轨道综合项目工程专业课程设计.doc

课程名称：轨道工程设计题目： 曲线轨道 曲线整正 无缝线路院 系： 土木工程系 专 业： 铁道工程 年 级： 级铁工专 姓 名： 高 万 林 指引教师： 杨 俊 斌 西南交通大学峨眉校区 12月 29日目录第一某些曲线轨道设计2一、 原始资料2二、 设计内容41、外轨超高计算 42、缓和曲线长度计算 43、缩短轨计算 5第二某些曲线整正设计7原始资料7设计内容9一、 阐明曲线整正因素及办法9二、 推到绳正法进行曲线整正时圆曲线及缓和曲线正矢计算公式9三、 推导出拨量计算公式 12四、 用绳正法对该曲线进行整正 13第三某些无缝线路设计 14原始资料 14一、 线路已知条件 19二、 轨道构造竖向受力计算及锁定轨温拟定 19三、 轨道构造强度检算 22四、 无缝线路构造计算 23阐明 26参照书目 26附其她参照数据 27ANYSY分析 28第一某些曲线轨道课程设计 一、原始资料1、新建线路，K100+234里程处一曲线，原则轨长度为25m，钢轨类型为60轨；2、直线进入曲线长度：3、轨缝值取为：=10mm4、曲线半径R取值：组别1234半径(m)5006007008005、车轮在曲线外股升高速度：组别1234升高速度(mm/s)304050606、设计最高行车速度：组别1234速度(km/h)1001201401607、运营条件：列车类型数目（列）重量（吨）速度（km/h）快车（组别）11590012022085010032580010043085090普客40120080慢车（组别）1302500602252800503203000404153500357、圆曲线长度（m）取值： 12345678900100101102103104105106107108109111011111211311411511611711811921201211221231241251261271281293130131132133134135136137138139二、设计内容1、外轨超高计算； 1.1外轨超高设立因素及办法； 1.2外轨超高计算；2、缓和曲线长度计算； 2.1缓和曲线设立因素及办法； 2.2缓和曲线长度计算；3、缩短轨计算3.1、请阐明缩短轨布置因素和办法；3.2、拟采用缩短类型拟定；3.3、列表计算缩短轨；3.4、绘制曲线缩短轨布置示意图；三、阐明1、08詹天佑班组别为4；08铁道组组别分别为1、2、3（详细取值办法参照无缝线路课程设计中组别名单）。2、圆曲线长度取值：参照无缝线路课程设计中铺设地点取值办法。3、表格中原则轨表达方式为“”（特殊符号中单位符号）而非“O”(英文大写O)；缩短轨表达方式为“”（特殊符号中数学符号）而非“X” (英文大写X)4、布置示意图中原则轨表达方式与缩短轨表达方式同第2条阐明。5、“”表达内轨接头超前量，“”表达内轨接头落后量四、参照书目1、轨道工程 同济大学出版社 练松良2、铁道工程 中华人民共和国铁道出版社 郝 瀛3、铁路轨道 中华人民共和国铁道出版社 陈岳源一、原始资料新建线路，K100+234公里处一曲线，原则轨长度为25m，钢轨类型为60轨。曲线半径R=600m车轮在外股什高速度=40mm/s。设计最高行车速度为120km/h，圆曲线长度，直线进入曲线长度。轨缝值取为。二、设计内容1、外轨超高计算外轨超高设立因素及办法：因素：机车车辆在曲线轨道上运营时，产生离心惯性力，为了平衡这个离心惯性力，需在曲线轨道上设立外轨超高，即把曲线外轨恰当抬高，借助车辆重力水平分力平衡离心惯性力，从而达到内外两股钢轨受力均匀，垂直磨耗均等，使旅客不因离心加速度而感到不适，提高线路横向稳定性，保证行车安全。办法：抬高外轨，内轨按原线路标高；外轨抬高一半超高，内轨减少一半超高，线路中心不变求此曲线上列车平均速度因此外轨超高2、缓和曲线长度计算缓和曲线设立因素及办法：因素：行驶于曲线轨道机车车辆，会浮现某些与直线轨道运营明显不同受力特性。如曲线离心力，外轨超高不持续引起冲击力等。为使上述某些力不致突变，以保持列车运营平稳性，需要在直线和曲线轨道之间插入曲率渐变连接曲线缓和曲线。