產(chǎn)率和施工質(zhì)量，降

18、低成本，減輕勞動強度，改善職工生活條件。線路大修，必須嚴(yán)格遵守鐵道部頒布的鐵路線路設(shè)備大修規(guī)則，以及鐵路技術(shù)管理規(guī)程、鐵路線路維修規(guī)則和鐵路工務(wù)安全規(guī)則等有關(guān)規(guī)章制度的規(guī)定。（以上三段引自鐵路線路大修工程第一章第三節(jié)要點三。2.1.3 線路大修技術(shù)設(shè)計鐵路線路大修設(shè)計應(yīng)該對既有線進(jìn)行全面的外業(yè)勘察。外業(yè)勘察工作主要內(nèi)容包括：l 丈量線路里程。選擇正確公里標(biāo)，建立基點，定出百尺標(biāo)，在控制點設(shè)置加標(biāo)。l 測量縱斷面：測量正線軌頂和路肩的標(biāo)高。與起道有關(guān)的建筑設(shè)施要測量其建筑限界。l 測量曲線段：包括測量曲線的幾何形位，曲線轉(zhuǎn)角，曲線圓順度等外業(yè)勘察完成后進(jìn)行大修技術(shù)設(shè)計，內(nèi)容包括：l 線路平面設(shè)計

19、l 線路縱斷面設(shè)計l 軌道結(jié)構(gòu)幾何形位設(shè)計l 跨區(qū)間無縫線路設(shè)計l 道岔設(shè)計2.1.4 鐵路線路大修地段的原始資料1. 大修地段位置：既有線，自K110+000至K126+450。2. 現(xiàn)有線路條件：1）該大修地段屬級干線，限制坡度12，最小半徑為600m，跨區(qū)間半徑600m。 2）原有線路平、縱斷面資料，包括：甲 線路縱斷面測量記錄（見原始資料附表）乙 線路曲線測量記錄（見原始資料附表）丙 橋隧位置及原狀（見原始資料附表）丁 站場調(diào)查記錄（見原始資料附表）戊 道口調(diào)查記錄（見原始資料附表）3）線路上部建筑狀況：表2-1 線路上部建筑現(xiàn)狀鋼軌軌枕道床類 型kg/m長度（m）平均磨耗（mm）單根

20、失效情況（%）類型數(shù)量（根/公里）失效情況（%）種類不潔程度一般情況502565S-型砼枕176010碎石10%一般4）其他（見調(diào)查記錄）3. 大修地段的運營條件1）目前及今后的客貨運量目前：20百萬噸公里/公里第五年：25百萬噸公里/公里第十年：30百萬噸公里/公里2）現(xiàn)有機車類型客機：DF4型內(nèi)燃機車，構(gòu)造速度120 km/h。2.1.5 根據(jù)運營條件選擇上部建筑類型線路大、中修時，枕下道床總厚度應(yīng)根據(jù)五年內(nèi)的年計劃通過總重密度和鋼軌類型，按鐵路線路設(shè)備大修規(guī)則中表3.3.3所列標(biāo)準(zhǔn)選用，而該設(shè)計在第五年的年計劃通過總重密度為25 Mt公里/公里，故選擇如下的軌道結(jié)構(gòu)類型：（參照鐵路線路設(shè)

21、備大修規(guī)則第3.3.3條） 鋼軌類型：60 kg/m軌枕類型：S-型鋼筋砼軌枕（軌枕數(shù)量增配至1840根/公里）道床厚度：450mm 根據(jù)鐵路線路設(shè)備大修規(guī)則第3.4.8條：混凝土枕、混凝土寬枕扣件：60kg/m及以上鋼軌配套使用彈條型、型扣件，50kg/m鋼軌配套使用彈條型扣件。使用70型扣板式扣件的線路，在半徑800m及以下的曲線地段，鋼軌外側(cè)應(yīng)采用加寬鐵座。故本設(shè)計選擇彈條型扣件即可。2.2 軌道強度檢算2.2.1 強度檢算理論及使用條件1）概述 道岔設(shè)計軌道由鋼軌、軌枕、道床和路基四部分組成。列車通過時，軌道受垂直于鋼軌軸向的橫向水平力、平行于鋼軌軸向的水平力以及垂直于軌面的豎向力。在

