第7章 無縫線路

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

為何要鋪設(shè)無縫線路？

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

無縫線路根據(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)力式無縫線路在運營過程中，通常不必人工放散溫度應(yīng)力。放散溫度應(yīng)力式無縫線路需要定期或自動放散溫度應(yīng)力。溫度應(yīng)力式無縫線路示意圖結(jié)構(gòu)形式：是由一根焊接長鋼軌及其兩端2～4根標準軌組成，并采用普通接頭的形式。概述溫度應(yīng)力式無縫線路受力狀況：無縫線路鋪設(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：溫度應(yīng)力式無縫線路結(jié)構(gòu)簡單，鋪設(shè)維修方便，因而得到廣泛應(yīng)用。鋪設(shè)范圍：對于直線軌道，鋪設(shè)50kg／m和60kg/m軌，每公里配量1840根混凝土枕時，鋪設(shè)溫度應(yīng)力式無縫線路允許軌溫差分別為100℃和108℃。溫度應(yīng)力式無縫線路概述放散溫度應(yīng)力式無縫線路曾在前蘇聯(lián)和我國年溫差較大的地區(qū)試用，目前已不使用?，F(xiàn)今世界各國主要采用溫度應(yīng)力式無縫線路，也是本章介紹的重點。放散溫度應(yīng)力式無縫線路概述

根據(jù)我國無縫線路的發(fā)展歷程，按我國規(guī)定無縫線路可以分三類：普通無縫線路：L＝1000~2000m區(qū)間無縫線路：L≤區(qū)間長度跨區(qū)間無縫線路：L＞區(qū)間長度并焊連無縫道岔跨區(qū)間無縫線路區(qū)間無縫線路區(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)間無縫道岔概述無縫線路的其它分類無縫線路鋪設(shè)位置和設(shè)計要求的不同路基無縫線路橋上無縫線路岔區(qū)無縫線路無縫線路軌條長度、是否跨越車站普通無縫線路跨區(qū)間無縫線路長鋼軌接頭的聯(lián)結(jié)型式焊接無縫線路凍結(jié)無縫線路鋼軌合龍時緊固凍結(jié)接頭橋上無縫線路概述三、國內(nèi)外無縫線路發(fā)展概況無縫線路推廣應(yīng)用，美國、德國超5萬km；前蘇聯(lián)3萬km；法國1.2萬km區(qū)間無縫化跨區(qū)間無縫單根長度1~2km國外無縫線路的發(fā)展德、法、美、前蘇聯(lián)相繼開始在鐵路上進行鋪設(shè)長度1.0km的無縫線路試驗。美國12萬km、德國7.6萬km；前蘇聯(lián)5萬km；法國2.5萬km；世界無縫線路鋪設(shè)總里程近40萬公里無縫線路是20世紀軌道結(jié)構(gòu)最重要的先進成果和進步，是各國優(yōu)先發(fā)展的軌道結(jié)構(gòu)型式；——創(chuàng)新工程之一20世紀30年代20世紀70年代2007年1915年起步階段歐洲在有軌電車軌道上開始焊接長鋼軌，長度約100～200m。概述我國無縫線路發(fā)展歷程在京滬兩地各鋪設(shè)1km無縫線路，次年才進行大規(guī)模的試鋪。1957年60～70年代對在線路特殊地段鋪設(shè)無縫線路進行了理論和試驗研究，并取得了成功，為在線路上連續(xù)鋪設(shè)無縫線路創(chuàng)造了條件。至2007年，我國鐵路正線無縫線路長度已達5.2萬公里，占正線總長的比重達到58％。至2013年底，我國鐵路正線無縫線路長度近7萬公里，占正線總長的比重達到70％。60~70年代2007年2013年概述四、無縫線路的核心問題是“無縫”優(yōu)點：1、行車阻力下降10~20%,節(jié)省能源2、延長部件壽命15~30%3、減少維修費用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，夏天跑道剛開始鋪設(shè)無縫線路時，更容易發(fā)生。秦沈線要求1年后交付運營部門。（一個周期）對養(yǎng)護維修的要求高（嚴格按照軌溫進行作業(yè)）2、軌條長，需專用設(shè)備與方法來運輸、裝卸與施工。如長軌運輸車。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。焊成長度約500m以內(nèi)（或250m）；之后現(xiàn)場焊：最早采用過鋁熱焊。受操作人員技術(shù)影響大，質(zhì)量差。工藝需改進。后一段時間依從領(lǐng)導意見全放棄。缺點：概述五、我國無縫線路的發(fā)展趨勢普通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)絕緣接頭鋼軌強韌化電弧焊鋁熱焊氣壓焊和接觸焊現(xiàn)場移動接觸焊焊接技術(shù)提高無縫絕緣區(qū)間線路受力復雜與道岔構(gòu)造復雜的博弈無縫與絕緣的博弈無縫道岔區(qū)間鋼軌與道岔材質(zhì)不同的博弈軌縫越來越少無縫焊接第二節(jié)無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)場鋪設(shè)時，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，鋼軌無法自由伸長，鋼軌內(nèi)部就會積攢一定的溫度壓力。冬季，軌溫降低，鋼軌要縮短，鋼軌內(nèi)部就會積攢一定的溫度拉力。一根長度為l可自由伸縮的鋼軌擱置在滾筒上，由材料力學知當軌溫變化

