高速鐵路無(wú)縫線(xiàn)路設(shè)計(jì)中軌道計(jì)算原理綜述目錄TOC\o"1-3"\h\u21999高速鐵路無(wú)縫線(xiàn)路設(shè)計(jì)中軌道計(jì)算原理綜述 1300651.1.1.軌道受力分析 139011.1.2.軌道豎向力分析與計(jì)算 2271521.1.3.強(qiáng)度檢算 5軌道受力分析軌道會(huì)受到非常復(fù)雜的力的影響,這些具有影響力有隨機(jī)性和重復(fù)性。主要分為了和軌道表面垂直的垂直力、和軌道軸向垂直的橫向水平力以及和鋼軌軸向平行的縱向水平力等等。（1）豎向力豎向力包括靜輪重和附加動(dòng)壓力。當(dāng)機(jī)車(chē)靜止時(shí),一組輪對(duì)的兩個(gè)車(chē)輪對(duì)稱(chēng)作用在軌道上的車(chē)輪荷載，在列車(chē)運(yùn)行過(guò)程中,車(chē)輪作用在軌道上的垂直力稱(chēng)之為車(chē)輪動(dòng)荷載。（2）橫向水平力①車(chē)輛自身蛇形運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)致輪緣碰撞鋼軌產(chǎn)生的周期性的橫向力。②在軌向不平順的地段，車(chē)輪和鋼軌之間的沖擊而產(chǎn)生橫向力。③曲線(xiàn)地段，轉(zhuǎn)向架轉(zhuǎn)向時(shí)，輪緣碰觸鋼軌側(cè)面的橫向力和通過(guò)曲線(xiàn)時(shí)未被平衡的離心力。（3）縱向水平力縱向水平力包括列車(chē)的起動(dòng)、加速、制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的縱向水平力，包括：①鋼軌爬行力。致使軌道爬行的原因有很多，其中最基本的是鋼軌在動(dòng)荷載作用下的撓曲。②在斜坡上，列車(chē)重力平行于坡面的分力。其值大小和列車(chē)所處坡面的坡度大小所決定。③制動(dòng)力。當(dāng)列車(chē)進(jìn)行剎車(chē)時(shí)，操作列車(chē)的制動(dòng)器，對(duì)車(chē)輪施加壓力而在車(chē)輪和軌道的接觸點(diǎn)上產(chǎn)生阻止列車(chē)?yán)^續(xù)前進(jìn)的力。④摩擦縱向力。列車(chē)在通過(guò)曲線(xiàn)地段時(shí)，由于轉(zhuǎn)向架的主動(dòng)轉(zhuǎn)向，會(huì)使車(chē)輪踏面產(chǎn)生一個(gè)作用于軌面的摩擦力:⑤溫度力。鋼軌由于鋪設(shè)的原因，會(huì)受到約束阻力，而不能隨軌溫的變化而伸長(zhǎng)縮短，故在鋼軌內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生溫度力。軌道豎向力分析與計(jì)算常用軌道強(qiáng)度檢算方法為準(zhǔn)靜態(tài)計(jì)算法，而準(zhǔn)靜態(tài)計(jì)算法基本原理為靜力計(jì)算的基本原理。當(dāng)由外荷載引起的結(jié)構(gòu)本身的慣性力相對(duì)較?。ㄅc外力、反力相比），基本上可以忽略不計(jì)，而不予考慮時(shí)，則可基本上按照靜力分析的方法來(lái)計(jì)算，然后根據(jù)輪軌系統(tǒng)的動(dòng)力特性，考慮行車(chē)速度、鋼軌偏載和列車(chē)通過(guò)曲線(xiàn)的橫向力引起的動(dòng)力增值。