轨道工程课程设计_轨道强度检算及普通无缝线路设计.doc 26页

华东交通大学课程设计（论文）任务书题目名称轨道强度检算及普通无缝线路设计院（系）专业班级2014年1月6日至2014年1月10日共1周指导教师:教研室主任: 设计任务书一．设计题目：轨道强度检算普通无缝线路设计二．设计资料：线路铺设无缝线路区段，地区为南昌，历年最高轨温为60.6℃,最低轨温为－9.3℃,最大温差为69.9℃，60kg/m钢轨无缝线路，钢轨截面积F=77.45cm，钢轨惯性矩I=1048cm；曲线半径R=1200m轨枕：Ⅱ型混凝土轨枕1840根/㎞；道床：碎石道砟，厚度为40㎝；路基：既有线路基；钢轨支点弹性系数D：检算钢轨强度时，取30000N/mm；检算轨下基础时，取70000N/mm；现有机车类型机车组别（每组1人）123456789客机SS3SS1DF4SS3SS1DF4SS3DF4DF4B货机DF4BDF4SS1DF4DF4BDF4SS1DF4BDF4钢轨弹性模量E=2.1×10，轨道原始弹性弯曲半波长=720cm,原始弹性弯曲矢度=2.5mm，原始塑性弯曲矢度=2.5mm，轨道弯曲变形矢度=2mm。，轨道框架刚度系数=1.0，等效道床阻力取=84.3N/cm。线路基本情况： 该线路位于XXX线，自K110+000至K123+000桥隧等建筑物位置如下表：起始里程或中心里程既有线桥、隧及道口描述K110+74.4~k110+254.33潭口隧道K110+342.962-20.01-10.0混凝土拱桥K110+687.5平交道口K111+046.01-40.02-20.0混凝土拱桥K113+171.53~k113+476.28古龙岗隧道K114+650.812-15.04-31.0钢桥K115+000平交道口K121+163.06平交道口K121+500.6平交道口K121+948.56~k122+065.81杨子岭隧道三、设计内容及要求1、轨道强度检算（1）论述轨道强度、稳定性计算的基本原理；（2）静力计算采用连续弹性基础梁理论，用准静态计算方法计算轨道结构动力。检算内容有：钢轨强度检算、道床顶面压应力检算、路基表面压应力检算等。 2、普通无缝线路设计（1）设计锁定轨温的确定（2）伸缩区长度计算（3）预留轨缝设计（4）防爬设备的布置（5）长轨节的长度，画长轨条布置图（6）无缝线路稳定性检算等。四．参考文献：1.《铁路轨道设计规范》（TB10082—2005J448—2005）2.《轨道工程》五．完成文件与要求：1．设计计算书2．长轨条布置图。设计计算书采用统一的封页和计算纸张，按要求填写好任务书，装订后再和图纸一起放入资料袋中。图纸统一采用A3纸张，计算机绘图或手工绘图，要求布局合理，线形粗细必须分明，标注的汉字和数字要字体统一、大小一致、详细清晰，图纸右下方需有绘图单位、比例和其他说明文字。图纸下方需标明设计者和审核者、设计时间、图名、图号、班级和学号等。备注：请各班学习委员对上述所给条件进行组合，确保本班所有同学的参数不重合。 指导教师：张鹏飞轨道强度检算一、轨道强度计算的基本原理轨道承受列车的各种垂直压力、横向水平力、纵向水平力。①垂直压力主要来自车轮的静重（静荷载）。在列车运行时，由于机车车辆的振动，轨道和车轮的不平顺，以及蒸汽机车动轮和主动轮构件的作用，除静荷载外，在垂直方向，轨道还承受许多额外的附加力。所有这些附加力连同静荷载一起，称为垂直动荷载。②横向水平力主要是由机车车辆摇摆及作蛇行运动以及它们通过曲线时向外推动而产生的。