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1、铁路轨道铁路轨道赵坪锐赵坪锐2022/10/26第五章第五章 无缝线路无缝线路p第一节第一节 概述概述p第二节第二节 无缝线路基本原理无缝线路基本原理p第三节第三节 无缝线路稳定性分析无缝线路稳定性分析p第四节第四节 普通无缝线路设计普通无缝线路设计p第五节第五节 桥上无缝线路桥上无缝线路p第六节第六节 跨区间无缝线路跨区间无缝线路第一节第一节 概概 述述p无缝线路铺设无缝线路铺设意义意义p消灭大量钢轨接头（消灭大量钢轨接头（消灭大量钢轨接头（消灭大量钢轨接头（CWRCWR）p无缝线路类型无缝线路类型p温度温度温度温度应力应力应力应力式式式式p放散放散放散放散温度应力温度应力温度应力温度应力式
2、式式式pp自动放散式自动放散式自动放散式自动放散式pp定期放散式定期放散式定期放散式定期放散式p无缝线路发展无缝线路发展p普通无缝线路普通无缝线路普通无缝线路普通无缝线路p区间无缝线路区间无缝线路区间无缝线路区间无缝线路p跨区间无缝线路跨区间无缝线路跨区间无缝线路跨区间无缝线路接头焊接质量接头焊接质量接头焊接质量接头焊接质量长钢轨强度与稳长钢轨强度与稳长钢轨强度与稳长钢轨强度与稳定性定性定性定性桥上无缝线路桥上无缝线路桥上无缝线路桥上无缝线路胶接胶接胶接胶接绝缘接头绝缘接头绝缘接头绝缘接头无缝道岔无缝道岔无缝道岔无缝道岔新问题新问题新问题新问题桥上无缝道岔桥上无缝道岔桥上无缝道岔桥上无缝道岔无
3、碴无缝线路无碴无缝线路无碴无缝线路无碴无缝线路第二节第二节 无缝线路基本原理无缝线路基本原理p可自由伸缩钢轨，其伸缩量可自由伸缩钢轨，其伸缩量p完全不能伸缩的钢轨，其温度应力完全不能伸缩的钢轨，其温度应力p温度力温度力基本温度力图基本温度力图固定区固定区固定区固定区PtPt=EAEA t t伸缩区伸缩区伸缩区伸缩区伸缩区伸缩区伸缩区伸缩区接头阻力接头阻力接头阻力接头阻力接头阻力接头阻力接头阻力接头阻力扣件或道床扣件或道床扣件或道床扣件或道床纵向阻力纵向阻力纵向阻力纵向阻力轨温反向变化时的温度力图轨温反向变化时的温度力图拉拉拉拉压压压压轨端伸缩量计算轨端伸缩量计算r线路纵向阻力线路纵向阻力p轨温
4、变化时，抵抗钢轨两端自由伸缩的阻力轨温变化时，抵抗钢轨两端自由伸缩的阻力p接头阻力接头阻力PHp钢轨夹板间的钢轨夹板间的钢轨夹板间的钢轨夹板间的摩阻力摩阻力摩阻力摩阻力和螺栓的抗剪力和螺栓的抗剪力和螺栓的抗剪力和螺栓的抗剪力p扣件阻力扣件阻力p钢轨与扣压件以及钢轨与胶垫间的摩阻力钢轨与扣压件以及钢轨与胶垫间的摩阻力钢轨与扣压件以及钢轨与胶垫间的摩阻力钢轨与扣压件以及钢轨与胶垫间的摩阻力p道床阻力道床阻力p轨枕与道床间的摩阻力和枕木盒内道碴抗推力轨枕与道床间的摩阻力和枕木盒内道碴抗推力轨枕与道床间的摩阻力和枕木盒内道碴抗推力轨枕与道床间的摩阻力和枕木盒内道碴抗推力p扣件阻力与道床阻力间的较小值为
5、扣件阻力与道床阻力间的较小值为r第三节第三节 无缝线路稳定性分析无缝线路稳定性分析一一.稳定性概念稳定性概念二二.影响无缝线路稳定性的因素影响无缝线路稳定性的因素三三.无缝线路稳定性计算公式无缝线路稳定性计算公式四四.稳定性安全储备量分析稳定性安全储备量分析一一.稳定性概念稳定性概念p失失稳（胀轨跑道）稳（胀轨跑道）p无缝线路无缝线路无缝线路无缝线路在夏季高温季在夏季高温季在夏季高温季在夏季高温季节，由于钢轨内部节，由于钢轨内部节，由于钢轨内部节，由于钢轨内部存在存在存在存在巨大压力巨大压力巨大压力巨大压力，引起轨道的，引起轨道的，引起轨道的，引起轨道的横向变形，在外来横向变形，在外来横向变形
