軌道工程課設(shè)

1、目 錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 1普通無縫線路設(shè)計(jì)任務(wù)書2 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 1.1課程名稱2 HYPERLINK l bookmark11 o Current Document 1.2課程設(shè)計(jì)題目2 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 1.3設(shè)計(jì)內(nèi)容2 HYPERLINK l bookmark17 o Current Document 1.4已知條件2 HYPERLINK l bookmark20

2、 o Current Document 2普通無縫線路設(shè)計(jì)指導(dǎo)書2 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 2.1溫度壓力的計(jì)算3 HYPERLINK l bookmark27 o Current Document 2.2軌道穩(wěn)定性允許溫度壓力P5 HYPERLINK l bookmark31 o Current Document 2.3軌道穩(wěn)定性允許溫升AT 5c HYPERLINK l bookmark37 o Current Document 2.4根據(jù)強(qiáng)度條件確定允許溫降IAT 5d HYPERLINK l bookmark40 o Curr

3、ent Document 2.5設(shè)計(jì)鎖定軌溫計(jì)算7 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 2.6設(shè)計(jì)鎖定軌溫7 HYPERLINK l bookmark55 o Current Document 2.7伸縮區(qū)長(zhǎng)度計(jì)算8 HYPERLINK l bookmark58 o Current Document 2.8無縫線路緩沖區(qū)預(yù)留軌縫計(jì)算8 HYPERLINK l bookmark70 o Current Document 2.9防爬器的設(shè)置9 HYPERLINK l bookmark82 o Current Document 2.10長(zhǎng)軌條的布置10

4、3無縫線路畢業(yè)設(shè)計(jì)10 HYPERLINK l bookmark89 o Current Document 3.1溫度壓力的計(jì)算10 HYPERLINK l bookmark125 o Current Document 3.2軌道穩(wěn)定性允許溫度壓力P12 HYPERLINK l bookmark128 o Current Document 3.3軌道穩(wěn)定性允許溫升IAT 12c HYPERLINK l bookmark131 o Current Document 3.4根據(jù)強(qiáng)度條件確定允許溫降IAT 13d HYPERLINK l bookmark134 o Current Document

5、3.5計(jì)鎖定軌溫計(jì)算14 HYPERLINK l bookmark137 o Current Document 3.6計(jì)鎖定軌溫143.7伸縮區(qū)長(zhǎng)度計(jì)算15 HYPERLINK l bookmark140 o Current Document 3.8無縫線路緩沖區(qū)預(yù)留軌縫計(jì)算16 HYPERLINK l bookmark146 o Current Document 3.9防爬器的設(shè)置17 HYPERLINK l bookmark149 o Current Document 3.10長(zhǎng)軌條的布置17普通無縫線路設(shè)計(jì)任務(wù)書1.1課程名稱：軌道工程1.2課程設(shè)計(jì)題目：普通無縫線路設(shè)計(jì)1.3設(shè)計(jì)內(nèi)容：

6、包括設(shè)計(jì)鎖定軌溫的確定，伸縮區(qū)長(zhǎng)度計(jì)算，預(yù)留軌縫設(shè) 計(jì)，防爬設(shè)備的布置和長(zhǎng)軌節(jié)的長(zhǎng)度，無縫線路穩(wěn)定性檢算等。 請(qǐng)參考軌道工程、鐵路軌道相關(guān)章節(jié)及軌道設(shè)計(jì)規(guī)范 (TB100822005 J4482005)等相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)。1.4已知條件：線路鋪設(shè)無縫線路區(qū)段，地區(qū)歷年最高軌溫為*C，最低軌溫 為*C； 60kg/m鋼軌無縫線路，曲線半徑R=600m；軌枕：II型混凝土軌枕1760根/燦，鋼軌截面積F=77.45 cm2，鋼軌慣性矩 I=1048cm4，鋼軌彈性模量E=2.1X105MPa，軌道原始彈性彎曲 半波長(zhǎng)10 =720cm,原始彈性彎曲矢度f2.5mm，原始塑性彎曲矢 度f即二2.5mm

7、，軌道彎曲變形矢度f =2mm。，軌道框架剛度系數(shù)二1.0，等效道床阻力取r0=84.3N/cm。線路基本情況：該線路位于XXX線，自K110+000至K123+000橋隧等建筑物位置如下表：起始里程或中心里程既有線橋、隧及道口描述K110+74.4k110+254.33潭口隧道K110+342.962-20.01-10.0 混凝土拱橋K110+687.5平交道口K111+046.01-40.02-20.0 混凝土拱橋K113+171.53k113+476.28古龍崗隧道K114+650.812-15.04-31.0 鋼橋K115+000平交道口K121+163.06平交道口K121+500.

