鐵路工程軌道結(jié)構(gòu)力學講義

第四章軌道結(jié)構(gòu)力學分析第一節(jié)概述軌道結(jié)構(gòu)力學分析：應(yīng)用力學的基本原理，在輪軌相互作用理論的指導下，用各種計算模型來分析軌道及其各個部件在機車車輛荷載作用下產(chǎn)生應(yīng)力、變形及其他動力響應(yīng)。2023/7/61軌道結(jié)構(gòu)力學分析目的：（1）確定機車車輛作用于軌道上的力；（2）在一定運行條件下，確定軌道結(jié)構(gòu)的承載能力；軌道結(jié)構(gòu)承載能力計算包括三個方面：（1）強度計算；（2）壽命計算；（3）殘余變形計算。2023/7/62軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計軌道結(jié)構(gòu)承載能力設(shè)計變形設(shè)計行車舒適性設(shè)計安全設(shè)計動力仿真計算2023/7/63第二節(jié)作用在軌道上的力垂向力：豎直力橫向力縱向力車體圖6-1輪軌之間作用力2023/7/64一、垂向力組成靜載：自重+載重動載：附加動壓力（動力附加值）

1）機車車輛構(gòu)造與狀態(tài)原因引起：

a）車輪扁瘢、擦傷——沖擊荷載；

b）車輪不圓順——沖擊

2）軌道構(gòu)造與狀態(tài)引起：

a）接頭——沖擊

b）焊縫——沖擊

c）軌道不平順

3）機車車輛在軌道上的運動方式引起

a）蛇行——偏載

b）曲線——偏載2023/7/652、確定垂向力的方法 1）概率組合：前蘇聯(lián)代表

2）計算模型：動力仿真計算

3）速度系數(shù)法：2023/7/66（1）概率組合確定垂向力彈簧振動軌道不平順車輪單獨不平順（扁瘢）車輪連續(xù)不平順（不圓順車輪）概率組合——數(shù)學平均值與其均方差的 2.5倍之和。2023/7/67(2)動力仿真計算根據(jù)車體結(jié)構(gòu)，建立動力方程，然后用數(shù)值求解方程組，得到隨時間變化的輪軌之間作用力。2023/7/68（3）速度系數(shù)法確定垂向力2023/7/69二、橫向水平力1、定義：輪緣作用在軌頭側(cè)面的橫向水平力2、產(chǎn)生原因?qū)蛄Α钪饕脑蛏咝辛η€上未被平衡的離心力軌道方向不平順圖6-1輪軌之間作用力2023/7/610三、縱向水平力爬行力——鋼軌在動載作用下波浪形撓曲坡道上列車重力的縱向分力制動力——9.8Mpa溫度力摩擦力縱向分力2023/7/611第三節(jié)軌道結(jié)構(gòu)豎向受力分析及計算方法準靜態(tài)計算方法：1）軌道強度靜力計算；2）軌道強度動力計算——準靜態(tài)計算；3）軌道各個部件強度檢算。計算在垂直動荷載作用下，各部件的應(yīng)力2023/7/612一、仰軌道給靜力捉計算計算緞模型跪：有看兩種1）連勻續(xù)彈泊性基飼礎(chǔ)梁特模型累；2）連犬續(xù)彈壤性點移支承讀梁模頑型。20山23怪/6洋/3路013彈性勉點支鹿承模凡型圖示假設(shè)計算涂方法制：有饑限元20膝23技/6民/3讓014彈性摧基礎(chǔ)霉梁法鋼軌洋：支語承在炎彈性疤基礎(chǔ)肚上的侍無限豆長梁墊板消＋軌宵枕+道床+路基=彈性悼基礎(chǔ)符合Wi舌nk喝le縣r假設(shè)20段23烈/6拾/3詢015Wi綁nk邁le模r假定作用訂于彈貍性基補礎(chǔ)單坡位面罰積上甲的壓疲力，錄和壓僅力所貝引起落的沉糖陷之敲間成錘直線辟比例銷關(guān)系予。20央23垃/6災(zāi)/3顧016（1）基省本假體設(shè)1）鋼瞇軌與婆車輛綢符合鉆標準膚要求召；2）鋼鬼軌是賣支承煩在彈蟻性基信礎(chǔ)上聰?shù)臒o鳴限長籠梁；3）輪熄載作捉用在通鋼軌完對稱敵面上醒，兩戲股荷杰載相陸等；4）兩觸股鋼攤軌分評開計途算；5）不弱考慮夢軌道挪自重翼。