第七章無(wú)縫線路一、鋪設(shè)無(wú)縫線路的意義所謂無(wú)縫線路就是把鋼軌焊接起來(lái)的線路，所以又稱焊接長(zhǎng)鋼軌線路。無(wú)縫線路是當(dāng)今軌道結(jié)構(gòu)的最佳選擇，它以無(wú)可非議的優(yōu)越性得到各國(guó)鐵路的承認(rèn)。幾十年來(lái)，世界各國(guó)競(jìng)相發(fā)展。我國(guó)鐵路無(wú)縫線路近年來(lái)在技術(shù)上有很大進(jìn)步，在數(shù)量上有較快增長(zhǎng)?？瓷先](méi)有一個(gè)軌縫有縫線路焊接第一節(jié)概述

為何要鋪設(shè)無(wú)縫線路？

國(guó)內(nèi)外鋪設(shè)無(wú)縫線路的研究與實(shí)踐證明，無(wú)縫線路與有縫線路相比：它在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上有明顯的優(yōu)越性。與有縫線路比，可節(jié)約維修費(fèi)用30%-75%；無(wú)縫線路的平順性好、線路阻力小，行車平穩(wěn)、旅客舒適；還可減少機(jī)車和車輛的修理費(fèi)和燃料費(fèi)。因此鋪設(shè)無(wú)縫線路的意義重大。概述二、無(wú)縫線路的類型

無(wú)縫線路根據(jù)處理鋼軌內(nèi)部溫度應(yīng)力方式的不同，可分為：溫度應(yīng)力式、放散溫度應(yīng)力式。溫度應(yīng)力式無(wú)縫線路在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，通常不必人工放散溫度應(yīng)力。放散溫度應(yīng)力式無(wú)縫線路需要定期或自動(dòng)放散溫度應(yīng)力。溫度應(yīng)力式無(wú)縫線路示意圖結(jié)構(gòu)形式：是由一根焊接長(zhǎng)鋼軌及其兩端2～4根標(biāo)準(zhǔn)軌組成，并采用普通接頭的形式。概述溫度應(yīng)力式無(wú)縫線路受力狀況：無(wú)縫線路鋪設(shè)鎖定后，在鋼軌內(nèi)部產(chǎn)生很大的溫度力，其值隨軌溫變化而異。特點(diǎn)：溫度應(yīng)力式無(wú)縫線路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，鋪設(shè)維修方便，因而得到廣泛應(yīng)用。鋪設(shè)范圍：對(duì)于直線軌道，鋪設(shè)50kg／m和60kg/m軌，每公里配量1840根混凝土枕時(shí)，鋪設(shè)溫度應(yīng)力式無(wú)縫線路允許軌溫差分別為100℃和108℃。溫度應(yīng)力式無(wú)縫線路概述放散溫度應(yīng)力式無(wú)縫線路曾在前蘇聯(lián)和我國(guó)年溫差較大的地區(qū)試用，目前已不使用。現(xiàn)今世界各國(guó)主要采用溫度應(yīng)力式無(wú)縫線路，也是本章介紹的重點(diǎn)。放散溫度應(yīng)力式無(wú)縫線路概述