8、6平交道口K121+948.56k122+065.81楊子嶺隧道普通無縫線路設(shè)計(jì)指導(dǎo)書計(jì)算步驟如下：2.1溫度壓力的計(jì)算根據(jù)軌道設(shè)計(jì)規(guī)范(TB100822005 J4482005)的公 式計(jì)算溫度壓力計(jì)算公式根據(jù)假設(shè)，用勢(shì)能駐值原理導(dǎo)出如下基本公式：式中陽兀2 / + f +暨rP =12冗 0w4 11乙(R +烈20,/4rwt.小廠,w + 1 w2 + (0 ), jpEI212 =_，4rwto -兀3 f4 、w = PEI兀 2 (t +)；兀3 R111=+:RR R0匕一計(jì)算兩根鋼軌溫度壓力（N）；E一鋼軌彈性模量，為2.1X105 MPa ;I一兩根鋼軌對(duì)豎直中和軸線的慣性

9、矩，50kg/m 鋼軌 I =2X 377=754cm 460kg/m 鋼軌 I =2X 524=1048cm 475kg/m 鋼軌 I =2X 665=1330cm 4P 一軌道框架剛度系數(shù)，采用1.0;l 一軌道彎曲半波長(zhǎng)（cm）；l0一軌道原始彈性彎曲半波長(zhǎng)（cm）；fe 一軌道原始彈性彎曲矢度（cm）；t 一軌道原始彈性彎曲的相對(duì)曲率矢度（cm-1）, t = f0e ,120t為常量，其值根據(jù)無縫線路現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查資料統(tǒng)計(jì)分1021021R0 一軌道原始塑性彎曲曲率（cm-1 ）； 1R0f 一軌道彎曲變形矢度，采用0.2cm；R 一曲線軌道半徑（cm）； %一等效道床橫向阻力;-c f

10、+ -c c f412 n 2J式中，q0 一道床初始阻力常數(shù)（N/cm）；匕和C2 一道床塑性系數(shù)，單位分別為N/ cm2和N/ cm n+i ；七一積分常數(shù)；2.2軌道穩(wěn)定性允許溫度壓力Ip舊=K 1式中匕一軌道穩(wěn)定性計(jì)算溫度壓力（N），按式（6-4）計(jì)算。K 一安全系數(shù)，一般取K=1.251.3。2.3軌道穩(wěn)定性允許溫升Iat c對(duì)于路基上無縫線路Lat = LC 2 Ea F式中F一鋼軌斷面面積，50kg/m 鋼軌 F = 65.8cm260kg/m 鋼軌 F = 77.45 cm275kg/m 鋼軌 F = 95.037 cm22.4根據(jù)強(qiáng)度條件確定允許溫降Iat d鋼軌的強(qiáng)度條件是

11、要求軌頭急軌底的邊緣荷載應(yīng)力的最大 可能值，不超過鋼軌的屈服強(qiáng)度除以一定的安全系數(shù)所得出的容 許應(yīng)力。其表達(dá)式如下：軌頭b頭 軌頭b頭 +b +b &=2軌底b +b +b lb= 土2式中b頭一軌頭邊緣荷載應(yīng)力的最大可能值；b曲一軌底邊緣荷載應(yīng)力的最大可能值；b ,一無縫線路鋼軌溫度應(yīng)力；b $鋼軌附加應(yīng)力，取10 MPa ；b 一經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)拉伸試驗(yàn)所得出的鋼軌鋼屈服強(qiáng)度，根據(jù)國家鋼軌鋼試驗(yàn)資料統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，按極限強(qiáng)度bb的不同等級(jí)，氣的取值不同；及再用軌計(jì)算式為：式中值為 128MPa；K2 = 1.3 1.35。l及再用軌計(jì)算式為：式中值為 128MPa；K2 = 1.3 1.35。lcb