t℃時，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

鋼軌長度（mm）；

t

鋼軌軌溫變化幅度（℃）。如果將長度為l處于自由狀態(tài)的鋼軌兩端固定，長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)，與鋼軌長度無關(guān)。鋼軌自由端伸長量與軌溫變化

t、軌長l有關(guān)，與鋼軌斷面積無關(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)無縫線路基本公式的解讀由無縫線路基本公式：可知：無縫線路的基本原理影響軌溫的主要因素：氣候變化、風力大小、日照強度、線路走向和所選取鋼軌測量段等。據(jù)實際觀測Tmax=tmax+(18℃～25℃)Tmin=tmin-(2℃～3℃）設(shè)計時取值最高軌溫：Tmax=tmax+20℃最低軌溫：Tmin=tmin無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℃。困難時選取±3℃，例如道岔區(qū)、橋上無縫線路等。無縫線路的基本原理二、線路縱向阻力現(xiàn)無縫線路兩端有三種方法鎖定（無限長是理想狀態(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（軌條長度1500m）優(yōu)點：可調(diào)節(jié)。缺點：兩個尖軌、刨切而成，強度要求高時易軋傷。3）兩側(cè)埋在站臺里。條件：盡頭站（大站）在德國有。我國鎖定依靠阻力逐點鎖定。鋼軌兩端鎖定（固定）靠各種線路縱向阻力實現(xiàn)，包括接頭阻力、扣件阻力及道床縱向阻力。無縫線路的基本原理（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無縫線路的基本原理

對應(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?，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的表達式可寫成：

PH＝n·P

無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)驗公式表示：式中T

擰緊螺帽時的扭力矩（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)定無縫線路鋼軌接頭必須采用10.9級螺栓，扭矩應(yīng)保持在700～900N·m。美國哈克螺栓和全螺紋自鎖緊高強螺栓接頭阻力達700～900kN,可用于構(gòu)成準無縫線路。膠接絕緣接頭的阻力可達1500～3000kN，可視為與焊接接頭等強度。

T

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

無縫線路的基本原理現(xiàn)場實測結(jié)果表明，扣件縱向阻力隨鋼軌位移的增加而增大。當鋼軌位移達到某一定值之后，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，當位移達到一定值之后，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，道床縱向阻力呈斜線增長，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/根位移無縫線路的基本原理在無縫線路設(shè)計中，線路阻力取軌枕位移為2mm時相應(yīng)的道床縱向阻力值，見表7－4。線路的養(yǎng)護維修在一定程度上會破壞道床原狀，使道床縱向阻力降低。道床縱向阻力與道床密實程度關(guān)系最為顯著，北京交大所測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月篩后一個月縱向阻力（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縫線路的基本原理三、溫度力圖

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

線。2．當t－t0≤

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

線。3．當t－t0＞

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

線。無縫線路鎖定以后，軌溫單向變化時，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）基本溫度力圖無縫線路的基本原理