根據(jù)我國(guó)無(wú)縫線路的發(fā)展歷程，按我國(guó)規(guī)定無(wú)縫線路可以分三類：普通無(wú)縫線路：L＝1000~2000m區(qū)間無(wú)縫線路：L≤區(qū)間長(zhǎng)度跨區(qū)間無(wú)縫線路：L＞區(qū)間長(zhǎng)度并焊連無(wú)縫道岔跨區(qū)間無(wú)縫線路區(qū)間無(wú)縫線路區(qū)間緩沖區(qū)緩沖區(qū)區(qū)間緩沖區(qū)緩沖區(qū)區(qū)間區(qū)間無(wú)縫道岔概述無(wú)縫線路的其它分類無(wú)縫線路鋪設(shè)位置和設(shè)計(jì)要求的不同路基無(wú)縫線路橋上無(wú)縫線路岔區(qū)無(wú)縫線路無(wú)縫線路軌條長(zhǎng)度、是否跨越車站普通無(wú)縫線路跨區(qū)間無(wú)縫線路長(zhǎng)鋼軌接頭的聯(lián)結(jié)型式焊接無(wú)縫線路凍結(jié)無(wú)縫線路鋼軌合龍時(shí)緊固凍結(jié)接頭橋上無(wú)縫線路概述三、國(guó)內(nèi)外無(wú)縫線路發(fā)展概況無(wú)縫線路推廣應(yīng)用，美國(guó)、德國(guó)超5萬(wàn)km；前蘇聯(lián)3萬(wàn)km；法國(guó)1.2萬(wàn)km區(qū)間無(wú)縫化跨區(qū)間無(wú)縫單根長(zhǎng)度1~2km國(guó)外無(wú)縫線路的發(fā)展德、法、美、前蘇聯(lián)相繼開(kāi)始在鐵路上進(jìn)行鋪設(shè)長(zhǎng)度1.0km的無(wú)縫線路試驗(yàn)。美國(guó)12萬(wàn)km、德國(guó)7.6萬(wàn)km；前蘇聯(lián)5萬(wàn)km；法國(guó)2.5萬(wàn)km；世界無(wú)縫線路鋪設(shè)總里程近40萬(wàn)公里無(wú)縫線路是20世紀(jì)軌道結(jié)構(gòu)最重要的先進(jìn)成果和進(jìn)步，是各國(guó)優(yōu)先發(fā)展的軌道結(jié)構(gòu)型式；——?jiǎng)?chuàng)新工程之一20世紀(jì)30年代20世紀(jì)70年代2007年1915年起步階段歐洲在有軌電車軌道上開(kāi)始焊接長(zhǎng)鋼軌，長(zhǎng)度約100～200m。概述我國(guó)無(wú)縫線路發(fā)展歷程在京滬兩地各鋪設(shè)1km無(wú)縫線路，次年才進(jìn)行大規(guī)模的試鋪。1957年60～70年代對(duì)在線路特殊地段鋪設(shè)無(wú)縫線路進(jìn)行了理論和試驗(yàn)研究，并取得了成功，為在線路上連續(xù)鋪設(shè)無(wú)縫線路創(chuàng)造了條件。至2007年，我國(guó)鐵路正線無(wú)縫線路長(zhǎng)度已達(dá)5.2萬(wàn)公里，占正線總長(zhǎng)的比重達(dá)到58％。至2013年底，我國(guó)鐵路正線無(wú)縫線路長(zhǎng)度近7萬(wàn)公里，占正線總長(zhǎng)的比重達(dá)到70％。60~70年代2007年2013年概述四、無(wú)縫線路的核心問(wèn)題是“無(wú)縫”優(yōu)點(diǎn)：1、行車阻力下降10~20%,節(jié)省能源2、延長(zhǎng)部件壽命15~30%3、減少維修費(fèi)用20~35%4、適于高速行車，使旅客舒適5、減振降噪1、鋼軌承受著巨大的溫度力，冬天斷軌，夏天跑道剛開(kāi)始鋪設(shè)無(wú)縫線路時(shí)，更容易發(fā)生。秦沈線要求1年后交付運(yùn)營(yíng)部門。（一個(gè)周期）對(duì)養(yǎng)護(hù)維修的要求高（嚴(yán)格按照軌溫進(jìn)行作業(yè)）2、軌條長(zhǎng)，需專用設(shè)備與方法來(lái)運(yùn)輸、裝卸與施工。如長(zhǎng)軌運(yùn)輸車。3、焊接質(zhì)量影響頗大。工廠接觸焊（電阻焊、閃光焊）：去雜質(zhì)－通電高溫－擠壓－打磨。焊成長(zhǎng)度約500m以內(nèi)（或250m）；之后現(xiàn)場(chǎng)焊：最早采用過(guò)鋁熱焊。受操作人員技術(shù)影響大，質(zhì)量差。工藝需改進(jìn)。后一段時(shí)間依從領(lǐng)導(dǎo)意見(jiàn)全放棄。缺點(diǎn)：概述五、我國(guó)無(wú)縫線路的發(fā)展趨勢(shì)普通CWR跨區(qū)間CWR全區(qū)間CWR耐磨、耐壓潰性能不足的U74、U71Mn軌耐磨、抗疲勞性能高的U75V軌(PD3軌)膠結(jié)絕緣接頭鋼軌強(qiáng)韌化電弧焊鋁熱焊氣壓焊和接觸焊現(xiàn)場(chǎng)移動(dòng)接觸焊焊接技術(shù)提高無(wú)縫絕緣區(qū)間線路受力復(fù)雜與道岔構(gòu)造復(fù)雜的博弈無(wú)縫與絕緣的博弈無(wú)縫道岔區(qū)間鋼軌與道岔材質(zhì)不同的博弈軌縫越來(lái)越少無(wú)縫焊接第二節(jié)無(wú)縫線路的基本原理一、溫度力、伸縮位移與軌溫間的關(guān)系現(xiàn)場(chǎng)鋪設(shè)時(shí)，鋼軌內(nèi)部的溫度應(yīng)力為零。夏季，因扣件和道床約束作用，鋼軌無(wú)法自由伸長(zhǎng)，鋼軌內(nèi)部就會(huì)積攢一定的溫度壓力。冬季，軌溫降低，鋼軌要縮短，鋼軌內(nèi)部就會(huì)積攢一定的溫度拉力。一根長(zhǎng)度為l可自由伸縮的鋼軌擱置在滾筒上，由材料力學(xué)知當(dāng)軌溫變化

t℃時(shí)，其伸縮量為

l＝α·l·

t

式中:α

鋼軌的線膨脹系數(shù)，取11.8×10-6/℃；l

鋼軌長(zhǎng)度（mm）；

t

鋼軌軌溫變化幅度（℃）。如果將長(zhǎng)度為l處于自由狀態(tài)的鋼軌兩端固定，長(zhǎng)軌條不能隨著軌溫的變化產(chǎn)生位移量

l，意味著鋼軌產(chǎn)生了

l的虛變形。

無(wú)縫線路的基本原理

t＝E·

t＝E·α·l·

t/l=E·α·

t式中：E

鋼的彈性模量，E＝2.1×105MPa；

t

鋼軌應(yīng)溫度變化產(chǎn)生的虛應(yīng)變。Pt＝

t·F＝2.48

t·F（N）式中：F

鋼軌的斷面面積（mm2）；

t

鋼軌軌溫變化幅度（℃）。

t＝2.1×105×11.8×10-6

t＝2.48

t(MPa)因而鋼軌內(nèi)部將產(chǎn)生溫度力，由虎克定律知：一根鋼軌所受的溫度力Pt為：將E、α值代入式（7－2），得溫度應(yīng)力為：無(wú)縫線路的基本原理溫度力僅與軌溫變化幅度