12、bd fEabd 一鋼軌動(dòng)彎應(yīng)力，取軌底的應(yīng)力，本設(shè)計(jì)中取七一鋼軌附加應(yīng)力，取10四；E一鋼軌鋼的彈性模量，為2.1 x 105MPa ；a 一鋼軌的線膨脹系數(shù)，取1.18x 10-5 / CO2.5設(shè)計(jì)鎖定軌溫計(jì)算T = * +虹壺+ATe 22k式中T一設(shè)計(jì)鎖定軌溫，在小半徑曲線上宜取偏高值，在e年軌溫幅度較大的地區(qū)宜取偏低值；孔密一當(dāng)?shù)貧v年最高軌溫（C）；Tmii當(dāng)?shù)貧v年最低軌溫（C）;AT 軌道穩(wěn)定性允許溫差（C）；CA一軌道強(qiáng)度允許溫降（C）；AT 修正值，一般為05C。2.6設(shè)計(jì)鎖定軌溫范圍宜為10 C。橋上無縫線路或寒冷地區(qū)，當(dāng)at+IatL（T -T . ） 10 C時(shí)，鎖定軌

13、溫范圍不應(yīng)小于6C。設(shè)計(jì)鎖定軌溫上限T = T + （35C）設(shè)計(jì)鎖定軌溫下限T = T - （3-5C）設(shè)計(jì)鎖定軌溫上、下限應(yīng)滿足下式條件：tn g IT - T AT 鋼軌溫度力可按下式計(jì)算：P = EFaAT式中E鋼軌鋼彈性模量（MPa）；鋼軌鋼線膨脹系數(shù)（1/C）；F一鋼軌截面面積（mm2 ）；AT 鋼軌溫差（C）。鋼軌最大溫度拉力P拉=EFa（T -T .）鋼軌最大溫度壓力P壓=EFa（T - T ）2.7伸縮區(qū)長(zhǎng)度計(jì)算無縫線路鎖定后，長(zhǎng)軌條的兩端將隨軌溫的升降而伸縮，其 伸縮范圍的長(zhǎng)度即為伸縮區(qū)長(zhǎng)度/伸。l = 1 max -j伸 r式中 P 一鋼軌最大溫度拉力或壓力（N）, P

14、按式（6-14）和式（6-15）計(jì)算；P一接頭阻力（N）；r一 一股軌下道床縱向阻力，有碴道床路基上為一 股軌下線路縱向阻力2.8無縫線路緩沖區(qū)預(yù)留軌縫計(jì)算2.8.1長(zhǎng)軌條一端伸縮量A長(zhǎng)的計(jì)算A 一3 max j A長(zhǎng)2Ef r式中 P 一鋼軌最大溫度拉力或壓力（N）, P 按式（6-14）和式（6-15）計(jì)算；P一接頭阻力（N）；r 一股軌下道床縱向阻力。2.8.2緩沖軌一端伸縮量緩的計(jì)算A =- （P- P ） - L - 1 rL2緩 2 EF _ t max j 4 J式中L緩沖軌長(zhǎng)度（m）；其他符號(hào)意義同前。2.8.3預(yù)留軌縫的計(jì)算冬季軌縫不應(yīng)超過構(gòu)造軌縫的條件：a a - （A 長(zhǎng)

15、 + A 緩）a A , + A 緩a - a 2A 緩式中a1 長(zhǎng)軌條與緩沖軌之間預(yù)留軌縫值（mm）；a2 相鄰緩沖軌間預(yù)留軌縫值（mm）；a 鋼軌接頭構(gòu)造軌縫，取18mm；A長(zhǎng)一長(zhǎng)軌條一端的收縮量或伸長(zhǎng)量（mm）；A緩一緩沖軌一端的收縮量或伸長(zhǎng)量（mm）。2.9防爬器設(shè)置在無縫線路伸縮區(qū)上，因鋼軌要產(chǎn)生伸縮，必須有足夠的接 頭阻力和道床阻力與長(zhǎng)鋼軌中的溫度力平衡，如果接頭阻力和道 床阻力較小，就會(huì)造成較長(zhǎng)的伸縮區(qū)長(zhǎng)度，增加了無縫線路養(yǎng)護(hù) 的難度。為充分發(fā)揮道床阻力的作用，在無縫線路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)， 要保證扣件阻力大于道床阻力。如扣件阻力不足，則需安裝防爬 器以增大鋼軌與軌枕之間的阻力。即p防+