（1）靜力計(jì)算①基本假設(shè)1）軌道和機(jī)車(chē)車(chē)輛均處于正常良好狀態(tài),符合有關(guān)的技術(shù)標(biāo)推。2）鋼軌視為支承在彈性基礎(chǔ)上的等截面無(wú)限長(zhǎng)梁;軌枕視為支承在連續(xù)彈性基礎(chǔ)上的短梁?；A(chǔ)或支座的沉落值與它所受的壓力成正比。3）輪載作用在鋼軌的對(duì)稱(chēng)面上,且兩股鋼軌上的荷載相等;基礎(chǔ)剛度均勻且對(duì)稱(chēng)于軌道中心線(xiàn)。4）不考慮軌道本身的自重。②計(jì)算模型連續(xù)彈性基礎(chǔ)梁模型就是把鋼軌視為一根支承在連續(xù)彈性基礎(chǔ)上的無(wú)限長(zhǎng)梁，分析梁在受豎向力作用下所產(chǎn)生的撓度、彎矩和基礎(chǔ)反力。依據(jù)此模型進(jìn)行計(jì)算時(shí)，考慮①中假設(shè)，并且需確定一些系數(shù)。1）EI——鋼軌的彎曲剛度。E一般取2.1×105MPa，而I的取值通過(guò)不同的鋼軌磨耗值來(lái)查表2-4。2）D——鋼軌支座剛度。采用彈性點(diǎn)支承梁模型時(shí)，鋼軌支座剛度表示鋼軌支座的彈性特征，定義為使鋼軌支座頂面產(chǎn)生單位下沉?xí)r所需施加于支座頂面的力，通過(guò)查REF_Ref7444\h表2-1可以取值。表2-SEQ表3_-\*ARABIC1混凝土枕軌道D值軌枕類(lèi)型軌下膠墊剛度（kN/mm）D（kN/mm）Ⅱ型混凝土枕110308027.2Ⅲ型混凝土枕80333）u——鋼軌基礎(chǔ)彈性模量，采用連續(xù)基礎(chǔ)梁模型時(shí)，鋼軌基礎(chǔ)彈性模量表示鋼軌基礎(chǔ)的彈性特征，定義為使單位長(zhǎng)度的鋼軌基礎(chǔ)單位下沉所需施加在其上的分布力，按照下式求得(2-1)a——軌枕間距（mm）。4）k——?jiǎng)偙认禂?shù)，也稱(chēng)軌道系統(tǒng)特征參數(shù)。(2-2)E——鋼軌鋼的彈性模量I——鋼軌截面對(duì)水平中性軸的慣性矩5）y——鋼軌下沉M——鋼軌彎矩R——枕上壓力(2-3)P——?jiǎng)榆?chē)輪載(kN)(2-4)η、μ——稱(chēng)為文克爾地基梁的解函數(shù)或分布函數(shù)。（2）準(zhǔn)靜態(tài)計(jì)算①速度系數(shù)a速度系數(shù)a與軌道的狀態(tài)以及機(jī)車(chē)的類(lèi)型有關(guān)，取值按照REF_Ref6454\h表2-2取值表2-SEQ表3_-\*ARABIC2速度系數(shù)速度牽引類(lèi)型電力牽引內(nèi)燃牽引v≤160km/h0.6v/1000.4v/100v＞160km/h1.0②偏載系數(shù)β列車(chē)在經(jīng)曲線(xiàn)地段的時(shí)候，未平衡的超高會(huì)導(dǎo)致軌道的偏載，從而產(chǎn)生的鋼軌附加荷載用偏載系數(shù)β來(lái)表示。