成鐵達三線大修工程設(shè)計

摘要

鐵路軌道在自然環(huán)境和機車車輛動力作用下，幾何形位將發(fā)生一系列變化，其變化可

分為彈性變形和永久變形兩類。彈性變形其形變量在荷載取消后可以恢復(fù)，而永久變形是

不能自行恢復(fù)的。當永久變形的積累超過一定限度后，將成為事故隱患，危及鐵路行車安

全。因此，鐵路線路運營一段時期后，必須通過大修及時消除軌道的永久變形，使之恢復(fù)

到正常狀態(tài)。本畢業(yè)設(shè)計根據(jù)任務(wù)書實測的技術(shù)資料、相關(guān)設(shè)計規(guī)范和主要技術(shù)指標對成

鐵達三線段線路進行了上部建筑類型選擇、軌道強度檢算、平面改善、縱斷面改善和曲線

縮短軌配置等鐵路線路大修技術(shù)設(shè)計。同時應(yīng)用FORTRAN語言編寫相應(yīng)的程序，用來進

行強度檢算、大修平面撥量計算、曲線縮短軌配置輔助設(shè)計等。利用AutoCAD軟件對大修

線路的縱斷面進行了改善設(shè)計，并繪制了大修線路縱斷面改善設(shè)計圖。

關(guān)鍵詞：成鐵達三線；鐵路大修，軌道強度，平面整正

第1章緒論

1.1鐵路線路大修的基本任務(wù)

鐵路線路是鐵路的主要技術(shù)裝備之一，是行車的基礎(chǔ)。線路在長期的運輸過程中，由

于輪軌相互作用而逐漸磨耗，使線路產(chǎn)生不均勻變形并不斷積累，導(dǎo)致線路附加力作用增

大，鋼軌及其軌下基礎(chǔ)負擔(dān)日益增大，承載能力不斷降低。為了保證線路的安全、平穩(wěn)和

不間斷運輸，保持線路處于經(jīng)常完好狀態(tài)，這就要求根據(jù)運輸需要及線路設(shè)備損耗情況周

期性的、有計劃的對損耗部分加以維修和更新，恢復(fù)和提高線路的強度，延長設(shè)備使用壽

命，增強線路穩(wěn)定性和軌道承載力，適應(yīng)鐵路運輸不斷增長的需要。

線路大修的基本任務(wù)是：根據(jù)運輸需要及線路的損耗規(guī)律，周期性地、有計劃地對損

耗部件進行更新和修理，恢復(fù)與增強軌道的承載能力，延長設(shè)備的使用壽命，線路大修通

常取決于鋼軌傷損的發(fā)展情況，以全面更換新軌為主要標志川。

鐵路線路設(shè)備大修應(yīng)貫徹“運營條件匹配，軌道結(jié)構(gòu)等強，修理周期合理，線路質(zhì)量

均衡”的原則，堅持全面規(guī)劃，適當超前于需要的方針⑵。

鐵路線路大、中修周期由通過重量決定，一般情況按照表1-1規(guī)定執(zhí)行，但在小半徑曲

線、大坡道或隧道等集中地段，軌型和運營條件不匹配地段，煤、砂、礦建等散裝貨物運

輸集中地段以及風(fēng)砂危害地段等，鐵路局可根據(jù)特殊情況作適當調(diào)整。

表1-1鐵路線路大、中修周期表⑵

周期（通過總量）

軌道條件

Mtkm/km

軌型軌枕道床中修大修

75kg/m無縫線路混凝土枕碎石400-500900

75kg/m普通線路混凝土枕碎石350-400700

60kg/m無縫線路混凝土枕碎石300?400700

60kg/m普通線路混凝土枕或木枕碎石300?350600

50kg/m無縫線路混凝土枕或木枕碎石300550

50kg/m普通線路混凝土枕或木枕碎石250450

43kg/m普通線路混凝土枕或木枕碎石160250

本設(shè)計地段屬國家I級干線單線鐵路。由于國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，線路客貨運量和行車

