高速铁路无砟轨道温度场简化计算方法
- 格式:pdf
- 大小:380.69 KB
- 文档页数:6
目录目录一.设计题目: (1)普通无缝线路设计..................................................................... 1 二.设计资料:................................................................................. 1 三、计算步骤: (2)3.1温度压力的计算 .................................................................. 2 3.2轨道稳定性允许温度压力[]P ............................................. 5 3.3轨道稳定性允许温升[]c T ∆ ................................................. 6 3.4根据强度条件确定允许温降[]d T ∆ ..................................... 6 3.5设计锁定轨温计算 .............................................................. 8 3.6设计锁定轨温 ...................................................................... 9 3.7伸缩区长度计算 ................................................................ 10 3.8无缝线路缓冲区预留轨缝计算 . (11)3.8.1长轨条一端伸缩量长∆的计算 ............................... 11 3.8.2缓冲轨一端伸缩量缓∆的计算 (12)3.8.3预留轨缝的计算 ..................................................... 12 3.9防爬器设置 ........................................................................ 13 3.10长轨条布置 ...................................................................... 14 四、参考文献................................................................................... 14 附:无缝线路稳定性检算 (14)轨道工程无缝线路设计一.设计题目:普通无缝线路设计二.设计资料:铺设无缝线路区段,地区历年最高轨温为*℃,最低轨温为*℃所选城市上海,m 钢轨无缝线路, R=550m (学号18);轨枕:Ⅱ型混凝土轨枕1840根/㎞(学号18);钢轨截面积F=77.45 cm 2,钢轨惯性矩I=1048cm 4,钢轨弹性模量E=2.1×105MPa ,轨道原始弹性弯曲半波长0l =720cm,原始弹性弯曲矢度oe f =2.5mm ,原始塑性弯曲矢度op f=2.5mm ,轨道弯曲变形矢度f=2mm 。
基础变形对无砟轨道受力影响的计算摘要:高速铁路对无砟轨道的平顺性要求极高,一旦基础变形将会对无砟轨道的受力产生显著影响,从而影响到行车安全。
以我国CRTSⅡ型板式无砟轨道为研究对象,考虑基础变形对轨道结构的受力影响,提出桥梁挠曲变形和路基不均匀沉降附加弯矩的简单计算方法,为CRTSⅡ型板式无砟轨道的结构设计提供参考。
关键词:无砟轨道桥梁挠曲路基不均匀沉降计算方法1.前言基础变形主要指路基上的不均匀沉降,桥梁的挠曲变形、梁端转角及墩台沉降,以及隧道内可能出现的基岩或仰拱的不均匀沉降变形等。
大致可分为三种型式,即正(余)弦型、错台和折角[1]。
正(余)弦型主要发生在路基上,桥梁在列车荷载作用下的挠曲也属于此种类型。
错台和折角一般发生在结构物与结构物或土工物之间的过渡段上。
