1、路基上無縫線路課程設計中和軌溫及預留軌縫設計 姓名： 學號：08231062 班級：土木0803 學院：土木建筑工程學院目錄1任務書 -22說明書 -73計算書 -144.實驗總結(jié)-205源程序附錄 -21路基上無縫線路課程設計任務書中和軌溫及預留軌縫設計中和軌溫即無縫線路設計鎖定軌溫是無縫線路設計的關鍵問題，涉及?鐵路軌道?這門課的主要理論。該設計目的是通過實際設計，更深入地掌握?鐵路軌道?的根本理論。一、根本內(nèi)容1收集資料，綜合分析。通過專業(yè)書籍及相關學術期刊的學習，了解無縫線路鋪設的意義及國內(nèi)外開展的現(xiàn)狀。并對路基上無縫線路設計的根本原理、方法及步驟有較清楚的了解。2通過計算，確定路基上

2、無縫線路的允許降溫幅度。3通過計算，確定路基上無縫線路的允許升溫幅度。4通過計算，確定中和軌溫即無縫線路設計鎖定軌溫。中和軌溫確定是無縫線路設計的關鍵問題，涉及?鐵路軌道?這門課的主要理論。該設計的目的是通過實際設計，更深入地掌握?鐵路軌道?的根本理論尤其是強度計算和溫度力計算理論。二、根本要求對設計從全局上把握，思路清晰，將個人的獨立見解在設計說明書中完整地表達出來；有關計算建議上機完成，語言不限，但程序要具有通用性，即對各種參數(shù)條件都適用；并將源程序及計算結(jié)果附在課程設計書中。獨立完成，有自己的特色；設計時間1周。設計書內(nèi)容主要包括：設計任務、設計目的和意義、設計理論依據(jù)、設計參數(shù)、計算過

3、程、設計總結(jié)設計方案的評述、收獲及建議、參考文獻。課程設計報告的文字局部要求詳細完整、章節(jié)清晰、計算過程詳盡、結(jié)論合理可靠。同時要求字跡工整、書面整潔。答疑時間：另作通知。三、設計思路無縫線路中和軌溫計算的主要思路如圖：圖中揭示了該設計的主要思路。中和軌溫應根據(jù)當?shù)氐能墱貤l件和軌道允許的升溫幅度和降溫幅度來確定。因此確定軌道允許的升溫幅度和降溫幅度是設計的關鍵。應根據(jù)無縫線路的設計原那么來確定。主要計算如下：無縫線路鋼軌強度檢算確定允許降溫幅度強度條件應使作用在鋼軌上的各種應力總合不超過鋼軌的允許應力：式中：鋼軌動彎應力Mpa，計算方法參見“軌道結(jié)構(gòu)力學分析一章；鋼軌溫度應力Mpa；鋼軌附加應

4、力Mpa，如橋上的伸縮應力和撓曲應力、無縫道岔根本軌附加應力、列車制動等引起的附加應力等。本設計只考慮路基上由制動引起的附加應力，可??；鋼軌允許應力。因此允許的降溫幅度可由下式計算 4-式中：鋼軌動彎應力Mpa，取拉應力計算值。2、據(jù)穩(wěn)定性條件確定允許的升溫幅度根據(jù)穩(wěn)定性計算求得的允許溫度壓力后，可計算出允許的升溫幅度： 4-式中： 附加壓力，本設計可取為零N。軌道允許的最大溫度壓力；根據(jù)無縫線路穩(wěn)定性理論計算，采用“統(tǒng)一公式教材和參考文獻1。中和軌溫確定根據(jù)圖，中和軌溫計算如下： 四、設計參數(shù)自己選取、組合主要技術指標：北京地區(qū)某段提速線路鋪設無縫線路，設計其鎖定軌溫。軌道條件鋼軌：60kg

5、/m，屈服強度，鋼軌斷面對水平軸的慣性矩；軌枕：III型混凝土枕，1667根/km，軌枕間距；道床：道碴為一級道碴，面碴厚25cm，底碴厚20cm。路基填料：沙粘土；鋼軌支座剛度：檢算鋼軌 =301000N/cm； 檢算軌下根底 =720000N/cm曲線最小半徑的區(qū)段營條件機車：東風11內(nèi)燃機車，Vmax=160km/h，輪重和軸距請查閱相關文獻。 其它參數(shù)按設計要求，參見有關規(guī)那么和圖書資料合理選取，并說明理由。主要參考文獻：1、教材2、?鐵路軌道? 谷愛軍主編 中國鐵道出版社3、?鐵路無縫線路? 廣鐘巖等， 中國鐵道出版社。4、鐵道工程，郝瀛主編，西南交通大學出版社。計算相關的其他問題