速度的不斷提高，致使運量與運能直接費用的矛盾日益突出。鋼軌的疲勞傷損日益嚴重，

嚴重危及行車的安全，因此需要進行線路大修，以改善線路的平、縱面，換鋪較重型鋼軌,

提高線路質(zhì)量，增強線路運輸能力。

其中外業(yè)調(diào)查的主要內(nèi)容如下⑶：

丈量里程。選擇正確的公里標作為引出基點，定出公里標和每百米處作為測點的百尺

標，以及在控制點設(shè)置的加標。在丈量的過程中，應(yīng)與既有線的百里標相核對，以取得一

致為原則。必要時在公里標處設(shè)置斷鏈（長鏈或短鏈）。

縱斷面測量。測量正線軌頂（曲線測內(nèi)股）及路肩標高。與正線相鄰的站線及在同一

路基上的復(fù)線且線間距小于5米的，應(yīng)同時測量兩線的相對標高差，對于與起道有關(guān)的建

筑物均應(yīng)測量其限界。

曲線測量。測量既有曲線的幾何形位，判定曲線的轉(zhuǎn)角大小，圓順度以及曲線和既有

建筑物的位置關(guān)系。

外業(yè)勘測完成后，即可進行大修的技術(shù)設(shè)計，技術(shù)設(shè)計的主要內(nèi)容包括：線路平面設(shè)

計、線路縱斷面設(shè)計、軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計、跨區(qū)間無縫線路技術(shù)設(shè)計及更換道岔設(shè)計等。

1.2鐵路線路大修地段的原始資料

1、大修地段位置：成鐵達三線，自K55+000至K68+000。

2、現(xiàn)有線路條件：

1）該大修地段屬于I級干線，限制坡度12%。，最小半徑為400m；

2）原有線路平縱面資料包括：

A.線路縱斷面測量記錄；

B.線路曲線測量記錄；

C.橋隧位置及原狀；

D.站場調(diào)查記錄；

E.道口調(diào)查記錄。

3)線路上部建筑現(xiàn)狀見表1-2O

表1-2線路上部建筑現(xiàn)狀

鋼軌軌枕道床

長度平均單根失類數(shù)量(根/失效不、;吉一般

類型種類

(m)磨耗效情況型公里)情況程度情況

木枕

50kg/m12.59mm176010%碎石15%

1,型J

4)本地段路基土質(zhì)為砂粘土，路基狀態(tài)良好;

5)其它(見調(diào)查記錄)

3、大修地段的運營條件

1)目前及今后的客貨運量

目前：15百萬噸公里/公里；

第五年：20百萬噸公里/公里；

第十年：25百萬噸公里/公里。

2)機車類型

客機：ND2型內(nèi)燃機車，構(gòu)造速度120km/h；

貨機：解放型內(nèi)燃機車，構(gòu)造速度80km/h。

第2章軌道結(jié)構(gòu)類型的確定

2.1概述

鐵路線路是鐵路的主要技術(shù)裝備之一，是工務(wù)部門固定資產(chǎn)的主要部分，是行車的基

礎(chǔ)。目前我國鐵路擔(dān)負著全國60%以上的運輸任務(wù)。同時，這些線路設(shè)備在經(jīng)常不斷的運

輸過程中，或者說在輪軌相互作用過程中在逐漸損耗。為了保證鐵道線路的安全、平穩(wěn)和

不間斷的運輸，保持線路設(shè)備經(jīng)常處于完好狀態(tài)，根據(jù)運輸需要及線路設(shè)備損耗規(guī)律，周

期性的有計劃的對損耗部分加以維修和更新，使之恢復(fù)到原來的狀態(tài)或更新成新的狀態(tài)，

使線路設(shè)備大修的根本任務(wù)。

本設(shè)計地段長13公里，路基土質(zhì)為沙粘土，路基狀態(tài)良好，路塹及路堤邊坡高度在8

米以內(nèi)，包括混凝土拱橋2座，飴上鎖橋2座和1座鋼橋；跨潭口、古龍崗、揚子嶺3座

隧道。設(shè)計地段內(nèi)還有5個道口和1個車站。地表建筑比較復(fù)雜，涉及要求比較嚴格。

本設(shè)計依據(jù)的規(guī)范有：鐵路線路維修規(guī)則，鐵路線路設(shè)備大修規(guī)則，鐵路線路設(shè)計規(guī)

范，鐵路軌道設(shè)計規(guī)范，鐵路工務(wù)技術(shù)手冊《線路》，鐵路工務(wù)技術(shù)手冊《軌道》等。

2.2選擇上部建筑類型

根據(jù)《鐵路線路設(shè)備大修規(guī)則》第3.3.3條：線路大，中修時，枕下道床總厚度應(yīng)根據(jù)

五年內(nèi)的年計劃通過總重密度和鋼軌類型，按《鐵路線路設(shè)備大修規(guī)則》中表333所列標

準選用，而該設(shè)計的五年內(nèi)的年計劃通過總重密度為20Mt公里/公里，故選擇如下的軌道

結(jié)構(gòu)類型⑵:

鋼軌類型：50kg/m；

軌枕類型：S—II型混凝土軌枕；

扣件類型：彈條H型扣件；

道床厚度：雙層道磴25cm,底砧20cm,共45cm；

道床肩寬：30cmo

線路大、中修清篩起道后，無墊床的碎石道床，其枕下清殖厚度不得小于300mm；道

床總厚度不足300mm時，應(yīng)清篩至路面，并做好排水坡，以利排水。

第3章軌道結(jié)構(gòu)的強度檢算

3.1概述

軌道是一種受力十分復(fù)雜的工程結(jié)構(gòu)物，機車車輛在其上通過時，將受到垂直軌面的

豎向力、垂直于鋼軌軸向的橫向水平力和平行于鋼軌軸向的水平力等。

鋼軌在這些力的作用下，軌道各部分將產(chǎn)生各種變形和應(yīng)力并逐漸失效。因此必須合

理選擇相應(yīng)的軌道結(jié)構(gòu)，使其在預(yù)定的使用期限內(nèi)，在規(guī)定的使用條件下，保持良好的狀

態(tài)，確保列車按規(guī)定的軸重和速度平穩(wěn)、安全和不間斷地運行，為此應(yīng)當正確計算軌道結(jié)

構(gòu)的承載能力，使其在安全和效益兩方面都得到最佳的效果。在進行軌道強度檢算時，只

計算鋼軌基本彎曲應(yīng)力，枕上壓力，道床頂面應(yīng)力和路基面應(yīng)力。計算時采用如下一些假

定：

1、軌道及機車車輛的技術(shù)狀態(tài)符合《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》和有關(guān)部門的技術(shù)標準的要

求。

2、視鋼軌為連續(xù)彈性基礎(chǔ)上的等截面無限長梁，梁的下沉與基礎(chǔ)反力之間呈線性關(guān)系,

或者視鋼軌為彈性點支座上等截面連續(xù)無限長梁，支座的下沉與其反力之間呈線性關(guān)系。

3、用一個當量靜荷載來描述車輪對軌道的作用。

4、作用于鋼軌上的荷載系符合力的獨立作用原理，在輪載群作用下鋼軌產(chǎn)生的應(yīng)力、

應(yīng)變等于單個車輪作用下的應(yīng)力、應(yīng)變代數(shù)和。

5、機車車輛對輪軌的動力影響，用荷載系數(shù)（速度系數(shù)、偏載系數(shù)、橫向水平力系數(shù)）

來表示。

6、不考慮軌道自重。

3.2軌道強度檢算的基本原理

3.2.1軌道結(jié)構(gòu)特性參數(shù)

1、鋼軌的支座剛度D

鋼軌支座剛度表示鋼軌支座的彈性特征，即要使支座頂面產(chǎn)生單位下沉所必須施加于

支座上的壓力，單位為N/mm。

鋼軌支座彈性特征是由包括軌下的墊板、軌枕和枕下的道床，即彈簧所組成的串聯(lián)來

反映的，因此支座剛度可表示為：

式中P——施加于支座上的壓力(N)；

y-----支座下沉量(mm)；

D1——墊板及軌枕彈簧剛度，對于碎枕只有墊板剛度(N/mm)；

D2——道床及路基彈簧剛度(N/mm)。

2,鋼軌基礎(chǔ)彈性模量u

u表示單位長度鋼軌基礎(chǔ)的彈性特征，即要使鋼軌產(chǎn)生單位下沉?xí)r，施加于單位長度鋼

軌基礎(chǔ)上的均布壓力，其單位為MPa。

u=—(3-2)

a

式中a---軌枕間距(mm)。

3、道床系數(shù)C

C表示枕下基礎(chǔ)的彈性特征，即要使道床頂面產(chǎn)生單位彈性下沉?xí)r，施加于道床頂面

單位面積上的壓力，其單位為MPa/mm。

C=&(3-3)

先

式中q——作用于道床頂面單位面積上的壓力(MPa)；

yo-----軌枕底面平均下沉量%=分￡mm)；

yP---軌下斷面的軌底下沉重(mm)；

a——軌枕撓度系數(shù)。

3.2.2軌道結(jié)構(gòu)靜力計算

1、軌道結(jié)構(gòu)靜力計算理論

(1)彈性點支承梁理論—它是將鋼軌視為支承在離散彈性點上的等截面無限長的

梁，力學(xué)模型如圖3-1(a)所示。

(2)連續(xù)彈性支承梁理論——它是將鋼軌視為支承在連續(xù)彈性基礎(chǔ)上的等截面無限長

梁，力學(xué)模型如圖3-1(b)所示。

SJ??

