无缝线路.pptx

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2021/4/22,绪论,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,2026/9/30,1,无缝线路,第,1,页,/,共,38,页,2,第六章 无缝线路,本讲主要内容,概述,无缝线路基本原理,无缝线路纵向温度力分布,无缝线路稳定性分析,无缝线路结构设计,桥上无缝线路,跨区间无缝线路,第,2,页,/,共,38,页,3,一、概述,1,、铺设无缝线路的意义*,定义：无缝线路是将标准轨焊接而成的长钢轨线路，又称焊接长钢轨线路（,CWR,：,Continuous Welded Rail,）,特点：消除了大量接头，从而具有行车平稳、旅客舒适；同时机车车辆和轨道的维修费用减少、使用寿命延长等特点,全世界,130,万,km,铁路，近,1/3,为无缝线路,德,96%,，法,59%,，美,40%,，苏联,39%,，中,50%,无缝线路是二十世纪轨道结构进步的标志，是与高速重载相适应的轨道结构，是轨道技术的发展方向,第,3,页,/,共,38,页,4,一、概述,2,、无缝线路类型*,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,温度应力式普通无缝线路是由一根焊接长钢轨及其两端,2,4,根标准轨组成，普通接头，结构简单,直线轨道,50kg/m,和,60kg/m,钢轨，铺设温度应力式无缝线路允许轨温差分别为,100,和,104,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,自动放散式应用于桥上、岔区,定期放散式应用于大温差地区,钢轨伸缩调节器,第,4,页,/,共,38,页,5,一、概述,3,、无缝线路发展历程,无缝线路上世纪三十年代在德国开始发展,我国无缝线路从上世纪,50,年代开始，经历了五个阶段,无缝线路技术储备阶段：焊接、长轨运输、设计理论,突破四大铺设禁区阶段：长大桥、大坡道、小半径、寒冷地区,跨区间无缝线路试铺阶段：无缝道岔、胶结绝缘接头,新线一次铺设跨区间无缝线路阶段：秦沈客运专线,全面推广跨区间无缝线路阶段：高速及新建铁路、长定尺钢轨,第,5,页,/,共,38,页,夏季轨端伸缩长,自动放散式应用于桥上、岔区,扣件与道床总阻力与钢轨位移的范围成正比,算例2：60kg/m钢轨无缝线路，接头阻力490kN，线路阻力为150N/cm，锁定轨温为25，最高气温45，最低气温零下20，冬天时在距接头900m至950m范围内轨道基础出现了向右移动现象，设在此范围内轨道受到了向右的道床阻力，问基础移动将带动轨排在多大范围内出现局部位移（不包括轨条端部位移），最大位移为多少？试画最低温时的温度力图。,三、无缝线路纵向温度力分布,扣件阻力大于道床阻力时，道床阻力先达到极限值，它对钢轨自由伸缩起抵抗作用，钢轨与轨枕间不产生滑动,三、无缝线路纵向温度力分布,解：最大温度压力，最大温度拉力,三、无缝线路纵向温度力分布,定义：无缝线路是将标准轨焊接而成的长钢轨线路，又称焊接长钢轨线路（CWR：Continuous Welded Rail）,6,一、概述,4,、无缝线路关键技术,焊接技术：接触焊、铝热焊、气压焊,长钢轨运输技术：同步吊装、基地焊接、长钢轨座等,轨道结构强化技术：重型钢轨、重型枕、优质道砟、大阻力扣件,基地吊装,长钢轨运输,第,6,页,/,共,38,页,7,一、概述,无缝线路关键技术,机械化铺轨技术,基地焊接,铺轨列车,第,7,页,/,共,38,页,8,一、概述,无缝线路关键技术,机械化铺轨技术,3,4,1,2,前进方向,第,8,页,/,共,38,页,9,一、概述,无缝线路关键技术,机械化铺轨技术,7,5,6,布枕过程,第,9,页,/,共,38,页,10,一、概述,无缝线路关键技术,机械化铺轨技术,人工放置滚轮,拖拉机,滚轮,前进方向,第,10,页,/,共,38,页,11,一、概述,无缝线路关键技术,机械化铺轨技术,拖拉机,钢轨滚轮,前进方向,第,11,页,/,共,38,页,12,二、无缝线路基本原理,1,、无缝线路温度力、伸缩位移与温度变化的关系*,当轨温变化时，钢轨要发生伸缩，但由于有扣件或道床阻力的约束作用，不能自由伸缩，在钢轨内部就会产生很大的温度力,长度为,l,可自由伸缩的钢轨，当轨温变化时，其伸缩量为,如果钢轨完全被固定，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,钢轨所受的温度力为,a,钢轨钢膨胀系数,l,钢轨长度,t,轨温变化幅度,F,钢轨断面积,第,12,页,/,共,38,页,13,二、无缝线路基本原理,1,、无缝线路温度力、伸缩位移与温度变化的关系*,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。