结构物上的无砟轨道多为单元式结构,在结构缝处断开,折角和错台对无砟轨道承载层的影响较小,主要影响到扣件系统的受力和无砟轨道的上抬稳定性,而路基上的正(余)弦型基础变形和桥梁挠曲将对无砟轨道承载层弯矩产生影响。
CRTSⅡ型板式无砟轨道的设计参数:轨道板混凝土强度等级C60,长6.45m,宽2.55m,厚0.2m(考虑预裂缝的影响,纵向计算时参照德国计算方法取0.16m)[2];砂浆调整层弹性模量7000Mpa,厚度30mm;支承层弹性模量5000Mpa,厚0.3m。
2.桥梁挠曲引起无砟轨道的附加弯矩值2.1 桥梁挠曲变形曲线由于桥梁结构的特殊性,桥面支承刚度较大,在列车荷载及轨道自重作用下无砟轨道将发生与桥梁挠曲相同的变形,故桥梁挠曲变形的附加力可采用跟随性的方法进行计算[3],即无砟轨道结构在列车荷载作用下跟随着梁体发生相同变形,无砟轨道结构通过变形曲率的方法进行计算,此时无砟轨道在基础变形作用下的弯矩为:EI为无砟轨道结构层的抗弯刚度,对于板式轨道有中间调整层的构,EI分别为轨道板和底座板的抗弯刚度,k为桥梁变形的曲率。
图1为简支梁桥发生挠曲变形的示意图。
极端高温天气下CRTSⅡ型板式无砟轨道温度分析孙泽江;王泽萍;汪杰;康维新;刘学毅【摘要】为了解极端高温天气下无砟轨道结构温度分布,在上海地区对CRTSⅡ型板式轨道温度进行实时监测,分析轨道结构自上而下温度分布及其随时间的变化特性,统计得到极端高温下计算轨道板表面温度的经验公式.研究结果表明:在日间气温达到40℃的高温天气下,轨道板表面温度最高接近60 ℉,轨道板底面温度峰值与表面温度峰值存在5h的滞后,轨道板上下表面最大正温差出现在14:00左右,约为18℃,最大负温差出现在05:00左右,约为-7℃;轨道结构温度沿垂向呈非线性分布,且在距轨道表面0~0.3m,非线性程度显著;轨道板表面温度经验公式具有较好的实用性.【期刊名称】《铁道标准设计》【年(卷),期】2018(062)011【总页数】5页(P64-68)【关键词】无砟轨道;轨道温度;分布特性;经验公式【作者】孙泽江;王泽萍;汪杰;康维新;刘学毅【作者单位】西南交通大学高速铁路线路工程教育部重点实验室,成都610031;西南交通大学高速铁路线路工程教育部重点实验室,成都610031;西南交通大学高速铁路线路工程教育部重点实验室,成都610031;西南交通大学高速铁路线路工程教育部重点实验室,成都610031;西南交通大学高速铁路线路工程教育部重点实验室,成都610031【正文语种】中文【中图分类】U213.2+44无砟轨道以其高平顺性少维修等特点,在高速铁路上广泛应用[1]。
作为长期暴露在自然环境下的钢筋混凝土层状结构,无砟轨道的温度随环境温度的变化呈周期性升降,使轨道结构产生伸缩变形和温度应力[2]。
天气恶劣时轨道板将会产生过大的温度应力或伸缩变形,从而出现脱空、翘曲、离缝等病害,影响无砟轨道的使用寿命。
对无砟轨道的温度进行实时监测和分析,对温度应力计算和结构设计具有重要意义。
对无砟轨道在自然环境下的温度监测及分析已经有了一些研究,王森荣等[3]对板式轨道进行了全天的温度跟踪测量,并根据测量数据推出了轨道板的温度应力和伸缩位移计算公式。
双块式无砟轨道早期温度场模拟赵坪锐;邓非凡;丁晨旭;刘观;牛晨【摘要】建立考虑时变水化热参数的双块式无砟轨道有限元模型,研究了不同铺设条件和不同季节情况下,外界环境温度与内部水化热对道床板早期温度场的影响特征.结果表明:水化热的影响主要集中在浇筑后的72 h内,在水化热的影响下,道床板内部温度较表面高,表面容易产生拉应力甚至出现裂缝,应在施工后的72 h内洒水养护;当施工温度降低时,道床板内部温度分布将更不均匀,应采取适当保温措施提高表面温度,以降低道床板温度不均匀程度;72 h后,水化热的影响减弱,道床板内部温度主要受控于外界环境温度.【期刊名称】《铁道建筑》【年(卷),期】2016(000)005【总页数】5页(P10-14)【关键词】双块式无砟轨道;道床板;早期温度场;瞬态分析;水化热;环境温度【作者】赵坪锐;邓非凡;丁晨旭;刘观;牛晨【作者单位】西南交通大学高速铁路线路工程教育部重点实验室,四川成都610031;西南交通大学高速铁路线路工程教育部重点实验室,四川成都610031;西南交通大学高速铁路线路工程教育部重点实验室,四川成都610031;中国铁建国际集团有限公司,北京100855;西南交通大学高速铁路线路工程教育部重点实验室,四川成都610031【正文语种】中文【中图分类】U213.2+44双块式无砟轨道的道床板在浇筑初期会产生水化热,造成内部温度分布不均匀,进而产生早期温度应力。