22、荷載作用下，軌道將產(chǎn)生變形和失效，所以需要選擇合理的軌道結(jié)構(gòu)，使其在一定時間一定條件下保持良好的運營狀態(tài)。故計算軌道結(jié)構(gòu)承載力，使其既安全又經(jīng)濟(jì)是非常必要的。在進(jìn)行軌道強度檢算時，只需計算鋼軌彎曲拉應(yīng)力、拉應(yīng)力，軌枕壓力、道床頂面應(yīng)力和路基面應(yīng)力。2） 適用條件1. 無縫線路強度計算。根據(jù)強度條件確定無縫線路鎖定軌溫的上、下限，或者在一定的鎖定軌溫條件下，檢算鋼軌的強度；2. 在既有軌道設(shè)備條件下，檢算大型機車車輛通過軌道時，允許最大軸重和最高速度或者在既有的軸重和速度條件下選擇適當(dāng)?shù)能壍涝O(shè)備標(biāo)準(zhǔn)。3. 特大型貨車通過線路時，檢算其通過條件。4. 在進(jìn)行軸重 、速度、軌道設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)及重載組合列車

23、時，強度檢算結(jié)果可作為軌道的工作應(yīng)力水平分析比較。3 ）軌道結(jié)構(gòu)靜力計算理論軌道結(jié)構(gòu)靜力計算有2種計算理論：1. 連續(xù)彈性點支承梁理論（簡稱“點支承法”）它是將鋼軌視為支承在彈性點支座上的等截面無限長梁，力學(xué)模型如圖2-1。它認(rèn)為鋼軌并非支承在連續(xù)彈性基礎(chǔ)上,而是支承在有一定間隔的軌枕上,其計算理論和公式推導(dǎo)均較復(fù)雜，一般需用差分方程或有限元等方法。圖2-1 連續(xù)彈性點支承梁理論力學(xué)模型2. 連續(xù)彈性基礎(chǔ)梁理論（簡稱“連續(xù)支承法”）該方法是將鋼軌視為支承在連續(xù)彈性基礎(chǔ)上的等截面無限長梁，力學(xué)模型如圖2-2。它的計算理論和計算公式均較簡便，得到的解析解方便實用。圖2-2 連續(xù)彈性基礎(chǔ)梁理論力學(xué)模

24、型在實際情況下的鋼軌支承情況，既不是連續(xù)支承，又不是連續(xù)點支承，所以，上述兩種方法都會與實際情況有差異。點支承法常用語無縫線路強度檢算。連續(xù)支承法更適合于理論研究。參照鐵路軌道強度檢算法（TB2034-88），本設(shè)計采用連續(xù)支承法進(jìn)行靜力計算。2.2.2 軌道強度檢算方法 (一) 基本假設(shè)l 軌道及機車車輛的技術(shù)狀態(tài)符合鐵路技術(shù)管理規(guī)程規(guī)定。l 視鋼軌為連續(xù)彈性基礎(chǔ)上的等截面無限長梁，梁的下沉與基礎(chǔ)反力之間呈線性關(guān)系；l 用一個當(dāng)量靜荷載來描述車輪對軌道的作用；l 作用于軌道上的荷載系符合力的獨立作用原理，即輪系作用下是使軌道部件產(chǎn)生的應(yīng)力，應(yīng)變等于各個單個車輪作用下的應(yīng)力、應(yīng)變的代數(shù)和；l

25、機車車輛對軌道的動力影響，用荷載系數(shù)（速度系數(shù)、偏載系數(shù)、橫向水平力系數(shù)）來表示；l 計算中不考慮軌道各部件的自重 。 (二) 軌道特征參數(shù)（1） 鋼軌支座剛度(表示鋼軌支座的彈性特征)定義：使支座頂面產(chǎn)生單位下沉式所必須施加于支座上的壓力，單位為N/mm。鋼軌支座彈性特征是由包括軌下墊板、軌枕彈簧和枕下道床、路基彈簧所組成的串聯(lián)彈簧來反映的，因此，支座剛度可表示為 ：（2-1）式中“墊板、軌枕彈簧”剛度，混凝土枕軌道即為軌下墊板剛度（N/mm）；“道床、路基彈簧”剛度（N/mm）。的取值可參照表2-2 ：表2-2：混凝土軌枕鋼軌支座剛度D(N/mm)軌道類型特重型、重型次重型及以下強度檢算部

