路基上无缝线路课程设计——中和轨温及预留轨缝设计姓名：张小冬学号：09231123班级：土木0904学院：土木建筑工程学院时间：2012年6月9日目录一、简介————————————（1）二、设计参数——————————（2）三、设计内容——————————（5）四、设计总结—————————（13）五、参考文献—————————（14）六、程序设计—————————（14）一、简介（一）、无缝线路锁定轨温及预留轨缝简介无缝线路是当今轨道结构的一项重要新技术，是把标准长度的钢轨焊连而成的长钢轨线路。
它是当今轨道结构的一项重要技术，是与重载、高速铁路相适应的新型轨道结构。
无缝线路是当今轨道结构的最佳选择，世界各国竞相发展。
我国铁路无缝线路的发展，近年来在技术上有很大的进步，在数量上有较快增长。
无缝线路是铁路轨道现代化的重要内容，经济效益显著，在桥梁上铺设无缝线路，可以减轻列车车论对桥梁的冲击，改善列车和桥梁的运营条件，延长设备使用寿命，减少养护维修工作量。
这些优点在行车速度提高时尤为显著。
然而铺设无缝线路是有条件的，主要是考虑气候温度的影响，因为万物都有热胀冷缩的特点，对于无缝钢轨，温度的影响更为明显，只有选择适当的温度（我们称为锁定轨温），才能尽可能的避免这方面的伤害。
锁定轨温一般采用高于本地区的中间轨温。
（二）、设计的目的与意义中和轨温（即无缝线路设计锁定轨温）是无缝线路设计的关键问题，涉及《轨道工程》这门课的主要理论。
该设计目的是通过实际设计，更深入地掌握《铁路轨道》的基本理论，自主练习，将所学知识用于实际的设计中，学以致用。
完成该课程设计的意义在于让所学的知识形成一个系统的体系，加固对知识的理解与应用，逐渐熟悉使用规范，设计手册和查阅参考资料，培养自身分析问题、解决问题和独立工作的能力。
（三）、设计任务（1）收集资料，综合分析。
通过专业书籍及相关学术期刊的学习，了解无缝线路铺设的意义及国内外发展的现状。
并对路基上无缝线路设计的基本原理、方法及步骤有较清楚的了解。
（2）通过计算，确定路基上无缝线路的允许降温幅度。
（3）通过计算，确定路基上无缝线路的允许升温幅度。
（4）通过计算，确定中和轨温（即无缝线路设计锁定轨温）。
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。
该设计的目的是通过实际设计，更深入地掌握《铁路轨道》的基本理论（尤其是强度计算和温度力计算理论）。
（四）、本课程设计自选参数及自选计算软件自选参数：施工地点：深圳地区最小曲线半径：800m机车：韶山8(SS8)电力机车，Vmax=120 Km/h计算软件：microsoft visual c++ 6.0二、设计参数主要技术指标：深圳地区某段线路铺设无缝线路。
（一）、基本参数选取如下：表（1）（二）、具体参数如下各表：1、取正线轨道类型如下：表（2）2、钢轨断面尺寸特征如下：表（3）3、混凝土枕尺寸如下：表（4）4、轨枕扣件技术性能如下:表（5）5、附加速度系数如下：表（6）6、横向水平力系数f如下：表（7）7、深圳地区最高最、低及中间轨温如下：表（8）8、混凝土枕线路的初始弯曲如下：表（9）9、机车类型为: 韶山8(SS8)电力机车，设计速度取：Vmax=160km/h，机车参数如下：表（10）三、设计内容（一）、设计思路无缝线路中和轨温计算的主要思路如图：图中揭示了该设计的主要思路。
中和轨温应根据当地的轨温条件（max,min T T ）和轨道允许的升温幅度和降温幅度来确定。
因此确定轨道允许的升温幅度和降温幅度是设计的关键。
应根据无缝线路的设计原则来确定。
主要计算如下：1. 无缝线路钢轨强度检算（确定允许降温幅度）强度条件应使作用在钢轨上的各种应力总合不超过钢轨的允许应力[σ]：[]d t f σσσσ++≤式中：d σ——钢轨动弯应力（Mpa ），计算方法参见“轨道结构力学分析”一章；t σ——钢轨温度应力（Mpa ）；f σ——钢轨附加应力（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10f Mpa σ=；[]σ——钢轨允许应力。
因此允许的降温幅度[]d t ∆可由下式计算[][]d fd t E σσσα--∆=轨温图T minT maxT av ∆t d∆t c允许温升允许温降kc d e t t t T T t ∆+∆-∆++=2][][2min max t e5 5中和轨温：式中：d σ——钢轨动弯应力（Mpa ），取拉应力计算值。