t有關(guān)，與鋼軌長(zhǎng)度無(wú)關(guān)。鋼軌自由端伸長(zhǎng)量與軌溫變化

t、軌長(zhǎng)l有關(guān)，與鋼軌斷面積無(wú)關(guān)。不同類型鋼軌在同一軌溫變化幅度下的溫度力不同。截面積越大，溫度力越大。

l＝α·l·

t(7-1)

t

＝E·α·

t(7-2)

Pt＝

t·F＝2.48

t·F(7-4)無(wú)縫線路基本公式的解讀由無(wú)縫線路基本公式：可知：無(wú)縫線路的基本原理影響軌溫的主要因素：氣候變化、風(fēng)力大小、日照強(qiáng)度、線路走向和所選取鋼軌測(cè)量段等。據(jù)實(shí)際觀測(cè)Tmax=tmax+(18℃～25℃)Tmin=tmin-(2℃～3℃）設(shè)計(jì)時(shí)取值最高軌溫：Tmax=tmax+20℃最低軌溫：Tmin=tmin無(wú)縫線路的基本原理軌溫與鎖定軌溫鎖定軌溫又稱“零應(yīng)力軌溫”。鎖定軌溫Tsf設(shè)計(jì)原則：夏天不脹軌，冬天不斷軌。施工鎖定軌溫：一般取Tsf±5℃。困難時(shí)選取±3℃，例如道岔區(qū)、橋上無(wú)縫線路等。無(wú)縫線路的基本原理二、線路縱向阻力現(xiàn)無(wú)縫線路兩端有三種方法鎖定（無(wú)限長(zhǎng)是理想狀態(tài)）：1）接頭聯(lián)接2）可伸縮式伸縮調(diào)節(jié)器連接――日本即采用此（軌條長(zhǎng)度1500m）優(yōu)點(diǎn)：可調(diào)節(jié)。缺點(diǎn)：兩個(gè)尖軌、刨切而成，強(qiáng)度要求高時(shí)易軋傷。3）兩側(cè)埋在站臺(tái)里。條件：盡頭站（大站）在德國(guó)有。我國(guó)鎖定依靠阻力逐點(diǎn)鎖定。鋼軌兩端鎖定（固定）靠各種線路縱向阻力實(shí)現(xiàn)，包括接頭阻力、扣件阻力及道床縱向阻力。無(wú)縫線路的基本原理（一）接頭阻力鋼軌接頭處由鋼軌夾板通過(guò)螺栓擰緊，產(chǎn)生阻止鋼軌縱向位移的阻力稱接頭阻力。接頭阻力由鋼軌夾板間的摩阻力和螺栓的抗剪力提供。為了安全，僅考慮鋼軌與夾板間的摩阻力。摩阻力大小主要取決于螺栓擰緊后的張拉力P和鋼軌與夾板之間的摩擦系數(shù)f。由圖可知：T＝P/2，則有：

PH＝n·s無(wú)縫線路的基本原理

對(duì)應(yīng)于一枚螺栓所提供的摩阻力可作如下分析：鋼的摩擦系數(shù)一般為0.25，而f＝tg

，則有

＝arctan0.25；又有

＝arctani。將以上相應(yīng)值代入求s的公式，可得到：70、50kg/m鋼軌，s＝1.03P；60、43kg/m鋼軌，s＝0.90P?？梢?jiàn)，一根螺栓的拉力接近它所產(chǎn)生的接頭阻力。在此情況下，接頭阻力PH的表達(dá)式可寫成：

PH＝n·P

無(wú)縫線路的基本原理接頭阻力與螺栓材質(zhì)、直徑、擰緊程度和夾板孔數(shù)有關(guān)。在其他條件相同情況下，螺栓的擰緊程度就是保持接頭阻力的關(guān)鍵。扭力矩T

與螺栓拉力的關(guān)系可用經(jīng)驗(yàn)公式表示：式中T

擰緊螺帽時(shí)的扭力矩（N·m）；K

扭矩系數(shù)，K＝0.18～0.24；P

螺栓拉力（kN）；

D

螺栓直徑（mm）。維修規(guī)則規(guī)定無(wú)縫線路鋼軌接頭必須采用10.9級(jí)螺栓，扭矩應(yīng)保持在700～900N·m。美國(guó)哈克螺栓和全螺紋自鎖緊高強(qiáng)螺栓接頭阻力達(dá)700～900kN,可用于構(gòu)成準(zhǔn)無(wú)縫線路。膠接絕緣接頭的阻力可達(dá)1500～3000kN，可視為與焊接接頭等強(qiáng)度。