③纵向水平力主要包括机车加速、制动时的纵向水平分力，在长大坡道上机车车辆重量的纵向水平分力，以及因钢轨的温度变化而产生的温度力。目前，最常用的检算轨道强度方法称为准静态计算方法。所谓准静态计算方法，就是应用静力计算的基本原理，对轨道结构静力计算，然后根据轮轨系统的动力特性，考虑为轮载、钢轨挠度、弯矩和轨枕反力等的动力增值问题。轨道强度准静态计算包括以下三个内容：1、轨道结构的静力计算；2、轨道结构强度的动力计算——准静态计算；3、检算轨道结构各部件的强度。（1）轨道结构的静力计算 轨道静力计算常用有连续弹性基础梁和连续弹性支撑梁两种模型。连续弹性基础梁模型就是把钢轨视为一根支承在连续弹性基础上的无限长梁，分析梁在受竖向力作用下产生的挠度、弯矩和基础反力。通过计算出C、D、k三个弹性特征参数值和EJ的值，算出当量荷载和，最后求出弯矩M和反力R。基本假设为：（a）轨道和机车车辆均符合各项规定标准的要求。（b）钢轨是一根支承在连续弹性基础上的无限长梁。（c）作用于钢轨的对称面上，两股钢轨上的荷载相等。（d）不考虑轨道自重。（2）准静态计算在轨道结构的准静态计算中，主要是确定钢轨的挠度、弯矩和轨枕动力增值。通过求出速度系数、偏载系数和横向水平力系数f，最后求出弯矩M和反力R。（3）检算轨道结构各部件的强度（a）钢轨强度检算（b）轨枕承压强度与弯矩的检算（c）道床应力及路基面应力计算二、稳定性计算的基本原理无缝线路轨道的稳定性应满足钢轨内的实际升温幅度△T小于或等于允许的升温幅度。桥上铺设无缝道岔时，应计入纵向附加力的影响，即△T≤。三、计算部分 近几年来我国铁路推广使用U75V（原称PD3）钢种钢轨其抗拉强度达980MPa，淬火后其抗拉强度达1265MPa。机车类型为第6组：客机DF4，货机DF4。1、运营车辆为DF4型电力机车时轨道各部件强度检算所检算机车构造速度均小于最坏情况下的最大速度Vmax=4.3 R=4.3×√1200=148.96km/h，故可按机车构造速度检算部件强度。钢轨强度的检算DF4型电力机车的两个转向架之间距离比较大，彼此影响甚小，可任选一个转向架的车轮作为计算轮，同时由于三个车轮的轮重和轮距相同，两端的车轮对称，只要任选1与2轮或2与3轮作为计算轮来计算弯矩的当量荷载计算步骤如下：①计算值计算钢轨强度的D=30000N/mm，按无缝线路的要求，轨枕均匀布置，轨枕间距a=/1840=543.47≈543mm。由此可得：②计算值E值一般取，查表可得J=③计算值根据不同的值可计算出值 计算轮计算值轮位12319742801800360002.1604.3201－0.16000.0072－184008282782001800018002.16002.160－0.16001－0.1600－18400－18400④计算以1和2轮分别为计算轮来计算，并选取其中最大值来计算钢轨的弯矩。计算轮1的为其中的最大值，用此值来计算静弯矩。⑤计算静弯矩⑥计算动弯矩计算电力机车运行条件下轨底弯曲应力的速度系数公式为，可算得速度系数为 由计算偏载系数的公式，我国《铁路线路维修规则》规定：未被平衡的欠超高一般不应大于75mm，所以中,得由表可查得时的横向水平力系数将上述系数代入⑦计算钢轨的动弯应力和可查得钢轨的，，则得轨底和轨头应力为轨底轨头温度应力=2.48△t=2.48x27.48=68.15Mpa,得钢轨基本应力轨底轨头由《铁路轨道设计规范》（TB10082—2005J448—2005）查得，U75V（原称PD3）钢种钢轨抗拉强度大于880Mpa，钢轨的屈服极限，新轨的安全系数，允许应力为 