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第六章 无缝线路第1页一、无缝线路基本知识一、无缝线路基本知识二、无缝线路基本原理二、无缝线路基本原理三、无缝线路稳定性三、无缝线路稳定性四、普通无缝线路设计四、普通无缝线路设计五、桥上无缝线路设计五、桥上无缝线路设计六、跨区间无缝线路六、跨区间无缝线路内容提要内容提要内容提要内容提要第2页 1 1基本概念基本概念 无缝线路也叫无缝线路也叫长钢轨线路长钢轨线路。就是把就是把若干根标准长度若干根标准长度钢轨经钢轨经焊接成为焊接成为10001000mm而铺设铁路而铺设铁路线路。线路。通常是在焊轨厂将无孔标准通常是在焊轨厂将无孔标准轨焊接成轨焊接成200200500m500m轨条，再轨条，再运到现场就地焊接后铺设。运到现场就地焊接后铺设。一、无缝线路基本知识一、无缝线路基本知识第3页2.铺设无无缝线路意路意义 （1 1）无缝线路在长钢轨内）无缝线路在长钢轨内毁灭了钢轨接头毁灭了钢轨接头，列车经过时，列车经过时高频冲击荷载动态响应消除，对应地线路高频冲击荷载动态响应消除，对应地线路病害降低病害降低。（3 3）无缝线路是当今）无缝线路是当今轨道结构最正确选择轨道结构最正确选择，它以无可非，它以无可非议优越性得到各国铁路认可。几十年来，世界各国竞相发展。议优越性得到各国铁路认可。几十年来，世界各国竞相发展。我国铁路无缝线路近年来在技术上有很大进步，在数量上有我国铁路无缝线路近年来在技术上有很大进步，在数量上有快速增加。快速增加。（2 2）美国统计，无缝线路钢轨）美国统计，无缝线路钢轨寿命延长约寿命延长约40%40%；日本统；日本统计，采取无缝线路钢轨计，采取无缝线路钢轨(50(50型型)更换周期由原来更换周期由原来400Mt400Mt延长到延长到了了500Mt500Mt。原苏联统计，经过总重。原苏联统计，经过总重500Mt500Mt以后钢轨（以后钢轨（P65P65型）型）抽换数，抽换数，降低了降低了3 3倍倍。我国统计，无缝线路钢轨。我国统计，无缝线路钢轨使用寿命延长使用寿命延长1.251.25倍倍。一、无缝线路基本知识一、无缝线路基本知识第4页（1 1）可延长钢轨使用寿命；）可延长钢轨使用寿命；（2 2）可降低养护维修劳力和材料；）可降低养护维修劳力和材料；（3 3）可降低列车运行耗能；）可降低列车运行耗能；（4 4）铺设）铺设CWRCWR附加费用少。附加费用少。无缝线路与有缝线路相比含有优点：无缝线路与有缝线路相比含有优点：CWR:continuously welded rail一、无缝线路基本知识一、无缝线路基本知识第5页（1 1）按处理温度应力方式分：）按处理温度应力方式分：3.无无缝线路路类型型放散应力式无缝线路放散应力式无缝线路温度应力式无缝线路温度应力式无缝线路 适合用于年轨温差较大地域，或温度力较大特殊地段。一、无缝线路基本知识一、无缝线路基本知识第6页 温度应力式无缝线路温度应力式无缝线路 (1)结结构构形形式式：是由一根焊接长钢轨及其两端24根标准轨组成，并采取普通接头形式；(2)受受力力情情况况：无缝线路铺设锁定后，在钢轨内部产生很大温度力，其值随轨温改变而异；(3)特特 点点：结构简单，铺设维修方便，应用广泛；(4)铺铺设设范范围围：对于直线轨道，铺设50kg/m和60kg/m轨，每公里配量1840根或1667根混凝土枕时，铺设温度应力式无缝线路允许轨温差分别为100和104。一、无缝线路基本知识一、无缝线路基本知识第7页（2 2）按长轨条长度分：）按长轨条长度分：普通无缝线路普通无缝线路（温度应力式-有缓冲区）：L1000m 全区间无缝线路全区间无缝线路：L区间长度 跨区间无缝线路跨区间无缝线路：L区间长度并焊连无缝道岔一、无缝线路基本知识一、无缝线路基本知识第8页（3 3）按）按CWRCWR铺设位置分：铺设位置分：路基无缝线路；路基无缝线路；桥上无缝线路；桥上无缝线路；岔区岔区无缝线路无缝线路一、无缝线路基本知识一、无缝线路基本知识第9页（4 4）按长钢轨接头联结型式分：）按长钢轨接头联结型式分：焊接接头焊接接头 胶结接头胶结接头 冻结接头冻结接头 一、无缝线路基本知识一、无缝线路基本知识第10页焊接接头：闪光焊、气压焊闪光焊、气压焊 铝热焊铝热焊一、无缝线路基本知识一、无缝线路基本知识第11页国国 外外4.