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控制轨温变化幅度,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，,P75P60P50,无缝线路钢轨自由伸长量与轨温变化幅度、轨长有关，与钢轨断面面积无关,钢轨受力原理与杆件压缩不同,相同的是纵向力、应力和应变,不同的是荷载、伸缩量,竖向上钢轨自由伸缩、压杆应变受泊松比限制,钢轨温度应力检测是世界性难题！,长轨条有位移时应力就会释放或调整,！,工程上采用爬行观测桩检测钢轨应力，误差,4,第,13,页,/,共,38,页,14,二、无缝线路基本原理,2、轨温与气温的关系*,大量统计表明，最高轨温比最高气温高20，最低轨温与最低气温相同,与气候变化、风力大小、日照强度、线路走向和所取部位等均有密切关系,气温资料取 记录资料，近年来全球气候变暖，可按近30年的气温资料设计,中间轨温为最高轨温Tmax与最低轨温Tmin的平均值,年轨温差为最高轨温与最低轨温之差，低于80为温暖地区，高于80低于90为寒冷地区，高于90为严寒地区,第,14,页,/,共,38,页,15,二、无缝线路基本原理,3,、锁定轨温*,钢轨中应力为零时为零应力状态，此时对应的轨温为中和轨温,钢轨落槽时的平均轨温为施工锁定轨温，可将其视为中和轨温,施工锁定轨温不一定与设计锁定轨温相同，通常允许在设计锁定轨温,3-5,范围内变化,设计锁定轨温一般在中间轨温附近变化，使温度拉力与温度压力近似相等,有砟轨道设计锁定轨温常比中间轨温略高，避免胀轨,无砟轨道设计锁定轨温常比中间轨温略低，避免断轨,长期运营条件下中和轨温会逐渐下降，其机理尚不明！,第,15,页,/,共,38,页,16,三、无缝线路纵向温度力分布,1,、线路纵向阻力*,接头阻力、扣件阻力、道床纵向阻力,均是抵抗钢轨自由伸缩的作用力,扣件阻力与道床阻力是串联关系，它们与接头阻力是并联关系,这三种阻力均具有,滑动摩擦力,的性质，只要有位移发生即达到滑动极限值，与弹簧性质不同，不随钢轨伸缩位移的增大而增大,扣件与道床总阻力与钢轨位移的范围成正比,扣件阻力大于道床阻力时，道床阻力先达到极限值，它对钢轨自由伸缩起抵抗作用，钢轨与轨枕间不产生滑动,扣件阻力小于道床阻力时，扣件阻力先达到极限值，它阻碍着钢轨的自由伸缩，轨枕与道床间不生滑动,第,16,页,/,共,38,页,17,三、无缝线路纵向温度力分布,2,、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,由钢轨夹板间的摩阻力和螺栓的抗剪力提供,只计算摩阻力，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,P,螺栓张拉力,T,水平分力,P/2,N,法向分力,R,接触面合力,摩擦系数,夹板接触面倾角,tana=i,，,1/41/3,第,17,页,/,共,38,页,18,三、无缝线路纵向温度力分布,2,、接头阻力*,一枚螺栓的拉力接近它所产生的接头阻力，常值,接头阻力与螺栓材质、直径、拧紧程度和夹板孔数有关,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,40-50%,T,拧紧螺帽时的扭力矩,Nm,K,扭矩系数,P,螺栓拉力,kN,D,螺栓直径,mm,级螺栓，扭矩应保持在,700,900N,m,级,27mm,的高强螺栓（扭矩,1100N,m,以上）联结的钢轨接头，接头阻力达,900,kN,以上，构成准无缝线路,胶接绝缘接头的阻力可达,1500,3000,kN,，与焊接接头等强,第,18,页,/,共,38,页,19,三、无缝线路纵向温度力分布,3,、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,为了防止钢轨爬行，要求扣件阻力必须大于道床纵向阻力,在桥梁等特殊地段，为了降低桥梁所受纵向力和保证长轨的正常伸缩，扣件阻力可小于道床阻力,扣件阻力是由钢轨沿轨枕垫板面之间的摩阻力和扣件与轨底扣着面之间的摩阻力所组成,橡胶垫板扣件,小阻力扣件实现途径：,减小扣压力,降低摩擦系数,第,19