6、附加速度系數(shù)附加速度系數(shù)和速度范圍km/h電力機車120V160160V200混凝土枕線路的初始彎曲 初始彎曲50kg/m鋼軌60kg/m鋼軌75kg/m鋼軌彈性初彎mm塑性初彎mm我國常用機車類型的計算參數(shù)機車種類機車型號輪軸名稱輪重kN輪距cm構(gòu)造速度km/h內(nèi)燃機車ND5第一轉(zhuǎn)向架I106255118II106180III106820第二轉(zhuǎn)向架I106II106180III106250東風4DF4第一轉(zhuǎn)向架I180客120貨100II180III840第二轉(zhuǎn)向架III180III180東風11DF11第一轉(zhuǎn)向架I200客160II200III第二轉(zhuǎn)向架III200III200電力機車韶山

7、1SS1第一轉(zhuǎn)向架I23090II230III580第二轉(zhuǎn)向架III230III230韶山3SS3第一轉(zhuǎn)向架I230100II200III720第二轉(zhuǎn)向架III230III200韶山4SS4第一轉(zhuǎn)向架I300100II520第二轉(zhuǎn)向架I300II520第三轉(zhuǎn)向架III300第四轉(zhuǎn)向架I520II300韶山8SS8第一轉(zhuǎn)向架I290160II610第二轉(zhuǎn)向架III290當V120km/h時： 當120km/hV160km/h時： 當160km/hV200km/h時：路基上無縫線路課程設計說明書 中和軌溫和預留軌縫的設計一、設計任務所謂“無縫線路，就是把不鉆孔、不淬火的25m長的鋼軌，在基地工廠用

8、氣壓焊或接觸焊的方法，焊成200m到500m的長軌，然后運到鋪軌地點，再焊接成1000m到2000m的長度，鋪到線路上就成為一段無縫線路。中和軌溫確定是無縫線路設計的關鍵問題，涉及?鐵路軌道?這門課的主要理論。該設計的任務是通過實際設計，更深入地掌握?鐵路軌道?的根本理論尤其是強度計算和溫度力計算理論。通過專業(yè)書籍及相關學術期刊的學習，了解無縫線路鋪設的意義及國內(nèi)外開展的現(xiàn)狀。并對路基上無縫線路設計的根本原理、方法及步驟有較清楚的了解。1通過計算，確定路基上無縫線路的允許降溫幅度。2通過計算，確定路基上無縫線路的允許升溫幅度。3通過計算，確定中和軌溫即無縫線路設計鎖定軌溫。重點、難點：1無縫線

9、路強度及穩(wěn)定性計算2設計鎖定軌溫范圍的合理確定二、設計目的和意義普通無縫線路設計，主要是確定設計鎖定軌溫和無縫線路結(jié)構(gòu)計算兩局部。由于無縫線路消滅了大量的接頭，因而具有行車平穩(wěn)、旅客乘坐舒適、機車車輛和軌道維修費用少，使用壽命長等一系列優(yōu)點。而且無縫線路其溫度力與其長度無關從理論上講，無縫線路可以設計成無限長，但是由于加工、運輸、施工上存在困難，無縫線路也只能是化整為零，一段段鋪設。為了防止跑道現(xiàn)象，須慎重選擇設計鎖定軌溫，本次設計即為初步對中和軌溫的設計。鋼軌溫度每改變1噸的壓力或拉力。但是人們在鐵路線上采用強大的線路阻力來鎖定軌道，限制了鋼軌的自由伸縮。在我國是采用高強螺栓、扣板式扣件或彈