6、，在外来横向变形，在外来因素因素因素因素（列车动力或人为因素）列车动力或人为因素）列车动力或人为因素）列车动力或人为因素）干扰下，干扰下，干扰下，干扰下，轨道弯曲轨道弯曲轨道弯曲轨道弯曲变形变形变形变形突然突然突然突然增大增大增大增大的现象的现象的现象的现象。失稳（胀轨跑道）过程失稳（胀轨跑道）过程p持稳持稳持稳持稳阶段阶段阶段阶段pp钢轨钢轨钢轨钢轨温度压力温度压力温度压力温度压力增大，但增大，但增大，但增大，但轨轨轨轨道道道道不不不不变形变形变形变形p胀轨胀轨胀轨胀轨阶段阶段阶段阶段pp随随随随轨温增加，钢轨温度轨温增加，钢轨温度轨温增加，钢轨温度轨温增加，钢轨温度压压压压力随力随力随力随
7、之增加，之增加，之增加，之增加，轨道出现轨道出现轨道出现轨道出现微微微微小小小小变形，压力与位移呈现变形，压力与位移呈现变形，压力与位移呈现变形，压力与位移呈现的的的的非线性非线性非线性非线性关系关系关系关系p跑道跑道跑道跑道阶段阶段阶段阶段pp当当当当钢轨温度压力达到临界钢轨温度压力达到临界钢轨温度压力达到临界钢轨温度压力达到临界值后，在外部干扰或轨值后，在外部干扰或轨值后，在外部干扰或轨值后，在外部干扰或轨温温温温继续继续继续继续升高时，轨道将会发升高时，轨道将会发升高时，轨道将会发升高时，轨道将会发生生生生突然臌突然臌突然臌突然臌曲曲曲曲无缝线路结构稳定分析无缝线路结构稳定分析p判别准则
8、判别准则 能量法能量法能量法能量法和静力平衡和静力平衡和静力平衡和静力平衡法法法法p能量法能量法 弹性理论的能量变分原理弹性理论的能量变分原理弹性理论的能量变分原理弹性理论的能量变分原理p势能势能驻值原理驻值原理 结构结构结构结构物处于平衡状态的充要条件是在物处于平衡状态的充要条件是在物处于平衡状态的充要条件是在物处于平衡状态的充要条件是在虚位移过程虚位移过程虚位移过程虚位移过程中，中，中，中，总势能取驻总势能取驻总势能取驻总势能取驻值值值值二二.影响无缝线路稳定性因素影响无缝线路稳定性因素p压杆在均匀介质中的失稳现象压杆在均匀介质中的失稳现象p保持保持稳定的因素稳定的因素p道床道床横向阻力横
9、向阻力p轨道框架刚度轨道框架刚度p丧失稳定的因素丧失稳定的因素p钢轨钢轨温度压力温度压力p轨道轨道初始弯曲初始弯曲1.1.道床横向阻力道床横向阻力p道床抵抗轨道框架横移的阻力道床抵抗轨道框架横移的阻力道床抵抗轨道框架横移的阻力道床抵抗轨道框架横移的阻力pp枕端抗推力枕端抗推力枕端抗推力枕端抗推力30%30%pp枕侧摩擦力枕侧摩擦力枕侧摩擦力枕侧摩擦力20%30%20%30%pp枕底摩擦力枕底摩擦力枕底摩擦力枕底摩擦力50%50%道床横向阻力道床横向阻力p表示方法表示方法表示方法表示方法p单根轨枕的横向阻力单根轨枕的横向阻力单根轨枕的横向阻力单根轨枕的横向阻力Q QQ Qp道床道床道床道床单位横
10、向阻力单位横向阻力单位横向阻力单位横向阻力q q q q道床横向阻力影响因素道床横向阻力影响因素p道碴：饱满程度、材质、粒径尺寸道碴：饱满程度、材质、粒径尺寸p道床肩部：堆高、加宽道床肩部：堆高、加宽Page 16道床横向阻力影响因素道床横向阻力影响因素p轨枕：枕底压花、宽轨枕、框架轨枕、双块式轨枕：枕底压花、宽轨枕、框架轨枕、双块式轨枕轨枕Page 17道床横向阻力影响因素道床横向阻力影响因素p线路维修作业线路维修作业Page 18，弯矩弯矩弯矩弯矩位移，反力位移，反力位移，反力位移，反力2.轨道框架刚度轨道框架刚度p反映其自身抵抗弯曲能力的反映其自身抵抗弯曲能力的参数参数p组成组成p两两两