(2-5)△h——未被平衡的超高值（mm）H——車(chē)體重心高（mm）S——左右鋼軌中心線(xiàn)間距（mm）如果按照我國(guó)機(jī)車(chē)最大的重心高度H=2300mm，S=1500mm代入上式，則偏載系數(shù)簡(jiǎn)化為：(2-6)③橫向水平力系數(shù)f車(chē)輛轉(zhuǎn)向架在直線(xiàn)段進(jìn)行的蛇行運(yùn)動(dòng)和車(chē)輪輪緣曲線(xiàn)段的導(dǎo)向作用，會(huì)導(dǎo)致車(chē)輪和軌道之間產(chǎn)生橫向水平力，導(dǎo)致鋼軌會(huì)承受在水平上橫向作用的彎曲和扭轉(zhuǎn)，軌頭和軌底的邊緣應(yīng)力對(duì)比于中心應(yīng)力的增量用橫向水平力系數(shù)f表示。取值按表2-3REF_Ref13881\h取值。表2-SEQ表3_-\*ARABIC3橫向水平力系數(shù)直線(xiàn)曲線(xiàn)（m）300400500600800-2000≥20001.252.001.801.701.601.451.30④軌道強(qiáng)度的準(zhǔn)靜態(tài)計(jì)算用準(zhǔn)靜態(tài)法計(jì)算鋼軌動(dòng)撓度yd，鋼軌動(dòng)彎矩Md，枕上動(dòng)壓力Rd，計(jì)算公式如下：(2-7)強(qiáng)度檢算（1）鋼軌強(qiáng)度檢算檢算鋼軌強(qiáng)度時(shí)，基本應(yīng)力包括豎直荷載作用下的動(dòng)彎應(yīng)力和因溫度變化產(chǎn)生的溫度應(yīng)力。其中鋼軌動(dòng)彎應(yīng)力按照2-8和2-9式求?。很夘^邊緣最大可能動(dòng)彎應(yīng)力：(2-8)軌頭邊緣最大可能動(dòng)彎應(yīng)力：(2-9)σ頭d、σ底d——分別為輪頭、輪底邊緣最大可能動(dòng)彎應(yīng)力（MPa）W頭、W底——分別為軌頭、軌底的截面參數(shù)，按表2-4取值（2）軌枕彎矩檢算①軌下截面正彎矩Mg圖2-SEQ圖3_-\*ARABIC1軌下截面正彎矩計(jì)算圖示檢算公式為(2-10)式中：a1——荷載作用點(diǎn)至枕端距離，a1=50cme——一股鋼軌下，軌枕的全支承長(zhǎng)度，e=110cmb’——軌下襯墊寬度，一般取軌底寬（cm）Ks——軌枕設(shè)計(jì)系數(shù)，暫定為1[Mg]——軌下截面允許彎矩，與軌枕類(lèi)型有關(guān)，本設(shè)計(jì)用Ⅲ型枕，取18kN·m②中間截面負(fù)彎矩Mc圖2-SEQ圖3_-\*ARABIC2跨中截面負(fù)彎矩計(jì)算圖示(2-11)[Mc]——中間截面允許負(fù)彎矩，Ⅲ型枕取14kN·m（3）道床和路基面強(qiáng)度檢算檢算①道床頂面應(yīng)力圖2-SEQ圖3_-\*ARABIC3道床頂面應(yīng)力分布道床頂面的應(yīng)力，無(wú)論沿軌枕縱向還是橫向，分布都是不均勻的。而道床頂面的平均應(yīng)力：(2-12)b——軌枕底面寬度，混凝土枕平均寬度b=27.5cme’——一股鋼軌下的軌枕有效支承長(zhǎng)度，Ⅲ型枕e’=130cm由于現(xiàn)實(shí)中道床頂面應(yīng)力的分布具有不均勻性，故最大應(yīng)力為(2-13)m——應(yīng)力分布不均勻系數(shù)，取m=1.6.②路基頂面應(yīng)力首先做以下假設(shè)：1）道床上的壓力以擴(kuò)散角φ按直線(xiàn)擴(kuò)散規(guī)律從道床頂面?zhèn)鬟f到路基頂面;2）不考慮相鄰軌枕的影響;3）道床頂面的壓力是均勻分布的。圖2-SEQ圖3_-\*ARABIC4道床應(yīng)力傳遞示意圖中有(2-14)φ——壓力擴(kuò)散角，φ=35°。如果道床厚度h滿(mǎn)足下列情況，則