20作23召/6炎/3循017（2）基款本參趙數(shù)120閣23燙/6固/3判018反映爬軌道繳基礎(chǔ)衫彈性汁的參男數(shù)了解咳基礎(chǔ)集彈性脈的特鏡點道床堆系數(shù)鋼軌適支點幻玉剛度只系數(shù)鋼軌歐基礎(chǔ)加彈性滲系數(shù)20潮23嗓/6談/3夠0191、道磁床系怎數(shù)C定義亭：作查用在晌道床盒單位訴面積勾上使軟道床仰頂面該產(chǎn)生距單位慶下沉厘的壓傻力。單位喝：20染23扇/6其/3瓣02020歲23雷/6滑/3乳0212、鋼灰軌支英點彈猴性系鞏數(shù)D定義叔：使常鋼軌蛇支點替頂面紡產(chǎn)生最單位亦下沉塑而作碑用在竭鋼軌性支點才頂面盛上的文鋼軌侮壓力惑。公式田：單位豈：支點拘剛度20綠23脆/6偉/3獸0223、鋼莫軌基嗽礎(chǔ)彈裂性系碰數(shù)k定義偽：使粉鋼軌杏產(chǎn)生芒單位所下沉吐而必固須作笑用怕在單旺位長果度鋼陳軌上換的壓儲力。公式奏：單位烏：20裝23勸/6諒/3客023C、D、k之間肚的關(guān)模系關(guān)系1：關(guān)系2：20帽23豈/6鑄/3相024（3）計辯算公辰式推碧導鋼軌蠅在集慢中荷幣載作墾用下懶發(fā)生刺撓曲駁變形20蠶23相/6蓄/3纖025由材祖料力斯學可仁知：20國23趴/6斥/3鞏026根據(jù)Wi廳nk惑le胞r假定得：（1）20規(guī)23飽/6康/3肅027解四換階微冒分方期程，皆利用揉特征臘根通解蔬為：應(yīng)用臥歐拉挽公式最后瓦得：20屠23古/6棟/3緣瑞028鋼軌理撓度y等20拘23旦/6慕/3計029單輪虹載作絮用下豆計算y、M、R公式鋼軌內(nèi)撓度鋼軌結(jié)彎矩軌枕級反力20亮23叉/6街/3膠030多個診集中尿輪載切作用譜下計猶算公范式20哥23放/6蔬/3到031二、拜軌道魚強度觀動力戚計算——準靜電態(tài)計轎算三個查系數(shù)籃：1）速凝度系迎數(shù)2）偏自載系他數(shù)3）橫州向水墓平力帳系數(shù)Qu翼as回i-啞st仗at抱ic20盾23得/6進/3鏈0321、速頸度系陽數(shù)牽引種類速度系數(shù)計算軌底彎曲應(yīng)力用計算軌道下沉及軌下基礎(chǔ)部件的荷載及應(yīng)力用內(nèi)燃電力蒸汽R,咬yM20搞23按/6犧/3稀0332、偏懶載系群數(shù)20菠23的/6暖/3裂0343、橫波向水綿平力介系數(shù)定義沒：軌變底外頂緣彎訂曲應(yīng)界力與切軌底葵中心年彎高曲應(yīng)祝力的鄙比值艙。公式瘦：線路平面直線曲線半徑（m）600500400300橫向水平力系數(shù)f1.251.451.601.701.802.020臺23先/6節(jié)/3汪0354、準搜靜態(tài)伸計算菊公式20渡23伶/6帶/3衫036動力鬼計算詞方法不：準蠢靜態(tài)計算齒步驟約：1）計故算靜嶺態(tài)情革況下澆的y、M、R2）計罰算系肯數(shù)3）計而算準藝靜態(tài)閘的yd、Md、Rd4）各偏部件膨強度漠檢算20匆23漠/6面/3琴037本節(jié)利總結(jié)作用瓶在軌落道上晶的力搶有哪虎些？軌道惑強度登靜力顯計算側(cè)的方誤法基本徒計算殲?zāi)Ｐ突境陞?shù)準靜曾態(tài)計趴算步室驟各種櫻系數(shù)20畜23秋/6孫/3略038軌道岸各部竟件的凱強度井檢算準靜注態(tài)計牲算方蛛法1)靜力共計算y,錘M,朝R2)各種竟系數(shù)3)準靜有態(tài)計稿算4)各部葬件強朽度檢避算20港23論/6群/3粘039(一)鋼軌綿強度差檢算作用拼在鋼放軌上券的應(yīng)鵲力：1）基本湊應(yīng)力瀉：彎溫曲應(yīng)套力、饒溫度籃應(yīng)力2）局唇部應(yīng)興力：攤接觸弓應(yīng)力冰、應(yīng)濤力集羽中3）固逢有應(yīng)果力：銷殘余紋應(yīng)力4）附競加應(yīng)彼力：解制動瀉應(yīng)力銹、爬兆行力橋上肚附加柱應(yīng)力20鴨23廟/6深/3碑040（1）鋼恐軌基背本應(yīng)振力計韻算彎曲采應(yīng)力莊：軌底濃：軌頭撕：溫度誼應(yīng)力村：普通繩線路六：查復表6-源5,沈P2仿08無縫位線路贊：基本襖應(yīng)力仆：彎森曲應(yīng)宴力+溫度棍應(yīng)力=軌底烏：軌頭唯：圖6-6彈性基礎(chǔ)上梁的撓曲20遞23旺/6舟/3閘041（2）鋼憲軌局步部接戶觸應(yīng)汗力計饒算計算輝模型梯：赫所茲接付觸理療論：渣兩個濟垂直腹圓柱礦體，淹接觸洲面為餡橢圓妻。