路基上普通无缝线路设计一、设计目的和意义中和轨温确定是无缝线路设计的关键问题，涉及《铁路轨道》这门课的主要理论。

本设计目的是通过实际设计，对无缝线路设计的主要原理、方法及步骤有更清楚的了解，更深入地掌握《铁路轨道》的基本理论与其实际应用（尤其是强度计算和温度力计算理论）。

在普通线路上，钢轨接头是轨道的薄弱环节之一，由于钢轨接头的存在，列车通过时发生震动和冲击，并伴随有击打噪声，所产生的冲击荷载最大可达非接头区3倍以上。

接头冲击力影响行车的平稳和旅客的舒适，并促使道床破坏、线路状态恶化、钢轨及联接零件的使用寿命缩短、养护维修费用增加。

线路接头区养护维修占总经费的1/3以上；钢轨因轨端损坏而抽换的数量较其他地方大2~3倍；重伤钢轨60%发生在接头区。

无缝线路由于消灭了大量的钢轨接头，因而具有行车平稳、旅客乘坐舒适、机车车辆和轨道的维修费用少、使用寿命长等一系列优点。

大量的研究资料表明，从节约劳动力和延长设备寿命方面计算，无缝线路比普通有缝线路可节约养护维修费用35%~75%。

二、 设计理论依据普通无缝线路设计，主要指区间内的无缝线路设计，其主要内容为确定设计锁定轨温和无缝线路结构设计两部分。

2.1确定设计锁定轨温由于长轨条在锁定施工过程中轨温是不断变化的，因而锁定轨温应该是一个范围，通常为设计锁定轨温±5摄氏度，困难条件下取±3摄氏度。

锁定轨温（sf T ）设计计算原则为“夏天不涨轨，冬天不断轨”，所以sf T 应根据当地的轨温条件和轨道允许的升温幅度和降温幅度来确定。

如下图所示：中和轨温：[][]max min 22s c e k t t t t t t ∆-∆+=+±∆1）根据强度条件确定允许的降温幅度无缝线路应该具有足够的强度，以保证在动弯盈利、温度应力及其他附加应力共同作用下不被破坏，能够正常工作。

因此，要求钢轨承受的各种应力总和不超过规定的容许值[σ]，即[]σσσσ≤++c t d式中 d σ——钢轨最大动弯力，（MPa ）；t σ——钢轨温度应力，（MPa ）； c σ——钢轨承受的附加应力，（MPa ）如桥上的伸缩应力和挠曲应力、无缝道岔基本轨附加应力、列车制动等引起的附加应力等；本设计只考虑路基上由制动引起的附加应力，可取MPa c 10=σ；[]σ——钢轨允许应力，它等于刚轨的屈服强度sσ除以安全系数K ，[]Ks σσ=。

因此允许的降温幅度[]s t ∆可由下式计算：[][]ασσσE t cgd s --=∆（1）式中：gd σ——钢轨底部下缘动弯应力（MPa ）。

2）根据稳定条件确定允许的升温幅度根据稳定条件球的允许温度压力[]P 后，按下式计算允许温升幅度[]c t ∆：[][]FE P P t fc α22-=∆式中：f P —— 附加压力，本设计可取为零（N ）。

[]P ——轨道允许的最大温度压力；根据无缝线路稳定性理论计算，采用“统一公式”。

3）根据钢轨稳定条件确定允许的降温幅度无缝线路钢轨折断后，轨缝不能超过一定限值，否则将引起轮轨间过大的作用力，严重时还会危及行车安全。

所以根据固定区内钢轨折断后的断缝值可确定允许降温幅度。

[][]EFrt s λα1=∆ （2）式中：[]λ为允许断缝值； r 为线路纵向阻力。

允许降温幅度[]s t ∆应取式（1）和式（2）中计算出的较小值。

2.2无缝线路结构计算 1）伸缩区长度rP P l Ht s -=max 2）预留轨缝按冬季轨缝不超过构造轨缝g a 的条件，可算得预留轨缝上限上a 为：)(短长上λλ+-=g a a按夏季轨缝不顶严的条件，可计算其下限为：短长下''λλ+=a式中 长λ、短λ从锁定轨温至当地最低轨温时，长轨、短轨一端的伸缩量：长'λ、短'λ从锁定轨温至当地最高轨温时，长轨、短轨一端的伸缩量。