11、两股钢轨的水平刚度（横向刚度）股钢轨的水平刚度（横向刚度）股钢轨的水平刚度（横向刚度）股钢轨的水平刚度（横向刚度）p扣件扣件扣件扣件阻矩阻矩阻矩阻矩Page 19(二二)丧失稳定的因素丧失稳定的因素p钢轨温度压力钢轨温度压力 无缝线路无缝线路无缝线路无缝线路稳定问题的稳定问题的稳定问题的稳定问题的根本根本根本根本原因原因原因原因，应控制温升幅度，应控制温升幅度，应控制温升幅度，应控制温升幅度p轨道初始弯曲轨道初始弯曲 影响稳定的影响稳定的影响稳定的影响稳定的直接诱因直接诱因直接诱因直接诱因，应控制初始弯曲大小，应控制初始弯曲大小，应控制初始弯曲大小，应控制初始弯曲大小p弹性弹性弹性弹性初始初始
12、初始初始弯曲：温度力和列车横向力作用下产生弯曲：温度力和列车横向力作用下产生弯曲：温度力和列车横向力作用下产生弯曲：温度力和列车横向力作用下产生p塑性塑性塑性塑性初始初始初始初始弯曲：轧制、运输、焊接、铺设过程中弯曲：轧制、运输、焊接、铺设过程中弯曲：轧制、运输、焊接、铺设过程中弯曲：轧制、运输、焊接、铺设过程中产生，占产生，占产生，占产生，占总初弯的总初弯的总初弯的总初弯的58.33%58.33%Page 20三三.无缝线路稳定性计算公式无缝线路稳定性计算公式p无缝线路稳定性统一无缝线路稳定性统一公式公式 19771977年提出，年提出，年提出，年提出，假定变形曲线波长与初始假定变形曲线波长
13、与初始假定变形曲线波长与初始假定变形曲线波长与初始波长相等波长相等波长相等波长相等，并取变形为并取变形为并取变形为并取变形为2mm2mm时对应的温度压力，除时对应的温度压力，除时对应的温度压力，除时对应的温度压力，除以安全系以安全系以安全系以安全系数数数数，即为保证线路稳定的允许温度压力，即为保证线路稳定的允许温度压力，即为保证线路稳定的允许温度压力，即为保证线路稳定的允许温度压力。p不等波长稳定性计算公式不等波长稳定性计算公式 19901990年开始实施，年开始实施，年开始实施，年开始实施，假定变形曲线波长与假定变形曲线波长与假定变形曲线波长与假定变形曲线波长与初始弯曲初始弯曲初始弯曲初始弯
14、曲波长不相等波长不相等波长不相等波长不相等的计算公式。的计算公式。的计算公式。的计算公式。Page 21计算假定计算假定统一公式统一公式统一公式统一公式不等波长公式不等波长公式不等波长公式不等波长公式轨道轨道轨道轨道铺设于均匀介质中的细长压杆铺设于均匀介质中的细长压杆铺设于均匀介质中的细长压杆铺设于均匀介质中的细长压杆初始变形初始变形初始变形初始变形塑性初弯：圆曲线塑性初弯：圆曲线塑性初弯：圆曲线塑性初弯：圆曲线弹性初弯：半波正弦弹性初弯：半波正弦弹性初弯：半波正弦弹性初弯：半波正弦半波正弦半波正弦半波正弦半波正弦轨道压力下的变形轨道压力下的变形轨道压力下的变形轨道压力下的变形半波正弦半波正弦
15、半波正弦半波正弦半波正弦半波正弦半波正弦半波正弦初始变形与压力作用初始变形与压力作用初始变形与压力作用初始变形与压力作用下的变形关系下的变形关系下的变形关系下的变形关系波长相等波长相等波长相等波长相等波长不等波长不等波长不等波长不等能量构成能量构成能量构成能量构成钢轨压缩形变能钢轨压缩形变能钢轨压缩形变能钢轨压缩形变能轨道框架弯曲变形能轨道框架弯曲变形能轨道框架弯曲变形能轨道框架弯曲变形能道床形变能道床形变能道床形变能道床形变能钢轨压缩形变能钢轨压缩形变能钢轨压缩形变能钢轨压缩形变能轨道框架弯曲变形能轨道框架弯曲变形能轨道框架弯曲变形能轨道框架弯曲变形能道床形变能道床形变能道床形变能道床形变能