26、件鋼軌軌枕、道床及基床鋼軌軌枕、道床及基床混凝土枕，膠墊厚7mm30000700002200042000緩凝土寬枕，膠墊厚7mm52000120000/注：在檢算鋼軌強度和檢算軌枕、道床及路基強度時，分別采用不同的最不利值。計算鋼軌強度時D取30000N/mm,檢算軌枕、道床及路基強度時，D取70000N/mm。（2） 鋼軌基礎(chǔ)彈性模量鋼軌基礎(chǔ)彈性模量（單位長度鋼軌基礎(chǔ)的彈性特征）定義：使鋼軌產(chǎn)生單位下沉?xí)r，施加于單位長度鋼軌基礎(chǔ)上的均布壓力，其單位為MPa。（MPa）（2-2）式中軌枕間距（mm）。(三) 軌道結(jié)構(gòu)靜力計算1. 單個車輪作用下的計算計算鋼軌下沉 計算鋼軌彎矩 計算枕上壓力 以

27、上公式分別摘自軌道工程公式5-12；5-14；5-16令 ，、分別為均勻連續(xù)彈性基礎(chǔ)上等截面無限長梁的撓度和彎矩影響線系數(shù)。如以、分別表示靜輪重作用下的鋼軌靜下沉量、靜彎矩和靜枕上壓力，則得（摘自軌道工程公式5-19）（2-6）當(dāng)時，所以、的最大值均出現(xiàn)在輪載作用點下的鋼軌截面上。隨著的增大，即距輪載作用點愈遠(yuǎn)的鋼軌截面上，、均有不同程度的減小，而當(dāng)時，輪載的影響已經(jīng)非常微小了，在輪系作用組合時就無需考慮了。2. 輪系作用下的計算根據(jù)力的獨立作用疊加原理，可得靜輪系作用下的鋼軌靜下沉、靜彎矩和靜枕上壓力的算式，即（摘自軌道工程公式5-21）（2-7）(四)軌道結(jié)構(gòu)動力計算1. 動荷載參數(shù)1）速

28、度系數(shù)定義：列車在直線軌道上運行時，由于輪軌之間的動力效應(yīng)，在垂直方向施加于軌道上的附加動力影響相關(guān)取值見表2-3。 表2-3牽引種類檢算部位鋼軌軌枕、道床、路基內(nèi)燃0.0040.003電力0.0060.0045蒸汽0.0080.006注：V為行車速度，以km/h計。該表引用自鐵路公務(wù)技術(shù)手冊軌道篇表5-4-1。2）橫向水平力系數(shù)由于輪軌之間的橫向水平力及垂直力均有偏心，使軌頭和軌底邊緣相對于其中心處的應(yīng)力有所增加。這一增加用橫向水平力系數(shù)表示，其值為軌底邊緣應(yīng)力與軌底中心應(yīng)力之比。不同的曲線半徑有不同的。不同曲線半徑的值見表2-4。表2-4 橫向水平力系數(shù)值直線曲線半徑30040050060

29、08001.252.001.801.701.601.453）偏載系數(shù)定義：列車通過曲線時，由于未被平衡的超高導(dǎo)致內(nèi)軌或外軌偏載，由此而引起的鋼軌附加荷載。（2-8）式中未被平衡的超高（mm）；機車或車輛重心高（mm）；內(nèi)外股鋼軌中心距（mm）。我國機車重心高度最大為2300mm，兩股鋼軌中心距為1500mm，將其代入上式則簡化為（2-9）2. 準(zhǔn)靜態(tài)計算公式定義：將軌道的靜荷載乘以動荷載參數(shù)（其中包括速度系數(shù)、偏載系數(shù)和橫向水平力系數(shù)）以表征列車和軌道相互作用的綜合動力效應(yīng)，在此基礎(chǔ)上將動力問題變成簡單的靜力計算?？紤]最不利工況，即列車在最不利荷載下通過曲線地段。車輪動荷載應(yīng)由下式計算：（2-