无缝线路缓冲区预留轨缝0a 为：20下上a a a +=2.3防爬设备的设置线路爬行是造成轨道病害的主要原因之一。

在无缝线路伸缩区和缓冲区上，因钢轨可能有伸缩，必须布置足够的防爬设备，保证无相对于轨枕的纵向移动。

为此，要求钢轨与轨枕间的扣件阻力大于轨枕与道床间的纵向阻力，即：nR P P ≥+扣防式中：防P ——一对防爬器提供的阻力，N ；扣P ——一根轨枕上扣件的阻力，N ； R ——一根轨枕提供的道床纵向阻力，N ； n ——配置一对防爬器的轨枕数。

缓冲区的防爬设备与伸缩区相同。

缓冲区为木枕时，一般应增加防爬器，而为混凝土轨枕时，则不需要。

2.4轨道长度无缝线路长轨条长度从理论上讲。

可以无限长，这是发展跨区间无缝线路和全区间无缝线路的理论基础。

但轨节长度常因考虑线路平纵面条件、道岔、道口、桥梁、隧道所在位置，按闭塞区间长度设计，长度为1000~2000m ，最短不小于200m 。

3.1参数选取如下：3.2.1取正线轨道类型表2-1 轨道类型3.2.2钢轨断面尺寸特征表2-2 钢轨断面尺寸3.2.3钢轨头部磨耗轻伤标准（V=150km/h）表2-3 钢轨头部磨耗轻伤标准3.2.4 混凝土枕尺寸表2-4 混凝土枕尺寸3.2.5轨枕扣件技术性能表2-5 轨枕扣件性能参数3.2.6附加速度系数表2-6 附加速度系数3.2.7横向水平力系数f表2-7 横向水平力系数3.2.8 最高最、低及中间轨温表2-8 温度参数3.2.9 等效道床阻力Q（线路容许弯曲矢度f=0.2cm）表2-9 等效道床阻力3.2.10 混凝土枕线路的初始弯曲表2-10 混凝土枕线路初始弯曲3.2.11机车参数表2-11-1 机车类型表2-11-2 机车参数3.2.12道床状态参数指标表2-12 道床状态参数3.2.13东风4轮轴重示意图四、 设计计算书4.1轨道强度检算 4.1.1 计算d M 、y d 、d R ：东风()44DF 内燃机机车运行速度150/v km h = 检算钢轨应力：()0.4/1000.4150/1000.6v α==⨯=检算钢轨下沉及轨下基础各部件：()0.3/1000.3150/1000.45v α==⨯= 曲线半径800R m =，取其未被平衡欠超高最大值为75h mm ∆=，则偏载系数β为：0.0020.002750.15h β=∆=⨯=曲线半径800R m =，查表可得 1.45f =，则根据计算公式可得：()()()06120.2551010.60.1551397062.5d M M N mm αβ=++=⨯⨯++=⋅ ()()()011.34310.450.152.15d y y mm αβ=++=⨯++= ()()()03147.7291010.450.1576366.4d R R N αβ=++=⨯⨯++= 4.1.2钢轨强度检算60/kg m 钢轨，当垂直磨耗为6mm ，截面模量3=375cm W 底，3=291cm W 头，故：()=/=51397062.5/375000137.06d M W Mpa σ=底底 ()=/=51397062.5/291000176.62d M W Mpa σ=头头自动附加应力取10f Mpa σ=，温度应力取51t Mpa σ=，钢轨允许应力[]352s Mpa σ=。