T

＝K·D·PHackerFasteners哈克緊固件無(wú)縫線路的基本原理（二）扣件阻力

無(wú)縫線路的基本原理現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果表明，扣件縱向阻力隨鋼軌位移的增加而增大。當(dāng)鋼軌位移達(dá)到某一定值之后，鋼軌產(chǎn)生滑移，阻力不再增加。0.00.51.01.52.005101520位移/mm扣件阻力/kN彈條Ⅲ型扣件縱向阻力曲線不同扣件系統(tǒng)的縱向阻力建議根據(jù)扣件類型按最新規(guī)范取值。無(wú)縫線路的基本原理（三）道床縱向阻力道床縱向阻力系指道床抵抗軌道框架縱向位移的阻力，是抵抗鋼軌伸縮、防止線路爬行的重要參數(shù)。一般以每根軌枕的阻力R，或每延厘米分布阻力r來(lái)表示。下圖為道床縱向阻力圖。道床縱向阻力值隨位移的增大而增加，當(dāng)位移達(dá)到一定值之后，軌枕盒內(nèi)的道砟顆粒之間的結(jié)合被破壞，此時(shí)即使位移再增加，阻力也不再增大；在正常軌道條件下，混凝土軌枕位移小于2mm、木枕位移小于1mm時(shí)，道床縱向阻力呈斜線增長(zhǎng)，道床處于彈性工作范圍，混凝土枕軌道道床縱向阻力明顯大于木枕軌道。234151015mm阻力混凝土枕木枕KN/根位移無(wú)縫線路的基本原理在無(wú)縫線路設(shè)計(jì)中，線路阻力取軌枕位移為2mm時(shí)相應(yīng)的道床縱向阻力值，見(jiàn)表7－4。線路的養(yǎng)護(hù)維修在一定程度上會(huì)破壞道床原狀，使道床縱向阻力降低。道床縱向阻力與道床密實(shí)程度關(guān)系最為顯著，北京交大所測(cè)試的道床清篩前后道床縱向阻力結(jié)果如表7-5所示。線路特征單枕的道床縱向阻力/kN一股鋼軌下單位道床縱向阻力N/cm1667根/km1760根/km1840根/km木枕線路7.0-6164混凝土枕Ⅰ型10.0-8791Ⅱ型12.5-109115Ⅲ型18.3152160-表7－4道床縱向阻力表作業(yè)項(xiàng)目清篩前篩邊挖盒枕后枕后挖盒綜合搗固篩后第三天篩后第七天篩后半個(gè)月篩后一個(gè)月縱向阻力（kN/根）13.86.782.53.76.88.358.89.712.6%10049.118.126.849.260.563.870.291.0表7-5道床清篩前后的縱向阻力無(wú)縫線路的基本原理三、溫度力圖

無(wú)縫線路的基本原理無(wú)縫線路的基本原理1．當(dāng)軌溫t等于鎖定軌溫t0時(shí)，鋼軌內(nèi)部溫度力為零即Pt＝0，如圖中A－A

線。2．當(dāng)t－t0≤

tH時(shí)，接頭阻力發(fā)揮作用，軌端無(wú)位移，溫度力在整個(gè)長(zhǎng)軌條內(nèi)均勻分布，Pt＝PH，如圖中B－B

線。3．當(dāng)t－t0＞

tH時(shí)，道床縱向阻力開(kāi)始發(fā)揮作用，軌端開(kāi)始產(chǎn)生收縮位移，同時(shí)也產(chǎn)生溫度力，大小為Pt＝PH＋r·x，如圖中C－C

線。無(wú)縫線路鎖定以后，軌溫單向變化時(shí)，溫度力沿鋼軌縱向分布的規(guī)律，稱為基本溫度力圖。lx伸縮區(qū)固定區(qū)伸縮區(qū)PHBCDPtADCBAmaxPt（二）基本溫度力圖無(wú)縫線路的基本原理

lx伸縮區(qū)固定區(qū)伸縮區(qū)PHBCDPtADCBAmaxPt無(wú)縫線路的基本原理1．當(dāng)Tmin－t≤

tH時(shí)，軌溫回升，鋼軌有伸長(zhǎng)趨勢(shì)，首先仍然遇到接頭阻力的抵抗，鋼軌全長(zhǎng)范圍內(nèi)溫度拉力減小，溫度力圖平行下移PH值，接頭處溫度拉力變?yōu)榱?。溫度力分布如圖中AEE

。2．當(dāng)

tH≤Tmin－t≤2

tH時(shí)，這時(shí)接頭阻力反向起作用，溫度力圖繼續(xù)平行下移PH值，此時(shí)接頭處承受溫度壓力，固定區(qū)仍為溫度拉力，如圖中FGG

所示。（三）軌溫反向變化時(shí)的溫度力圖無(wú)縫線路的基本原理3．當(dāng)Tmin－t≥2

tH時(shí)，正、反向接頭阻力已被完全克服完，鋼軌要開(kāi)始伸長(zhǎng)，這時(shí)道床縱向阻力起作用，部分長(zhǎng)度上溫度力梯度反向，在伸縮區(qū)溫度壓力以斜率r而增加，如圖中FT所示。4．當(dāng)t＝Tmax時(shí)，固定區(qū)溫度壓力達(dá)到maxPt后，由于

t拉max＞

t壓max，固定區(qū)溫度力平行下移到HH'，則HN與FT的交點(diǎn)，出現(xiàn)了溫度壓力峰P峰，其值大于固定區(qū)的溫度壓力。溫度壓力峰等于固定區(qū)最大溫度拉力與最大溫度壓力的平均值，即：（三）軌溫反向變化時(shí)的溫度力圖