养护方式不合理容易形成早期裂缝,影响无砟轨道的观感和耐久性能。
本文针对道床板浇筑初期早期温度场的分布特性进行研究,分析浇筑温度、外界环境温度等对道床板早期温度场的影响特性。
根据双块式无砟轨道的结构特征与施工步骤,建立双块式无砟轨道热力学分析有限元模型,如图1所示。
将模型中单个轨枕块的尺寸简化为0. 844 m(长)×0. 314 m(宽)×0. 174 m(高)的长方体,取7跨扣件间距的道床板长度,宽2. 8 m,厚0. 26 m,支承层宽3. 2 m,厚0. 3 m。
摘要本设计根据高速铁路无砟轨道施工的实际案例为依据,阐述我国高速铁路发展的必然性,重要性以及其对我国经济高速所起的重大作用。
本文以CRTSⅠ型板式无砟轨道的设计与施工作为例,简要阐述其在路基,桥梁等地段的设置与施工。
本设计参照国内高速铁路无砟轨道设计的相关技术规范,以严谨的态度和清晰的思路,给大家展示无砟轨道在铁路高速发展过程中的重大意义以及我国在高速铁路建设领域所取得的成就,从而更加坚定我国以经济建设为中心的发展线路。
本设计以铁路高速发展为背景所展示的CRTSⅠ型板式无砟轨道的设计与施工,意在以此为引,希望更多的人以一种更加客观的,实际的态度来看待中国铁路的高速发展。
铁路是国民经济的大动脉,这众所周知,因此它也是我国经济实力的一种代表.设计分路基部分、轨道部分、桥涵过渡段三个主要方面,在相关技术规范的前提下,对各部分的尺寸设置,位置安排等方面做了较为详细的叙述。
为提高毕业设计的质量,设计按照相关的格式要求进行统一的设置,力保在内容、格式等方面做到统一化,格式化。
关键词:板式无砟轨道;设计规范化;设计内容;发展必然第一章绪论1。
1引言交通运输发展的历史就是一部速度不断提高的历史。
随着时代的发展,交通运输行业日趋激烈的竞争使得修建高速铁路成为铁路发展的必由之路。
尤其是20世纪70年代以来,全球范围内出现了石油能源危机、公路堵塞、车祸频繁、空难迭起、环境恶化等情况,人们呼唤高速、安全、准时、舒适、运量大、污染小、能源省、占地少的公共交通运输方式的出现,高速铁路也因此赢得到了良好的发展契机,它以其高速、安全、节能、舒适和全天候性日益得到社会的青睐。
其中各种无砟轨道在高速铁路上的应用越来越显示出其高稳定性、高平顺性和少维修等优点己逐步成为高速铁路轨道发展的趋势。
近几年,随着我国经济的高速发展,运力紧张已经成为制约经济发展的一个因素。
为了促进国民经济的稳健快速发展,建立健全的高速铁路网已势在必行。
《中长期铁路网规划》描绘了我国铁路发展的宏伟蓝图。
第49卷第3期 2015年3月
浙 江 大 学 学 报(工学版)
Journal of Zh@ang University(Engineering Science) VolJ 49 NO.3
Mar.2O15
DOI:10.3785/j.issn.1008—973X.2015.03.013
高速铁路无砟轨道温度场简化计算方法 欧祖敏 ,孙 璐 。,程群群 (1.东南大学交通学院,江苏南京210096;2.美国华盛顿Catholic大学土木工程系,美国华盛顿20064)
摘要:为了计算高速铁路无砟轨道结构的温度场,根据热工学原理和简化的气象边界条件,建立求解曝露于大气 环境下的高速铁路无砟轨道结构温度场方程.利用在京沪高速铁路CRTS-II型无砟轨道结构现场实测的温度分 布数据对解得的温度场方程进行验证,并分析无砟轨道结构温度场的分布规律.结果表明:基于温度场方程的无砟 轨道结构温度计算数据与其现场实测数据的分布规律基本一致;无砟轨道结构内部温度分布受到的外界环境影响 在距其表面O~0.2 nl内非常明显,在0.2~O.4 m内影响比较一般,而大于0.4 iTI时影响比较微弱;轨道结构最大 正温度梯度受其厚度的影响明显,在其上部O~O.2 m内的最大正温度梯度出现时段一般为13:0O~15:00,不同季 节中夏季的最大正温度梯度最大、冬季最小. 关键词:高速铁路;无砟轨道;温度场;温度梯度 中图分类号:U 238 文献标志码:A 文章编号:1008—973X(2015)03—0482—06