无缝线路发展历史 铺设无缝线路能收到节约材料、劳力、能耗等综合技术经济效果，是铺设无缝线路能收到节约材料、劳力、能耗等综合技术经济效果，是当今轨道结构最正确选择，它以无可非议优越性得到各国铁路认可。几十当今轨道结构最正确选择，它以无可非议优越性得到各国铁路认可。几十年来，世界各国竞相发展。我国铁路无缝线路近年来在技术上有很大进步，年来，世界各国竞相发展。我国铁路无缝线路近年来在技术上有很大进步，在数量上有较快增加。在数量上有较快增加。中中 国国 19，欧洲在有轨电车轨道上开始使用焊接长钢轨，焊接轨条长度约为100200m。20世纪30年代，世界各国开始在铁路上进行铺设试验。到了50、60年代，因为焊接技术发展，无缝线路得到推广应用和快速发展。我国于1957年开始在京沪两地各铺设1 km无缝线路，第二年才进行大规模试铺。1961年底我国共铺设无缝线路约150km，6070年代对在线路特殊地段铺设无缝线路进行了理论和试验研究，并取得了成功，为在线路上连续铺设无缝线路创造了条件。至，我国铁路正线无缝线路长度已达5.2万公里，占正线总长比重到达58。一、无缝线路基本知识一、无缝线路基本知识第12页一、无缝线路基本知识一、无缝线路基本知识4第13页5一、无缝线路基本知识一、无缝线路基本知识第14页一、无缝线路基本知识一、无缝线路基本知识5第15页一、无缝线路基本知识一、无缝线路基本知识第16页一、无缝线路基本知识一、无缝线路基本知识第17页一、无缝线路基本知识一、无缝线路基本知识第18页一、无缝线路基本知识一、无缝线路基本知识第19页二、无缝线路基本原理二、无缝线路基本原理第20页（一（一）钢轨伸缩位移、温度力与轨温改变关系）钢轨伸缩位移、温度力与轨温改变关系一根长度为一根长度为l可自由伸缩钢轨可自由伸缩钢轨，当轨温改变，当轨温改变t 时，其伸缩量为时，其伸缩量为式中：式中：钢轨线膨胀系数，取钢轨线膨胀系数，取0.0118mm/m/=11.810-6/；l 钢轨长度，钢轨长度，mm；t 轨温改变幅度，轨温改变幅度，。二、无缝线路基本原理 无缝线路特点是轨条很长，当轨温改变时，钢轨要发生伸缩，但因为无缝线路特点是轨条很长，当轨温改变时，钢轨要发生伸缩，但因为有约束作用，不能自由伸缩，在钢轨内部要产生很大轴向温度力。为确保有约束作用，不能自由伸缩，在钢轨内部要产生很大轴向温度力。为确保无缝线路强度和稳定，需要了解长轨条内温度力及其改变规律。无缝线路强度和稳定，需要了解长轨条内温度力及其改变规律。(6-1)假如假如钢轨两端完全被固定钢轨两端完全被固定，不能随轨温改变而自由伸缩，则将在钢轨，不能随轨温改变而自由伸缩，则将在钢轨内部产生温度应力。依据虎克定律，温度应力内部产生温度应力。依据虎克定律，温度应力t 为：为：(6-2)第21页 式中：式中：E钢弹性模量，钢弹性模量，E2.1105MPa；t钢温度应变。钢温度应变。将将E、值代入式（值代入式（2-2），则温度应力），则温度应力t为：为：F钢轨断面积，钢轨断面积，mm2。一根钢轨所受温度力一根钢轨所受温度力Pt为：为：上述公式可知：上述公式可知：在两端固定钢轨中所产生在两端固定钢轨中所产生温度力仅与轨温改变幅度相关，而与钢轨本温度力仅与轨温改变幅度相关，而与钢轨本身长度无关身长度无关。所以理论上钢轨可焊接任意长，且对轨内温度力没有影。所以理论上钢轨可焊接任意长，且对轨内温度力没有影响。响。控制温度力大小关键是怎样控制轨温改变幅度控制温度力大小关键是怎样控制轨温改变幅度t。对于不一样类型钢轨，同一轨温改变幅度产生温度力大小不一样。对于不一样类型钢轨，同一轨温改变幅度产生温度力大小不一样。无缝线路无缝线路钢轨伸长量与轨温改变幅度钢轨伸长量与轨温改变幅度t、轨长、轨长l相关，与钢轨断面积相关，与钢轨断面积无关无关。(6-3)(6-4)二、无缝线路基本原理第22页二、无缝线路基本原理（一）（一）第23页 钢轨温度不一样于气温。影响轨温原因比较复杂，它与气钢轨温度不一样于气温。影响轨温原因比较复杂，它与气候改变、风力大小、日照强度、线路走向和所取部位等都有亲候改变、风力大小、日照强度、线路走向和所取部位等都有亲密关系。密关系。依据多年观察，最高轨温依据多年观察，最高轨温Tmax要比当地最高气温高要比当地最高气温高1825，最低轨温，最低轨温Tmin比当地最低气温低比当地最低气温低23。计算时通常计算时通常取最高轨温等于当地最高气温加取最高轨温等于当地最高气温加20，最低轨温等于最低气温，最低轨温等于最低气温。