30、10）式中車輪作用在鋼軌上的垂直當(dāng)量靜荷載（kN）；靜輪重（kN）；行車速度（km/h）；速度系數(shù)，取值見表，；偏載系數(shù)。鋼軌動下沉量、鋼軌動彎矩和動枕上壓力的計算公式如下：（2-11）（2-12）（2-13）(五)鋼軌強度檢算鋼軌的強度條件是要求軌頭及軌底的邊緣荷載應(yīng)力的最大可能值，不超過鋼軌鋼的屈服強度除以一定的安全系數(shù)所得出的容許應(yīng)力。其表達(dá)式如下：軌頭 （2-14）軌底 （2-15）式中，軌頭、軌底的總應(yīng)力（MPa）；軌頭邊緣荷載應(yīng)力的最大可能值（MPa），；軌底邊緣荷載應(yīng)力的最大可能值（MPa），；，軌頭、軌底的截面系數(shù)（）；鋼軌溫度應(yīng)力（MPa），對普通線路可按表2-5取值，對無縫

31、線路應(yīng)用下式計算，式中為鋼軌軌溫變化幅度（），即最高或最低軌溫與鎖定軌溫之差；鋼軌附加應(yīng)力（MPa），如制動區(qū)段制動應(yīng)力及橋上無縫線路的伸縮應(yīng)力等；鋼軌容許應(yīng)力（MPa）；鋼軌鋼屈服強度（MPa）；安全系數(shù)，新鋼軌K2=1.3，鋁熱焊及再用軌K2=1.35。本設(shè)計取K2=1.3。表2-5 普通線路鋼軌溫度應(yīng)力（MPa）軌型（kg/m）75605043軌長（m）12.534.542.550602541.5516070(六) 道床頂面壓應(yīng)力檢算道床頂面的應(yīng)力，分布是不均勻的。假定壓力分布如圖2-4所示。圖2-4 枕下道床反力分布圖由此可近似得到道床頂面的平均壓應(yīng)力的計算式：（2-16）式中道床頂面

32、平均壓應(yīng)力（MPa）；枕上動壓力（N）；軌枕底面平均支承寬度（mm），混凝土枕??；一股鋼軌下軌枕有效支承長度（mm），混凝土枕中間部分掏空時，?。ㄟm用于型枕），中間不掏空時，（適用于或型枕）?？紤]到實際應(yīng)力分布的不均勻性，道床頂面最大壓應(yīng)力為式中應(yīng)力分布不均勻系數(shù)，取。式中道床頂面允許承壓應(yīng)力（MPa），碎石道床=0.5MPa，篩選卵石道床=0.4MPa，冶金礦渣道床=0.3MPa。(七) 路基基床表面壓應(yīng)力檢算道床頂面壓應(yīng)力以擴散角按直線規(guī)律向下傳遞至路基基床表面（如圖2-5）。圖2-5 道床頂面壓應(yīng)力分布圖假設(shè)道床頂面壓力均勻分布，不考慮相鄰軌枕的影響，由此得不同道床厚度的路基基床表面壓應(yīng)

33、力的檢算公式如下： （2-17） 式中路基基床表面壓應(yīng)力（MPa）；道床厚度（mm），；道床壓力擴散角，碎石道床?。宦坊脖砻嬖试S承壓應(yīng)力（MPa），新建線路=0.13MPa，既有線=0.15MPa；等的意義同前。2.2.3軌道強度檢算結(jié)果(一) 軌道強度計算中主要參數(shù)的取值1.與鋼軌有關(guān)參數(shù)的取值如表2-6所示。表2-6 與鋼軌相關(guān)的參數(shù)取值鋼 軌 鋼軌支座剛度D (N/mm)軌底寬(mm)橫截面積(cm2)慣性矩Jx(cm4)軌頭截面矩Wj(cm3)軌底截面矩Wg(cm3)容許應(yīng)力s(MPa)檢算鋼軌檢算軌枕、道床及路基15077.4528792913753523000070000（摘自