無(wú)縫線路的基本原理（四）軌端伸縮量計(jì)算陰影線部分為克服道床縱向阻力階段釋放的溫度力，從而實(shí)現(xiàn)了鋼軌伸縮。由材料力學(xué)可知，長(zhǎng)軌條端部伸縮量

長(zhǎng)與陰影線部分面積的關(guān)系為：

1．長(zhǎng)軌一端的伸縮量無(wú)縫線路的基本原理緩沖區(qū)標(biāo)準(zhǔn)軌軌端伸縮量

短計(jì)算方法與

長(zhǎng)基本相同?？傻玫杰壎松炜s量

短計(jì)算公式為：

＝式中：maxPt為從鎖定軌溫到最低或最高軌溫時(shí)所產(chǎn)生的溫度力。2．標(biāo)準(zhǔn)軌一端的伸縮量

短＝t

ABCPHHGlKlP第三節(jié)無(wú)縫線路的穩(wěn)定性一、穩(wěn)定性概念在夏季高溫季節(jié)，無(wú)縫線路的鋼軌內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生巨大的溫度壓力，容易引起軌道橫向變形。在列車動(dòng)力或人工作業(yè)等干擾下，軌道彎曲變形有時(shí)會(huì)突然增大，這一現(xiàn)象常稱為脹軌跑道（也稱臌曲），在理論上稱為喪失穩(wěn)定。這對(duì)列車運(yùn)行的安全是個(gè)極大的威脅。無(wú)縫線路穩(wěn)定性分析的主要目的是研究軌道臌曲的發(fā)生規(guī)律，分析其產(chǎn)生的力學(xué)條件及主要影響因素，計(jì)算出保證線路穩(wěn)定的允許溫度壓力。無(wú)縫線路的穩(wěn)定性無(wú)縫線路喪失穩(wěn)定性無(wú)縫線路穩(wěn)定性計(jì)算的主要目的：研究軌道脹軌跑道的發(fā)生規(guī)律分析其產(chǎn)生的力學(xué)條件及主要影響因素計(jì)算出保證線路穩(wěn)定的允許溫度壓力因此，穩(wěn)定性分析對(duì)無(wú)縫線路的設(shè)計(jì)，鋪設(shè)及養(yǎng)護(hù)維修具有重要的理論和實(shí)踐意義。無(wú)縫線路的穩(wěn)定性桿件受壓失穩(wěn)(有缺陷、無(wú)缺陷）。但由于鋼軌不是絕對(duì)平直，因而其失穩(wěn)不是突然，而有一過(guò)程。Pt

PkPn[P]0

KABCf0+ff2mm1．持續(xù)穩(wěn)定階段（0－A）：無(wú)變形2．脹軌階段（A－K）：漸變形3．跑道階段（K以后）：突然大變形塑性變形從安全角度，不希望跑道，也不希望脹軌過(guò)大，f控制在2mm范圍內(nèi)（新產(chǎn)生的）→PN，并考慮安全系數(shù)K，得允許壓力:三個(gè)階段：無(wú)縫線路的穩(wěn)定性二、影響無(wú)縫線路穩(wěn)定性的因素（一）保持穩(wěn)定的因素1、道床橫向阻力（65％作用）道床抵抗軌道框架橫向位移阻力稱道床橫向阻力，它是防止無(wú)縫線路脹軌跑道、保證線路穩(wěn)定的主要因素。軌枕兩側(cè)20％～30％、道床肩部30％、軌枕底部50％橫向阻力與橫向位移的相互關(guān)系通過(guò)實(shí)測(cè)得到的表達(dá)式為

q＝q0－Byz＋Cy1/N（7－22）式中q0

初始道床橫向阻力；

y

軌道彎曲時(shí)，各截面軌

枕橫向位移；

B、C、Z、N

阻力系數(shù)。無(wú)縫線路的穩(wěn)定性（一）保持穩(wěn)定的因素2、軌道框架剛度（35％作用）反映其自身抵抗彎曲能力的參數(shù)。值愈大，軌道彎曲變形愈小。軌道框架剛度(水平面）=兩股鋼軌的水平剛度（EI＝βEIy）+扣件阻矩（M=H·

1/u

）式中，Iy為鋼軌斷面對(duì)堅(jiān)直軸的慣性矩；β為與扣件類型及擰緊程度有關(guān)的系數(shù)。試驗(yàn)表明β＝2～8，取β＝2，偏于安全（至少2根軌）。dcb00.250.500.751.001.251.501.752.00200100300400500600a圖為彈條Ⅰ型扣件阻矩實(shí)測(cè)值。a、b、c、d曲線對(duì)應(yīng)的扣件螺母扭矩分別為20、50、100、150N·m。對(duì)螺母扭矩為100N·m的實(shí)測(cè)阻矩值進(jìn)行回歸分析，求得回歸函數(shù)為：M＝2.2×104·

