样例无缝线路设计.doc

第四章 无缝线路设计

第一节 无缝线路基本技术要求

一、 无缝线路结构形式和锁定轨温
无缝线路的基本结构形式为温度应力式。
铺设50kg/m和60kg/m钢轨无缝线路，锁定轨温范围，可参照由铁路局规定的《铺设无缝线路容许温度差表》。
二、无缝线路铺设地段和位置
无缝线路的铺设地段和位置，应符合下列条件：
1、轨下基础稳定，线路没有翻浆冒泥、下沉挤出大于15mm的冻害。
2、半径为800m以及以下的曲线地段，应尽量采用全长淬火轨或耐磨轨。
3、桥梁有浅基、孔径不足、偏心超限、载重等级不足或支座、墩台等严重病害和下承板梁上，铺设无缝线路须严格进行检查。
4、桥上铺设无缝线路，除符合下列条件者外，均应检查钢轨、墩台的受力状态、轨道防爬能力及钢轨低温断缝值等：
（1）在无碴桥上，年最大轨温幅度为86~90℃地区，桥跨总长为65m及以下的50kg/m钢轨、桥跨总长为100m及以下的60kg/m钢轨；年最大轨温幅度为85℃及以下地区，桥跨总长为200m及以下的50kg/m钢轨、桥跨总长为165m及以下的60kg/m钢轨。
（2）在有碴桥上，跨度为32m以下（包括单跨和多跨）、桥全长在无缝线路固定区内、年最大轨温幅度超过80℃的地区，桥上应铺设混凝土枕或木枕分开式扣件。
5、在隧道长度为1000m及以上时，铺设无缝线路宜将隧道内单独铺设一段长轨，伸缩区设于隧道洞口内方，缓冲区尽量设置在隧道洞口外。隧道长度小于1000m，可不单独铺设。
三、无缝线路结构组成
温度应力式无缝线路包括固定区、伸缩区和缓冲区。
1、伸缩区长度根据计算确定。
2、固定区为长轨减去两端伸缩区的长度。每段长轨的长度，应根据线路情况和施工条件决定，原则上应与自动闭塞区段的长度一致。如受条件限制，固定区也不应短于50m。
3、缓冲区一般由2~4节标准轨或厂制缩短轨组成，有绝缘接头时为4节。
四、缓冲区和伸缩区的设置
缓冲区应设在下列地点：
1、两段长轨之间；
2、道岔与长轨之间；
3、自动闭塞和轨道电路地段的绝缘接头，一般应不止在缓冲区的中间；
4、其他必要的地点。
缓冲区和伸缩区不得设置在平交道口和不作单独设计的无碴桥上，不宜设在曲线上。困难条件下，缓冲区尽量避免设在缓和曲线上。
五、缓冲区钢轨接头
缓冲区钢轨接头，应采用10.9级高强度接头螺栓及平垫圈，接头螺栓扭力矩应达到900N·m。
缓冲区轨缝尺寸，应根据计算确定。
六、工厂焊接长钢轨
工厂焊接长轨条，可采用接触焊，、或气压焊，按经批准的工艺标准进行焊接。焊接成的长轨，必须严格检查，不得有硬弯，以1m直尺测量，其矢度不超过0.5mm，对每个焊缝应按照焊接技术要求及验收标准进行外观及探伤检验，填写焊接记录等技术资料。
七、工地焊接长钢轨
长轨联合接头的焊接，应尽量使用移动式气压焊。用铝热焊时，气温不得低于0℃，焊接后须经探伤检查，对不符合标准的接有必须重焊。
联合接头应成对接，相错不大于100mm，距桥台挡碴墙不小于2m，并不得置于道口及无碴桥上。铝热焊缝距轨枕边缘不得小于40mm。
八、两股长轨锁定轨温
铺设无缝线路时，左右两股长轨的锁定轨温应基本相同，如不同时，不得超过5℃。

第二节 铁路线路分类及结构型式

铁路线路，是指供机车车辆组成的列车运行的有轨道和路基、桥涵、隧道等建筑物等设备的统称。我国新建和改建的铁路，根据起在铁路网中的作用、性质和远期客货运量的不同分成等级。铁路的等级不同，铁道线路及其工程结构物都有不同的要求。