輪軌謊之間伙接觸肉面積散約10雖0m緊m2接觸蒙應(yīng)力班可達10悉00千MP歪a20潔23嘴/6砌/3絕042赫茲醒理論擴計算傅公式20倒23數(shù)/6盼/3判043橢圓舉長、干短半智軸計拾算20傳23域/6以/3己044接觸舅橢圓釋幾何沖尺寸在計算式中合：20饒23曾/6腎/3坐045剪應(yīng)驢力其最賤大值朝和位環(huán)置為奶：20姓23車/6孕/3菠046本節(jié)里總結(jié)接觸部應(yīng)力兄模型接觸看應(yīng)力豬計算鄉(xiāng)豐方法20艘23姻/6高/3常047(二)軌枕懼承壓拿強度吵與彎口矩檢晚算1）軌幕枕頂脂面承醋壓應(yīng)若力計恐算：20蘿23娛/6紅/3芽0482)軌枕典彎矩猛計算四種涌計算沫方法晶：1）把校軌枕謠視為重一根壇支承抓在彈逝性地委基上瓣的等看截面阿定長鎮(zhèn)梁；2）支靜承在哥非均報勻支奏承的雞變截克面有福限長里連續(xù)宏梁3）安捧全度娘設(shè)計綢理論4）把軌觀枕視涉為支即承在鴨一定郊支承矩條件墾的倒騎置簡括支梁谷。20經(jīng)23耀/6廉/3礙049倒置淋簡支搞梁法珠：最不僵利道劇床支奧承方炭案三種受道床率支承典方式時：1、中嫁間60痰cm不支痰承；2、中酷間部慮分支必承；3、中奴間完凈全支錯承。20紋23懼/6斗/3隔050計算憐軌下按截面芹正彎容矩最不羨利支衰承條踢件：遍中間60歌cm不支烘承圖示公式20至23石/6蹤蝶/3穴051計算位中間撲截面罩負彎消矩最不倒利支鴉承方置案為映中間踩部分漫支承掀與全許部支面承圖示20截23簡/6妙/3芝052計算恢中間另截面過負彎熱矩公券式：20娃23康/6五/3欄053其他構(gòu)參數(shù)骨：20噸23央/6漲/3謀0543)道床武與路索基面易應(yīng)力械計算（1）道床進頂面菌應(yīng)力奇計算圖示計算符公式：20戴23合/6狼/3根055道床茶頂面集最大騎壓應(yīng)鴉力：20巖23府/6惑/3狗056（2）路抄基頂硬面應(yīng)宿力計拿算有三購種方滅法：1）有申限單渡元法曾。2）彈忍性半廣空間距理論3）近似飼計算許方法20句23沸/6暴/3難057路基慰頂面垮應(yīng)力塘的近翅似計尚算方障法：三條壘假定軌枕師壓力唐以擴處散角勒按直烘線規(guī)食律向丑下傳氏遞到新路基油面。不考窩慮鄰濾枕的擁影響傳遞徹到路非基面痕的壓柱應(yīng)力樹基本遇達到經(jīng)均勻劣分布概要求20舊23肯/6拔/3農(nóng)058道床吉內(nèi)的丹三個僻區(qū)域驢：20悲23墾/6煌/3危059四、驚軌道杰強度斑計算泊舉例1、計始算資衫料(1任)重型士軌道描結(jié)構(gòu)南組成鋼軌狗：60堅kg／m，U7吧1新軌就，25百m長的偽標準貧軌；軌枕相：J—2型混墓凝土隱軌枕17構(gòu)60根/k獅m；道床留：碎遼石道撫碴，欠面碴25鍛cm，墊蹲碴20塊cm；路基蠢：砂暢粘土旬；鋼軌姑支點巖彈性傲系數(shù)D：檢喘算鋼仍軌強遠度時藍，取30黎00側(cè)0N／mm，檢遇算軌頃下基調(diào)礎(chǔ)時醋，取70差00窄0N／mm。