S??

5S

(a)(b)

(a)彈性點支承梁模型；(b)連續(xù)彈性支承梁模型

圖3-1支承梁模型

用“點支承法”計算鋼軌彎矩比用“連續(xù)支承法”的結(jié)果要大5-10%,而且在計算鋼

軌撓度或軌枕壓力時則要小1-2%。隨著剛度的增加其差值將稍有增加，但這兩種計算方

法的精度均滿足工程計算的要求。從力學(xué)模型來看，“點支承”法更適合于剛度較大的混

凝土枕線路，但“連續(xù)支承”法計算簡便，已被工程廣泛的采用。

2、連續(xù)支承法計算公式

根據(jù)均勻連續(xù)彈性基礎(chǔ)理論和力的獨立作用的原理，可得靜止車輪作用下鋼軌靜撓度

yo,鋼軌靜彎矩Mo及枕上靜壓力Ro的計算式為：

即

(34)

M)=￡P(guān)/，35)

ka丁

&D=萬＞。R，(3-6)

式中u——鋼軌的基礎(chǔ)彈性模量(MPa)；

a---軌枕間距(mm)；

Pi——作用在鋼軌上的各機車車輪靜重(N)；

k——鋼軌基礎(chǔ)彈性模量與鋼軌抗彎剛度的相對比值，也稱剛比系數(shù)。

(3-7)

式中J——鋼軌對水平軸的慣性距(mm，；

E——鋼軌的彈性模量(MPa),E=2.1xlO5MPa；

內(nèi)、Hi——連續(xù)彈性基礎(chǔ)上等截面無限長梁的彎矩M和撓度y的影響系數(shù)。

u=e”(cosAx-sinkx)(3-8)

u=e*(coskx+sinkx)(3-9)

不同輪位距計算截面的距離x各不相同，因而各有不同的內(nèi)、°

3、點支承法計算公式

根據(jù)連續(xù)彈性支承梁理論和力的獨立理論作用原理，可得靜止車輪系作用下的yo、Mo

及Ro的計算公式：

即

%=既加(3-1。)

%=立⑸,(3-H)

用=工加(3/2)

式中Mi，Hi——分別為彈性點支座上無限長梁的彎矩、支座下沉影響系數(shù)；其他符號的含

義及單位同前。

3.2.3軌道結(jié)構(gòu)動力計算

1、軌道動荷載參數(shù)

(1)速度系數(shù)a

列車在軌道上運行時，由于輪軌之間的動力效應(yīng)，在垂直方向施加于軌道上的附加動

力影響，用速度系數(shù)a來表示，即車輪垂直當量靜荷載最大可能值Pd=Po(l+a)o根據(jù)我國

實測資料，不同的牽引種類，不同的檢算軌道部件的a如表3-1所示。

表3-1速度系數(shù)a值⑶

檢算部位

鋼軌軌枕、道床

牽引種類

內(nèi)燃機車0.4V/1000.3V/100

電力機車0.6V/1000.4V/100

蒸汽機車0.8V/1000.6V/100

注：此表適用于120km/h及以下的速度；V的單位為km/h。

⑵偏載系數(shù)夕

列車通過曲線時，由于存在未被平衡的超高，產(chǎn)生偏載，使外軌或內(nèi)軌輪載增加，其

增加值與靜輪載的比值稱為偏載系數(shù)，用P表示。

/?=(耳一犬)/犬(3-13)

式中P)——外軌(或內(nèi)軌)上的輪載；

Po——靜輪載。

根據(jù)列車在有超高的軌道上運行時的靜力平衡條件，可得p的表達式為:

取我國機車重心高度H=2300mm,Si=1500mm代入上式，則偏載系數(shù)可簡化為：

〃=0.002M(3-15)

(3)橫向水平力系數(shù)7

由于輪軌之間的橫向水平力及垂直力均有偏心，使軌頭和軌底邊緣相對于其中心處的

應(yīng)力有所增加。在計算時，這一增加值采用/來表示。根據(jù)實測資料，不同的曲線半徑有

不同的/，其最大可能值如表3-2所示。

表3-2橫向水平力系數(shù)一⑹

曲線半經(jīng)R(m)