34、鐵路公務(wù)技術(shù)手冊表5-3-1）2. 與軌枕有關(guān)參數(shù)的取值如表2-7所示。表2-7：軌枕資料長度(mm)軌枕至軌中距離a1(mm)滿支承長度e(mm)有效支承長度e'(mm)軌枕間距(mm)平均底寬bp(mm)25005009501175570275（摘自鐵路公務(wù)技術(shù)手冊表5-2-1）3. 與機車有關(guān)參數(shù)的取值如圖2-8所示。圖2-8 DF4型機車輪重和軸距圖(軸距單位為cm，軸載單位為kN)(二) 軌道強度檢算根據(jù)鐵路公務(wù)技術(shù)手冊第五章進(jìn)行計算。1. 軌道結(jié)構(gòu)靜力計算使用連續(xù)彈性支承模型，計算鋼軌靜彎矩，靜撓度，和枕上靜壓力。檢算鋼軌 ：檢算軌枕、道床及路基： 一般，當(dāng)車輪距計算截面5

35、m以上時，鄰輪對計算截面的應(yīng)力撓度影響可忽略。由此可知，輪位相對于計算截面排列不同，則其所產(chǎn)生的、和也各不相同，其中必有一種排列的某一輪子放在計算截面，產(chǎn)生的、和為最大，這種排列的輪位稱為最不利輪位。DF4型機車前后兩轉(zhuǎn)向架最近車輪相距840cm，超過5m，僅考慮單個轉(zhuǎn)向架的計算。第一轉(zhuǎn)向架中，由于存在對稱性，只取、輪作為計算輪位。計算結(jié)果列于表2-8中。表2-8 計算表計算輪位計算項目輪位pDP或P備注輪輪輪輪(mm)01800360011280030000N/mm9643602.2124.425112800K=0.0012291mm-11-0.1532 0.0081112800用于計算鋼軌

36、彎矩10.0222-0.0149112800輪(mm)180001800112800782472.21202.212112800K=0.0012291mm-1-0.15321-0.1532112800計算鋼軌位移用0.022210.0222112800輪(mm)01800360011280070000N/mm10895502.7345.469112800K=0.0015191mm-11-0.08530.0060112800用于計算枕上壓力1-0.0339-0.0002112800輪(mm)1800018001128001051502.73402.734112800K=0.0015191mm-1

37、-0.08531-0.0853112800用于計算枕上位移-0.03391-0.0339112800所以，鋼軌靜彎矩，靜撓度，和枕上靜壓力為：2. 軌道結(jié)構(gòu)動力計算考慮最不利工況，即列車在最不利荷載下通過曲線地段。設(shè)內(nèi)燃機車=93km/h時，檢算鋼軌：=0.004V=0.372檢算軌枕、道床及路基：=0.003V=0.279取，偏載系數(shù)為。取的橫向水平系數(shù)。3. 鋼軌強度檢算軌頭邊緣荷載應(yīng)力的最大可能值軌底邊緣荷載應(yīng)力的最大可能值普通軌道取溫度應(yīng)力，對于無縫線路，取，式中為鋼軌軌溫變化幅度（），即最高或最低軌溫與鎖定軌溫之差；，取縱向附加力只考慮制動區(qū)段制動附加應(yīng)力。檢算鋼軌強度：軌頭壓應(yīng)力，

38、滿足要求。軌底拉應(yīng)力，滿足要求。4. 道床頂面壓應(yīng)力檢算碎石道床。，滿足要求。5. 路基基床表面壓應(yīng)力檢算設(shè)現(xiàn)有道床計算厚度，屬于道床的第二區(qū)域。該線為既有線，故有，滿足要求。6. 計算結(jié)果匯總表2-9 混凝土枕軌道各部分強度檢算結(jié)果匯總（曲線地段）檢算項目鋼軌應(yīng)力(MPa)道床頂面壓應(yīng)力(MPa)路基頂面壓應(yīng)力(MPa)計算值225.18188.400.3180.0870允許值3520.50.15是否滿足要求滿足滿足滿足滿足從上表中可得出結(jié)論，軌道各部件應(yīng)力（或彎矩）計算值均未超過容許值。綜上所述，該軌道各部件強度通過檢算，符合要求。(三) 鋼軌、道床及路基強度電算檢核結(jié)果為了保證計算結(jié)果的

