轨道结构理论与轨道力学(无缝线路)
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第三章无缝线路第一节概述一、铺设无缝线路的意义普通线路是由标准长度的钢轨(长度为12.5m或25m)利用接头联接零件联接而成的,线路上存在着大量的钢轨接头。
钢轨接头是铁路线路的薄弱环节,接头的存在不仅加剧列车通过时对线路产生的冲击和振动,促使道床板结、溜坍,混凝土轨枕破裂损坏,使接头处线路产生较严重的病害,而且还会加剧线路的爬行,降低钢轨和机车车辆的使用寿命,影响行车的速度和平稳性,并产生振动和噪音,使旅客感觉不舒适。
另外,大量的接头需消耗大量的接头零部件,为整治接头病害还将大大增加线路的养护维修工作量和养护维修费用。
随着轴重、运量和行车速度的不断增长,普通线路的上述缺点更为突出。
实践统计表明,列车对钢轨接头的冲击力比对非接头区的冲击力大3倍以上。
在普通线路上,接头的养护维修费用约占全部养护维修费用的35%~50%,钢轨由于轨端损坏而需更换的数量也较因其他部位损坏而需更换的数量多2~3倍。
显然,从根本上消除钢轨接头,对列车运行、旅客的舒适条件和线路的养护维修等方面均极为有利,无缝线路也因此而迅速发展起来。
所谓无缝线路,就是把标准长度的钢轨一根一根地焊接成具有相当长度的长钢轨(我国铁路规定不短于200m)用以代替标准钢轨而铺设的线路。
与普通线路相比,无缝线路在很大程度上消灭了钢轨接头,减少了列车对轨道的动力冲击和振动作用,因而具有行车平稳、噪音低、减少材料消耗、降低养护维修费用、延长维修周期、延长线路设备和机车车辆的使用寿命、减少行车阻力等优点,能适应高速行车的需要,有利于发展高速、重载铁路。
无缝铁路作为一种先进的轨道结构形式,是铁路轨道结构发展的方向之一。
早在二十世纪二十年代,国外就已经开始铺设无缝线路。
我国从1957年开始试铺无缝线路,随着铺设技术的日趋完善,特别是全区间和跨区间无缝线路铺设技术的不断成熟,近几年来,无缝线路的铺设进程明显加快,到目前为止,我国铁路已铺设无缝线路约3万多公里,占正线延展长度的40%以上,并将继续得到大力发展。
无缝线路施工方法及工艺流程一、概述无缝线路既是轨道结构技术进步的重要标志,也是高速、重载轨道结构的最优选择,它以无可争议的优越性为各国铁路所认可。
实践证明,造成接头病害的主要原因,有以下几个方面:1.接头处一对夹板的竖向刚度EI y,仅为钢轨竖向刚度的30%左右。
2.在车轮前滚动接近轨缝的瞬间,两轨端上下相对错动形成台阶,距有关部门检测,一般线路上台阶高差为0.02cm,当车轮与其碰撞时,轨道发生强迫振动,这种振动对轨道有较大的破坏作用。
3.接头处的产生附加冲击作用。
4.钢轨轧制和材质缺陷对接头的影响。
上述原因对轨道(接头)产生的主要病害:1.在捣固不良或翻浆冒泥地段出现低接头。
2.钢轨端部出现鞍型磨损。
3.钢轨坡损,轨头表面金属碎裂、剥离、掉块、螺栓孔裂纹,甚至钢轨折断。
4.混凝土枕损坏、破裂。
5.夹板产生永久性变形,造成硬弯甚至使夹板裂纹、折断。
6.道床溜坍、板结、翻浆冒泥。
线路接头病害的各影响因素,互为因果,恶性循环,促使钢轨接头处永久变形发展,进一步使竖向位移和冲击力加大。
同时使机车车辆的振动加剧,噪声增大,舒适度降低,消耗更多的动力,加速线路和机车车辆的破坏,导致设备使用寿命缩短,修理费用增大。
综上所述,线路的钢轨接头不仅对线路设备、机车和车辆的使用寿命、旅客的舒适度、能源的消耗有一定的不良影响,而且还直接威胁着铁路行车安全。
因此对钢轨接头的功能应有两个基本要求:一是温度变化时钢轨能伸缩;二是接头构造要坚固稳定。
这两个要求对普通线路来说是相互矛盾的,保了伸缩就保不了稳定,否则在构造上增加难度。
冻结接头线路虽然能解决钢轨接头的稳固问题,但平顺性的改善有限。
因此只有将钢轨焊接起来的无缝线路,才能彻底解决钢轨接头的稳固与平顺性问题。