二、无缝线路基本原理 轨轨 温温第24页二、无缝线路基本原理 轨轨 温温第25页 锁定轨温锁定轨温 所谓所谓“锁定锁定”，就是用中间扣件，就是用中间扣件(包含防爬设备包含防爬设备)把无缝线路钢轨紧紧把无缝线路钢轨紧紧围绕在轨枕上，用接头扣件把轨端充分夹紧，使之不能自由伸缩。围绕在轨枕上，用接头扣件把轨端充分夹紧，使之不能自由伸缩。无缝线路锁定时轨温叫锁定轨温无缝线路锁定时轨温叫锁定轨温。我们通常把无缝线路全部扣件螺栓。我们通常把无缝线路全部扣件螺栓包含接头螺栓拧紧时轨温作为锁定轨温。假如此间轨温有波动，则在包含接头螺栓拧紧时轨温作为锁定轨温。假如此间轨温有波动，则在“长长轨始端落槽时应测定一次轨温，到长轨末端合拢，拧紧全部扣件螺栓，再轨始端落槽时应测定一次轨温，到长轨末端合拢，拧紧全部扣件螺栓，再测一次轨温，以两次平均值，作为该段无缝线路锁定轨温测一次轨温，以两次平均值，作为该段无缝线路锁定轨温”。二、无缝线路基本原理第26页二、无缝线路基本原理第27页 设计确定锁定轨温称为设计确定锁定轨温称为设计锁定轨温设计锁定轨温；铺设无缝线路中，将长轨条一直；铺设无缝线路中，将长轨条一直端落槽就位时平均轨温称为端落槽就位时平均轨温称为施工锁定轨温施工锁定轨温；无缝线路运行过程中处于温度力；无缝线路运行过程中处于温度力为零状态轨温称为为零状态轨温称为实际锁定轨温实际锁定轨温。施工锁定轨温应在设计锁定轨温允许改变。施工锁定轨温应在设计锁定轨温允许改变范围之内，常说锁定轨温发生改变是指实际锁定轨温发生改变。范围之内，常说锁定轨温发生改变是指实际锁定轨温发生改变。一旦设计和施工完成记入技术档案，作为日后线路养护维修依据，设计一旦设计和施工完成记入技术档案，作为日后线路养护维修依据，设计和施工锁定轨温不允许随意改变。锁定轨温是决定钢轨温度力水平基准，所和施工锁定轨温不允许随意改变。锁定轨温是决定钢轨温度力水平基准，所以以依据强度、稳定条件确定锁定轨温是无缝线路设计主要内容。依据强度、稳定条件确定锁定轨温是无缝线路设计主要内容。二、无缝线路基本原理u锁定轨温类型锁定轨温类型锁定轨温类型锁定轨温类型第28页 锁锁定定轨轨温温是是“零零应应力力轨轨温温”。显显然然，在在中中间间扣扣件件和和接接头头扣扣件件拧拧紧紧之之前前，钢钢轨轨处处于于自自由由伸伸缩缩状状态态，伴伴随随轨轨温温改改变变，该该伸伸已已经经伸伸足足了了，该该缩缩已已经经缩缩足足了了。因因而而在在将将扣扣件件拧拧紧紧那那个个短短暂暂时时间间，无无缝缝线线路路钢钢轨轨断断面面受受到到温温度度力力等等于于0。此此时时，无无缝缝线线路路具具备备最最安安全全轨轨温温条条件件。锁锁定定之之后后，只只要要轨轨温温等等于于锁定轨温，无缝线路钢轨断面上承受温度力都等于锁定轨温，无缝线路钢轨断面上承受温度力都等于0。锁锁定定轨轨温温是是轨轨温温改改变变度度数数依依据据。计计算算温温度度力力和和钢钢轨轨限限制制伸伸缩缩量量时时，应应把把锁锁定定轨轨温温作作为为基基数数去去求求取取轨轨温温改改变变度度数数。所所谓谓“轨轨温温改改变变度度数数”，就就是是实实际际轨轨温温与与锁锁定定轨轨温温差差数数。如如某某无无缝缝线线路路锁锁定定轨轨温温是是27，某某时时实实测测轨轨温温是是57，则则轨轨温温改改变变度度数数就就是是57-27=+30；某某时时实实测测轨轨温温是是-8，则则轨轨温改变度数就是温改变度数就是-8-27=-35。“+”、“-”分别表示轨温上升和下降。分别表示轨温上升和下降。u锁定轨温性质锁定轨温性质锁定轨温性质锁定轨温性质二、无缝线路基本原理第29页 锁锁定定轨轨温温和和钢钢轨轨长长度度是是相相关关统统一一。设设计计无无缝缝线线路路时时，锁锁定定轨轨温温定定下下来来了了，钢钢轨轨长长度度也也就就随随之之定定下下来来了了。无无缝缝线线路路铺铺好好锁锁定定之之后后，要要想想保保持持锁锁定定轨轨温温不不变变，就就必必须须保保持持钢钢轨轨长长度度不不变变。假假如如钢钢轨轨伸伸长长了了，就就意意味味着着锁锁定定轨轨温温升升高高了了；钢钢轨轨缩缩短短了了，则则意意味味着着锁锁定定轨轨温温降降低低了了。一一旦旦锁锁定定轨轨温温偏偏离离了设计范围，就会给无缝线路受力情况带来不良影响。了设计范围，就会给无缝线路受力情况带来不良影响。锁锁定定轨轨温温高高低低，直直接接决决定定无无缝缝线线路路承承受受温温度度力力大大小小，因因而而直直接接决决定定无无缝线路稳定性。一个地域只有一个最高轨温和一个最低轨温。缝线路稳定性。一个地域只有一个最高轨温和一个最低轨温。