39、準(zhǔn)確性，自編Excel程序進(jìn)行檢核，檢核結(jié)果見表2-10和表2-11。表2-10 鋼軌強度電算檢核結(jié)果檢算項目靜彎矩(Nmm)動彎矩(Nmm)軌底動彎應(yīng)力(MPa)軌頭動彎應(yīng)力(MPa)軌底總應(yīng)力(MPa)軌頭總應(yīng)力(MPa)計算值1961432647774926127.40164.18188.40225.18允許值352表2-11 道床及路基強度電算檢核結(jié)果檢算項目道床頂面壓應(yīng)力(MPa)路基頂面壓應(yīng)力(MPa)計算值0.3182920.0781289允許值0.50.15從表2-10和表2-11中可以看出，電算檢核結(jié)果與手算結(jié)果接近，且檢算的各項應(yīng)力計算值均未超過容許值。而表中的動彎矩則為后

40、面的鋼軌鎖定軌溫的計算提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，通過動彎矩計算得到的動應(yīng)力、附加應(yīng)力以及容許應(yīng)力可求得鋼軌鎖定軌溫。2.3鐵路線路大修平面改善設(shè)計2.3.1 平面設(shè)計原則l 設(shè)計曲線時應(yīng)采用單曲線，僅在困難地段允許保留復(fù)曲線，但復(fù)曲線的兩個圓曲線間，應(yīng)設(shè)緩和曲線連接，其長度由計算決定，且不應(yīng)短于20 m，如條件困難不能設(shè)緩和曲線時，兩個連續(xù)圓曲線的曲率差應(yīng)不大于1/2000，且每個圓曲線的長度不得短于50 m。l 直線與圓曲線間采用緩和曲線連接，其長度（m）應(yīng)不短于9×超高度（m）×容許最高行車速度（km/h），特別困難地段也不應(yīng)短于7×超高度（m）×容許最高行車

41、速度（km/h），計算結(jié)果取10m的整數(shù)倍，如原線路的緩和曲線標(biāo)準(zhǔn)較高時，應(yīng)不低于原線路標(biāo)準(zhǔn)。兩緩和曲線間的圓曲線長度應(yīng)不短于20m，在特別困難地段，可減至14m。l 兩曲線間的夾直線的長度，應(yīng)不低于原線路的標(biāo)準(zhǔn)。l 兩線路中心距離在5m以下的曲線地段，內(nèi)側(cè)曲線的超高不得小于外側(cè)曲線超高的一半，否則，必須根據(jù)計算加寬兩線的中心距離。l 線路大修時，應(yīng)調(diào)整線路對橋梁的偏心和建筑限界等。l 應(yīng)按工務(wù)段提供的資料設(shè)置圓曲線外軌超高和順坡，并應(yīng)符合鐵路線路維修規(guī)則規(guī)定。l 大修平面設(shè)計時，應(yīng)減少或取消直線漫彎。如因建筑限界等原因不能改善時，允許保留原狀。（以上7點摘自鐵路線路大修工程第二章第一節(jié)）2.

42、3.2 既有曲線的測量既有線的測量一般采取偏角法或矢距法。1. 偏角法測量，如2-9圖所示。在第一測段，要測出每個20m測點的偏角，即切線方向與置鏡點到各測點弦線間的夾角；移動置鏡點后的各個測段，要測出置鏡點間弦線與置鏡點到每個20m測點弦線間的夾角；最后一個置鏡點，要測出置鏡點間弦線與切線方向的夾角。若各個置鏡點處的夾角，用、表示，則既有曲線的轉(zhuǎn)角等于上述各角的總和，即（2-18）圖2-6 偏角法測量圖偏角法應(yīng)注意以下幾點：l 第一個與最后一個置鏡點，應(yīng)設(shè)在曲線范圍之外，在直緩點（ZH）和緩直點（HZ）外側(cè)4060m的20m測點上；第二個與倒數(shù)第二個置鏡點，最好在緩圓點（HY）與圓緩點（YH