2. 据稳定性条件确定允许的升温幅度根据稳定性计算求得的允许温度压力[]P 后，可计算出允许的升温幅度[]c t ∆：[]2[]2f c P P t EF α-∆=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”[教材和参考文献1]。
3. 中和轨温确定根据图，中和轨温e t 计算如下：max min [][]22d ce k T T t t t t +∆-∆=+±∆ 4. 预留轨缝的计算 根据预留轨缝的原则，①冬季轨缝不应超过构造轨缝可得预留轨缝上限：()短长上λλ+-=g a a②夏季轨缝不顶紧可得预留轨缝下限：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、短轨一端的缩短量长λ'、短λ'——从锁定轨温至当地最高轨温时，长轨、短轨一端的伸长量 ③无缝线路预留轨缝：2a a a 0下上+=（二）、计算过程1. 轨道结构静力计算：①计算最大静位移、弯矩和枕上压力： 当D=33000N/mm 、a=600mm 时，u=55.00MPaK=0.0011944mm-1当D=72000N/mm 、a=600mm 时，u=120.0MPa ;K=0.0014517mm -1②计算最大静位移、弯矩和枕上压力：对于SS8电力机车，转向架间距离超过5m ，故不考虑各转向架的互相影响。
各轮载及转向架各轴间距均相同，故只需取第一转向架进行计算。
第一个轮的计算)sin (cos 210i i kx n i i kx kx e P u k y i+=-=∑[]}{)9002944sin(0.0011)29000.0011944cos(110780055.029440.001190020.0011944⨯+⨯+⨯⨯=⨯-e =1.125772（mm ） )sin (cos 4110i i kx n i ikx kx e P k M i-=-=∑ []})9002944sin(0.0011-)90020.0011944cos(11078000.00119444190020.0011944{⨯⨯+⨯⨯=⨯-e =22121228（N ·m ）)sin (cos 210i i kx ni i kx kx e P ak R i +=-=∑[]})9002517sin(0.0014)90020.0014517cos(110780020.00145176009002 0.0014517{⨯+⨯+⨯⨯=⨯-e = 46002.913(N)③轨道强度检算 1、计算d M 、d y 、d R速度系数72.0100/120*6.01006.0===V α偏载系数15.075002.00002.0=⨯=∆=h β（未被平衡的超高一般不大于75mm ） 曲线半径R=800m 时，查表5-5可得横向水平力系数f =1.45故mm y y d 1052.2)1(0=++=βαmm N f M M d ⋅=++=95.59981709)1(0βα mm R R d 45.86025)1(0=++=βα2、轨枕检算（1）、轨下断面正弯矩检算m)18(KN m)(KN 703.9108150950250045.860250.18262'21⋅≤⋅=⨯⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯⨯⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=-g d s g b e a R K M 满足要求（2）、中间断面负弯矩检算d s c Re l l a e a e l K M )23(4128431122+--+-=6-221045.86025)950225003(425005001295050089504250030.1⨯⨯⨯+⨯⨯⨯⨯-⨯⨯-⨯+⨯⨯-=m)18(KN m)(KN 145.8⋅≤⋅-=，满足要求1、道床顶面压应力检算0.5Mpa Mpa 4260.06.1117527545.86025'max <=⨯⨯==m be R d z σ，满足要求2、路基基床表面压应力检算)(4.19635cot 2275cot 21mm b h =︒==ϕ)(0.83935cot 21175cot 2'2mm e h =︒==ϕ现有道床厚度为450mm0.13Mpa 0.115Mpa 35tan 1175450245.86025tan '2<=︒⨯⨯⨯==ϕσhe R d L 满足要求3、钢轨强度检算60Kg/m 钢轨，当垂直磨耗为6mm 时，截面磨量W 底=375000mm 3,W 头=291000mm 3，故：轨底外缘拉应力a W M dMP 95.159==底底σ 轨头外缘压应力a W M dMP 12.206==头头σ 温度应力取σt =51MPa ，检算钢轨强度：轨底：σ底+σt +σf =159.95+51+10=220.95（MPa ）<[σ],满足要求 轨头：σ头+σt +σf =206.12+51+10=267.12（MPa ）<[σ],满足要求4，计算汇总根据以上计算结果，轨道各部件应力或弯矩都未超过标准允许值，轨道强度合格，结果汇总见下表：2. 中和轨温计算① 根据强度条件确定容许降温幅度[]s t ∆：允许应力[]a Ks352MP 3.1457===σσ钢轨附加应力af MP 10=σ钢轨弹性模量2/210000mm N E =线膨胀系数C /1018.15︒⨯=-α由之前计算得到的应力值： 轨底外缘拉应力a W M dMP 95.159==底底σ [][]C 47.73︒=--=∆ασσσE t cs 底② 根据稳定性条件确定容许升温幅度[]c t ∆：弹性初始弯曲矢度foe=2.5（mm ） 塑性初始弯曲矢度fop=2.5（mm ） 弹性初始弯曲半波长lo=4000（mm ）最小曲线半径R=800000（mm ）塑性初始弯曲半径mm f l R p8000008020==变形曲率40000011110=+='R R R 钢轨断面垂直轴惯性矩Iy=5240000（mm4）等效道床阻力通过查表内插取得：Q=7.25 N/mm ，由公式：⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡+++=Q EI R EI R EI Q l y y y )ƒƒ(2)`2(`21oe 52222πππ可以求得：mm l 33.4490=，与mml 40000=相差较大，所以按下式重新计算其矢度：2020l f l f ee ⨯=' 得·15.380200mm f l f pe =='，重新计算得mm l 75.4554= 还是有较大出入，再次计算mmf e 24.30='，mm l 47.4563=再次计算mm f e 25.30='，mm l 65.4564= 所以由公式：'14)(2)(2345R l f f Q l f f EI P oe oe Y ++++=ππ 得P=2084948.465 N所以得轨道框架的允许温度压力 []N KPP 512.1603865== 所以由公式[][]αEF P P t fc 22-=∆，（f P 附加应力可取为0）得[]C 79.41︒=∆c t③ 计算中和轨温已知深圳地区最高轨温为58.7°C,最低轨温-0.2°C[]C 47.73︒=∆s t []C 79.41︒=∆c t由中和轨温计算公式 [][]k c s e t t t t t t ∆±∆-∆++=22min max 可以求得C 1.45︒=e t得施工温度区间应为： [40.1°C ，50.1°C]得如下轨温图：3. 预留轨缝计算① 长轨与标准轨之间预留轨缝设计：先假设锁定轨温为45.1℃，所以得最大温度力拉t P max =2.48tF ∆=2.48⨯7745⨯（45.1+0.2）=870104.28 NC2.0min ︒-=T max压t P max =2.48tF ∆=2.48⨯7745⨯（58.7-45.1）=261223.36 N接头阻力值P H 根据表7-3取为510000N ，易发现，压t P max 比接头阻力值还小，故轨道在夏季施工时不会因温度升高出现伸长，所以0='='短长λλ，同时根据公式可求得冬季施工时 长λ=()EFrP P H t 2max 2-拉=2.61mm短λ=EFrl EF l P P H t 82)(max 2--拉=2.04由构造轨缝mm a 18g =可求得：()mm a a 35.13g =+-=短长上λλmm a 0='+'=短长下λλ mm a a a 720=+=下上② 标准轨之间预留轨缝设计：mm a a 93.132g =⨯-=短上λmm a 02='⨯=短下λmm a a a 720=+=下上其余温度的预留轨缝：四、设计总结本设计根据所给工程资料对深圳某段无缝线路轨道的锁定轨温和预留轨缝进行了设计，在设计中主要参照课本上的知识进行参数选择和设计。