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

tH時，軌溫回升，鋼軌有伸長趨勢，首先仍然遇到接頭阻力的抵抗，鋼軌全長范圍內(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

tH≤Tmin－t≤2

tH時，這時接頭阻力反向起作用，溫度力圖繼續(xù)平行下移PH值，此時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）軌溫反向變化時的溫度力圖無縫線路的基本原理3．當Tmin－t≥2

tH時，正、反向接頭阻力已被完全克服完，鋼軌要開始伸長，這時道床縱向阻力起作用，部分長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t＝Tmax時，固定區(qū)溫度壓力達到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，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）軌溫反向變化時的溫度力圖

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

長與陰影線部分面積的關(guān)系為：

1．長軌一端的伸縮量無縫線路的基本原理緩沖區(qū)標準軌軌端伸縮量

短計算方法與

長基本相同?？傻玫杰壎松炜s量

短計算公式為：

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

短＝t

ABCPHHGlKlP第三節(jié)無縫線路的穩(wěn)定性一、穩(wěn)定性概念在夏季高溫季節(jié)，無縫線路的鋼軌內(nèi)部會產(chǎn)生巨大的溫度壓力，容易引起軌道橫向變形。在列車動力或人工作業(yè)等干擾下，軌道彎曲變形有時會突然增大，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。這對列車運行的安全是個極大的威脅。無縫線路穩(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)生的力學條件及主要影響因素，計算出保證線路穩(wěn)定的允許溫度壓力。無縫線路的穩(wěn)定性無縫線路喪失穩(wěn)定性無縫線路穩(wěn)定性計算的主要目的：研究軌道脹軌跑道的發(fā)生規(guī)律分析其產(chǎn)生的力學條件及主要影響因素計算出保證線路穩(wěn)定的允許溫度壓力因此，穩(wěn)定性分析對無縫線路的設(shè)計，鋪設(shè)及養(yǎng)護維修具有重要的理論和實踐意義。無縫線路的穩(wěn)定性桿件受壓失穩(wěn)(有缺陷、無缺陷）。但由于鋼軌不是絕對平直，因而其失穩(wěn)不是突然，而有一過程。Pt

PkPn[P]0

KABCf0+ff2mm1．持續(xù)穩(wěn)定階段（0－A）：無變形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:三個階段：無縫線路的穩(wěn)定性二、影響無縫線路穩(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)系通過實測得到的表達式為

q＝q0－Byz＋Cy1/N（7－22）式中q0

初始道床橫向阻力；

y

軌道彎曲時，各截面軌

枕橫向位移；

B、C、Z、N

阻力系數(shù)。無縫線路的穩(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為鋼軌斷面對堅直軸的慣性矩；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型扣件阻矩實測值。a、b、c、d曲線對應(yīng)的扣件螺母扭矩分別為20、50、100、150N·m。對螺母扭矩為100N·m的實測阻矩值進行回歸分析，求得回歸函數(shù)為：M＝2.2×104·

1/2（N·cm/cm）無縫線路的穩(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f0初始不平順無縫線路的穩(wěn)定性三、穩(wěn)定理論無縫線路穩(wěn)定問題的理論基礎(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)中無限長梁（軌道框架）的受壓穩(wěn)定問題。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)。無縫線路的穩(wěn)定性三、穩(wěn)定理論為保證無縫線路的穩(wěn)定，必須將鋼軌內(nèi)部的溫度壓力控制在一定范圍內(nèi)。國內(nèi)外對穩(wěn)定性計算公式進行長期深入的研究，提出了許多不同的計算公式。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、日本的沼田實公式、A.D.Kerr和G.Samavedam把能量變分原理應(yīng)用于無縫線路穩(wěn)定性分析并提出了安全溫升法等。無縫線路的穩(wěn)定性三、穩(wěn)定理論我國在1977年提出了“統(tǒng)一無縫線路穩(wěn)定性計算公式”（以下簡稱“統(tǒng)一公式”），并得到推廣應(yīng)用，對促進我國無縫線路的發(fā)展起了重要作用。該公式假定變形波長與初始波長相等，并取變形為2mm時對應(yīng)的溫度壓力PN作為計算壓力，再除以安全系數(shù)K，即為允許溫度壓力[P]。我國在1990年5月1日開始實施的《無縫線路鋪設(shè)及養(yǎng)護維修方法》，穩(wěn)定性計算采用是由中國鐵道科學研究院盧耀榮研究員等提出的變形波長與初始彎曲波長不相等的計算公式（以下簡稱“不等波長公式”），現(xiàn)已得到現(xiàn)場的應(yīng)用。無縫線路的穩(wěn)定性四、統(tǒng)一無縫線路穩(wěn)定性計算公式基本假定：整個軌道框架為鋪設(shè)于均勻介質(zhì)（道床）中的一根細長壓桿；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，在變形過程中變形曲線端點無位移、曲線長度不變；不考慮扣件系統(tǒng)變形能。