43、）附近的20m測點上。其余置鏡點應(yīng)保證通視與觀測清晰，置鏡點間的距離，一般不應(yīng)長于200300m。l 置鏡點的偏角，應(yīng)正倒鏡各觀測一次，其較差在40以內(nèi)時，取平均值。曲線上有橋梁等控制既有線撥距的建筑物時，應(yīng)將其中心點或起訖點（加標(biāo)點）的偏角測出。曲線測量通常沿外軌進(jìn)行，也有沿線路中心線進(jìn)行的，行車繁忙的線路上，為安全起見，也可在外移樁上進(jìn)行。2. 矢矩法測量，如圖2-10所示。圖2-10 矢矩法測量圖則各曲線段的照準(zhǔn)線對始端切線轉(zhuǎn)角為：（2-19）測出兩置鏡點連線與測點切線的夾角及每20 m處的矢矩即可。2.3.3 漸伸線原理及其應(yīng)用1. 漸伸線的幾何意義如圖2-11圖2-11 漸伸線幾何意

44、義曲線表示軌道的中線，設(shè)有一條柔軟且無伸縮的細(xì)線緊貼在曲線，端固定，另一端沿著軌道中線的切線方向拉離原位，拉開的直線始終與曲線相切，則點的移動軌跡就是點相對于曲線的漸伸線，弧的長就是點相對于切線的漸伸線長度。2）漸伸線特征l 漸伸線上某一點的法線是曲線對應(yīng)點上的切線；l 漸伸線上各點的曲率是不相同的；漸伸線上的任意兩點的曲率半徑之差等于對應(yīng)點上的原曲線弧長的增量；l 漸伸線上在短距離范圍內(nèi)的曲率可以認(rèn)為相等，故可按圓弧考慮。（以上三點摘自鐵路線路大修工程P54-P55）2. 漸伸線長度、轉(zhuǎn)向角和曲率1）根據(jù)漸伸線的定義和特性，可導(dǎo)出下式點的漸伸線長度計算公式為：（2-20）式中LB 、兩點間的

45、弧長；曲線上任意一點處的曲率半徑與點曲率半徑的夾角（rad）；曲線上任意一點與點間的弧長。2）曲線轉(zhuǎn)向角若R為AB曲線計算點的半徑，K為該曲線計算點的曲率，則由圖2-11可得：（2-36）（2-21）（2-22）上式表明：AB曲線的轉(zhuǎn)向角（rad）為計算曲線K在其對應(yīng)弧段上的定積分。3）曲線曲率K平面曲線上任意一點的曲率表示其方向變換的旋轉(zhuǎn)程度，在數(shù)學(xué)上曲率K通常用曲線函數(shù)的二階導(dǎo)函數(shù)表示，即。經(jīng)推導(dǎo)得到圓曲線和緩和曲線的K、E的計算公式如下： 圓曲線（2-23）（2-24）（2-25）式中 計算點的圓曲線長。 緩和曲線 （2-26）（2-27）（2-28）式中計算點的緩和曲線長。3. 漸伸線

46、長度計算公式綜上所述，漸伸線長度實用計算公式如表2-13所示。表2-13 漸伸線長度計算公式測點范圍計算公式符號意義ZHHY= 測點里程 ZH點里程HYYH= 測點里程 ZY點里程YHHZ= 測點里程 ZY點里程 = 測點里程 YH點里程HZ以后= 測點里程 QZ點里程曲線半徑（m），緩和曲線長（m），轉(zhuǎn)角（rad），2.3.4 既有線漸伸線長度計算1. 計算公式既有曲線已錯動，但基本線形仍保持原來的形狀，可分別按緩和曲線和圓曲線的性質(zhì)來進(jìn)行計算，由式（2-25）和式（2-28）可得：1）圓曲線的漸伸線長度（2-29）式中測點偏角；計算點的圓曲線長；為轉(zhuǎn)向角；圓曲線的半徑。2）緩和曲線的漸伸線

47、長度（2-30）式中測點偏角；計算點的緩和曲線長；緩和曲線全長。3）測點的漸伸線長度由上兩式可知，既有曲線無論是圓曲線或是緩和曲線，每個測點的漸伸線長度均可表示為：（2-31）式中該測點的偏角（rad）；該測點到置鏡點的曲線長（m）。2. 置鏡點漸伸線長度計算1）置鏡點在始切線O點上（見圖2-13）圖2-13 置鏡點在始切線O點在曲線的起始線段內(nèi)，K較小，故弧長OA近似等于弧長，漸伸線長度也近似等于相應(yīng)的弧長，因而可得：（2-32）2）置鏡點在曲線的A點上（如圖2-14）圖2-14 置鏡點在曲線的A點上測出B點偏角，則B點的漸伸線長度可按下式計算。（2-33）式中置鏡點A的漸伸線長度；置鏡點A