办法：当车辆自直线进入曲线或从曲线进入直线时，在车辆上产生离心惯性力不应突然浮现和消失，而应在缓和曲线范畴内逐渐地增长或减小曲线设立外轨超高在缓和曲线范畴内逐渐递增，使因超高而产生车辆重力向心力分量与离心力相适应。对于半径较小曲线，曲线上轨距加宽也应在缓和曲线范畴内完毕。缓和曲线长度计算：在拟定缓和曲线长度时，往往舒服度满足了，安全条件也就满足了，因此咱们按舒服条件拟定缓和曲线长度（1） 按安全条件拟定缓和曲线曲线长度（2）按舒服条件拟定缓和曲线曲线长度由于=50mm/s,因此，其中，为通过曲线最高行车速度因此 将缓和曲线曲线长度取为10m整数倍，综合以上两个条件取较大作为根据将取100m。3、缩短轨计算缩短轨布置因素和办法：因素：在国内铁路上，左右两股钢轨采用对接式，因而曲线和直线同样，两股钢轨接头应尽量左右对齐，但容许先后相错。曲线地段外股轨线比内股轨线长，如果用同样长度钢轨，内股钢轨轨头必将超前于外股钢轨接头，为了使曲线上钢轨也形成对接接头，需在内股轨线上铺设适量缩短轨。办法：直线地段相错量不应不不大于40mm；在正线和到发线上，其容许相错量不应不不大于40mm加所采用缩短轨缩短量一半；其她线、地方铁路、专用铁路、铁路专用线上，直线地段应不不不大于60mm，曲线地段应不不不大于60mm加所采用缩短轨缩短量一半。拟采用80mm缩短轨总缩短量缩短轨根数取6根外轨原则轨根数（轨缝为10mm）满足缩短轨布置规定表1 曲线缩短轨配备计算表已知数据曲线里程缩短轨长度m24.92曲线半径R/m700曲线总缩短量439.29圆曲线长度105使用缩短轨根数6缓和曲线长度100ZH离第一种接头距离m5缩短轨缩短量mm80轨缝mm10表2 各接头错开量计算表接头号数由缓和曲线或圆曲线起点至各接头距离mm计算总缩短量mm钢轨类别实际缩短量mm接头错开量mm附注120.04+0.04进入缓和曲线5m22+25.01=27.017.8+7.8327.01+25.01=52.0228.9+28.9452.02+25.01=77.0363.463.4+0577.03+25.01=102.04102.04-100=5.04111160-49进入圆曲线2.04m62.04+25.01=27.05174240-66727.05+25.01=52.06243240+3852.06+25.01=77.07299320+5977.07+25.01=102.08362400-3810102.08+25.01=127.09127.09-104=13.09100-13.09=87.91437-0.0107354480-126进入缓和曲线13.09m1187.91-25.01=62.9437-0.0107394480-861262.9-25.01=37.89437-0.0107421560-1391337.89-25.01=12.88437-0.0107435560-125注：“”表达原则轨，“”表达缩短轨，“+”表达内轨接头超前量，“”表达内轨接头落后量。第二某些曲线轨道课程设计一、原始资料1、新建线路，K100+234里程处一曲线，原则轨长度为25m，钢轨类型为60轨；2、直线进入曲线长度：3、轨缝值取为：=10mm4、曲线半径R取值：组别1234半径(m)5006007008005、车轮在曲线外股升高速度：组别1234升高速度(mm/s)304050606、设计最高行车速度：组别1234速度(km/h)1001201401607、运营条件：列车类型数目（列）重量（吨）速度（km/h）快车（组别）11590012022085010032580010043085090普客40120080慢车（组别）1302500602252800503203000404153500357、圆曲线长度（m）取值： 12345678900100101102103104105106107108109111011111211311411511611711811921201211221231241251261271281293130131132133134135136137138139二、设计内容1、外轨超高计算； 1.1外轨超高设立因素及办法； 1.2外轨超高计算；2、缓和曲线长度计算； 2.1缓和曲线设立因素及办法； 2.2缓和曲线长度计算；3、缩短轨计算3.1、请阐明缩短轨布置因素和办法；3.2、拟采用缩短类型拟定；3.3、列表计算缩短轨；3.4、绘制曲线缩短轨布置示意图；三、阐明1、08詹天佑班组别为4；08铁道组组别分别为1、2、3（详细取值办法参照无缝线路课程设计中组别名单）。