无缝线路又叫焊接长钢轨轨道,按照承受应力情况分为:⑴温度应力式;⑵定期调整温度应力式;⑶自动放散温度应力式。
我国是普遍采用的是“温度应力式”。
无缝线路从轨道结构形式分为:普通无缝线路、区间无缝线路和跨区间无缝线路。
高速铁路轨道结构理论研究进展摘要:经济的发展,城镇化进程的加快,促进铁路建设项目的增多。
在高速铁路蓬勃发展的环境下,如何科学高效地维护我国规模庞大的运营线路,实现高速铁路在全生命周期内的稳定、安全运营,是目前我国高速铁路面临的一个至关重要且亟待解决的问题,而探明高速铁路轨道结构在长期运营过程中动态性能演变及服役安全控制机制则是解决这一问题的关键。
安全是铁路运输永恒的主题,更是高速铁路的核心要求。
本文就高速铁路轨道结构理论展开探讨。
关键词:高速铁路;无砟轨道;道岔;无缝线路引言近年来,随着高铁的快速发展,投入运营的高铁线路越来越多,由于200~250km/h的高铁线路多以有砟轨道为主,因此重视研究、探索解决有砟轨道病害特别是长波不平顺病害在维护中存在的运用管理薄弱、作业精度不高、生产组织不合理、作业质量跟踪监控不严等问题,对于提高有砟轨道养修管理水平,确保高铁设备运营安全,具有重要意义。
1高速铁路轨道结构研究现状分析自1964年世界首条高速铁路在日本东海道新干线开通以来,高速铁路技术已历经了五十多年的发展,但其运营安全问题仍未得到全面彻底的解决,危及高速列车运行安全的故障和事故在德国、韩国、日本等地仍时有发生。
出现此类问题的原因,除了对车辆结构关键工程材料失效机理、高速列车脱轨机制等问题认识不足之外,未系统研究作为固定设备之一的高速铁路轨道结构服役性能的时空演变机制,未深入了解高速铁路轨道结构初始损伤演变、动态性能劣化、特殊条件下状态突变对行车安全的影响,以及对高速铁路运营安全保障和长效服役能力关键支撑理论的研究和认识不足,也是极其重要原因。
国内外相关研究成果表明,在动荷载和环境因素耦合循环作用下,高速铁路轨道结构在长期服役过程中,其各项构成材料(如水泥乳化沥青砂浆、混凝土等)的微观结构会发生变化,从而导致关键部件出现伤损甚至失效(如轨道板裂纹、水泥乳化沥青砂浆劣化、扣件折断、钢轨波磨等),而轨道结构与关键部件材料初始损伤的动态演化,轨道结构与关键部件的持续劣化以及特殊条件下结构局部状态的瞬时突变等,势必会引起轨道服役状态与结构动态性能的持续劣化,导致轨道结构与高速车辆系统不匹配,从而加剧高速铁路线路服役状态的恶化,耐久性和经济性的明显降低,同时影响行车品质,甚至留下安全隐患,危及高速列车运行安全。
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无缝线路(continuous welded rail)用焊接长轨条铺设旳轨道,因为长轨条没有轨缝而得名。
基本介绍无缝线路(continuous welded rail)用焊接长轨条铺设旳轨道,因为长轨条没有轨缝而得名。
无缝线路类型无缝线路分温度应力式及放散温度应力式两种。
目前世界各国绝大多数均采用温度应力式无缝线路。
特点将每根12.5m或25m长旳钢轨联结成轨道,很显然每隔12.5m 或25m就会有─个接头。
接头之间还有─道轨缝,大约为6mm。
留轨缝旳道理很简单,是为了防止钢轨在热胀冷缩时产生旳温度力。
不要小看这个温度力,但钢轨温度每改变1℃,每根钢轨就会承受1.645吨旳压力或拉力。
轨温变化幅度为50℃时,─根钢轨则要承受高达82.25吨旳压力或拉力。
如此巨大旳力足以将钢轨顶得歪七八扭,造成轨道不平顺,影响列车快速安全运行。
轨缝使热胀旳问题解决了,但是另─个问题又出现了:这道不起眼旳轨缝不但使列车在运行时产生令人讨厌旳“咔哒咔哒”声,更重要旳是造成车轮与钢轨旳撞击,对二者尤其是车轮旳损害相当大,缩短了车轮旳使用寿命。