10、條扣件等對鋼軌進行約束。實驗說明，直徑24mm的高強螺栓，六孔夾板接頭可提供40至60噸的縱向阻力。彈條扣件每根軌枕可提供1.6噸的縱向阻力。確定了設計鎖定軌溫，下一步即為結(jié)構(gòu)計算，即伸縮區(qū)長度，預留軌縫，防爬設備的設置。本次設計主要考慮了預留軌縫的設計。預留軌縫要滿足鋼軌在冬季不會拉斷，夏季不頂嚴。無縫線路是鐵路軌道現(xiàn)代化的重要內(nèi)容，經(jīng)濟效益顯著。據(jù)有關部門方面統(tǒng)計，與普通線路相比，無縫線路至少能節(jié)省15%的經(jīng)常維修費用，延長25%的鋼軌使用壽命。有資料說明，在橋梁上鋪設無縫線路，可以減輕列車車論對橋梁的沖擊，改善列車和橋梁的運營條件，延長設備使用壽命，減少養(yǎng)護維修工作量。這些優(yōu)點在行車速度

11、提高時尤為顯著。 三、設計理論依據(jù)無縫線路中和軌溫計算的主要思路如右圖。圖中揭示了該設計的主要思路。中和軌溫應根據(jù)當?shù)氐能墱貤l件和軌道允許的升溫幅度和降溫幅度來確定。因此確定軌道允許的升溫幅度和降溫幅度是設計的關鍵。應根據(jù)無縫線路的設計原那么來確定。主要計算如下：1、無縫線路鋼軌強度檢算確定允許降溫幅度強度條件應使作用在鋼軌上的各種應力總合不超過鋼軌的允許應力：式中：鋼軌動彎應力Mpa，計算方法參見“軌道結(jié)構(gòu)力學分析一章；鋼軌溫度應力Mpa；鋼軌附加應力Mpa，如橋上的伸縮應力和撓曲應力、無縫道岔根本軌附加應力、列車制動等引起的附加應力等。本設計只考慮路基上由制動引起的附加應力，可取；鋼軌允許

12、應力。因此允許的降溫幅度可由下式計算 式中：鋼軌動彎應力Mpa，取拉應力計算值。2、據(jù)穩(wěn)定性條件確定允許的升溫幅度根據(jù)穩(wěn)定性計算求得的允許溫度壓力后，可計算出允許的升溫幅度： 4-式中： 附加壓力，本設計可取為零N。軌道允許的最大溫度壓力；根據(jù)無縫線路穩(wěn)定性理論計算，采用“統(tǒng)一公式教材和參考文獻1。中和軌溫確定根據(jù)圖，中和軌溫計算如下： 3、預留軌縫的計算1符號約定如下：a1長軌條與標準軌之間預留軌縫值 mmag鋼軌接頭構(gòu)造軌縫，取18mmr每股鋼軌單位長度線路縱向阻力N/cmr2每枕縱向阻力 (KN)a軌枕間距 (cm)Pj接頭阻力 (N)Ptmax最大溫度力 (N)L緩沖軌長度mE鋼軌彈性

13、模量，取210GPaF鋼軌斷面面積 (mm2)長長軌條一端伸縮量mm緩緩沖軌一端伸縮量 (mm)2長軌條一端伸縮量長由以下公式計算：3緩沖軌一端伸縮量緩由以下公式計算：4根據(jù)預留軌縫的原那么冬季軌縫不應超過構(gòu)造軌縫可得：夏季軌縫不頂緊可得：5伸縮區(qū)長度可按下式計算：6鋼軌溫度力可按下式計算：四、設計參數(shù)選取主要技術指標：北京地區(qū)某段提速線路鋪設無縫線路。 根本參數(shù)選取如下：鋼軌屈服強度s457MPa標準軌長度取25m鋼軌允許應力352Mpa附加壓力本設計可取為0N軌枕間距鋼軌附加應力Mpa10MPa路基填料沙粘土臨界溫升tk0鋼軌支座剛度D檢算鋼軌301000N/cm變形曲線弦長l04m檢算軌

14、下根底720000N/cm允許未被平衡超高h75cm曲線最小半徑R800m鋼的彈性模量E105Mpa機車類型東風11內(nèi)燃機車鋼軌的線膨脹系數(shù)10-6/設計最大速度Vmax160km/h.接頭阻力PH490KN相鄰標準軌間預留軌縫ag18mm表1二、具體參數(shù)如下各表：1、取正線軌道類型如下：工程單位重型運營條件年通過總質(zhì)量Mt2550列車設計最高速度km/h160軌道結(jié)構(gòu)鋼軌Kg/m60混凝土枕型號-鋪枕根數(shù)根/km1667土質(zhì)路基單層道渣cm35表22、鋼軌斷面尺寸特征如下： 鋼軌類型kg/m60鋼軌類型kg/m60每米質(zhì)量M/kg軌頭所占面積Ah/%斷面積A/cm2軌腰所占面積Aw/%重心距