1/2（N·cm/cm）無(wú)縫線路的穩(wěn)定性（二）失穩(wěn)的因素1．溫度壓力――與鎖定軌溫Tsf有關(guān)2．軌道初始彎曲（原始不平順）矢度f(wàn)0初始不平順無(wú)縫線路的穩(wěn)定性三、穩(wěn)定理論無(wú)縫線路穩(wěn)定問(wèn)題的理論基礎(chǔ)是彈性理論的能量變分原理，可以看作是位于彈性介質(zhì)中無(wú)限長(zhǎng)梁（軌道框架）的受壓穩(wěn)定問(wèn)題。軌道失穩(wěn)之前，將先產(chǎn)生脹軌變形，脹軌變形的影響區(qū)可劃分為三個(gè)區(qū)段：其彎曲部分為脹軌變形區(qū)，亦稱臌曲區(qū)；臌曲區(qū)的兩側(cè)為縱向位移區(qū)即鄰區(qū)；影響區(qū)之外為未變形的穩(wěn)定區(qū)。無(wú)縫線路的穩(wěn)定性三、穩(wěn)定理論為保證無(wú)縫線路的穩(wěn)定，必須將鋼軌內(nèi)部的溫度壓力控制在一定范圍內(nèi)。國(guó)內(nèi)外對(duì)穩(wěn)定性計(jì)算公式進(jìn)行長(zhǎng)期深入的研究，提出了許多不同的計(jì)算公式。比較有影響的有H.Meier的臨界溫升法、原蘇聯(lián)的米辛柯公式、別爾申公式、日本的沼田實(shí)公式、A.D.Kerr和G.Samavedam把能量變分原理應(yīng)用于無(wú)縫線路穩(wěn)定性分析并提出了安全溫升法等。無(wú)縫線路的穩(wěn)定性三、穩(wěn)定理論我國(guó)在1977年提出了“統(tǒng)一無(wú)縫線路穩(wěn)定性計(jì)算公式”（以下簡(jiǎn)稱“統(tǒng)一公式”），并得到推廣應(yīng)用，對(duì)促進(jìn)我國(guó)無(wú)縫線路的發(fā)展起了重要作用。該公式假定變形波長(zhǎng)與初始波長(zhǎng)相等，并取變形為2mm時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度壓力PN作為計(jì)算壓力，再除以安全系數(shù)K，即為允許溫度壓力[P]。我國(guó)在1990年5月1日開(kāi)始實(shí)施的《無(wú)縫線路鋪設(shè)及養(yǎng)護(hù)維修方法》，穩(wěn)定性計(jì)算采用是由中國(guó)鐵道科學(xué)研究院盧耀榮研究員等提出的變形波長(zhǎng)與初始彎曲波長(zhǎng)不相等的計(jì)算公式（以下簡(jiǎn)稱“不等波長(zhǎng)公式”），現(xiàn)已得到現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用。無(wú)縫線路的穩(wěn)定性四、統(tǒng)一無(wú)縫線路穩(wěn)定性計(jì)算公式基本假定：整個(gè)軌道框架為鋪設(shè)于均勻介質(zhì)（道床）中的一根細(xì)長(zhǎng)壓桿；軌道彈性原始彎曲為半波正弦曲線，塑性原始彎曲為圓曲線，在變形過(guò)程中變形曲線端點(diǎn)無(wú)位移、曲線長(zhǎng)度不變；不考慮扣件系統(tǒng)變形能。

另有不等波長(zhǎng)的公式（教材所介紹的方法―方法尚有爭(zhēng)議――秦沈線并用）。主要計(jì)算保持線路穩(wěn)定最小的溫度力（臨界）。無(wú)縫線路的穩(wěn)定性把無(wú)縫線路看成處于連續(xù)的均勻介質(zhì)（道床）中的壓桿，水平彎曲剛度為βEJy，β取決于扣件對(duì)框架剛度的影響。彈性原始彎曲曲線為半波正弦曲線，塑性原始彎曲曲線為圓曲線，且其在變形過(guò)程中,波長(zhǎng)不變（頭尾兩點(diǎn)不變）。統(tǒng)一無(wú)縫線路穩(wěn)定性的計(jì)算圖式無(wú)縫線路的穩(wěn)定性（一）計(jì)算圖式在溫度作用下，軌道變形曲線為正弦曲線，方程為：（且為彈性變形）―――在推導(dǎo)過(guò)程中，假定波長(zhǎng)與原始波長(zhǎng)同。道床橫向阻力為單位長(zhǎng)度橫向阻力q

q=q0-c1y+c2yn

（n<1）(由試驗(yàn)得)有圓曲線的無(wú)縫線路的曲率要考慮塑性原始彎曲的曲率，合成曲率為：無(wú)縫線路的穩(wěn)定性（一）計(jì)算圖式采用能量法推導(dǎo)公式。利用勢(shì)能駐值原理(虛位移原理)來(lái)研究穩(wěn)定性公式。即當(dāng)軌道處于平衡位置時(shí)總勢(shì)為A，當(dāng)軌道受干擾作微小虛位移時(shí)，其內(nèi)外力所作功的增量為零。無(wú)縫線路可能有的內(nèi)外功為:A1――溫度壓力使鋼軌壓縮而形成的形變壓縮能――失穩(wěn)因素（促進(jìn)變形）；A2――軌道框架抵抗彎曲形成的彎曲形變能――穩(wěn)定因素；A3――道床橫向阻力抵抗彎曲形成的道床形變能――穩(wěn)定因素dA=dA2+dA3-dA1無(wú)縫線路的穩(wěn)定性（二）公式推導(dǎo)1、A1—壓縮形變能無(wú)縫線路的穩(wěn)定性2、A2—彎曲變形能A2由兩部分組成：（1）初始彈性彎曲內(nèi)力矩Moe所產(chǎn)生的形變能（2）形變過(guò)程中新增加內(nèi)力矩Mf所產(chǎn)生的形變能