Simplified calculation of temperature field in high—speed railway ballastless track structure
OU Zu-min ,SUN Lu 一,CHENG Qun-qun (1.School of Transportation,Southeast University,Nanjing 210096,China; 2.Department of Civil Engineering,Catholic University of America,Washington DC 20064,USA)
Abstract:A simplified temperature field equation was derived from the thermal transmission theory and the simplified meteorological boundary condition to calculate the temperature distribution in high—speed railway ballastless track structure(BTS)exposed to a periodic atmospheric environment.The measured tempera— tures of CRTS-II BTS in Beijing——Shanghai high——speed railway were used to validate the derived temperature field equation.Validation results showed that the calculated temperature distribution based on the derived equation was generally consistent with the measured one.Analysis of temperature distribution revealed that it was distinctly affected by the atmospheric environment,especially in depth 0-0.2 m of BTS.The daily maximum value of positive temperature gradient appeared at 1:O0~3:00 pm and it is obviously af— fected by the thickness of BTS.The maximum value of positive temperature gradient varies with seasons, being largest in summer and least in winter. Key words:high—speed railway;ballastless track structure;temperature field;temperature gradient
曝露于大气环境下的无砟轨道结构会遭受随外 界环境温度变化而变化的温度荷载作用 ,因对无 砟轨道结构内部温度场变化规律知之有限,目前仅
能考虑少数工况下的轨道结构温度作用效应 . 在设计中难以完全反映轨道结构真正的温度荷载需 求,给无砟轨道结构主要构件设计使用寿命不小于
收稿日期:2014一O4一O1. 浙江大学学报(工学版)网址:www.journals.zju.edu.cn/eng 基金项目:国家自然科学基金重点资助项目(U1134206);国家自然科学基金外青学者资助项目(51250110075,513111130) 作者简介:欧祖敏(1983一),男,博士生,从事高速铁路无砟轨道结构设计理论与方法研究.E—mail:ouzumin@163.corn 通信联系人:孙璐,男,教授,博导.E mail:sunl@Cua.edu 第3期 欧祖敏,等:高速铁路无砟轨道温度场简化计算方法 483 60 a的要求提出了挑战. 