轨底： ()[]t 137.065110198.06f s Mpa σσσσ++=++=<底，满足要求。

轨头： ()[]t 176.675110237.67f s Mpa σσσσ++=++=<头，满足要求。

4.1.3轨枕检算 1）轨下断面正弯矩检算根据轨下截面正弯矩检算公式：2128gg s d g b a M K R M e ⎛⎫' ⎪⎡⎤=-≤⎣⎦ ⎪⎝⎭式中：s K ---轨枕设计系数，取1.0；1a ---荷载作用点至枕端距离，取150a cm =； e ---一股钢轨下轨枕的全支承长度，取95e cm =；gb '---轨底宽，取15g b cm '=； g M ⎡⎤⎣⎦ ---轨下截面允许弯矩，对III 型混凝土枕取18KN m ⋅。

则根据计算公式可得：()2126285001501.076366.410295088.62g g s d g b a M K R e KN m M -⎛⎫' ⎪=-⎪⎝⎭⎛⎫=⨯⨯-⨯ ⎪⨯⎝⎭⎡⎤=⋅<⎣⎦满足要求。

2）中间断面负弯矩检算根据轨枕跨中截面负弯矩检算公式：()[]221134812432c s d c l e a e a lM K R M l e +--=-⋅⋅≤+式中：l ---轨枕长度；[]c M ---中间截面允许负弯矩，对III 型混凝土枕取14KN m ⋅。

则根据计算公式可得：()()()22112263481243232500495085009501250025001.076366.41043250029507.23c s dg l e a e a lM K R l e KN m M -+--=-⋅⋅+⨯+⨯-⨯⨯-⨯⨯=-⨯⨯⨯⨯⨯+⨯⎡⎤=-⋅<⎣⎦满足要求。

4.1.4道床顶面压应力检算根据道床顶面压应力检算公式：[],max dz z p R m b e σσ=≤'式中：p b ---轨枕平均底宽，取27.5cm ；e '---有效支承长度，取117.5cm ；m ---应力分布不均匀系数，取1.6；[]z σ----道床允许承压应力，对碎石道床取其为。

则根据计算公式可得：[],max 76366.4 1.60.352751175d z z p R m be σσ==⨯=<'⨯ 满足要求。

4.1.5路基基床表面压应力检算1275cot cot 35196.3722p b h mm ϕ==⨯︒= 21175cot cot 35839.0422e h mm ϕ'==⨯︒= 现有道床厚度250200450h mm =+=，12h h h <<，则()[]76336.40.12tan 24501175tan 35d L L R Mpa he σσϕ===<'⨯⨯⨯︒满足要求。

4.2允许温度压应力计算 4.2.1变形曲线弦长计算2221y EI l Q R π⎡⎢=⎢'⎢⎣式中：l --变形曲线弦长； Q --等效道床阻力；1R '--换算曲率，其计算公式为：0111R R R=+'，式中0R 为塑性初始弯曲半径，其计算公式为208opl R f =；f --轨道容许弯曲变形矢度，取0.2cm ； oe f --原始弹性弯曲失度，取0.3cm 。

则根据计算公式可得：220040066666.67880.3op l R cm f ===⨯()51011111 2.751066666.6780000cm R R R --=+=+=⨯' ()226112222110524 2.172110y EI N cm ππ=⨯⨯⨯⨯=⨯⋅()211562 2.172110 2.7510 5.9710yEI N cm R π-=⨯⨯⨯=⨯⋅'()22652211 5.9710841.4210y EI l Q R cm π⎡⎢=+⎢'⎢⎣⎡=⨯⨯+⎢⎢⎣=⨯4.2.2温度压力计算 1）温度力计算()()5432214y oe N oe EI f f Q l P f f l R ππ++=++'式中：N P ---温度力；l ---变形曲线弦长；Q ---等效道床阻力；1R '---换算曲率，其计算公式为：0111R R R=+'，式中0R 为塑性初始弯曲半径，其计算公式为208opl R f =；f --轨道容许弯曲变形矢度，取0.2cm ； oe f --原始弹性弯曲失度，取0.3cm 。