無(wú)縫線路的穩(wěn)定性3、A3—道床形變能無(wú)縫線路的穩(wěn)定性4、

匯總無(wú)縫線路的穩(wěn)定性無(wú)縫線路的穩(wěn)定性4、

匯總第四節(jié)一般無(wú)縫線路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法普通無(wú)縫線路設(shè)計(jì)，主要指區(qū)間內(nèi)的無(wú)縫線路設(shè)計(jì)，其主要內(nèi)容為確定設(shè)計(jì)鎖定軌溫和無(wú)縫線路結(jié)構(gòu)計(jì)算兩部分。在設(shè)計(jì)前應(yīng)對(duì)有縫軌道現(xiàn)有狀況進(jìn)行調(diào)查，并針對(duì)無(wú)縫線路的需求，提出線路加強(qiáng)要求。（新線也應(yīng)對(duì)線路狀況有了解）

無(wú)縫線路鎖定軌溫Tsf的確定：冬不斷、夏不脹一般無(wú)縫線路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法一、確定設(shè)計(jì)鎖定軌溫鎖定施工過(guò)程中軌溫是不斷變化的，因而施工鎖定軌溫應(yīng)該是一個(gè)范圍，通常為設(shè)計(jì)鎖定軌溫5℃，困難條件下也可嚴(yán)格控制施工鎖定軌溫的變化范圍，取為±3℃。實(shí)際鎖定軌溫為零應(yīng)力狀態(tài)軌溫，在設(shè)計(jì)檢算時(shí)為安全計(jì)，取最大升溫為最高軌溫與施工鎖定軌溫下限之差，最大降溫為施工鎖定上限與最低軌溫之差。1.按強(qiáng)度條件確定允許軌溫變化幅度（拉壓）一般無(wú)縫線路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法2.按穩(wěn)定條件確定允許軌溫變化幅度[P]是框架的允許壓力；單根鋼軌面積：F：mm2

。把ΔT穩(wěn)與ΔT壓比較，取小者作為受壓允許軌溫變化幅度。通常ΔT壓＞ΔT穩(wěn)，所以通常是計(jì)算ΔT穩(wěn)不再計(jì)算ΔT壓。一般無(wú)縫線路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法鎖定軌溫下限鎖定軌溫上限設(shè)計(jì)鎖定軌溫計(jì)算Tetmax[△tu]tmtn[△td]tmin一般無(wú)縫線路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)鎖定軌溫范圍為便于施工，設(shè)計(jì)鎖定軌溫必須給出一個(gè)范圍，該范圍幅度為10℃，因此，只有t上－t下≥10℃，才能真正鋪設(shè)無(wú)縫線路。那么設(shè)計(jì)鎖定范圍為：

tsf±5°,且在t上～t下范圍內(nèi)。tsf為何值恰當(dāng)？從溫度力峰理論來(lái)看，只要tsf

±

5°在t上～t下范圍內(nèi)：Δtk――設(shè)計(jì)鎖定軌溫修正值（使失穩(wěn)留有余地、殘余應(yīng)力釋放使tsf降低），根據(jù)試驗(yàn)，Δtk＝3～5℃。計(jì)算出設(shè)計(jì)鎖定軌溫tsf后，再給出±5℃（有的會(huì)小些）的設(shè)計(jì)鎖定軌溫范圍。一般無(wú)縫線路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法二、伸縮區(qū)長(zhǎng)度的計(jì)算與確定不考慮溫度應(yīng)力峰問(wèn)題。已知tsf，則：

maxPt=2.428F[(tsf+5)-Tmin](拉)F：mm2maxPt’=2.428F[Tmax-(tsf-5)](壓)F：mm2

選二者較大者，求：取l0為標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)鋼軌整長(zhǎng)的倍數(shù)，如：lb=75m（砼）lb=100m（木）。若計(jì)算斷軌力，不一定maxPt，且不考慮±5℃問(wèn)題，因?qū)嶋H鎖定軌溫僅是設(shè)計(jì)鎖定軌溫范圍內(nèi)的一個(gè)定值。如何算？一般無(wú)縫線路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法（二）預(yù)留軌縫計(jì)算長(zhǎng)――短軌間：符號(hào)與下標(biāo)表示：1――長(zhǎng)軌，2――短軌；λ′――夏天伸長(zhǎng)量，λ″――冬天縮短量。λ1′＋λ2′≤Δ≤δ0－（λ1″＋λ2″）短――短軌間：