直線

300400500600R>800

1.252.001.801.701.601.45

注：此表適用于各類型蒸汽機車，東風(fēng)、東風(fēng)2?4、東方紅、東風(fēng)8以及韶山，6Y2、6G等電

力機車。

2、軌道結(jié)構(gòu)動力計算

在列車動荷載作用下鋼軌的動撓度yg動彎矩Md及枕上的動壓力Rd的計算式為:

為=%(1+。+，)(3-16)

Md=M0(\+a+^f(3-17)

&m)(3-18)

3.2.4軌道強度檢算方法

列車在直線和曲線上運行時有不同的動彎應(yīng)力。在直線上時，

"上="。(1+。+4)工(3-19)

在曲線上時，

Mllq=M0(l+a+^fq(3-20)

又因為〈力，按最不利荷載考慮￡ZZ=6Z<7及￡〉0,有：

(3-21)

Mdq>Md:

故只需要檢算曲線段的軌道應(yīng)力。

1.鋼軌應(yīng)力檢算

(1)鋼軌動彎應(yīng)力計算

軌底邊緣動彎應(yīng)力計算式為：

_M+a+

tl(3-22)

LW_W

gg

軌頭邊緣動彎應(yīng)力計算式為:

場Jo(l+a+/7)/

%一%(3-23)

式中、<yjd——分別表示軌底和軌頭邊緣動彎應(yīng)力的最大可能值(MPa)；

Wg、W)----分別為鋼軌底和軌頭對水平中性軸的截面模量(mn?)。

(2)鋼軌強度檢算

軌底：

3=o■財+q+cry<[cr](3-24)

軌頭：

%=ajd+(7t+<yf<[cr](3-25)

式中：4、cr.——分別為軌底拉應(yīng)力和軌頭壓應(yīng)力(MPa)；

(yf——附加應(yīng)力，取為9.8MPa；

——溫度應(yīng)力(MPa)；

[a]——鋼軌允許應(yīng)力，9J=q/K。

其中：

q——鋼軌鋼材屈服強度(MPa)；

K——安全系數(shù)，取為1.35。

則：

[crj=q/K=405/1.35=300(MPa)(3-26)

2.軌枕強度檢算

(1)木枕頂面承壓應(yīng)力

5=條《卬(3-27)

r

式中q——木枕橫紋承壓動應(yīng)力(MPa)；

F——軌底或墊板與木枕的接觸面積(cn?)；

Rd——鋼軌動壓力(N)；

[crj——木枕橫紋允許承壓應(yīng)力，對松木取1.4MPa,杉木取10.4MPa,樺木取

3.9MPa,核木取4.2MPa。

混凝土枕抗壓強度大，一般不檢算其承壓應(yīng)力。

(2)混凝土軌枕彎矩

計算軌枕彎矩時，通常把它視為支承在彈性基礎(chǔ)上的短梁，分別取最不利支承圖式。

檢算軌下截面正彎矩Mg,采用圖3-2所示的道床支承方式，是假定軌枕中間部分完全掏空,

可得Mg的檢算公式：

圖3-2軌下截面正彎矩計算圖示

2?'"

此=尺y-7(3-28)

LCo

式中——荷載作用點至枕端距離，取力=50cm；

e------一股鋼軌下，軌枕的全支承長度，取e=95cm；

b'——軌下襯墊寬度，一般取軌底寬(cm)；

Ks——軌枕設(shè)計系數(shù)，暫定為1；

[Mg]——軌下截面允許彎矩，與軌枕類型有關(guān)，I型枕可取為11.9kN.m,II型軌

枕可取為13.3kN-mo

檢算中間截面副彎矩Me時，采用圖3-3所示的道床支承方式，即軌枕中部位部分支承,

到床支承反力取全支承時嗚。

RuRa

圖3-3跨中截面負彎矩計算圖示

Me的檢算公式為：

Mc=—K,3/-+4/-8qe—12q/?

cs4(3/+2e)c

式中l(wèi)----軌枕長度(cm)；

LM,.J——中間截面允許負彎矩，與軌枕類型有關(guān)，I型枕可取為8.8kN.m,II型軌

枕可取為10.5kN-m[71o

[Mc]、[MJ可由軌下斷面和中間斷面為開裂極限彎矩除以相應(yīng)的安全系數(shù)求得。

木枕有足夠的抗彎剛度，一般不進行此項檢算。

3.道床頂面壓應(yīng)力檢算

計算道床頂面時，假定枕下道床支承反力分布如圖3-4所示。因而，按此可求得道床頂

面平均應(yīng)力和最大壓應(yīng)力的計算公式，并應(yīng)滿足以下要求：

%=7^4(3-30)

be

max<yh-mxcrh<[ah](3-31)