2、圆曲线长度取值：参照无缝线路课程设计中铺设地点取值办法。3、表格中原则轨表达方式为“”（特殊符号中单位符号）而非“O”(英文大写O)；缩短轨表达方式为“”（特殊符号中数学符号）而非“X” (英文大写X)4、布置示意图中原则轨表达方式与缩短轨表达方式同第2条阐明。5、“”表达内轨接头超前量，“”表达内轨接头落后量四、参照书目1、轨道工程 同济大学出版社 练松良2、铁道工程 中华人民共和国铁道出版社 郝 瀛3、铁路轨道 中华人民共和国铁道出版社 陈岳源一、原始资料新建线路，K100+234公里处一曲线，原则轨长度为25m，钢轨类型为60轨。曲线半径R=700m车轮在外股什高速度=50mm/s。设计最高行车速度为140km/h，圆曲线长度，直线进入曲线长度。轨缝值取为设计内容一、阐明曲线整正因素及办法1、曲线整正因素曲线铁路轨道在列车动力作用下，特别是横向水平力作用下，可产生变形，其中最常用变形形式是曲线轨道方向变化，成果轨道不能保持原设计圆顺度。为了保证行车平稳与安全，有必要进行定期检查，并及时那曲线轨道整正到本来设计位置，保持曲线轨道良好圆顺度。2、曲线整正办法曲线整正办法有诸多，惯用办法有偏角法和绳正法，本设计采用绳正法进行曲线整正。绳正法，就是运用曲线上正矢与曲线关系，改正正矢，使之恢复原有设计曲率，并通过相应拨量，把它拨正到本来设计位置。绳正法是在曲线轨道上以外股轨线为基准线，每10m设一种测点，用一根不易变形20m长弦线，两端紧贴外股钢轨内侧轨顶面下16mm处，在其中点精确量出弦线与该测点间距离，称为实测正矢，并规定其值不得超过规定表中数据，否则应及时整正。二、推到绳正法进行曲线整正时圆曲线及缓和曲线正矢计算公式1、圆曲线筹划正矢计算图1圆曲线半径与正矢 图2圆曲线与直线直接连接曲线半径与正矢关系由图1所示几何关系求得，普通测量弦长L为20m,则有圆曲线上各点正矢（始点和终点除外）相等。圆曲线始、终点筹划正矢计算，如图2将圆曲线从起点O向后延长至a:弦长a1=弦长o2因曲线半径R比弦长大得多，可近似取为垂直于切线在中因此：，直线与圆曲线连接处正矢，等于圆曲线正矢一半。如果圆曲线终点，正好落在整测点上，圆直点正矢也等于圆曲线正矢一半，否则应作为一种特殊状况另行计算。2、缓和曲线筹划正矢计算图3 缓和曲线计算正矢计算图如图3所示为缓和曲线始点附近一段，缓和曲线正矢分别为：以表达测量正矢用弦长为各点切线支距对惯用缓和曲线，切线支距用下式求：缓和曲线方程：式中，为测点至缓和曲线始点ZH曲线长度。由于测点间距为，可近似地以为,由此可得各点切线支距为：由于缓和曲线终点处切线总折角很小，以为分别位于，延长线上可得：由于缓和曲线上各点半径是变化，因此除第一点外其她各点正矢由图可得ZH点正矢等于ZH点后第一点正矢;ZH点左侧为直线（正矢为0），右侧为缓和曲线（正矢不不大于零，且按比例递增），因此，ZH点正矢较直线上正矢不不大于缓和曲线正矢递增率。HY点若正好落在整测点上，那么，由于HY点右侧为圆曲线（正矢恒等于），左侧为缓和曲线（正矢不大于，且按比例递减）因此，HY点正矢应较圆曲线正矢减少缓和曲线正矢递减率，即。若HY点没有落在整测点上，则应另行计算。因此：缓和曲线上各点正矢，应写为:按直线比例递增由于圆曲线长度不能始终为10m整倍数，因而，其中一端缓和曲线始、终点就不也许正好落在测点上，这样始、终点左右相邻点正矢要单独计算三、推导出拨量计算公式：如图4中：实线表达曲线拨动前错乱位置，虚线表达拨动后对的位置。称为点渐伸线，以表达。它与水平切线垂直，同样称为点渐伸线，以表达，也与水平切线相垂直。两渐伸线长度之差，即为点拨量，它等于。为正时，则表达曲线向外侧拨，反之，则表达向内侧拨。曲线上各测点渐伸线长度计算办法如下：图4 曲线拨动先后位置 图5渐伸线长度计算图如图5中，0,1,2,3,4，n点分别表达曲线上各测点。相应正矢为，相应渐伸线长度为。 也就是说，点渐伸线长度，等于到其前一点为止正矢合计共计数两倍。