假假如如锁锁定定轨轨温温定定得得过过高高，夏夏天天无无缝缝线线路路承承受受温温度度压压力力倒倒是是不不大大，不不过过到了冬天最低轨温时，无缝线路将承受较大温度拉力而影响其稳定性。到了冬天最低轨温时，无缝线路将承受较大温度拉力而影响其稳定性。假假如如锁锁定定轨轨温温定定得得过过低低，冬冬天天最最低低轨轨温温时时无无缝缝线线路路承承受受温温度度拉拉力力倒倒是是不不大大，不不过过到到了了夏夏天天最最高高轨轨温温时时，无无缝缝线线路路将将承承受受较较大大温温度度压压力力，一一样样影影响其稳定性。响其稳定性。锁定轨温确定二、无缝线路基本原理第30页锁定轨温与温度力关系示意图锁定轨温与温度力关系示意图二、无缝线路基本原理第31页算例算例 解：解：最大温升幅度maxT1=63.020.0=43.0 最大温降幅度maxT2=30.0(17.9)=47.9 对于60kg/m钢轨：最大温度压力：maxPt1=2.48max T1F=2.4843.07745825.9kN 最大温度拉力：maxPt2=2.48maxT2F=2.4847.97745920.0kN 郑州地域郑州地域Tmax=63，Tmin=17.9，锁定轨温设计值，锁定轨温设计值Ts=25，锁定，锁定轨温改变范围取轨温改变范围取25 5，即，即2030，计算，计算60kg/m钢轨最大温度压力钢轨最大温度压力和拉力。和拉力。二、无缝线路基本原理第32页（二）线路纵向阻力（二）线路纵向阻力二、无缝线路基本原理线路阻力线路阻力纵向阻力纵向阻力横向阻力横向阻力竖向阻力竖向阻力接头阻力接头阻力扣件阻力扣件阻力道床纵向阻力道床纵向阻力道床横向阻力道床横向阻力轨道框架水平刚度轨道框架水平刚度道床竖向阻力道床竖向阻力轨道框架垂直刚度轨道框架垂直刚度第33页 轨温改变时，影响钢轨两端自由伸缩原因是来自线路纵向阻力抵抗，轨温改变时，影响钢轨两端自由伸缩原因是来自线路纵向阻力抵抗，它包含它包含接头阻力接头阻力、扣件阻力扣件阻力及及道床纵向阻力道床纵向阻力。（二）线路纵向阻力（二）线路纵向阻力 钢轨两端接头处由钢轨夹板经过螺栓拧紧，产生阻止钢轨纵向位移阻力，称为接头阻力，它由钢轨夹板间摩阻力和螺栓抗剪力提供。为安全起见，我国接头阻力PH仅考虑钢轨与夹板间摩阻力s，摩阻力s大小主要取决于螺栓拧紧后张拉力P和钢轨与夹板间摩擦系数f。式中，n接头一端螺栓数，六孔夹板n=3；s钢轨与夹板间对应1枚螺栓（4个接 触面）摩阻力。1 1、接头阻力、接头阻力 二、无缝线路基本原理(6-5)第34页3535夹板受力图式中P 一枚螺栓拧紧后拉力（kN）；一夹板接触面倾角，tani；i 一轨底顶面接触面斜率，50、75kg/m钢轨：i14；43、60kg/m钢轨：i13。由图可知：TP/2，则有：二、无缝线路基本原理(6-6)第35页3636一枚螺栓对应有四个接触面，其上所产生摩阻力之和为s，则有当钢轨发生位移时，夹板与钢轨接触面之间将产生摩阻力F，阻止钢轨位移。二、无缝线路基本原理(6-7)(6-8)第36页摩阻力大小主要取决于螺栓拧紧后张拉力和钢轨与夹板之间摩擦系数。摩阻力大小主要取决于螺栓拧紧后张拉力和钢轨与夹板之间摩擦系数。依据对夹板受力状态分析表明，一根螺栓拉力靠近它所产生接头阻依据对夹板受力状态分析表明，一根螺栓拉力靠近它所产生接头阻力，则接头阻力表示式可写为力，则接头阻力表示式可写为PHnP。接头阻力与螺栓材质、直径、。接头阻力与螺栓材质、直径、拧紧程度和夹板孔数相关。在其它条件均相同情况下，拧紧程度和夹板孔数相关。在其它条件均相同情况下，螺栓拧紧程螺栓拧紧程度就是保持接头阻力关键度就是保持接头阻力关键。列车经过钢轨接头时产生振动会使扭力矩下降，接头阻力值降低。所列车经过钢轨接头时产生振动会使扭力矩下降，接头阻力值降低。所以以定时检验扭力矩，重新拧紧螺帽定时检验扭力矩，重新拧紧螺帽，确保接头阻力值在长久运行过程，确保接头阻力值在长久运行过程中保持不变是一项十分主要办法。中保持不变是一项十分主要办法。轨道设计规范轨道设计规范要求，无缝线路要求，无缝线路接头螺栓扭矩不应低于接头螺栓扭矩不应低于900Nm，接头阻力采取，接头阻力采取490kN。并要求，正线。并要求，正线轨道钢轨接头螺栓应采取轨道钢轨接头螺栓应采取10.9级及以上高强接头螺栓；站线轨道应采级及以上高强接头螺栓；站线轨道应采取取8.8级及以上高强接头螺栓。级及以上高强接头螺栓。