式中4、max4------分別為道床頂面平均動壓應(yīng)力和最大動壓應(yīng)力(MPa)；

b------軌枕底面平均支承寬度(mm),混凝土枕取275mm口；

Rd——作用于軌枕上的鋼軌動壓力；

e'----一股鋼軌下軌枕有效支承長度(mm),取1175mm171；

m——枕底寬度道床反力分布不均勻系數(shù)，m=1.6'7b

[<7,J——道床頂面允許壓應(yīng)力(MPa),碎石道床。=0.5MPal4]。

圖3-4枕下道床反力分布圖

4.路基表面壓應(yīng)力檢算

道床頂面壓應(yīng)力在道床內(nèi)按擴散角夕向下傳遞如圖3-5所示。

圖3-5道床頂面壓應(yīng)力分布圖

因而，不同道床厚度的基床表面壓應(yīng)力按下式檢算：

(1)道床厚度OWhWhi時:

力良(3-32)網(wǎng)

(2)當h￡hWh2時,

%=七""』(3-33)網(wǎng)

式中(7h---基床表面動壓應(yīng)力(MPa)；

h----道床厚度(mm)；

%=b^ctg(p/2

(3-34)181

%=e.ctg(p12

(P——道床壓力擴散角，對碎石道床取0=35。叫

[o-J——基床表面允許壓應(yīng)力(MPa)；新建線路5]=0.13MPa,既有線路

[<Tj=0.15MPa|4|o

有關(guān)式中的b、e、Rd及m等符號的意義同前。

3.2.5軌道強度計算中主要參數(shù)的取值

1、與鋼軌有關(guān)參數(shù)的取值如表3-3所示。

表3-3與鋼軌相關(guān)的參數(shù)取值⑼

鋼軌支點彈性系數(shù)

鋼軌參數(shù)

D(N/mm)

軌頭截軌底截面檢算軌

軌底寬橫截面慣性矩容許應(yīng)力檢算

面矩矩枕、道床

(mm)積(cm?)J(cm4)[a](MPa)鋼軌

33

WI(cm)Wg(cm)及路基

13265.8018272302753002200042000

2、與軌枕有關(guān)參數(shù)的取值如表3-4所示。

表3-4與軌枕相關(guān)的參數(shù)取值⑼

一股鋼軌下

枕軌間距(mm)長度(mm)枕軌間距(mm)底寬b(mm)

支承長度(mm)

950(1型混凝土枕)

5442500275500

1175(11型混凝土枕)

3、與機車有關(guān)參數(shù)的取值如圖3-6所示。

195215420215195

00oo00200

6666

I\I\

圖3-6（a）ND2型機車輪重和軸距圖（軸距單位為cm,軸載單位為kN）

_274.3147.3147.3.7.330310

6LOCO9g9

77ZSZV

CO6666Z

_J_________I____J___J____I__________L

圖3-6（b）解放型機車輪重和軸距圖（軸距單位為cm,軸載單位為kN）

3.3軌道強度檢算手算過程

3.3.1計算資料

1、與軌道有關(guān)的計算資料

鋼軌資料見表3-3,軌枕資料見表3-4。

2、ND2型內(nèi)燃機車、解放型蒸汽機車的有關(guān)資料

ND2型內(nèi)燃機車、解放型蒸汽機車的輪重、軸距見圖3-6。

3.3.2軌道結(jié)構(gòu)靜力計算（ND2型內(nèi)燃機車）

手算以“連續(xù)支承法”計算鋼軌靜彎矩Mo、靜撓度yo和枕上靜壓力Ro。

1、計算剛比系數(shù)k

當。=22000N/mm時，

D

u=—=

a

J~^4x2.1>

當￡>=42000N/mm時，

D

u=—二

a

卜存.

/-V4x2.1>

2、計算Mo、y（）和Ro

ND2型內(nèi)燃機車I、II、HI輪分別放在計算截面引起的工尸4和X電見表35引起

ZP〃最大的是III輪，引起工也最大的是I輪。

M..^—yPu^-----J-----X91154=17885959N-mm

°4x0.0012741

k^0.001497620八，、…

y=一V尸〃=--------x94264=0.9142mm

?°n2u^2x77.206

_kay門0.0014976x544_____

R)=”￡P(guān)ri=-------------x94264=38398N

3、計算Md、yd、Rd

內(nèi)燃機車V=120km/h

檢算鋼軌：二=叱=0.48

100

檢算軌枕、道床：?=—=0.36

100

取M=75mm,偏載系數(shù)4=0.002M=0.15

直線地段：/=L25

=“°(1+a+尸)/=17885959x(1+0.48+0.15)x1.25

=36442641N-mm

曲線地段：/=1.8(最小半徑為400m)