同样地，可求得筹划正矢为曲线上点渐伸线长度为，由此，得点拨量为：，式中，为各测点实测正矢与筹划正矢之差，称“正矢差”。四、用绳正法对该曲线进行整正：圆曲线筹划正矢为：缓和曲线测点分段数： 第三某些无缝线路设计一、原始资料1、铺设地点（选址办法参照阐明） 个位数十位数 12345678900北京库尔勒锦州洛阳济南兖州太原通化开封青岛1长沙上海南昌衡阳重庆南宁厦门广州台南湛江2昆明兰州蚌埠拉萨合肥杭州柳州哈尔滨武汉成都3天津石家庄呼和浩特沈阳大连长春福州郑州西安贵阳2、钢轨类型（kg/m） 班级123钢轨类型6060603、轨枕类型 班级123轨枕类型IIIIII4、轨枕间距（根/km） 班级123间距1760184018405、扣件类型： 班级123扣件类型IIIIII6、道床类型及肩宽50轨60轨75轨肩宽（cm）304040厚度（cm）5050507、钢轨接头螺栓扭矩值50轨60轨75轨接头扭矩(N.M)7008008008、道床纵向阻力值一股钢轨下单位道床纵向阻力值（N/mm）单根轨枕道床纵向阻力（N）轨枕间距（根/km）18401760混凝土轨枕9.18.7100009、设计区段最小半径（m） 班级123R50060070010、轨下基本刚度（KN/cm）特重型重型次重型钢轨350300220轨枕、道床及基床80070042011、设计最高行车速度（KM/h） 班级123速度10012014012、机车及车辆类型 班级123机车型号DF8SS3ND5车辆C6213、轮距列表机车类型静轮重KN轮1至前轮中心距离（m）轮2至前轮中心距离（m）轮3至前轮中心距离（m）轮4至前轮中心距离（m）轮5至前轮中心距离（m）轮6至前轮中心距离（m）轮7至前轮中心距离（m）轮8至前轮中心距离（m）构造速度DF292.202.12.13.422.12.10095DF310302.12.14.42.12.100100DF4112.801.81.88.41.81.800120DFH411001.82.17. 872.11.800140DF811001.81.88.41.81.800100DF11112.802.02.08.272.02.000160SS1112.802.32.35.82.32.30090SS2112.802.3352.3355.932.3352.3353.00100SS3112.802.32.07.22.02.300120SS4112.803.05.23.05.23.05.23.0100SS8107.802.96.12.90000160ND510002.61.88.21.82.5001606Y211002.32.38.0162.32.32.8100SS902.152.153.6352.152.1500170TGV1160/1450/1603.0/16011.0/1603.0/1604.49/1452.5/14515.5/1452.5/145250TGV2250车辆C621001.51.86.91.75二、设计内容第一某些 轨道构造竖向受力计算及锁定轨温拟定1.1静力计算1.2轨道动力响应准静态计算1.3动弯矩和动反力计算1.4钢轨弯曲应力计算1.5无缝线路稳定容许温度力和容许温升计算；1.6设计锁定轨温拟定第二某些 轨道构造强度检算2.1钢轨基本应力检算2.2轨枕弯矩检算2.3道床及路基顶面应力检算；第三某些 无缝线路构造计算；3.1轨条长度及缓冲区设计3.2伸缩区长度3.3绘制温度力分布图并标注重要位置数值；3.4预留轨缝设计；三、阐明1、铺设地点选用：学号最后一位数字为X2；学号倒数第二位数字为X1 ；学号倒数第三位数字为X。3班铺设地点选取为：C1=92-X1X2;4班铺设地点选取为：C2=124-XX1X2 ；2、钢轨类型选用：横向为班级序号。3、轨条长度及缓冲区设计是指单元长轨条长度和缓冲区长度设计。4、轨道构造竖向受力计算，采用持续支承梁模型计算。5、轨下截面轨枕正弯矩检算公式为 轨枕中间截面负弯矩检算公式为5、无缝线路稳定容许温度力和容许温升计算，fop=foe=3mm,稳定期f=2mm，安全系数k=1.25（只计算曲线稳定条件）。