二、无缝线路基本原理接头阻力影响原因分析接头阻力影响原因分析第37页接头阻力特点：接头阻力特点：（1）其本质）其本质是摩擦力，只有存在相对运动或相对运动趋势是摩擦力，只有存在相对运动或相对运动趋势 时，才产生；时，才产生；（2）钢轨首先要克服接头阻力，然后才能伸长或缩短；）钢轨首先要克服接头阻力，然后才能伸长或缩短；（3）钢轨从伸长转入缩短或从缩短转入伸长状态要克服）钢轨从伸长转入缩短或从缩短转入伸长状态要克服 两倍接头阻力。两倍接头阻力。二、无缝线路基本原理1 1、接头阻力、接头阻力 第38页 列车经过钢轨接头时产生振动，会使扭力矩下降，接头阻力列车经过钢轨接头时产生振动，会使扭力矩下降，接头阻力值降低。据国内外资料，可降低到静力测定值值降低。据国内外资料，可降低到静力测定值4050。所以，。所以，定时检验扭力矩，重新拧紧螺帽，确保接头阻力值在长久运行过定时检验扭力矩，重新拧紧螺帽，确保接头阻力值在长久运行过程中保持不变，是一项十分主要办法。修理规则要求无缝线路钢程中保持不变，是一项十分主要办法。修理规则要求无缝线路钢轨接头必须采取轨接头必须采取10.9级螺栓，级螺栓，扭矩应保持在扭矩应保持在700900Nm。表表81所表示为计算时采取接头阻力值。所表示为计算时采取接头阻力值。1 1、接头阻力、接头阻力 二、无缝线路基本原理第39页 中间扣件和防爬设备抵抗钢轨沿轨枕面纵向位移阻力，称扣件阻力。为了预防钢轨爬行，要求扣件阻力必须大于道床纵向阻力。扣件阻力是由钢轨与轨枕垫板面之间摩阻力和扣压件与轨底扣着面之间摩阻力所组成。摩阻力大小取决于扣件扣压力和摩擦系数大小。P扣件一侧扣压件对钢轨扣压力；1钢轨与垫板之间摩擦系数；2钢轨与扣压件之间摩擦系数。2 2、扣件阻力、扣件阻力 二、无缝线路基本原理一组扣件阻力F为：(6-7)第40页 扣压力P与螺栓所受拉力P拉大小相关。以扣板式扣件为例，按右图可得P算式以下：(6-8)二、无缝线路基本原理第41页依据铁科院试验，假如混凝土轨枕上采取橡胶垫板，不论是扣板式还是弹条式扣件，其摩擦系数为1+2=0.8。实测资料指出，在一定扭矩下，扣件阻力随钢轨位移增加而增大。当钢轨位移到达某一定值之后，钢轨产生滑移，阻力不再增加。垫板压缩和扣件局部磨损将造成扣件阻力下降。列车经过时振动，会使螺帽松动，扭矩下降，造成扣件阻力下降。二、无缝线路基本原理 为此，铁路线路维修规则要求：扣板扣件扭矩应保持在80120Nm；弹条扣件为100150Nm。第42页二、无缝线路基本原理第43页3 3、道床纵向阻力、道床纵向阻力 钢轨移动钢轨移动方向方向道床道床纵向阻纵向阻力力 道床纵向阻力与道床密实度、道砟粒径、材质、道床断面、捣固质量及脏污程度相关。道床在清筛松动后纵向阻力显著下降，伴随运行时间推移，可逐步恢复正常值。只要钢轨与轨枕间扣件阻力大于道床纵向阻力，则无缝线路长钢轨温度应力和温度应变纵向分布规律将完全由接头阻力和道床纵向阻力确定。二、无缝线路基本原理 道床纵向阻力是指道床抵抗轨道框架（钢轨和轨枕组装而成，也称轨排）纵向位移阻力。普通以每根轨枕阻力R，或每延厘米分布阻力r表示。它是抵抗钢轨伸缩、预防线路爬行主要参数。第44页道床纵向阻力与位移关系曲线道床纵向阻力与位移关系曲线 表表6.4 6.4 道床纵向阻力道床纵向阻力二、无缝线路基本原理道床纵向阻力是由轨枕与道床之间摩阻力和轨枕盒内道道床纵向阻力是由轨枕与道床之间摩阻力和轨枕盒内道砟抗推力组成。砟抗推力组成。右图是实测得到单根轨枕在正常轨道状态下，道床纵向右图是实测得到单根轨枕在正常轨道状态下，道床纵向阻力与位移关系曲线。能够看出，处于正常状态下轨道，阻力与位移关系曲线。能够看出，处于正常状态下轨道，单根轨枕道床纵向阻力伴随位移增大而增加，当位移到单根轨枕道床纵向阻力伴随位移增大而增加，当位移到达一定量值后，轨枕盒内道砟颗粒之间啮合被破坏，即达一定量值后，轨枕盒内道砟颗粒之间啮合被破坏，即使位移继续增加，阻力也不再增大。使位移继续增加，阻力也不再增大。混凝土轨枕位移小于混凝土轨枕位移小于2mm2mm，木枕小于，木枕小于1mm1mm，道床纵向阻力，道床纵向阻力呈线性增加。无缝线路设计中，采取轨枕位移为呈线性增加。无缝线路设计中，采取轨枕位移为2mm2mm时对时对应道床纵向阻力值，见下表。应道床纵向阻力值，见下表。轨道特征单枕道床纵向阻力/kN一股钢轨下单位道床纵向阻力（N/cm）1840根/km1760根/km1667根/km混凝土轨枕线路型10.09187型12.5115109型18.3160152木枕线路7.06461第45页温度力沿长钢轨纵向分布，惯用温度力图来表示，故温度力图实质是钢轨内力图。