Md=M0(\+a+p)f=\7885959x(l+0.48+0.15)xl,8

=52477403N-mm

為=%(1+a+A)=0.9142x(1+0.36+0.15)=1.3804mm

Rd=%(1+o+夕)=38398x(l+0.36+0.15)=57981N

4、軌道強度檢算

M<i_52477403

軌頭:=229.47MPa

Wj230000

M52477403

軌底：bjdd=190.83MPa

275000

鋼軌溫度應(yīng)力cr,=60MPa,制動應(yīng)力%=9.8MPa。

軌頭：%"+cr,+/=229.47+60+9.8=299.27MPa<[a]=300MPa

軌底：3=%+%+%=190.83+6()+9.8=260.63MPa<[a]=300MPa

.,.滿足要求。

5、混凝土軌枕彎矩檢算

正彎矩：

M=K且—2R以[-^-——|x57981=6672392N-mm

&[2e8Jd(2x9508)

[Mg]=13.3kN-m,<[Mg],滿足要求。

負彎矩：

..3l2+4e2-Sa.e-I2a.l

M=-K、----------1---------LRn,

cs4⑶+2e)d

,3x25002+4x9502-8x500x950-12x500x2500?,

=-lx-------------------------------------------------------------------x579n8o1

4x(3x2500+2x950)

=-5489690Nmm

[MJ=10.5kN-m,：.Mc<[Me],滿足要求。

6、道床頂面壓力檢算

Rd_57981

=0.1794MPa

6,嬴-275x1175

max(yb=m-ah=1.6x0.01794=0.2870MPa

碎石道床[%]=0.5MPa,maxMh<[Mh],滿足要求。

表3-5ND2型內(nèi)燃機車I、II、III輪分別放在計算截面引起的gp〃和ZP"計算表

、項目pXkPuZ8和Z尸77

計算kxu7

(kN)(mm)(mm1)(kN)(kN)

(kN)

198.1001.098.1

I輪II98.119502.4845-0.1169-11.46887.358

UIII98.141005.22380.00740.7259

I

UI98.119502.4845-0.1169-11.468

l

on輪II98.1001.098.178.313

o0.0012741

FIII98.121502.7393-0.0848-8.319

aI98.141005.22380.00740.7259

II98.121502.7393-0.0848-8.319

HI輪91.154

III98.1001.098.1

VI98.142005.35510.00660.647

198.1001.098.1

1輪II98.119502.9203-0.0409-4.012394.264

S11198.141006.14020.00180.1766

S

-198.119502.9203-0.0409-4.0123

Z

0

0I［輪II98.1001.098.189.869

00.0014976

91U98.121503.2198-0.0430-4.2183

I

Q198.141006.14020.00180.1766

n98.121503.2198-0.0430-4.2183

in輪94.245

in98.1001.098.1

VI98.142006.28990.00190.1864

7、路基基床表面壓應(yīng)力檢算

b275

\=3ctg(p=------xctg35°=196.4mm

2

e'1175

月=~ctg(pxcfg35°=839.0mm

現(xiàn)道床厚度h=450mm,l\<h<h2,故

57981

=0.0783MPa

2e'htg(p2x1175x450x450x^35°

既有線。j=015MPa,<91，滿足要求。

3.3.1軌道結(jié)構(gòu)靜力計算（解放型蒸汽機車）

手算以“連續(xù)支承法”計算鋼軌靜彎矩Mo、靜撓度yo和枕上靜壓力Ro。

1、計算剛比系數(shù)k

當r)=22000N/mm時,

D42000

u=—=----7--7-.-206MPa

a544

k_r~u~_J77.206

=0.0014976mm1

―\4EJ_V4X2.1X105X1827X104

2、計算M（）、yo和Ro

解放型內(nèi)燃機車I、II、HI輪分別放在計算截面引起的和ZW見附件1（表

3-6）o引起2尸必最大的是W輪，引起工尸〃最大的是III輪。

1

M()=~ypux78154=153351139N-mm

°4k乙4x0.0012741

0.0014976，八crrc/、cc/c

--------------x102779=0.9968mm

2x77.206

/?=Pz=0.00149762544、】02779=41867N

oyE?2

3、計算Md、yd、Rd

內(nèi)燃機車V=80km/h

檢算鋼軌：==叱=0.64

100

檢算軌枕、道床：a=2竺=0.48

100

取M=75mm,偏載系數(shù)4=0.002A〃=0.15

直線地段：/=1.25

Md=M()(\+a+B)f=15335139x(1+0.64+0.15)x1.25

=34312374N-mm

曲線地段：/=1.8(最小半徑為400m)