为了解决这个问题,視A谝低夂芏嗳硕荚诙越睢L乇鹗悄切┤刃臅A普通乘客,纷纷献计献策。
铁路相关部门,比如《铁道知识》杂志收到读者大量旳改进轨道接头旳建议和设计。
但是这些建议和设计尽管千变万化,接头依然存在,最好旳办法是干脆消灭接头,这就是我们要说旳“无缝线路”。
触焊办法所谓“无缝线路”,就是把不钻孔、不淬火旳25m长旳钢轨,在基地工厂用气压焊或接触焊旳办法,焊成200m到500m旳长轨,然后运到铺轨地点,再焊接成1000m到2000m旳长度,铺到线路上就成为─段无缝线路。
如果没有加工、运输、施工上旳困难,从理论上讲,“无缝线路”可以无限长。
轨道工程课程设计——设计锁定轨温及预留轨缝设计班级:土木 1112时间: 2013年12月组员:张钊一、课程设计任务、目的和意义无缝线路(continuous welded rail)是由多根标准长度的的钢轨焊接成不一定长度的长钢轨线路。
在普通线路上,钢轨接头是轨道的薄弱环节之一,由于接缝的存在,列车通过时发生冲击和振动,并伴随有打击噪声,冲击力可达到非接头区的3倍以上。
接头冲击力影响行车的平稳和旅客的舒适、并促使道床破坏、线路状况恶化、钢轨及连接零件的使用寿命缩短、维修费用增加。
由此可见,铺设无缝线路能够使得一条线路上的接头数量锐减,消除了由于接头带来的冲击磨耗,改善了列车运行时的平稳性和舒适性,减少了养护维修工作量,增强了线路的经济性。
无缝线路按照温度应力放散的方式分为温度应力式和放散温度应力式。
理论上无缝线路可以无限长,但是温度应力并没有消失,这就需要进行无缝线路的设计,控制温度应力对轨道的影响,使其不超过钢轨的应力设计值,保证钢轨的稳定性。
本次课程设计的目的是使学生更深入地掌握《轨道工程》的基本理论(尤其是强度计算和温度力计算理论)和设计方法。
任务是根据线路、运营、气候条件及轨道类型等因素进行轨道强度、稳定性等检算,并确定设计锁定轨温。
二、设计理论依据1、轨道结构的静力分析:轨道结构的经理分析主要以材料力学、结构力学、有限元法分析理论以及微分方程方法等位理论基础,建立轨道结构模型进行分析计算。
(1)计算模型采用连续弹性基础梁模型如图所示,它将轨枕对钢轨的支承视为连续支承。
该模型的计算参数有钢轨抗弯刚度EI 、道床系数C、钢轨支座刚度D、钢轨基础弹性模量u 、刚比系数k。
(2)单个静轮载作用下的方程及解y max=Pk 2uM max=P 4kR max=Pkα2(3)轮群荷载作用下的方程及解y0=k2u ∑P0i e−kx i(cosk2i=1x i+sinkx i)M0=14k ∑P0i e−kx i(cosk2i=1x i−sinkx i)R0=ak2∑P i e−kx i(coskni=1x i+sinkx i)2、轨道动力响应的准静态计算将轨道的静荷载乘以动力增量系数(包括速度系数、横向水平力系数、偏载系数)以表征轨道在动荷载作用下的振动放大效应。
城市轨道交通中为什么要使用无缝线路?
无缝线路的优点是接头比普通线路大大减少,不仅节省了大量的接头零件和线路维修工作量,而且减少列车的接缝震动,运行平稳,降低噪声。
另一方面,由于减少了在接头处的振动,又能延长线路设备和机车车辆的使用年限。
因此,是现代铁道发展的方向。
无缝线路的稳定性跟哪些因素有关?
无缝线路的稳定问题是一个力学平衡问题。
平衡因素以温度压力和轨道原始弯曲为一方,轨道框架刚度和道床横向阻力为另一方。
前者为破坏稳定的因素,后者为保持稳定的因素,无缝线路的稳定与否,就是双方消长变化的结果。
保证无缝线路稳定的基本要求在于尽可能地增加其保持稳定的因素,减少其破坏稳定的因素。
主要措施有:提高无缝线路的轨道框架刚度,即采用重型钢轨、混凝土轨枕及强力扣件;提高道床横向阻力;保持线路方向良好;消灭钢轨硬弯,力求焊缝平直;保证路基无翻浆下沉等病害。
用长轨铺设的铁路线路。
通常使用的标准钢轨长度为12.5米和25米两种。
把10。