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轨道交通桥上无缝道岔群的受力分析宫万国【摘要】对典型案例的桥上咽喉区无缝道岔群的温度力、道岔部件相对位移和传力件的剪力进行了计算,并与普通桥上无缝线路的温度力进行了对比分析.计算结果表明:桥上无缝道岔较一般区间桥上无缝线路钢轨附加力明显增大,桥上无缝道岔设计应同时兼顾道岔与桥梁孔跨布置;典型案例中的道岔尖轨、心轨位移及限位装置的结构强度均可满足其限值要求.%A finite element model is established to study the mechanical properties of a typical welded turnout group on bridge in the throat area. The temperature forces of rails, the relative displacement of key parts and the shear stress of the load transfer components are studied. The result shows that the additional force of the seamless turnout on bridge is greater than that of the ordinary continuously welded rail track on bridge. So the design of the welded turnout group shall give consideration to both the turnout and the span arrangement of bridges. The typical cases in this paper, namely the displacement of switch rail and nose rail, their structural strength of position limit device could meet the design requirements.【期刊名称】《城市轨道交通研究》【年(卷),期】2012(015)006【总页数】5页(P41-44,73)【关键词】轨道交通;桥梁;无缝道岔群;钢轨应力;有限元分析【作者】宫万国【作者单位】中铁第一勘察设计院集团有限公司,710043,西安【正文语种】中文【中图分类】U211.5;U213.6随着我国铁路建设的发展，受土地资源、地形地貌等因素影响，桥梁工程的比例越来越大，其中不乏车站设置于桥梁上的特殊情况，使车站咽喉区无缝道岔不可避免地设置于桥梁上［1－4］。
道岔结合部常见病害成因分析及整治措施我国高速铁路历经多年的研究与实践运用，道岔在制造工艺、铺设水平已达到国际领先行列，日常养护维修中对道岔结合部突出病害的成因分析及整治措施仍然不够全面、系统。
因此，道岔结合部的养护和维修一直是困扰工务系统的难点与重点。
针对道岔结合部突出病害，探究其成因分析及整治措施对铁路养护维修具有十分重要的意义。
通过长期实践和总结，道岔结合部常常出现以下病害：一、离缝病害离缝病害是指尖轨与基本轨、可动心轨与翼轨不密贴，尖轨、可动心轨轨底与滑床板、顶铁与尖轨、可动心轨离缝超过规定标准值，转辙部位存在“三道缝”等病害。
1、产生原因离缝病害主要发生在密贴段不密贴，列车经过道岔时挤压尖轨，产生横向冲击力。
产生原因如下：(1)直股方向不良、转辙部位高低不好;尖基轨胶垫压溃、失效;两基本轨内侧框架尺寸不符合标准，曲基本轨弯折点位置不对或是弯折尺寸不符合要求，尖轨尖端轨距超限。
(2)基本轨存在硬弯导致的方向不良。
(3)尖轨侧弯造成尖轨中部离缝。
(4)尖轨、可动心轨动程不符合规定标准，造成道岔不密贴。
(5)顶铁与尖轨、可动心轨离缝。
(6)滑床板与尖轨轨底、可动心轨轨底离缝。
2、整治措施(1)先调整各部位框架尺寸，误差不超过±1mm，调整前优先对肥边进行打磨和调整直股方向。
若依然存在离缝，要对尖轨、可动心轨进行“放劲归零调整”，检查尖轨自由状态下是否能够密贴，确定其是否存在硬弯或者拱腰，确定后再相应的采取矫直或烤制及更换尖轨的办法解决。
(2)调整基本轨间框架尺寸时，有缝道岔首先方正基本轨接头，检查曲基本轨弯折量，当误差超过±1mm时，应重新弯折;直股基本轨方向不良时，可用弦线测量，采用拨道或改道方法调整;对曲股进行轨距调整时，应结合测量两基本轨框架尺寸的方法进行调整。
(3)通过插入垫片或更换、打磨顶铁的方法调整尖轨(可动心轨)与顶铁间缝隙。
(4)尖轨(可动心轨)与滑床板离缝，采取捣固、垫板、更换磨耗的滑床板等措施，使各滑床板在同一水平面上。