Md=M0(\+a+j3)f=l7885959x(l+0.64+0.15)xl.8

=49409818N-mm

yd=%(1+a+/)=0.9968x(l+0.48+0.15)=1.6248mm

Rd=R0(l+a+，)=41867x(1+0.48+0.15)=68243N

4、軌道強度檢算

軌頭：相

M.49409818

軌底:相―k=--------=179.67MPa

%275000

鋼軌溫度應(yīng)力丐=60MPa,制動應(yīng)力＜yf=9.8MPa。

軌頭：%=(yjd+5+CF/=214.83+60+9.8=284.63MPa<fcr]=300MPa。

軌底：="+①+07=179.67+60+9.8=249.47MPa<[er]=300MPa。

滿足要求。

5、混凝土軌枕彎矩檢算

正彎矩：

M,=K^—―/?,=lx———x68243=7853333N-mm

&[2e8」“(2x9508)

[MJ=13.3kN-m,/.Mg<[Mg],滿足要求。

負彎矩：

3/"+4e~-8qe—12q/

M,=-K,

4(3/+2e)

,3x25002+4x9502-8x500x950-12x500x2500/?！?/p>

=-lx-------------------------------------------------------------------x68243

4x(3x2500+2x950)

=-6461305N-mm

rMJ=10.5kN-m,：.Mc<[Mc],滿足要求。

6、道床頂面壓力檢算

見=一68245—=0.2112MPa

b-e275x1175

max(jh=m-(jh=1.6x0.2112=0.3379MPa

碎石道床［%,］=0.5MPa,滿足要求。

7、路基基床表面壓應(yīng)力檢算

,b275

4=-ctg(p=—^cfg35°=196.4mm

,e'1175

xag35°=839.0mm

現(xiàn)道床厚度/?=450mm,h}<h<h2,故

68243

=0.1362MPa

2xU75x450x450xrg35"

既有線。］=0.15MPa,.滿足要求。

.??選擇的軌道結(jié)構(gòu)類型符合要求。

3.4軌道強度檢算FORTRAN程序設(shè)計

本程序主要應(yīng)用于列車荷載為ND2型內(nèi)燃機車和解放型蒸汽機車的軌道強度計

算，在程序中ND2型內(nèi)燃機車和解放型蒸汽機車的輪重、軸距等參數(shù)為已知常量，不

需要在程序運行時對這些參數(shù)輸入數(shù)值。程序結(jié)果以后綴名為“.txt”的文本文檔輸出。

如果要計算其他機車類型，只需將程序中的列車荷載參數(shù)修改為需要計算的機車類型即

可。

圖3-7為軌道強度檢算程序框圖。

圖3-7軌道結(jié)構(gòu)強度程序圖

程序中有以下一些變量，lj,lz-機車的輪距和輪重；k-鋼軌基礎(chǔ)彈性模量與鋼軌彎

曲彎曲剛度的相對比值；X--某輪位到計算截面的距離；u-連續(xù)彈性基礎(chǔ)上等截面無限

長梁的彎矩M和撓度y影響系數(shù)；mO,yO,rO-鋼軌靜彎矩，鋼軌靜撓度，枕上靜壓

力；a,b,f-速度系數(shù)，偏載系數(shù)，橫向水平力系數(shù)；md,yd,rd-鋼軌動彎矩，鋼軌

動撓度，枕上動壓力；qt,qd--軌頭壓應(yīng)力，軌底壓應(yīng)力；mg,me-軌枕軌下斷面正動

彎矩，軌枕中間斷面負彎矩；qb,qr-道床頂面壓力，路基基床表面壓應(yīng)力；m-根據(jù)計

算模型需要計算的車輪數(shù)。其中需要輸入的變量只有m,其他變量在程序中都為已知變

量。

本程序的難點在于計算荷載當量時，如何運用循環(huán)方式計算出最大的荷載當量。本

程序主要應(yīng)用了do循環(huán)加if選擇結(jié)構(gòu)，來保證得出最大荷載當量（詳見附錄1：軌道

結(jié)構(gòu)強度檢算程序）。

3.5軌道強度檢算結(jié)果匯總

1、ND2型機車軌道結(jié)構(gòu)靜力及動力計算結(jié)果