上述轨底和轨头的基本应力均小于，符合钢轨的强度检算条件轨枕弯矩的检算①计算值和值计算轨枕弯矩时，用，轨枕均匀布置，轨枕间距由此可得②计算值根据不同的值可计算出值③计算轨枕反力的当量荷载计算轮计算值轮位1231.0501800360002.6645.32810.09710.00677 11166.5778.5521800018002.66402.6640.097110.097111166.511166.5取表中最大的④计算轨枕上的动压力计算电力机车运行条件下速度系数公式为，可算得速度系数由计算偏载系数的公式，式中,得，约为静轮载的87.33％，以此计算值来计算轨枕弯矩。型混凝土轨枕，轨枕长度，钢轨中心线至枕端距离，道床支承长度，轨底宽度，代入公式，计算轨下截面正弯矩 型混凝土轨枕，轨下截面允许弯矩，计算正弯矩在计算轨枕中间截面弯矩时，可按两种不同支承方式的公式分别计算结果，进行比较公式一公式二型混凝土轨枕，轨枕中间截面允许弯矩，计算数值道床顶面应力的检算对于型混凝土轨枕，，中部不支承在道床上时，，中部支承在道床上时，按照下式计算或 满足强度条件路基面道床应力的检算根据路基填料的允许应力反算所需的厚度道床的厚度计算值小于实际的道床厚度，满足要求，应采用实际的道床厚度，检算通过。2、运营车辆为内燃机车时轨道各个部件强度检算DF4型内燃机车一样，任选一个转向架的车轮作为计算轮，同时由于三个车轮的轮重和轮距相同，两端的车轮对称，只要任选1与2轮或2与3轮作为计算轮来计算弯矩的当量荷载计算步骤如下：①计算值计算钢轨强度的D=30000N/mm，按无缝线路的要求，轨枕均匀布置，轨枕间距a=/1840=543.47≈543mm。由此可得：②计算值E值一般取，查表可得J=③计算值根据不同的值可计算出值 计算轮计算值轮位12319742801800360002.1604.3201－0.16000.0072－184008282782001800018002.16002.160－0.16001－0.1600－18400－18400④计算以1和2轮分别为计算轮来计算，并选取其中最大值来计算钢轨的弯矩。计算轮1的为其中的最大值，用此值来计算静弯矩。⑤计算静弯矩⑥计算动弯矩计算电力机车运行条件下轨底弯曲应力的速度系数公式为可算得速度系数为 由计算偏载系数的公式，我国《铁路线路维修规则》规定：未被平衡的欠超高一般不应大于75mm，所以中,得由表可查得时的横向水平力系数将上述系数代入⑦计算钢轨的动弯应力和可查得钢轨的，，则得轨底和轨头应力为轨底轨头温度应力=2.48△t=2.48x27.48=68.15Mpa,得钢轨基本应力轨底轨头由《铁路轨道设计规范》（TB10082—2005J448—2005）查得，U75V（原称PD3）钢种钢轨抗拉强度大于880Mpa，钢轨的屈服极限，新轨的安全系数，允许应力为 上述轨底和轨头的基本应力均小于，符合钢轨的强度检算条件轨枕弯矩的检算①计算值和值计算轨枕弯矩时，用，轨枕均匀布置，轨枕间距由此可得②计算值根据不同的值可计算出值③计算轨枕反力的当量荷载计算轮计算值轮位1231.0501800360002.6645.32810.09710.00677 11166.5778.5521800018002.66402.6640.097110.097111166.511166.5取表中最大的④计算轨枕上的动压力计算电力机车运行条件下速度系数公式为，可算得速度系数由计算偏载系数的公式，式中,得，约为静轮载的76.63％，以此计算值来计算轨枕弯矩。