摘要为适应我国铁路运输全面提速和重载铁路发展的需要，轨道结构需要加强和改进，铺设跨区间无缝线路是一种有效的途径。
无缝道岔是实现跨区间无缝线路的关键技术之一。
当道岔两端与区间长轨焊连在一起，道岔两端承受巨大的温度力 ,以及结构的不对称性和受力的不对称性，使得岔区的受力处于复杂状态。
随着轨温的升降，无缝道岔两端通过有关部件的传递，岔区无缝线路还将承受附加温度力的作用，同时道岔尖轨或可动心轨将产生较大的伸缩位移，道岔区钢轨承受的纵向力以及产生的位移，将影响到道岔的强度和稳定性以及行车的安全性。
本设计以30号无缝道岔为研究对象，在对无缝道岔的纵向力传递机理进行研究的基础上，基于有限单元法理论，应用有限元软件ANSYS建立无缝道岔有限元模型，进行纵向力与位移分析。
然后计算导出纵向附加温度力和纵向伸缩位移的数据，应用Excel表绘制纵向附加温度力和纵向伸缩位移的变化曲线图，从基本轨、导轨和心轨的不同方面进行分析，计算不同轨温变化幅度情况下各钢轨纵向附加力和纵向伸缩位移的变化，最后总结无缝道岔钢轨温度力和位移分布规律。
本文还对影响无缝道岔纵向力与位移的各种因素进行了分析，指出轨温变化幅度、扣件阻力及道床阻力是影响无缝道岔纵向力与位移的主要因素。
并分析了轨温变化幅度、扣件阻力及道床阻力对无缝道岔受力及变形的影响。
最后，根据计算结果，对无缝道岔的设计和铺设提出了一些建议。
关键词：无缝道岔，有限元法，温度力，位移AbstractIn order to adapt the needs of rising speed railway and heavy haul railway, it is necessary to strengthen and improve track structure, then inter-district CWR is an effective way.Seamless switch is to achieve seamless cross between one of the key lines. When turnouts are welded with rails, they are under great temperature force, the symmetry of structure and force make the bifurcation area stress in complex status. With the rail temperature fluctuation, seamless turnout relays the force through relevant parts, bifurcation area jointless-track will also bear the additional role, at the same time, turnout will produce large expansion displacement, longitudinal force and displacement, which will affect the strength of the turnout and the stability and safety of train.This paper regard NO.30 seamless turnout as research object, based on the finite element principle and studying on the temperature forces passing principles of continuous welded turnouts with movable point frog, makes a finite element model by using ANSYS to analyze the forces and deformation.and then calculate the temperature derived additional longitudinal force and vertical displacement of the data expansion, additional application of Excel Chart in vertical force and vertical telescopic displacement of the temperature change curve, from the basic track, rail and track mind different aspects of analysis, summarized their changing patterns. Calculate the temperature change range