15、軌底距離y1/mm81軌底所占面積Ab/%對水平軸的慣性矩Ix/cm43217鋼軌高度H/mm176對豎直軸的慣性矩Iy/cm4524鋼軌寬度B/mm150下部截面系數(shù)W1/cm3396軌頭高度h/mm下部截面系數(shù)W2/cm3339軌頭寬度b/mm73軌底橫向撓曲斷面系數(shù)Wy/cm370軌腰厚度t/mm表33、鋼軌頭部磨耗輕傷標準如下V=160km/h：鋼軌kg/m總磨耗/mm垂直磨耗/mm側(cè)面磨耗/mm6012912表44、混凝土枕尺寸如下：軌枕類型主筋數(shù)量混凝土等級截面高度/mm截面寬度/cm底面積/cm2質(zhì)量/kg長度/cm軌下中間端部軌下中間7720320260107C6028表55、

16、軌枕扣件技術性能如下: 扣件性能彈條型扣件性能彈條型每個彈條初始扣壓力/KN10彈條變形量/mm10扣壓節(jié)點垂直靜剛度/KN/m60-80調(diào)軌距量/mm-812縱向防爬阻力/KN16調(diào)高量/mm10表66、附加速度系數(shù)如下：附加速度系數(shù)和速度范圍 km/h電力機車120V160160V200表77、橫向水平力系數(shù)f如下取最小曲線半徑R=600：見?軌道?- 表線路平面曲線半徑/m800橫向水平力系數(shù)f表88、北京最高最低及中間軌溫如下：地區(qū)最高軌溫最低軌溫中間軌溫北京99、等效道床阻力Q如下： 線路條件每千米軌枕根數(shù)碎石道床、混凝土枕混凝土軌枕肩寬40cm1760 Q=84N/cm表10注：本

17、設計中取每千米軌枕數(shù)目為1667根/km，查表近似按1760根/km取等效道床阻力。10、混凝土枕線路的初始彎曲如下：見?軌道結(jié)構(gòu)課程設計資料?附表2初始彎曲60kg/m鋼軌彈性初彎mm塑性初彎mm表1111、機車類型為: 東風11內(nèi)燃機車，設計速度?。篤max=140km/h，機車參數(shù)如下：見?軌道結(jié)構(gòu)課程設計資料?附表3機車型號輪軸名稱輪重kN輪距cm構(gòu)造速度km/h東風11DF11第一轉(zhuǎn)向架I200客160II200III第二轉(zhuǎn)向架III200III200表1212、道床狀態(tài)參數(shù)指標如下：見?軌道設計標準規(guī)?指標軌枕類型速度km/h道床橫向阻力q(KN/枕)道床縱向阻力q(KN/枕)道床

18、支承剛度(KN/mm)道床密度(g/cm3)III1601012100表13路基上無縫線路課程設計計算書中和軌溫及預留軌縫設計五、計算過程1、計算動彎矩1無縫線路鋼軌強度檢算東風11輪軸重示意圖如右圖所示車輪荷載采用當量靜荷載最大可能值?？紤]速度及偏載的因素，車輛垂直當量荷載的最大可能值為：120km/hv160km/h Pd1= P0(1+)( 1+1)+因為鋼軌彎矩M0與車輪垂直靜荷載P0成正比，因此，在垂直當量靜荷載的最大可能值Pd作用下鋼軌動彎矩Md為：120km/hv160km/h 2計算鋼軌最大靜彎矩。輪載群作用下y,M,R的計算： 彈性位移曲線： 當量荷載： 彎矩： 軌枕反力：其