另有不等波長的公式（教材所介紹的方法―方法尚有爭議――秦沈線并用）。主要計算保持線路穩(wěn)定最小的溫度力（臨界）。無縫線路的穩(wěn)定性把無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，且其在變形過程中,波長不變（頭尾兩點不變）。統(tǒng)一無縫線路穩(wěn)定性的計算圖式無縫線路的穩(wěn)定性（一）計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）―――在推導過程中，假定波長與原始波長同。道床橫向阻力為單位長度橫向阻力q

q=q0-c1y+c2yn

（n<1）(由試驗得)有圓曲線的無縫線路的曲率要考慮塑性原始彎曲的曲率，合成曲率為：無縫線路的穩(wěn)定性（一）計算圖式采用能量法推導公式。利用勢能駐值原理(虛位移原理)來研究穩(wěn)定性公式。即當軌道處于平衡位置時總勢為A，當軌道受干擾作微小虛位移時，其內(nèi)外力所作功的增量為零。無縫線路可能有的內(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無縫線路的穩(wěn)定性（二）公式推導1、A1—壓縮形變能無縫線路的穩(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）形變過程中新增加內(nèi)力矩Mf所產(chǎn)生的形變能

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

匯總無縫線路的穩(wěn)定性無縫線路的穩(wěn)定性4、

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

無縫線路鎖定軌溫Tsf的確定：冬不斷、夏不脹一般無縫線路結(jié)構(gòu)設(shè)計方法一、確定設(shè)計鎖定軌溫鎖定施工過程中軌溫是不斷變化的，因而施工鎖定軌溫應(yīng)該是一個范圍，通常為設(shè)計鎖定軌溫5℃，困難條件下也可嚴格控制施工鎖定軌溫的變化范圍，取為±3℃。實際鎖定軌溫為零應(yīng)力狀態(tài)軌溫，在設(shè)計檢算時為安全計，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.按強度條件確定允許軌溫變化幅度（拉壓）一般無縫線路結(jié)構(gòu)設(shè)計方法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)，所以通常是計算ΔT穩(wěn)不再計算ΔT壓。一般無縫線路結(jié)構(gòu)設(shè)計方法鎖定軌溫下限鎖定軌溫上限設(shè)計鎖定軌溫計算Tetmax[△tu]tmtn[△td]tmin一般無縫線路結(jié)構(gòu)設(shè)計方法設(shè)計鎖定軌溫范圍為便于施工，設(shè)計鎖定軌溫必須給出一個范圍，該范圍幅度為10℃，因此，只有t上－t下≥10℃，才能真正鋪設(shè)無縫線路。那么設(shè)計鎖定范圍為：

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

±

5°在t上～t下范圍內(nèi)：Δtk――設(shè)計鎖定軌溫修正值（使失穩(wěn)留有余地、殘余應(yīng)力釋放使tsf降低），根據(jù)試驗，Δtk＝3～5℃。計算出設(shè)計鎖定軌溫tsf后，再給出±5℃（有的會小些）的設(shè)計鎖定軌溫范圍。一般無縫線路結(jié)構(gòu)設(shè)計方法二、伸縮區(qū)長度的計算與確定不考慮溫度應(yīng)力峰問題。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為標準長鋼軌整長的倍數(shù)，如：lb=75m（砼）lb=100m（木）。若計算斷軌力，不一定maxPt，且不考慮±5℃問題，因?qū)嶋H鎖定軌溫僅是設(shè)計鎖定軌溫范圍內(nèi)的一個定值。如何算？一般無縫線路結(jié)構(gòu)設(shè)計方法（二）預留軌縫計算長――短軌間：符號與下標表示：1――長軌，2――短軌；λ′――夏天伸長量，λ″――冬天縮短量。λ1′＋λ2′≤Δ≤δ0－（λ1″＋λ2″）短――短軌間：