我国最新修订的建筑荷载规范指出结构的温度 荷载应按热工学原理确定[5],由于高速铁路无砟轨 道结构温度变化受太阳辐射、气温、风速、降雨量和 蒸发量等多种外界环境因素所影响,准确计算轨道 结构内部温度场的难度较大.目前大多仅能通过现 场实测来研究其变化规律l_6。],但实测费时费力且代 表性有限.因此,一种既简便又实用的轨道结构温 度场计算方法显得非常必要. 根据热工学原理对曝露于大气环境下的无砟轨 道结构温度场的计算方法开展研究.本文利用气象 数据资料近似描述外界环境的主要影响因素以建立 边界条件,提出一种简化的温度场计算方法.然后利 用部分现场实测数据进行对比验证,并对轨道结构 温度场变化规律进行分析. 1 无砟轨道结构温度场解析解 1.1无砟轨道结构一维热传导方程 对带状无砟轨道结构,假设温度在平面内均匀 分布,仅在深度方向存在温差,无砟轨道结构可近似 理想化为一维传热问题.根据能量守恒定理,单位 时间内出入轨道结构表面的热能变化率与通过表面 单位距离内的热通量成正比,数学描述如下_8]: 一一 : . (1) a£ a 。 式中:E(z, )为进入轨道结构的热能量,q(z,£)为 轨道结构沿深度方向的热通量,z为轨道结构深度 方向的坐标,t为时间. 傅里叶热传导定律认为温度场与热通量之间存 在一定的关系,在一维热传导问题中,热通量与温度 梯度存在如下比例关系l9]: q(z, )一一K(z) . (2) 式中:30(z, )/Oz为轨道结构温度沿深度的变化 率,即温度梯度;K( )为轨道结构沿深度方向的材 料的导热系数. 当热量进入或离开物体(或者一定质量的物质) 时,物体的温度会发生变化,温度变化率与物体材质 有关,并且存在如下关系l_g]: p( )f( ) ::=一 .(3) 式中:3q(z,£)/3z为单位时间内通过其表面(等温 面)的热通量,O0(z, )/Ot为轨道结构温度变化率, p(z)为沿轨道结构深度方向的质量密度,c(z)为沿 轨道结构深度方向的比热容. 把式(2)、(3)代入式(1),可得无砟轨道结构的 一维热传导方程:
兰! 一 兰 兰! 一 f 兰! 3t D( )c( ) az “ a ‘
(4) 式中:a(z)为轨道结构材料的导温系数. 无砟轨道结构中的轨道板和支承层(底座)等构 件都是混凝土材料,各种材料的导温系数较接近,有 的轨道结构类型虽然设置了CA砂浆层,但一般的 CA砂浆与水泥浆的热物理性质比较接近,导温系 数与混凝土仅存在微小差异,且因层厚为3~5 m, 可取与混凝土材料相同的导温系数,多层传热问题 可简化为均质半无限空间一维传热问题.对各层材 料的导温系数统一取a=a(z)一0.003 m /h. 1.2无砟轨道结构传热问题边界条件描述 固体传热问题的求解与其边界条件存在极大的 关系.当已知轨道结构表面温度时为第一类边界条 件;当已知轨道结构表面各点热量的流速时为第二 类边界条件;当仅知轨道结构表面温度是周期函数 时为第三类边界条件l8].而影响轨道结构表面温度 的主要因素包括空气温度、太阳辐射、风速及结构表 面特性等_g . 我国建筑热工设计规范Ⅲ]、英国标准 等都给 出了有关混凝土结构物表面等效温度的计算公式:
。. 一0 + . (5) Y 式中: …为轨道结构表面等效温度;0 为轨道结构
周围环境气温;工为轨道结构表面(水平面)太阳辐 射照度(强度);a 为太阳辐射吸收系数.对水泥混 凝土表面取a。一0.4~0.7,对光滑的无砟轨道取 a 一0.4;h 为表面换热系数,h 一a +a ,其中 长波热辐射系数a 一4.15,对流换热系数a。 按如 下规定取值:当风速 ≤5 m/s时,a 一6+4 ,当 风速 ≥5 m/s时,a 一7.41v Bl ],本文采用日 平均风速计算a . 晴天太阳辐射在日出到日落时段内近似服从正 弦或余弦曲线变化口。 ,太阳辐射对轨道板表面产 生的当量温度可用分段函数近似表示为
r ] 0 ,I(£)一{ sin I ( 一6)l,t∈(6,18];(6) l L上厶 J
10,t∈(18,24]. 式中:0 (£)为太阳辐射在t时对轨道结构表面产 生的当量温度;0s.1一a Id 7c/(2h td)为太阳辐射在 轨道结构表面产生当量温度的最大值; 为轨道结 构表面(水平面)日太阳辐射照度(强度);t 为日照