6、伸缩区及轨缝计算，采用直线地段轨道条件；伸缩区长度最后取为25m整倍数。7、绘制无缝线路一种单元布置图，详细如图1所示。图1 无缝线路轨节布置示意图四、参照书目1、轨道工程 同济大学出版社 练松良2、铁道工程 中华人民共和国铁道出版社 郝 瀛3、铁路轨道 中华人民共和国铁道出版社 陈岳源4、铁路轨道 中华人民共和国铁道出版社 童大员五、附其她参照数据1、混凝土枕线路钢轨点支座刚度D值轨枕类型轨下胶垫刚度(kNmm)轨道类型(kNmm)型110重型，特重型30型80重型，特重型27.2型80重型，特重型30.12、混凝土枕线路K值（点支承）钢轨类刑(kga1)轨枕报数(根km)D=30-30.1kN/mm钢轨垂直磨耗(mm)D=27.2kN/mm钢轨垂直磨耗(mm)0360367518400.021280.022080.023440.019290.00.0212517600024560025200.026640.022260.022850.0241516800.027960.029000.030710.025350.026290.0278416670.028640.029710.031440.025970.026940.028516018400.029790.031220.033290.027000.0283100301817600.033860.035600.037840.030700.032280.0343116800.039040.040920.043620.035400.037100.0395516670.039970.041890.044650.036240.037980.040473、混凝土枕线路K值（持续支承）钢轨类型(kg/m)轨枕报数(根/km)D=3030.1kN/mmD=27.2kN/mmu(kN/cm2)k(cm-1)u(kN/cm2)k(cm-1)钢轨垂直磨耗钢轨垂直磨耗0360367518405.520.011000.011100.011265.0050.010730.010830.0109917605.280.010880.010980.011134.7810.010610.010710.0108616805.040.010750.010850.0110l4.5700.010490.010590.0107416675.000.010730.010830.010924.5330.010470.010570.010746018405.520.011950.012100.012295.0050.011670.01l800.0119917605.280.011810.011960.012164.7810.011530.011670.01l8616805.040.011670.011820.012074.5700011400.011540.0117216675.000.011660.011800.011994.5330.011380011520.011704、各型钢轨断面参数W和惯性矩Ix及轨底宽b钢轨垂直磨耗(mm)钢轨断面参数单位钢轨类型75kg/m60kg/m50kg/m43kg/mbmm1501501321140W头mm343339400250000208000W底mm3509000396000289000218000Ixmm4448900003217000020370000148900003W头mm3403180002400W底mm3496000385000283000211000Ixmn4432800003069000019460000140900006W头mm3405000291000230000189000W底mm348375000275000205000Ixmm4408900002879000018270000131700009W头mm3390000264000216000176000W底mm3480000363000264000197000Ixmm43898000026900000170012005、钢轨钢材料性能序号钢号抗拉强度 (MPa)屈服强度 (MPa)1U717854052U747853U71Cu7854U71Mn8834575U71MnSi8836U71MnSiCu883一、线路已知条件：铺设地点选取：查表得铺设地为兖州。