48、到置鏡點B的曲線長；弦線AB與始切線的夾角（rad），。3）置鏡點在曲線的B點上（如圖2-15）圖2-15 置鏡點在曲線的B點上與2）對照，同理可得：（2-34）式中置鏡點B的漸伸線長度；置鏡點B到置鏡點C的曲線長；弦線BC與始切線的夾角（rad），。3. 通用計算公式根據(jù)上述的推導(dǎo)，可歸納出n個置鏡點的漸伸線長度計算的通用公式如下：（2-35）式中置鏡點i至前一段置鏡點的曲線長；置鏡點i到前一段置鏡點間弦線與始切線間的夾角（rad）。第n測段中的每個測點的漸伸線長度的通用公式為：（2-36）式中第n測段中置鏡點n到測點j的曲線長；測點j到置鏡點n間的弦線與始切線的夾角（rad）。2.3.5

49、設(shè)計曲線半徑與緩和曲線長度的選配1. 選配原則在選配設(shè)計曲線半徑及緩和曲線長度時，應(yīng)該遵循以下的原則：l 曲線撥動前后其長度應(yīng)基本不變。l 保證曲線撥正前后的終切線方向不變。l 保證曲線撥正前后的終切線位置不變。l 力求曲線路段大修工程量最小。2. 選配曲線半徑的方法選配半徑的方法較多，一般常用的方法有：平均偏角法、三點法和多點法。本設(shè)計利用三點法選配曲線半徑。l 三點法在既有曲線的圓曲線范圍內(nèi)，連續(xù)選取三個間距相等（L）的測點A、B、C，三點的漸伸線長度分別為、，則通過此三點的設(shè)計曲線半徑為：（2-39）3. 選配設(shè)計緩和曲線的長度線路大修平面設(shè)計緩和曲線長度的選擇，應(yīng)滿足鐵路線路設(shè)備大修規(guī)

50、則的規(guī)定。一般情況下，緩和曲線的長度不小于10倍的超高和速度的乘積，特別困難地段也不小于7倍的超高和速度的乘積。在滿足技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的條件下，應(yīng)盡量采用原有緩和曲線的長度，可使撥量最小。在已經(jīng)選定設(shè)計曲線半徑的條件下，為了減小撥動量，可采用下述方法選取緩和曲線的長度。1）計算設(shè)計曲線的圓曲線長，并根據(jù)QZ點的里程，計算ZY點里程 = QZ里程；2）選出兩三個位于圓曲線段的測點，它們的設(shè)計曲線漸伸線長度為，其中L = 測點里程ZY點里程，為已知數(shù)，因待定，尚需推導(dǎo)；3）這兩三個測點的既有曲線漸伸線長度已經(jīng)求出，可令各個測點的，求出如下：（2-41）4）將求出的兩三個取平均值，故緩和曲線的長度為：（2-

51、42）將計算結(jié)果取為10米的整數(shù)倍，就是選定的緩和曲線長度。2.3.6 計算設(shè)計曲線中點及各主點里程已選定的設(shè)計曲線半徑，可保證設(shè)計曲線圓弧和既有曲線圓弧相當(dāng)接近，但尚未確定設(shè)計曲線的具體位置，為此要計算曲線中點和各主要點的里程。1. 計算曲線中點（QZ）里程QZ點的里程應(yīng)保證終切線不撥動，也就是撥動前后曲線的轉(zhuǎn)角不變，即，測量終點的撥距為零，即。如圖2-17所示，終點設(shè)計曲線的漸伸線的長度。令測點終點既有曲線的漸伸線長度，則測量終點至QZ點的距離為：（2-43）式中曲線轉(zhuǎn)角（rad）。由此可得QZ點的里程為：QZ里程 = 測量終點里程 圖2-17 QZ點里程2. 計算曲線各主點里程曲線各主點ZY、ZH、HY、YZ、YH