,页,/,共,38,页,20,三、无缝线路纵向温度力分布,3,、扣件阻力*,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,轨下胶垫产生残余压缩变形，以致扣件阻力下降,列车通过时的振动，也会使螺帽松动，扭矩下降，导致扣件阻力下降,考虑上述因素，计算中取,1mm,处的阻力值，如,型扣件取,16kN,型扣件阻力,第,20,页,/,共,38,页,21,三、无缝线路纵向温度力分布,3,、道床纵向阻力*,扣件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,R,，或每延厘米分布阻力,r,表示,道床纵向阻力受道砟材质、颗粒大小、道床断面、捣固质量、脏污程度、轨道框架重量等因素的影响,道床抵抗轨道框架纵向位移的阻力，由轨枕与道床之间的摩阻力和枕木盒内道砟抗推力组成,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，轨枕盒内的道砟颗粒之间的结合被破坏，在此情况下，即使位移再增加，阻力也不再增大,道床阻力取,2mm,时的值，常值,第,21,页,/,共,38,页,22,三、无缝线路纵向温度力分布,4,、钢轨基本温度力图*,温度力沿长钢轨的纵向分布，常用温度力图来表示，故温度力图实质是钢轨内力图。温度力图的横坐标表示钢轨长度，纵坐标表示钢轨的温度力（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,外部阻力包括接头阻力、道床纵向阻力,接头阻力能阻止钢轨伸缩的轨温变化幅度,道床纵向阻力是以阻力梯度,r,的形式分布，在克服道床纵向阻力阶段，钢轨有少量伸缩，轨内还继续产生温度力，且各截面的温度力并不相等，以斜率,r,分布,第,22,页,/,共,38,页,23,三、无缝线路纵向温度力分布,4,、钢轨基本温度力图*,轨温单向变化时，温度力沿钢轨纵向分布的规律，称为基本温度力图,固定区,Pt,=,EA,t,伸缩区,伸缩区,接头阻力,接头阻力,扣件或道床纵向阻力,钢轨位移,钢轨位移,第,23,页,/,共,38,页,24,三、无缝线路纵向温度力分布,4,、钢轨基本温度力图*,t=0,时，,P=0,，零应力状态,t,th,时，,P,PH,，接头阻力提供约束，钢轨不伸缩,t,tmax,时，,PPmax,，接头及一事实上范围内的道床提供阻力，该范围内钢轨伸缩，接头处钢轨伸缩量最大,Tmin,时，,P=Pmax,，伸缩范围达到最大值，称为伸缩区,r,表示单位长度范围内的道床纵向阻力，单位,N/m,；而不是指产生单位位移所需要的作用力。,钢轨不产生位移处为固定区，道床不提供阻力；道床提供约束阻力处，钢轨必有位移,第,24,页,/,共,38,页,25,三、无缝线路纵向温度力分布,5,、轨温反向变化时的钢轨温度力图*,t0,可能有大于、等于或小于当地中间轨温,3,种情况，常见,t0,t,中,当,T,min,t,t,H,时，接头阻力抵抗,AE,E,t,H,T,min,t,2,t,H,，接头阻力起作用，钢轨不发生新的位移,FGG,T,min,t,2,t,H,，钢轨开始伸长，阻力反向，其他范围位移不变,t,T,max,，,t,拉,max,t,压,max,，出现温度压力峰，胀轨危险季节在,4-5,月份，冬季作业后，温度力峰更大,T0P60P50,无缝线路钢轨自由伸长量与轨温变化幅度、轨长有关，与钢轨断面面积无关,钢轨受力原理与杆件压缩不同,相同的是纵向力、应力和应变,不同的是荷载、伸缩量,竖向上钢轨自由伸缩、压杆应变受泊松比限制,钢轨温度应力检测是世界性难题！,长轨条有位移时应力就会释放或调整,！,工程上采用爬行观测桩检测钢轨应力，误差,4,第,36,页,/,共,38,页,37,三、无缝线路纵向温度力分布,2,、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,由钢轨夹板间的摩阻力和螺栓的抗剪力提供,只计算摩阻力，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,P,螺栓张拉力,T,水平分力,P/2,N,法向分力,R,接触面合力,摩擦系数,夹板接触面倾角,tana=i,，,1/41/3,第,37,页,/,共,38,页,38,三、无缝线路纵向温度力分布,6,、轨端伸缩量*,长钢轨端部伸缩量计算,距轨端,x,处,dx,段未实现的伸缩量,轨端未实现的伸缩量,轨端实现的伸缩量,图中阴影部分面积与,EF,之比,第,38,页,/,共,38,页,