16、 nP扣 nR式中，p防為一對(duì)防爬器的阻力（N）； P扣為一根軌枕上的扣件阻力(N)； R為一根軌枕能提供的道床阻力；n為兩對(duì)防爬器之間 的間隔軌枕數(shù)。緩沖區(qū)設(shè)置的防爬器與伸縮區(qū)相同。目前采用彈條扣件的混 凝土軌枕，由于扣件的阻力較大，一般不設(shè)防爬器。2.10長(zhǎng)軌條布置畫長(zhǎng)軌條布置圖普通無縫線路設(shè)計(jì)3.1溫度壓力的計(jì)算根據(jù)軌道設(shè)計(jì)規(guī)范(TB100822005 J4482005)的公 式計(jì)算溫度壓力計(jì)算公式根據(jù)假設(shè)，用勢(shì)能駐值原理導(dǎo)出如下基本公式：t =上=2 .5mm/7202cm2=4.82530864 乂 10-7（ cm -1）120=3.8580246914 x 10-6（ cm -1

17、）111 _11=+一+R R R0 600008 x 0.25 + 72022.0524691358 x 10-5（ cm -1）w = P EI - 2（t + -）=-3 R_/41.0 x 210000MPa x 1048cm x兀 2（4.82530864 x 10-7 +-2.05246913 5810-5）=679882.04899w + ； W2 + (0 _). 伽I冗212 = 兀3 f4r wto兀3阿2工+竺r12 n 3 0Pw411f + f +-3( R + R)10679882.048 99 + , 679882.048 99 484.3 N/cm 679882

18、.048 99 x 4.82530864 x 10-7 mm=1093711.7775(cm 2)4r wto兀3阿2工+竺r12 n 3 0Pw411f + f +-3( R + R)10484.3 N/cm 679882.048 99 x 4.82530864 x 10-7 mm=1093711.7775(cm 2)1.0 x 210000MPa x 1048mm x- 21093711.777512mm + 1.0 x 210000MPa x 1048mm x- 21093711.77751+84.3c4 、 .2mm + 2.5mm + - (3.8580246914 x 10-6 +

19、 _ )1093711.7775=2694743.2368(N)p一計(jì)算兩根鋼軌溫度壓力（N）；E一鋼軌彈性模量，為2.1X105 MPa ;I一兩根鋼軌對(duì)豎直中和軸線的慣性矩，60kg/m 鋼軌 I =2X 524=1048cm 4P 一軌道框架剛度系數(shù)，采用1.0;1 一軌道彎曲半波長(zhǎng)（cm）；10一軌道原始彈性彎曲半波長(zhǎng)720 （cm）；f 一軌道原始彈性彎曲矢度0.25 （cm）；t 一軌道原始彈性彎曲的相對(duì)曲率矢度（cm -1 ），為常量，其值根據(jù)無縫線路現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查資料統(tǒng)計(jì)分析確定;1R 一軌道原始塑性彎曲曲率（cm -1）；,0f 一軌道彎曲變形矢度，采用0.2cm；R 一曲線軌道半

20、徑（60000cm）；%一等效道床橫向阻力取84.3 N/cm；r = q -v c f + ： c c fn 004 12 n 2式中，q0 道床初始阻力常數(shù)（N/cm）；c和c 一道床塑性系數(shù)，單位分別為N/ cm2和12N/ cm n+1 ；cn 積分常數(shù)；3.2軌道穩(wěn)定性允許溫度壓力Ipp= PW =2.07X 106 （N）K1式中匕一軌道穩(wěn)定性計(jì)算溫度壓力（N）,按式（6-4）計(jì)算。K 一安全系數(shù)，一般取K1 =1.25-1.3，在這取1.3。3.3軌道穩(wěn)定性允許溫升at c對(duì)于路基上無縫線路Iat = P =54.00342674c2 Ea F式中F-鋼軌斷面面積，60kg/m