2λ2′≤Δ≤δ0－2λ2″一般無縫線路結(jié)構(gòu)設(shè)計方法（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。無縫線路地段，如發(fā)生爬行，其后果較普通線路更為嚴重。因為它除產(chǎn)生一般的軌道病害外，還會因鋼軌受力不均而改變原來的鎖定軌溫。在無縫線路的伸縮區(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，保證無相對于軌枕的縱向移動。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：一般無縫線路結(jié)構(gòu)設(shè)計方法

P防十nP扣＞nR

式中:P防—一對防爬器提供的阻力（N），見表7.2(P197)；

P扣—一根軌枕上扣件的阻力（N），見表7.3(P198)；

R—一根軌枕提供的道床縱向阻力（N），見表7.4(P199)；

n—配置一對防爬器的軌枕數(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，一般可不裝防爬器。一般無縫線路結(jié)構(gòu)設(shè)計方法（四）軌條長度無縫線路長軌條長度從理論上講，可以無限長，這是近年來我國鐵路大力發(fā)展跨區(qū)間無縫線路和全區(qū)間無縫線路的理論基礎(chǔ)。但軌節(jié)長度常因考慮線路平、縱面條件、道岔、道口、橋梁、隧道所在位置，按閉塞區(qū)間長度設(shè)計，長度為1000～2000m，最短不小于200m。一般無縫線路結(jié)構(gòu)設(shè)計方法第五節(jié)其他無縫線路結(jié)構(gòu)設(shè)計方法一、無縫道岔設(shè)計方法（一）無縫道岔受力和變形1.溫度力傳遞機理客專18號道岔縱向力、位移分布圖。無縫道岔鋼軌溫度力分布無縫道岔鋼軌位移分布無縫道岔設(shè)計方法道床、扣件、間隔鐵及限位器阻力是影響無縫道岔受力和變形的最主要因素?；拒墢姸群头€(wěn)定性、間隔鐵及限位器強度、尖軌及心軌位移檢算是無縫道岔設(shè)計的核心內(nèi)容。道岔號碼大小、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；兩道岔間夾直線長度影響。2.受力和變形的影響因素一、無縫道岔設(shè)計方法無縫道岔設(shè)計方法1.鋼軌強度檢算基本軌處于無縫線路固定區(qū)，當軌溫下降時，基本軌要承受拉力，與此同時道岔里軌收縮時也會把附加溫度拉力作用在基本軌上，這樣就會使基本軌承受比無縫線路鋼軌還要大的溫度拉力。2.無縫道岔穩(wěn)定性檢算根據(jù)統(tǒng)一公式的基本理論，可導出如式（7-72）的無縫道岔計算溫度壓力，所采用的荷載組合為溫度力與基本軌附加壓力。3.無縫道岔中傳力部件強度檢算限位器及其螺栓強度檢算、間隔鐵及其螺栓強度檢算。4.尖軌和心軌伸縮位移檢算尖軌伸縮位移檢算（絕對位移和相對位移）、心軌伸縮位移檢算（絕對位移和相對位移）。（二）無縫道岔檢算內(nèi)容一、無縫道岔設(shè)計方法橋上無縫線路及無縫道岔設(shè)計二、橋上無縫線路及無縫道岔設(shè)計（一）橋上無縫線路設(shè)計1.橋上無縫線路概述設(shè)計橋上無縫線路時，必須充分考慮無縫線路與橋梁的相互作用，嚴格控制軌道與橋梁相互作用的附加力；控制長軌條的縱向力，保證無縫線路穩(wěn)定性和鋼軌強度；控制鋼軌折斷時的斷縫，確保行車安全；控制橋梁墩臺的縱向水平力值，確保橋梁的安全使用。2.梁軌相互作用原理梁軌相對位移方