钢轨类型：60kg/m(即60轨)轨枕类型：III型 轨枕间距：1840根/km扣件类型：III型 道床类型及肩宽：对于60轨：肩宽为40cm，厚度为50cm钢轨接头扭矩值：对于60轨：接头扭矩为800道床纵向阻力值：对于轨枕间距为1840根/km混凝土轨枕，一股钢轨下单位道床纵向阻力值为9.1N/mm,单根轨枕道床纵向阻力为10000N。设计区段最小半径：700m轨下基本刚度：选为重型：钢轨为300KN/cm，轨枕、道床及基床为700KN/cm二、轨道构造竖向受力计算及锁定轨温拟定2.1静力计算1）K值计算计算反力时总支承刚度轨枕间距为则相应求弯矩和反力值分别为： 计算值式中，J为60kg/m，新轨对水平轴惯性矩为mm3）计算值机车型号选取内燃机ND5（共6个轮），车辆型号选取C62（共4个轮）。分别计算十个轮来计算，取其中最大值计算钢轨最大弯矩，由表1可知，计算轮4为其中最大值。4）计算值计算办法与计算办法同样，则由表2可知，计算轮6为其中最大值。2.2轨道动力响应准静态计算 对于新建铁路,通过900m曲线轨道时机车容许速度可按 。 来计算。 速度系数为：；偏载系数为：2.3动弯矩和动反力计算查表知横向水平力系数为： =58608184.49 2.4钢轨弯曲应力计算 由表查出新轨则得轨底和轨头应力为：轨底： 轨头 2.5无缝线路稳定容许温度力和容许温升计算a.计算线路稳定容许温度力： 统一公式： ； 式中：对于轨枕间距为1840，肩宽为40cm砼枕等效道床横向阻力Q=87N/cm=8.7N/mm；此外， ，, 圆曲线合成曲率，60轨砼枕，则； 60轨； 则有：因而该无缝线路稳定容许温度力：b.计算容许温升： 式中：; ； 弹性模量。则有： 2.6设计锁定轨温拟定 容许温降：； 式中：本设计选用极限强度为883MPa钢轨，则； ; ; 。 则。钢轨铺设地点是兖州，查表得：最高轨温最低轨温中间轨温最大轨温差62.5-19.721.482.2则可得本设计锁定轨温：三、轨道构造强度检算3.1钢轨基本应力检算 U71Mn新轨屈服极限，新轨安全系数K=1.3，容许应力为： 1.4中轨底和轨头基本应力均不大于，符合钢轨强度检算条件。3.2轨枕弯矩检算 对于II型轨枕 符合轨枕弯矩验算条件。3.3道床及路基顶面应力检算 a.道床顶面应力检算 对于III型轨枕，中部600mm，不支承在道床上时，=1175mm，b=275mm，因此按照上述两种支承状况可算得道床顶面压应力为： ，满足条件。 b.路基面道床压应力检算：计算厚度在之间，则：满足规定。四 、无缝线路构造计算4.1轨条长度及缓冲区设计轨条长度应考虑线路平、纵面条件，道岔、道口、桥梁、隧道所在位置，原则上按闭塞区间长度设计轨条长度，普通长度为1000m，本设计采用1500m轨条。轨条最短为200m，特殊状况下不短于150mm。在长轨之间、道岔与长轨之间、绝缘接头处，需设立缓冲区，缓冲区设立3根同类型25m长原则轨。4.2伸缩区长度 经查当接头扭矩为800时，接头阻力为340kN，道床阻力。选用10.9级螺栓。则可以查表7-3知钢轨接头阻力为：；道床纵向阻力梯度为：。U71新轨屈服强度极限为， 故伸缩区长度取其中大值，再取为25整数为150m 4.3 绘制温度力分布图并标注重要位置数值4.4预留轨缝设计 冬天长轨条一端收缩量为： ； 普通轨一端收缩量为：又： ； ；设夏天长钢轨伸长量为，普通轨伸长量为 则长钢轨和普通轨之间钢轨接头轨缝缩小量为：；普通轨之间钢轨接头轨缝缩小量为。为了保证冬天轨缝不不不大于构造轨缝，夏天轨缝不顶死，必要满足下面规定： 长钢轨与普通钢轨 两普通钢轨之间 而： 即： 取9mm ，阐明1、铺设地点选用：学号最后一位数字为X2；学号倒数第二位数字为X1 ；学号倒数第三位数字为X。3班铺设地点选取为：C1=92-X1X2;4班铺设地点选取为：C2=124-XX1X2 ；2、钢轨类型选用：横向为班级序号。3、轨条长度及缓冲区设计是指单元长轨条长度和缓冲区长度设计。4、轨道构造竖向受力计算，采用持续支承梁模型计算。5、轨下截面轨枕正弯矩检算公式为 轨枕中间截面负弯矩检算公式为5、无缝线路稳定容许温度力和容许温升计算，fop