一、 铁路轨道类型
铁路轨道是铁道线路结构的上部建筑，有钢轨及接头配件，轨枕及中间扣件、道床及道岔设备等组成的一个整体的工程结构物。铁路《线规》GB50090—99表6.1.1规定，正线轨道类型分为特重型、重型、次重型、中型和轻型等五种类型。而站线轨道类型则在《铁路车站及枢纽设计规范》GB50091—99中明确规定。
轨道类型，按年通过总重而不是按年运量确定，道理是非常明显的，因为轨道在铁路运输过程中实际所作的功是通过总重与运距的乘积而不仅为年运量与运距的乘积。
年通过总重包括净重、机车和车辆的重量。单线按往复总重计算 ，双线或多线按每一条线路分别计算。年通过总重可由年折算运量乘以车皮系数来确定。
二、铁路线路结构形式
铁路线路结构，按其铺用钢轨长度分为普通线路和无缝线路两种主要结构形式。普通线路铺用的是标准长度的钢轨，而无缝线路铺用的是焊接长钢轨。无缝线路按铺用焊接长钢轨的长度又分为普通无缝线路、区间无缝线路和跨区间无缝线路。普通无缝线路的焊接长钢轨长度往往受钢轨绝缘接头、道岔等因素限制，一般为；区间无缝线路的焊接长钢轨长度，受相邻车站进出站道岔的限制可达数公里；而跨区间无缝线路的焊接长钢轨的长度能贯穿若干个区间，能达到数十公里或数百公里。
无缝线路与普通线路相比，具有显著的综合技术经济效益。经验表明，随着铁路任务日益繁重，铁路运营条件不断发展，线路上钢轨实现重型化、长型化，昔日线路上的主型钢轨43轨和50轨已由今日的60轨和75轨代替；钢轨长度已由标准长度和发展到数百米、数千米，以至数百千米。所有这些轨道结构加强措施，都能带来节省线路养护费用，改善轮轨间相互作用的条件的好处，此外，无缝线路特别是跨区间无缝线路的行车平顺性得到非常明显的提高，从而降低了线路的基本行车阻力，节省列车牵引能耗，也降低了机车车辆的维修费用，还大大提高了铁路旅客的旅行舒适度。因此，加速推广60轨以至75轨无缝线路，加强轨下基础以提高铁道线路的整体强度和稳定性，将是长期内一个不可稍有忽视的重要任务。
铁路《线规》GB50090—99规定，新建铁路采用特重型、重型轨道结构的地段，路基宽度应按铺设无缝线路的要求设计；改建既有线时，特重型、重型轨道在既有路基地段应采用无缝线路，有条件宜采用跨区间无缝线路；次重型轨道宜采用无缝线路。

第三节 无缝线路的计算

一、确定正线轨道类型
1、年通总重 ；根据《线规》规定：正线轨道类型为重型
2、确定正线轨道结构：根据《线规》GB50090—99规定，改建既有线时，重型应采用无缝线路
二、强度计算
1、轨道条件
DF4机车前后有两个转向架，每个转向架为三个轴，前后转向架最近轴距为8.4，当轴距大于5m以上时，相邻轮子影响很小，可以不计。因此，寻找引起最大弯矩的最不利轮位时，只要用一个转向架的三个轴分别做为计算轮来求最不利轮位。而且，还应注意到转向架的三个轴轮重一样，轴距亦相同，所以1、3轮引起的弯矩应当相同，只要考虑其中一个即可。这样，只要在1、2轮中找最不利轮。计算时列表进行。见下表：
（1）计算k值
Ⅲ型钢筋混凝土枕：根∕
钢轨支座刚度D：检算钢轨
轨枕间距，因此：

这里新轨对水平轴的惯性矩。
（2）计算
分别以动1、动2为计算轮，计算，（值是根据值，查表可得）列表进行（见表3—1），由表中看出，动1（或动3）轮为最大，也就是最不利轮位，以它作为计算弯矩的依据
表3—1
计算轮
项目
轮位
∑Pμ(N)
动1
动2
动3
动1
P(N)
112815
112815
112815
94967.67
x(mm)
0
1800
3600
kx
0
2.106
4.212
μ
1
-0.1645
0.0063
Pμ(N)
112815
-18558.1
710.7345
动2
P(N)
112815
112815
112815
75698.87
x(mm)
1800
0
1800
kx
2.124
0
2.124
μ
-0.1645
1
-0.1645
Pμ(N)
-18558.1
112815
-18558.1

（3）计算静弯矩M0

（4）计算动弯矩Md

内燃机车计算钢轨轨底弯曲应力时，速度系数为：

A、在的曲线上，容许欠超高，计算偏载系数：

在的曲线上，横向水平力系数，
∴
B、在直线地段上，横向水平力系数，
∴
（5）计算动弯应力
新轨截面模量
A、曲线轨底动弯拉应力

轨头动弯压应力

B、直线轨底动弯拉应力

轨头动弯压应力

（6）钢轨强度检算
已知无缝线路钢轨的温度应力；对于U74钢轨，屈服极限，安全系数，因此，允许应力

A、曲 线 轨 底
轨 头
B、直 线 轨 底
轨 头
所以东风4型机车通过改曲线时，钢轨强度满足要求。
2、混凝土枕强度检算]
（1）计算k值
计算轨枕弯矩、道床应力，用