2λ2′≤Δ≤δ0－2λ2″一般無(wú)縫線路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法（三）防爬設(shè)備的設(shè)置線路爬行是造成軌道病害的主要原因之一。無(wú)縫線路地段，如發(fā)生爬行，其后果較普通線路更為嚴(yán)重。因?yàn)樗a(chǎn)生一般的軌道病害外，還會(huì)因鋼軌受力不均而改變?cè)瓉?lái)的鎖定軌溫。在無(wú)縫線路的伸縮區(qū)和緩沖區(qū)上，因鋼軌可能有伸縮，必須布置足夠的防爬設(shè)備，保證無(wú)相對(duì)于軌枕的縱向移動(dòng)。為此，要求鋼軌與軌枕間的扣件阻力，大于軌枕與道床間的縱向阻力。即：一般無(wú)縫線路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法

P防十nP扣＞nR

式中:P防—一對(duì)防爬器提供的阻力（N），見(jiàn)表7.2(P197)；

P扣—一根軌枕上扣件的阻力（N），見(jiàn)表7.3(P198)；

R—一根軌枕提供的道床縱向阻力（N），見(jiàn)表7.4(P199)；

n—配置一對(duì)防爬器的軌枕數(shù)。緩沖區(qū)的防爬設(shè)備與伸縮區(qū)相同，采用彈條I、11型扣件時(shí)，一般可不裝防爬器。一般無(wú)縫線路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法（四）軌條長(zhǎng)度無(wú)縫線路長(zhǎng)軌條長(zhǎng)度從理論上講，可以無(wú)限長(zhǎng)，這是近年來(lái)我國(guó)鐵路大力發(fā)展跨區(qū)間無(wú)縫線路和全區(qū)間無(wú)縫線路的理論基礎(chǔ)。但軌節(jié)長(zhǎng)度常因考慮線路平、縱面條件、道岔、道口、橋梁、隧道所在位置，按閉塞區(qū)間長(zhǎng)度設(shè)計(jì)，長(zhǎng)度為1000～2000m，最短不小于200m。一般無(wú)縫線路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法第五節(jié)其他無(wú)縫線路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法一、無(wú)縫道岔設(shè)計(jì)方法（一）無(wú)縫道岔受力和變形1.溫度力傳遞機(jī)理客專18號(hào)道岔縱向力、位移分布圖。無(wú)縫道岔鋼軌溫度力分布無(wú)縫道岔鋼軌位移分布無(wú)縫道岔設(shè)計(jì)方法道床、扣件、間隔鐵及限位器阻力是影響無(wú)縫道岔受力和變形的最主要因素。基本軌強(qiáng)度和穩(wěn)定性、間隔鐵及限位器強(qiáng)度、尖軌及心軌位移檢算是無(wú)縫道岔設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。道岔號(hào)碼大小、轍叉類型、焊接類型、道岔群的聯(lián)結(jié)類型、相鄰單元軌節(jié)鋪設(shè)軌溫差等影響無(wú)縫道岔的受力和變形。焊接類型的影響；跟端傳力結(jié)構(gòu)的影響；相鄰單元軌節(jié)鋪設(shè)軌溫差的影響；兩道岔間夾直線長(zhǎng)度影響。2.受力和變形的影響因素一、無(wú)縫道岔設(shè)計(jì)方法無(wú)縫道岔設(shè)計(jì)方法1.鋼軌強(qiáng)度檢算基本軌處于無(wú)縫線路固定區(qū)，當(dāng)軌溫下降時(shí)，基本軌要承受拉力，與此同時(shí)道岔里軌收縮時(shí)也會(huì)把附加溫度拉力作用在基本軌上，這樣就會(huì)使基本軌承受比無(wú)縫線路鋼軌還要大的溫度拉力。2.無(wú)縫道岔穩(wěn)定性檢算根據(jù)統(tǒng)一公式的基本理論，可導(dǎo)出如式（7-72）的無(wú)縫道岔計(jì)算溫度壓力，所采用的荷載組合為溫度力與基本軌附加壓力。3.無(wú)縫道岔中傳力部件強(qiáng)度檢算限位器及其螺栓強(qiáng)度檢算、間隔鐵及其螺栓強(qiáng)度檢算。4.尖軌和心軌伸縮位移檢算尖軌伸縮位移檢算（絕對(duì)位移和相對(duì)位移）、心軌伸縮位移檢算（絕對(duì)位移和相對(duì)位移）。（二）無(wú)縫道岔檢算內(nèi)容一、無(wú)縫道岔設(shè)計(jì)方法橋上無(wú)縫線路及無(wú)縫道岔設(shè)計(jì)二、橋上無(wú)縫線路及無(wú)縫道岔設(shè)計(jì)（一）橋上無(wú)縫線路設(shè)計(jì)1.橋上無(wú)縫線路概述設(shè)計(jì)橋上無(wú)縫線路時(shí)，必須充分考慮無(wú)縫線路與橋梁的相互作用，嚴(yán)格控制軌道與橋梁相互作用的附加力；控制長(zhǎng)軌條的縱向力，保證無(wú)縫線路穩(wěn)定性和鋼軌強(qiáng)度；控制鋼軌折斷時(shí)的斷縫，確保行車安全；控制橋梁墩臺(tái)的縱向水平力值，確保橋梁的安全使用。2.梁軌相互作用原理梁軌相對(duì)位移方