温度力图横坐标表示钢轨长度，纵坐标表示钢轨温度力（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基本条件。一根焊接长钢轨沿其纵向温度力分布并不是均匀。它不但与阻力和轨温改变幅度等原因相关，而且还与轨温改变过程相关。（三）（三）温度力图温度力图二、无缝线路基本原理第46页 为简化计算，通常假定接头阻力PH为常量。无缝线路长轨条锁定后，当轨温发生改变，因为有接头约束，长轨条不产生伸缩，只在钢轨全长范围内产生温度力Pt，这时有多大温度力作用于接头上，接头就提供相等阻力与之平衡。当温度力Pt大于接头阻力PH时，钢轨才能伸缩。所以在克服接头阻力阶段，温度力大小等于接头阻力，即1 1、约束条件、约束条件（1）接头阻力约束接头阻力约束二、无缝线路基本原理式中，tH接头阻力能阻止钢轨伸缩轨温改变幅度。(6-14)第47页接头阻力被克服后，当轨温继续改变时，道床纵向阻力开始阻止钢轨伸缩。但道床纵向阻力产生是表达在道床对轨枕位移阻力，伴随轨枕位移根数增加，对应阻力也增加。为计算方便，常将单根轨枕阻力换算为钢轨单位长度上阻力r，并取为常量。由上述特征可见，道床纵向阻力是以阻力梯度r形式分布。故在克服道床纵向阻力阶段，钢轨有少许伸缩，钢轨内部分温度力放散，因而各截面温度力并不相等，以斜率r分布。（2）道床纵向阻力约束）道床纵向阻力约束二、无缝线路基本原理1 1、约束条件、约束条件 第48页AAlPt2 2、轨温正向改变时温度力图、轨温正向改变时温度力图基本温度力图基本温度力图 无缝线路锁定后，轨温单向改变时，温度力沿钢轨纵向分布规律，称为无缝线路锁定后，轨温单向改变时，温度力沿钢轨纵向分布规律，称为基本温度力图。基本温度力图。二、无缝线路基本原理（1）当轨温）当轨温 t 等于锁定轨温等于锁定轨温 t0 时，钢轨内部无温度力，即时，钢轨内部无温度力，即Pt=0，以下列，以下列图中图中AA线。线。第49页AAlPt（2）当）当t=t0-t tH 时，轨端无位移，温度拉力在整个长轨条内均匀时，轨端无位移，温度拉力在整个长轨条内均匀 分分布，布，Pt =2.48Ft。Pt =2.48Ft二、无缝线路基本原理第50页AAlPt（3）当）当t=tH 时，轨端无位移，温度拉力在整个长轨条内均匀分布，时，轨端无位移，温度拉力在整个长轨条内均匀分布，Pt =PH，图中，图中BB线。线。BBPH二、无缝线路基本原理第51页AAlPt（4）当）当t tH 时，时，道床纵向阻力开始发挥作用，轨端开始产生收缩位移，道床纵向阻力开始发挥作用，轨端开始产生收缩位移，在钢轨发生纵向位移长度范围内放散部分温度力，图中在钢轨发生纵向位移长度范围内放散部分温度力，图中CC 范围内任意截范围内任意截面温度力为：面温度力为：BBPHr xxCC式中：式中：x 为轨端至发生纵向位移钢轨任一断面之间距为轨端至发生纵向位移钢轨任一断面之间距离离(mm)。Pt =2.48Ft二、无缝线路基本原理第52页AAlPt（5）当当 t 降到最低轨温降到最低轨温Tmin时，钢轨内产生最大温度拉力时，钢轨内产生最大温度拉力Pt 拉拉max，如图中，如图中 DD 线。这时发生纵向位移钢轨长度到达最大值线。这时发生纵向位移钢轨长度到达最大值 ls，ls 称为伸缩区长度。称为伸缩区长度。BBls CCDDmax Pt 拉拉伸缩区伸缩区伸缩区伸缩区固定区固定区二、无缝线路基本原理第53页AAlPtBBls DDmax Pt 拉拉伸缩区伸缩区伸缩区伸缩区固定区固定区 此时此时max Pt 拉拉 和和 ls 可按下式计算：可按下式计算：max Pt 拉拉=2.48Ft 拉拉max=2.48F(t0-Tmin)(N)(mm)二、无缝线路基本原理(6-15)(6-16)第54页 上面分析了轨温从上面分析了轨温从t0下降到下降到Tmin时，温度力纵向改变情况。时，温度力纵向改变情况。同理，当轨温从锁定轨温改变到最高轨温时，长轨内温度力分同理，当轨温从锁定轨温改变到最高轨温时，长轨内温度力分布与降温时相仿，不一样是轨温升高时，钢轨内将产生温度压布与降温时相仿，不一样是轨温升高时，钢轨内将产生温度压力，其最大值为：力，其最大值为：max Pt 压压=2.48Ft 压压max=2.48F(Tmax-t0)(N)伸缩区长度伸缩区长度 ls 按下式计算。伸缩区长度普通取按下式计算。