of different track under the rail vertical displacement of additional force and vertical telescopic changes and finally, summarize seamless turnout temperature stress and displacement distribution.The paper analyzes the factors which affect the longitudinal force and displacement of seamless turnout, pointing out that rail temperature variation,restricting device are the main points. In addition, the analysis of what kind of impacts the temperature variation, fastener resistance will effect on the seamless turnout stress and deformation. Finally, some suggestions about design and laying of seamless rail were put forward according to the computational results.Key words:Seamless turnout，Finite element，Temperature force，Displacement目录第1章概述 (1)1.1 引言 (1)1.2 国内外无缝道岔的发展 (3)1.2.1 国外无缝道岔的发展 (3)1.2.2 国内无缝道岔的发展 (8)1.3 无缝道岔计算理论的研究概况 (12)第2章无缝道岔结构及受力特点 (16)2.1有限元软件(ANSYS) (16)2.1.1 有限元软件简介 (16)2.1.2有限元法简介 (16)2.2 无缝道岔结构 (17)2.2.1 无缝道岔结构型式 (17)2.2.2 无缝道岔结构特点 (19)2.2.3无缝道岔受力特点 (19)2.3 无缝道岔温度力传递机理 (21)2.3.1 温度力传递机理 (21)2.3.2 计算假定 (21)第3章无缝道岔模型与计算 (23)3.1 30号无缝道岔有限元模型的建立 (23)3.1.1 边界条件假设 (23)3.1.2 道岔结构部件模拟 (23)3.1.3 计算参数选取 (25)3.1.4道岔整体模型的建立 (27)3.2 计算结果及分析 (28)3.2.1 整体计算结果 (28)3.2.2 钢轨纵向位移计算结果 (29)3.2.3 钢轨温度力计算结果 (32)3.3 无缝道岔结构检算 (35)3.3.1 可动心轨伸缩位移检算 (35)3.3.2 可动尖轨伸缩位移检算 (36)第4章计算参数对无缝道岔温度力与位移的影响分析 (37)4.1轨温变化幅度的影响 (37)4.1.1 不同轨温下各钢轨位移变化曲线对比 (37)4.1.2 不同轨温下各钢轨温度力变化曲线对比 (38)4.2扣件纵向阻力的影响 (40)4.2.1 钢轨伸缩位移比较 (41)4.2.2 钢轨温度力比较 (41)4.3道床纵向阻力的影响 (43)4.3.1 钢轨伸缩位移比较 (43)4.3.2 钢轨温度力比较 (44)总结与展望 (46)致谢 ........................................................................................................ 错误!未定义书签。
钢轨温度力与轨端伸缩计算原理1. 前言铁路交通作为一种高速、高效、高度便捷的交通方式，广泛应用于世界各地。
然而，在长时间使用过程中，铁路线路的轨道温度问题愈加引起人们的关注。
因为温度的升高或降低，会导致钢轨变形，从而影响列车运行的安全性和舒适性。
因此必须深入研究钢轨温度力与轨端伸缩的计算原理，为保障铁路运行安全提供科学依据。
2. 钢轨温度力的原理与计算方法2.1 钢轨温度力的原理钢轨在使用过程中会受到温度的影响，当环境温度发生变化，钢轨也会随之发生热胀冷缩的变化。
因此在温度发生改变时，钢轨上产生的热应力是由两个方面相互作用的：热胀冷缩力与温度梯度力。
热胀冷缩力是钢轨因为温度变化而发生的长度变化所产生的力，属于内力。
其计算公式如下：F = E * α * ΔT * A式中，F表示热胀冷缩力，单位为牛；E表示弹性模量，单位为牛/平方米；α表示线膨胀系数，单位为1/℃；ΔT表示温度变化量，单位为℃；A表示截面积，单位为平方米。
温度梯度力是由于钢轨在不同部位处温度不同所引起的力，因而属于外力。