(2安)D灶F4內(nèi)燃禁機車孩，軸鉗重、占軸距案及構(gòu)皇造速驕度——準靜趟態(tài)計褲算方興法20篩23安/6諒/3輛060計算圖示圖6-20DF4內(nèi)燃機車軸距和輪載20看23臟/6犧/3頸061步驟1、靜體力計刃算1）計忍算剛萄比系秩數(shù)10致00賢00鵝0/百17秋60＝57君0m龍m20興23武/6緣瑞/3僑062機車差車輛膽圖18極00mm18之00mm18繁00mm18雄00mm>1仁20革00mm20宮23蓬/6詢/3活063步驟2：列耀表計污算計算輪位計算值輪位12311150001150001150009681201800360002.1244.2481-0.16450.0064115000-189227332115000115000115000771571800018002.12402.124-0.16451-0.16451892220遍23繞/6始/3競064鋼軌救彎矩3）準討靜態(tài)班計算20脾23牲/6曲/3羊065檢算葛鋼軌靈動彎抖應(yīng)力20浪23孔/6翠/3盲066各種疫類型鬧鋼軌誓截面癢慣性譯矩與效截面叛系數(shù)——2軌底——1軌頭20勒23懂/6貸/3罩067溫度理應(yīng)力鋼軌重量鋼軌長度7560504312.534.542.550432541.5516070無縫放線路冰的溫線度應(yīng)背力Mp孝a20喊23蠢/6影/3巧068步驟3:軌枕剩壓力債計算計算屢剛比大系數(shù)20苗23詢/6夠/3艷069軌枕竿彎矩娛計算雷所采準用的D值采用穩(wěn)不同繪的D值原因椅：對榨鋼軌恰有墊舒板，對軌歡枕道痕床無鳴墊板具體即數(shù)值炭：P2檔01表6-肝2軌枕和墊板類型特重型、重型次重型、普通型鋼軌軌枕、道床及基床鋼軌軌枕、道床及基床混凝土枕，橡膠墊板30000700002200042000寬軌枕，橡膠墊板50000120000－－混凝柄土軌異枕軌羊道的D值20攻23縫/6辣/3蓋0702）息列表如計算計算輪位計算值輪位123111500011500011500011181001800360002.6285.2561-0.0255-0.00224115000-2932-25821150001150001150001091361800018002.26802.268-0.02551-0.0255-2932115000-293220錫23孔/6奶/3蒜071計算助軌枕控上動液壓力（N）20扎23并/6暴/3趕072計算瓜軌枕膊彎矩20房誠23叔/6綁/3蛛073（4）道菠床頂衰面應(yīng)顆力檢籃算：20預(yù)23躺/6蒙/3春074（5）路識基頂補面應(yīng)倘力計呢算20秒23扣/6銅/3紀075本節(jié)詢總結(jié)軌道賄各部旺件強若度檢革算的悲方法準靜她態(tài)計寬算的奶步驟速度民系數(shù)壺、偏姓載系毫數(shù)、斷橫向槳水平例力系專數(shù)的繡求法20撓23夏/6狗/3貨076第五快節(jié)稼軌道附橫向暈受力漏分析三種裁計算牢方法1）摩擦棄中心層理論（近巡壽似計吊算）2）蠕滑撒中心樸理論3）機車車車輛妙非線群型動綢態(tài)曲福線通跑過理鵝論20脊23資/6索/3枯077摩擦銜中心債理論相基本折假設(shè)(1掃)轉(zhuǎn)向為架和右軌道碗都作羽為剛炒體；(2把)不考亂慮牽提引力漢的作裝用；(3譽)不考箏慮車憑輪踏引面為膝錐體豪的影弦響；(4肥)各車殿輪輪組載P與輪讓軌間旦的摩定擦系館數(shù)篇均錯相同掌；(5滑)各輪忘軸中歪點與遮軌道慈中點足重合俗；(6慣)轉(zhuǎn)向屠時，妖轉(zhuǎn)向徹架繞弦位于談其縱震軸或漲其延蔬長線鳥上的敞旋轉(zhuǎn)奔中心武轉(zhuǎn)動外。20伶23愚/6深/3梢078摩擦若中心測理論運計算巧圖20雷23榴/6刮/3貴079將各羞個力卵向X、Y方向作分解端：20騾23采/6豎/3燦080根據(jù)呢力的慎平衡娃有：20炸23拾/6顫/3支081離心負慣性摘力與優(yōu)重力疾分力20沸23以/6男/3筑082聯(lián)合搬解聯(lián)附立方愈程：根據(jù)劈燕合力趣矩為童零得鑼：20揭23皆/6來/3厲08320林23娛/6時/3局084軌道勒上的四橫向假力為襲：反激作用纖