型混凝土轨枕，轨枕长度，钢轨中心线至枕端距离，道床支承长度，轨底宽度，代入公式，计算轨下截面正弯矩 型混凝土轨枕，轨下截面允许弯矩，计算正弯矩在计算轨枕中间截面弯矩时，可按两种不同支承方式的公式分别计算结果，进行比较公式一公式二型混凝土轨枕，轨枕中间截面允许弯矩，计算数值道床顶面应力的检算对于型混凝土轨枕，，中部不支承在道床上时，，中部支承在道床上时，按照下式计算或 满足强度条件路基面道床应力的检算根据路基填料的允许应力反算所需的厚度道床的厚度计算值小于实际的道床厚度，满足要求，并采用实际的道床厚度，检算通过。普通无缝线路设计温度压力的计算根据《轨道设计规范》（TB10082—2005J448—2005）的公式计算温度压力计算公式根据假设，用势能驻值原理导出如下基本公式：，式中；；—计算两根钢轨温度压力（N）；E—钢轨弹性模量，为2.1×10；—两根钢轨对竖直中和轴线的惯性矩，60kg/m钢轨=2×524=1048cm—轨道框架刚度系数，采用1.0；—轨道弯曲半波长（cm）； —轨道原始弹性弯曲半波长（cm）；720cm—轨道原始弹性弯曲矢度（cm）；0.25cm—轨道原始弹性弯曲的相对曲率矢度（），，为常量，其值根据无缝线路现场调查资料统计分析确定；—轨道原始塑性弯曲曲率（）；=—轨道弯曲变形矢度，采用0.2cm；—曲线轨道半径（cm）；cm—等效道床横向阻力；84.3N/cm 轨道稳定性允许温度压力轨道稳定性允许温升对于路基上无缝线路根据强度条件确定允许温降钢轨的强度条件是要求轨头急轨底的边缘荷载应力的最大可能值，不超过钢轨的屈服强度除以一定的安全系数所得出的容许应力。其表达式如下：—安全系数，新钢轨。取130Mpa,取10Mpa取 取，则=2.48△t=2.48x27.48=68.15Mpa,=10Mpa.,=2.48t=2.48x27.48=68.15Mpa,=10Mpa.计算式为：设计锁定轨温计算—南昌历年最高轨温（℃），取60.6℃；—南昌历年最低轨温（℃），取-9.3℃；—修正值，一般为0～5℃。 钢轨温度力设计锁定轨温范围宜为10℃。取=38.12设计锁定轨温上限℃设计锁定轨温下限℃南昌最高轨温60.6℃，最低轨温-9.3℃，设计锁定轨温上、下限应满足下式条件：钢轨最大温度拉力：钢轨最大温度压力：伸缩区长度计算无缝线路锁定后，长轨条的两端将随轨温的升降而伸缩，其伸缩范围的长度即为伸缩区长度。式中—钢轨最大温度拉力或压力（N），按式（6-14）和式（6-15）计算；—接头阻力（N）；取490kNr—一股轨下道床纵向阻力，有碴道床路基上为一股轨下线路纵向阻力，取115N/cm 所以无缝线路缓冲区预留轨缝计算长轨条一端伸缩量的计算所以缓冲轨一端伸缩量的计算缓冲区由两根25长普通钢轨组成，L=2x25=50m=5000cm。所以预留轨缝的计算冬季轨缝不应超过构造轨缝的条件：夏季轨缝不顶紧的条件：式中—长轨条与缓冲轨之间预留轨缝值（mm）；—相邻缓冲轨间预留轨缝值（mm）； —钢轨接头构造轨缝，取18mm；—长轨条一端的收缩量或伸长量（mm）；—缓冲轨一端的收缩量或伸长量（mm）。综上所得：防爬设备的布置式中，为一对防爬器的阻力，为15000（N）；为一根轨枕上的扣件阻力，为9000（N）（w弹条扣件）；R为一根轨枕能提供的道床阻力，为10000N；n为两对防爬器之间的间隔轨枕数。两对防爬器之间的间隔轨枕数不应大于15。