伸缩区长度普通取50100m，宜取为标准轨长度整倍数。，宜取为标准轨长度整倍数。二、无缝线路基本原理(mm)第55页3 3、轨温反向改变时温度力图、轨温反向改变时温度力图 当轨温伴随气温循环往复改变时，温度力改变会与前述当轨温伴随气温循环往复改变时，温度力改变会与前述单向改变有所不一样，依据锁定轨温单向改变有所不一样，依据锁定轨温 t0 不一样，其可能大于、不一样，其可能大于、等于或小于当地中间轨温等于或小于当地中间轨温 t 中中，因而温度力分布图也对应有，因而温度力分布图也对应有三种不一样形式。三种不一样形式。二、无缝线路基本原理（6-17）第56页3 3、轨温反向改变时温度力图、轨温反向改变时温度力图 （1）当t TmintH时，轨温回升，钢轨有伸长趋势，首先依然碰到接头阻力抵抗，钢轨全长范围内温度拉力减小，温度力图平行下移PH值，接头处温度拉力变为零。温度力分布如图中AEE。二、无缝线路基本原理 先以常见t0t中情况进行分析。轨温由t0下降到Tmin时，温度力图为ABCDD（因为温度力图左右对称，图中仅画出了左侧部分）。当轨温开始回升时，温度力改变情况以下：第57页 （2）当tH t Tmin2tH时，这时接头阻力反向起作用，温度力图继续平行下移PH值，此时接头处承受温度压力，固定区仍为温度拉力，如图中FGG所表示。二、无缝线路基本原理 （3）当t Tmin2tH时，正、反向接头阻力已被完全克服完，钢轨要开始伸长，这时道床纵向阻力起作用，部分长度上温度力梯度反向，在伸缩区温度压力以斜率r而增加，如图中FT所表示。3 3、轨温反向改变时温度力图、轨温反向改变时温度力图 第58页 （4）当tTmax时，固定区温度压力到达maxPt后，因为t拉maxt压max，固定区温度力平行下移到HH，则HN与FT交点，出现了温度压力峰P峰，其值大于固定区温度压力。温度压力峰等于固定区最大温度拉力与最大温度压力平均值，即：二、无缝线路基本原理（6-19）（6-18）3 3、轨温反向改变时温度力图、轨温反向改变时温度力图 第59页t0与t中差异会形成温度力峰值P峰=0.5(maxPt拉+minPt压)。当t0t中时，在伸缩区出现温度压力峰值；当t0 t中时，在伸缩区出现温度拉力峰值；当t0=t中时，在伸缩区不会出现温度压力峰值，在轨温上升过程中，在伸缩区会出现温度力峰值，但小于P峰。温度压力峰值是引发无缝线路失稳主要隐患，尤其是在春夏之交，发生概率最大，所以在线路养护维修作业时，应尤其注意伸缩区无缝线路稳定性。二、无缝线路基本原理3 3、轨温反向改变时温度力图、轨温反向改变时温度力图 第60页4 4、轨端伸缩量计算、轨端伸缩量计算 从温度力图知，无缝线路长轨条中部承受大小相等温度力，钢轨不能伸从温度力图知，无缝线路长轨条中部承受大小相等温度力，钢轨不能伸缩，称为固定区。在两端，温度力是改变，在克服道床纵向阻力阶段，钢轨缩，称为固定区。在两端，温度力是改变，在克服道床纵向阻力阶段，钢轨有少许伸缩，称为伸缩区。伸缩区两端调整轨，称为缓冲区。在设计中要对有少许伸缩，称为伸缩区。伸缩区两端调整轨，称为缓冲区。在设计中要对缓冲区轨缝进行计算，所以需对长轨及标准轨端伸缩量进行计算。缓冲区轨缝进行计算，所以需对长轨及标准轨端伸缩量进行计算。由前述温度力图可见，其中阴影线部分由前述温度力图可见，其中阴影线部分为克服道床纵向阻力阶段释放温度力，从而为克服道床纵向阻力阶段释放温度力，从而实现钢轨伸缩。由材料力学可知，轨端伸缩实现钢轨伸缩。由材料力学可知，轨端伸缩量与阴影线部分面积关系为：量与阴影线部分面积关系为：（1）长轨一端伸缩量）长轨一端伸缩量（6-20）二、无缝线路基本原理lsPtAC ClB B第61页 标准轨轨端伸缩量计算方法与长轨基本相同。因为标准轨长度短，伴随标准轨轨端伸缩量计算方法与长轨基本相同。因为标准轨长度短，伴随轨温改变，在克服完接头阻力后，在克服道床纵向阻力时，因为轨枕根数有轨温改变，在克服完接头阻力后，在克服道床纵向阻力时，因为轨枕根数有限，很快被全部克服完。限，很快被全部克服完。在标准轨内最大温度力只有在标准轨内最大温度力只有PH+rl/2（l为标准轨长度）。标准轨一端温为标准轨长度）。标准轨一端温度力释放面积为阴影线部分度力释放面积为阴影线部分BCGH。同理，可得到轨端伸缩量计算公式为：。同理，可得到轨端伸缩量计算公式为：（2）标准轨一端伸缩量）标准轨一端伸缩量式中，式中，maxPt从锁定轨温到最低或最高轨温从锁定轨温到最低或最高轨温 时所产生温度力。