16、扣件形变能扣件形变能扣件形变能扣件形变能Page 22统一公式计算简图统一公式计算简图pf f=2mm=2mm，计计计计算算算算P P(5-22)(5-22)、P P(5-23)(5-23)、t t(5-24)(5-24)Page 23不等波长公式计算简图不等波长公式计算简图p给给定定f，计计算不同算不同l对应对应的的P(5-26)，积积分常数分常数p根据不同根据不同f时时的的Pf平衡状平衡状态态方程，求得方程，求得临临界界矢度、波矢度、波长长、温度、温度压压力力p温度力非均匀性修正及安全系数温度力非均匀性修正及安全系数Page 24稳定性安全储备量分析稳定性安全储备量分析p初始初始弯曲的影响
17、弯曲的影响p线路结构与状态相同，轨道变形线路结构与状态相同，轨道变形线路结构与状态相同，轨道变形线路结构与状态相同，轨道变形量量量量一定时，一定时，一定时，一定时，对于不对于不对于不对于不同的初弯波长，临界温度力同的初弯波长，临界温度力同的初弯波长，临界温度力同的初弯波长，临界温度力和相应和相应和相应和相应的轨温差是不同的轨温差是不同的轨温差是不同的轨温差是不同的，即的，即的，即的，即存在最不利的初弯存在最不利的初弯存在最不利的初弯存在最不利的初弯波长波长波长波长pp60kg/m60kg/m轨：轨：轨：轨：720cm720cmpp50kg/m50kg/m轨：轨：轨：轨：700cm700cmpf
18、 foeoe、f fopop：3mm3mmp允许温差的确定允许温差的确定p在无缝线路上由于存在一些不确定的因素，因此不在无缝线路上由于存在一些不确定的因素，因此不在无缝线路上由于存在一些不确定的因素，因此不在无缝线路上由于存在一些不确定的因素，因此不能将稳定计算得到的临界温差作为允许温差使用，能将稳定计算得到的临界温差作为允许温差使用，能将稳定计算得到的临界温差作为允许温差使用，能将稳定计算得到的临界温差作为允许温差使用，应当考虑一定的安全储备量，采用应当考虑一定的安全储备量，采用应当考虑一定的安全储备量，采用应当考虑一定的安全储备量，采用安全系数安全系数安全系数安全系数考虑考虑考虑考虑Pag
19、e 25安全系数安全系数p基本安全系数基本安全系数KApp初弯分布的随机性初弯分布的随机性初弯分布的随机性初弯分布的随机性pp道床密实度的不均匀性道床密实度的不均匀性道床密实度的不均匀性道床密实度的不均匀性pp扣件拧紧程度的不均匀性扣件拧紧程度的不均匀性扣件拧紧程度的不均匀性扣件拧紧程度的不均匀性pp轨温测量的不精确轨温测量的不精确轨温测量的不精确轨温测量的不精确pp计算误差计算误差计算误差计算误差pp高温下横向变形累积高温下横向变形累积高温下横向变形累积高温下横向变形累积（允许温差设计的基本条件）（允许温差设计的基本条件）（允许温差设计的基本条件）（允许温差设计的基本条件）p附加安全系数附加
20、安全系数KCpp纵向力分布不均匀纵向力分布不均匀纵向力分布不均匀纵向力分布不均匀pp运营过程中锁定轨温的变化运营过程中锁定轨温的变化运营过程中锁定轨温的变化运营过程中锁定轨温的变化Page 26无缝线路稳定性允许温升无缝线路稳定性允许温升p统一公式统一公式统一公式统一公式p由允许温度压力计算确定由允许温度压力计算确定由允许温度压力计算确定由允许温度压力计算确定p不等波长公式不等波长公式不等波长公式不等波长公式p由温度压力确定的温升幅度，考虑纵向力分布由温度压力确定的温升幅度，考虑纵向力分布由温度压力确定的温升幅度，考虑纵向力分布由温度压力确定的温升幅度，考虑纵向力分布不均匀修正与锁定轨温变化修正不均匀修正与锁定轨温变化修正不均匀修正与锁定轨温变化修正不均匀修正与锁定轨温变化修正Page 27下一讲下一讲普通无缝线路设计普通无缝线路设计