19、中影響線函數(shù)：剛比系數(shù)：那么最大動彎矩為：速度系數(shù)： 內(nèi)燃機車 偏載系數(shù)：，采用75mm考慮最不利情況； 附加速度系數(shù)：內(nèi)燃機車為0曲線半徑： 曲線上橫向水平力系數(shù)： 編程計算源程序見附表一用程序計算動彎矩Md運行結(jié)果如下:請輸入鋼軌支座剛度D:30100請輸入鋼軌軌枕間距a:600請輸入鋼軌彈性模量E:210000請輸入鋼軌截面慣性矩Ix:32170000請輸入機車的輪重P0i:112800請輸入機車的軸距xi:2000請輸入軌道允許的最高速度Vmax:160請輸入軌道的未被平衡超高值ho:75鋼軌上的動彎矩為Md=2、根據(jù)穩(wěn)定性計算允許溫度壓力由線路條件有：原始彈性彎曲矢度：foe= 原始

20、塑性彎曲矢度：fop=線路容許彎曲矢度：f=2mm 原始彎曲半波長：l0=4000mm等效道床阻力：84N/cm 曲線半徑：R=800m 計算過程如下：1.換算曲率 2. 3. 計算L.=423.7cm, =0.28cm, =420.2cm, =0.2759cm, =0.2759cm, ，得=2390.63KN。7.最后得P= =1838.95KN.3.計算中和軌溫1計算； 2計算根據(jù)強度條件允許的降溫幅度t拉制動而引起的附加應力：平安系數(shù)：K1.3新鋼軌 鋼軌容許應力由鋼軌的強度條件得：軌底 底dt附sK從強度條件出發(fā)，要求無縫線路鋼軌冬季最低軌溫Tmin時，軌底總拉應力不超過允許應力，夏季

21、最高軌溫Tmax時，軌頭產(chǎn)生的總壓應力也不超過；故強度條件允許的軌溫變化幅度為： 即：允許的軌降溫幅度為。3根據(jù)穩(wěn)定條件計算允許的升溫幅度：4鎖定軌溫確實定：那么鎖定軌溫上限為：那么鎖定軌溫下限為：=33.09+22.8=55.893.計算長軌和緩沖軌間預留縫a1和緩沖軌與緩沖軌間的預留縫a2 如下列圖1長軌條一端伸縮量長由以下公式計算：2緩沖軌一端伸縮量緩由以下公式計算：3根據(jù)預留軌縫的原那么冬季軌縫不應超過構(gòu)造軌縫可得：夏季軌縫不頂緊可得：4伸縮區(qū)長度可按下式計算：5鋼軌溫度力可按下式計算：計算過程如下：取中和軌溫為算例1. 從鎖定軌溫到當?shù)刈畹蜏貢r2. ，查表7-3取490KN4. 計算

22、 6. =18-7.83=10.17mm.8. =0.60mm 9. 8. 下各個溫度對應的預留軌縫如下鎖定軌溫預留軌縫mm6.90 6.50 6.10 鎖定軌溫預留軌縫mm 路基上無縫線路課程設計設計總結(jié)中和軌溫及預留軌縫設計六、設計總結(jié)普通無縫線路的設計，主要就是中和軌溫和預留軌縫的計算，即本次設計的內(nèi)容。通過本次設計，使我對無縫線路這局部內(nèi)容得以融會貫穿，對無縫線路設計有了更為深刻的了解。通過本次設計，對鋼軌的動力計算有了更深刻的理解，對無縫線路強度，穩(wěn)定性計算也有了更深刻的理解。如何確定一個準確的中和軌溫是整個設計的關鍵，對此需要對軌道強度和穩(wěn)定性進行系統(tǒng)的計算，這是整個設計的主要工作，本次設計只將動彎矩的計算過程編程，通過計算機計算得到更為精確的結(jié)果，而其他局部的計算是通過手算得出，在參數(shù)的選擇上，大多是按照設計書給出的數(shù)據(jù)一次帶入。所以，總體來說，設計過程很明朗，設計內(nèi)容也相對簡單，計算過程稍微繁瑣。最終確定的結(jié)果是中和軌溫。七、參考文獻1、?軌道? 西南交通大學出版社 李成輝主編；2、?鐵路軌道? 中國鐵道出版社 谷愛軍主編；3、?鐵路無縫線路?中國鐵道出版社 廣鐘巖等；4、?鐵道工程? 西南交通大學出版社 郝瀛主編。附表一：源程序如下計算動彎矩Md#incl