（2）计算
列表（见表3—2）计算，动轮1为最大，是最不利轮位。

表3—2
计算轮
项目
轮位
∑Pu(N)
动1
动2
动3
动1
P(N)
112815
112815
112815
109543.4
x(mm)
0
1800
3600
kx
0
2.592
5.184
η
1
-0.0272
-0.0018
Pη(N)
112815
-3068.57
-203.067
动2
P(N)
112815
112815
112815
106677.9
x(mm)
1800
0
1800
kx
2.628
0
2.628
η
-0.0272
1
-0.0272
Pη(N)
-3068.57
112815
-3068.57
由上表可得：

（3）计算枕上动压力Rd
东风4型内燃机车，计算枕上压力时，速度系数及偏载系数为：

A、曲线不考虑横向水平力系数，则

B、直线不考虑横向水平力系数，则

（4）轨枕弯矩计算
轨下截面正弯矩

枕中截面负弯矩

对于S-2型轨枕轨的轨底宽，代入上式：
A、曲线地段
(

B、直线地段
(

3、道床顶面强度检算
对于S-2型轨枕，中部不掏空，有效支承长度，轨枕底面平均宽度 为，因此：
A、曲线道床顶面压应力

B、曲线道床顶面压应力

对于碎石道床允许应力，所以道床强度满足要求。

4、路基顶面强度检算

由原始资料可知，面碴厚为，垫层厚为，应次，道床计算厚度。所以，该轨道路基顶面处于与之间，则路基顶面应力：
A、曲线地段

B、直线地段

对于既有线粘砂土路基，允许应力，因此，满足强度要求：

三、无缝线路结构计算参数
1、无缝线路结构计算参数
因为 ，安全系数
则
A、在R为的曲线制动地段

B、在直线制动地段

2、无缝线路稳定性条件计算
（1）试算曲线地段值
当时，，，，
，，
换算曲率

]

∴
计算得到与原假定不符。设，重新计算；

以再次试算，求得

则
该与第二次设的不符，再设，计算；
，再求得到，则 ，基本上与原来的 相接近，因此取： 作为变形曲线长度，作为原始弹性初弯矢度。
（2）求PN、[P]

（3）试算直线地段值
当时，，，，
，，
换算曲率

]
∴
计算得到与原假定不符。设，重新计算；

以再次试算，求得

则
该与第二次设的不符，再设，计算；
，再求得到，则 ，基本上与原来的 相接近，因此取：作为变形曲线长度，作为原始弹性初弯矢度。
（2）求PN、[P]

3、无缝线路类型：
计算参数：无缝线路铺设地点在徐州，其地区历史最大轨温差：

（1）、 曲线地段

结论：可采用温度应力式无缝线路类型
（2）、 直线地段

结论：可采用温度应力式无缝线路类型
三、设计锁定轨温

1、 设计锁定轨温：
设计锁定轨温范围：
2、 温度压力峰检算：

能满足的条件，最大压力峰值不致引起跑道危险。
四、伸缩区长度的计算
计算参数：
设计锁定轨温
钢轨接头阻力 （扭矩为）
钢轨纵向阻力
最大温升
最大温降
取

取整为缓冲轨长度的整倍数得
五、施工预留轨缝
最大温度应力
最大温度拉力 =
而接头阻力，可见大钢轨于铺设后轨温上升式下降至或时，从不发生伸长及缩短位移
1、缓冲轨间预留轨缝

最佳预留轨缝
2、长钢轨端部接头

3、缓冲轨间接头预留轨缝

4、长轨轨端接头预留轨缝

5、计算结果汇总
设计锁定轨温：
伸缩区长度：
施工预留轨缝：

第四节 无缝线路的设置
一、绝缘接头的位置里程
，，
二、无缝线路长轨配轨表
表3—3
编号
起点里程
终点里程

单元轨配置
N21
K139+790.250
K141+767.25
1977.000
1977.000
1977.00
7×250+130×2
N22
K142+201.408
K142+951.573
750.165
750.165
750.165
2×250+140×2
N23
K143+484.320
K145+450.320
1966.000
1966.209
1965.791
7×250+130×2
N24
K145+500.340
K147+465.990
1965.650
1965.650
1965.650
7×250+130×2
N25
K147+516.010
K149+480.000
1963.990
1963.990
1963.990
7×250+130×2
N26
K149+530.020
K151+495.020
1965.000
1965.000
1965.000
7×250+130×2