21、鋼軌 F = 77.45 cm23.4根據(jù)強(qiáng)度條件確定允許溫降Iat d鋼軌的強(qiáng)度條件是要求軌頭急軌底的邊緣荷載應(yīng)力的最大 可能值，不超過鋼軌的屈服強(qiáng)度除以一定的安全系數(shù)所得出的容 許應(yīng)力。其表達(dá)式如下：軌頭b頭 +b +b b= 土2軌底b +b +b lb=氣2式中b頭d 一軌頭邊緣荷載應(yīng)力的最大可能值；b曲一軌底邊緣荷載應(yīng)力的最大可能值；b,一無縫線路鋼軌溫度應(yīng)力；b f鋼軌附加應(yīng)力，取10 MPa ；b 一經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)拉伸試驗(yàn)所得出的鋼軌鋼屈服強(qiáng)度，根據(jù)國家鋼軌鋼試驗(yàn)資料統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，按極限強(qiáng)度 b的不同等級(jí)，b的取值不同；bsK2 安全系數(shù)，新鋼軌K2 = 1.25，鋁熱焊及再用軌K2 =

22、 1.3 1.35。計(jì)算式為：AT =七 一f=75.060532688CdEa式中bd鋼軌動(dòng)彎應(yīng)力，取軌底的應(yīng)力，本設(shè)計(jì)中取值為 128MPa；b $鋼軌附加應(yīng)力，取10 MPa ；E一鋼軌鋼的彈性模量，為2.1 x 105MPa ；a 一鋼軌的線膨脹系數(shù)，取1.18x 10-5 / CO3.5設(shè)計(jì)鎖定軌溫計(jì)算T + TAT - AT T max min + d c AT=26.078552971C 或者 31.078552971 C式中T一設(shè)計(jì)鎖定軌溫，在小半徑曲線上宜取偏高值，在年e軌溫幅度較大的地區(qū)宜取偏低值；T 當(dāng)?shù)貧v年最高軌溫56.6 (C)；tmin-當(dāng)?shù)貧v年最低軌溫-20.5

23、(C)；AT 軌道穩(wěn)定性允許溫差(C)； cAT 軌道強(qiáng)度允許溫降(C)；ATk 修正值，一般為05C，在這取為2.5C。3.6設(shè)計(jì)鎖定軌溫范圍宜為10 C。橋上無縫線路或寒冷地區(qū)，當(dāng)Ad +IatL(T - T. ) 10 C時(shí)，鎖定軌溫范圍不應(yīng)小于6C。設(shè)計(jì)鎖定軌溫上限T = T + 4.5C= 35.578552971C設(shè)計(jì)鎖定軌溫下限T = T -4.5C = 26.578552971C設(shè)計(jì)鎖定軌溫上、下限應(yīng)滿足下式條件：Tm.n 面d T T Iat經(jīng)過驗(yàn)算 35.578552971+20.5 小于 75.060532688以及 56.6-26.578552971 小于 54.00342675 符合條件； 鋼軌溫度力可按下式計(jì)算：P = EFaAT式中E鋼軌鋼彈性模量(MPa)；a 一鋼軌鋼線膨脹系數(shù)(1/C)；F一鋼軌截面面積(mm2 )；A T 鋼軌溫差(C)。鋼軌最大溫度拉力P 拉=EFa (T - T. ) = 1076265.7573(N) 鋼軌最大溫度壓力P 壓=EFa(T -T ) = 576174.91374(N) 3.7伸縮區(qū)長(zhǎng)度計(jì)算無縫線路鎖定后，長(zhǎng)軌條的兩端將隨軌溫的升降而伸縮，其 伸縮范圍的長(zhǎng)度即為伸縮區(qū)長(zhǎng)度/伸。l = Pmax -七 =5378.584929cm 伸 r式中 P一鋼軌最大溫度拉力或壓力(N), 按式(6-14)