时所产生温度力。（6-21）二、无缝线路基本原理ABHKCGlPt第62页算算例例：某某地地域域铺铺设设无无缝缝线线路路，已已知知该该地地域域年年最最高高轨轨温温为为65.2，最最低低轨轨温温为为-20.6，道道床床阻阻力力梯梯度度为为9.1N/mm，接接头头阻阻力力为为490KN，60kg/m钢钢轨轨断断面面面面积积为为7745mm2，当当锁锁定轨温为当地中间轨温加定轨温为当地中间轨温加5时，试计算：时，试计算：（1）克服接头阻力所需升降轨温；）克服接头阻力所需升降轨温；（2）固定区最大拉、压温度力；）固定区最大拉、压温度力；（3）伸缩区长度；）伸缩区长度；（4）绘绘制制轨轨温温从从锁锁定定轨轨温温单单向向改改变变到到最最高高、最最低低温温度度时时温度力图，并标注相关数据。温度力图，并标注相关数据。二、无缝线路基本原理第63页 Pt拉拉max=2.48Ft拉拉max=2.48F(t0Tmin)=2.487745 (27.3+20.6)=94 N=920.044 kN 二、无缝线路基本原理解：解：（1）（2）Pt压压max=2.48Ft压压max=2.48F(Tmax t0)=2.487745 (65.227.3)=727968 N=727.968 kN 第64页（3）=47257.58mm 即：ls1=47.258m=26150.33mm 即：ls2=26.150m即 ls=50m。二、无缝线路基本原理第65页二、无缝线路基本原理第66页三、无缝线路稳定性三、无缝线路稳定性第67页 无缝线路作为一个新型轨道结构，其最大特点是在夏季高温季节在钢轨内部存在巨大温度压力，轻易引发轨道横向变形。（一）稳定性概念（一）稳定性概念道床道床横向阻力横向阻力三、无缝线路稳定性 在列车动力或人工作业等干扰下，轨道弯曲变形有时会突然增大，这一现象称为胀轨跑道（也称臌曲），在理论上称为丧失稳定。这对列车运行安全是个极大威胁。第68页第69页稳定性分析目标稳定性分析目标：研究温度压力、轨道原始不平顺、道床横向阻力以及研究温度压力、轨道原始不平顺、道床横向阻力以及轨道框架刚度之间关系，了解胀轨跑道发生机理，分析其力学条件和主轨道框架刚度之间关系，了解胀轨跑道发生机理，分析其力学条件和主要影响原因作用，计算出确保线路稳定允许温度压力。要影响原因作用，计算出确保线路稳定允许温度压力。胀轨跑道发展过程：胀轨跑道发展过程：基本可分为三个阶段。基本可分为三个阶段。持稳阶段（持稳阶段（AB）胀轨阶段（胀轨阶段（BK）跑道阶段（跑道阶段（KC）三、无缝线路稳定性第70页 图中纵坐标为钢轨温度压力图中纵坐标为钢轨温度压力Pt，横坐标为轨道弯曲变形矢度，横坐标为轨道弯曲变形矢度f0+f，f0为为轨道原始弯曲矢度。涨轨跑道总是从轨道微弱地段（即含有原始弯曲不平轨道原始弯曲矢度。涨轨跑道总是从轨道微弱地段（即含有原始弯曲不平顺）开始，依横向位移随钢轨温升改变特征，曲线改变可分为三个阶段顺）开始，依横向位移随钢轨温升改变特征，曲线改变可分为三个阶段:第一阶段第一阶段:持稳阶段（持稳阶段（AB），轨温上升，），轨温上升，温度压力增大，但轨道不变形。温度压力增大，但轨道不变形。第二阶段第二阶段:涨轨阶段（涨轨阶段（BK），伴随轨温增），伴随轨温增加，温度压力也伴随增加，此时轨道开始加，温度压力也伴随增加，此时轨道开始出现微小变形，今后，温度压力增加与横出现微小变形，今后，温度压力增加与横向变形之间呈非线性关系。向变形之间呈非线性关系。第三阶段第三阶段:跑道阶段（跑道阶段（KC），当），当Pt到达临界值到达临界值Pk时，这时轨温稍有升高或稍时，这时轨温稍有升高或稍有外部干扰时，轨道将会突然发生鼓曲，道砟抛出，轨枕断裂，钢轨发生有外部干扰时，轨道将会突然发生鼓曲，道砟抛出，轨枕断裂，钢轨发生较大变形，轨道受到严重破坏，至此稳定性完全丧失。较大变形，轨道受到严重破坏，至此稳定性完全丧失。三、无缝线路稳定性第71页 经过大量调查发觉，很屡次胀轨跑道事故并非温度压力过大所致，而是因为对无缝线路起稳定作用原因认识不足，在养护维修中破坏了这些原因而发生。所以，需要研究丧失稳定和保持稳定两方面原因，发展有利原因限制不利原因，提升无缝线路稳定性，充分发挥其优越性。（二）影响无缝线路稳定性原因（二）影响无缝线路稳定性原因1.1.保持稳定原因保持稳
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