温度梯度力大小的计算公式为：f = α * E * ΔT式中，f表示温度梯度力，单位为牛/米；α表示线膨胀系数，单位为1/℃；ΔT表示温度变化量，单位为℃；E表示钢轨的弹性模量，单位为牛/平方米。
2.2 钢轨温度力的计算方法因为钢轨上下两端的温度并不相同，因此其收缩长度也不相同。
然而，由于钢轨的长度很长，一般可以认为左右两端的温度差距比较小，因此近似地可以把钢轨的收缩长度看成是整个钢轨的平均长度缩短。
根据热胀冷缩原理和温度梯度公式，可以得出钢轨的温度力大小计算公式。
其计算公式为：F = E * α * ΔT * A + α * E * ΔT * l式中，F表示钢轨的温度力，单位为牛；A表示钢轨的截面积，单位为平方米；l表示钢轨的长度，单位为米。
这个公式能较为准确地计算出钢轨的温度力，也能满足实际应用需求。
3. 轨端伸缩的原理与计算方法3.1 轨端伸缩的原理在铁路运营时，随着季节和时间的变化，钢轨的温度、弯曲和拉力都在不断变化。
无缝轨道板的温度应力研究摘要：轨道模型简化为两端铰支的铺设于均匀介质（道床）中的一根细长压杆，求解轨道板失稳时的温度应力，然后通过具体数据求解最小温度应力。
关键词：无缝轨道；温度应力1 轨道板破坏形式高速铁路只有保证其运行中的高平顺性和高舒适性才能为人们所接受，因此轨道板需要保证其高精确性。
影响的因素大致可分为六个方面。
第一，模板精度不够导致成品有翘曲变形。
第二，蒸养过程中导致轨道板翘曲变形。
通过观察和试验总结发现以下两个原因是使轨道板在生产过程中导致翘曲变形影响最大的因素。
第三，轨道板张拉不对称导致板翘曲变形。
第四，轨道板临时存放不规范，存放时间过长导致板翘曲变形。
第五，支撑层变形引起的轨道板变形。
最后温度力引起的破坏。
由于一个地区的温度是不断改变的，而且温差很大，所以会产生内部温度应力。
从而轨道板会产生向上或向边上弯曲的变形，那么需要确定温度应力，使轨道板更安全。
2 温度力引起的破坏情况轨道板精确度影响因素多种多样，这里仅研究温度力的影响，将其他的情况看成一致的。
对于现在的无缝轨道，主要会产生向上的弯曲破坏，因此也是我们研究的一个方面。
2.1 假设2.2 变形曲线3 温度应力求解的方法3.1 能量法能量法是推导无缝线路稳定性计算的常用方法。
主要利用势能驻值原理，即结构物处于平衡状态的充分必要条件是势能取驻值，dA=0，也就是静力平衡与势能驻值这两个条件是等价的。
设轨道处于平衡状态，总势能为A，则当轨道由于受任何干扰而产生微小虚位移时，按照势能驻值原理应有：式中：A1为由于钢轨轴向温度压力而在钢轨内部储存的形变能，或称钢轨压缩形变能；A2为轨道框架弯曲形变能；A3为由于轨道变形而储存于道床中的形变能，简称道床形变能。
形变能为变形曲线长度L和变形矢度F的函数，故应有3.2 能量法求解3.2.1轨道板压缩形变能A13.2.2轨道板弯曲形变能A2轨道板弯曲形变能A2仍然由原始弹性弯曲变形而存储的形变能Moe及变形过程中新增加的内力矩而储存的形变能Mf构成。
无缝线路胀轨跑道原因及防治对策随着铁路运输的高速发展，无缝线路已成为目前线路结构的主要组成部分，全区间、跨区间无缝线路逐步取代了准轨线路。
相比而言，无缝线路具有行车平稳、维修成本费用低和使用寿命长等优点，特别是在我国铁路提速及重载铁路应用以来，无缝线路得到了广泛使用与推广，使其具有了强大的生命力。
但是线路的无缝化也使钢轨所承受的温度应力明显增大，无缝线路防胀压力明显增大，如何能使钢轨在承受了巨大的温度应力的情况下，还能够保持线路的稳定，防止线路发生胀轨跑道问题，就成为目前工务线路维修急需要解决的重要问题。
下面我就结合日常对无缝线路的调查分析情况，就如何有效防止无缝线路胀轨跑道谈几点自己的认识。
一、无缝线路胀轨跑道的原因及分析㈠无缝线路胀轨跑道的规律无缝线路胀轨跑道是轨道在钢轨温度力作用下发生横向弯曲变形的过程。
当线路上钢轨内部的温度压力超过了轨道框架的抵抗能力时，随着轨温的持续升高，温度压力达到一定程度时，在一些薄弱处所的钢轨会出现弯曲变形，并随轨温的升高而逐渐增大形成胀轨。
当胀轨现象达到轨道框架无法保持的临界状态时，继续发展使轨道整体横向移动就会出现跑道。
要防止无缝线路胀轨跑道，首先要摸索造成无缝线路胀轨跑道的规律。
通过对近年来铁路已经发生胀轨跑道事例的分析，结合日常对无缝线路轨道结构的研究，可以总结出以下几点规律：1.钢轨温度压力偏高、应力集中地段易发生胀轨跑道。
钢轨温度压力偏高、应力集中是由于钢轨在使用过程中所处的地理环境差异、轨道结构不同，造成实际钢轨轨温高于设计锁定轨温而引起的，而钢轨温度压力的增大，也无形中增加了轨道结构的负担，为胀轨跑道埋下安全隐患。
一是地理环境差异地段。
例如：隧道进出口、路堑路堤交接地段、背阴向阳处所、上跨立交结合部等。
这些地段由于钢轨所受日照时长不同，就会出现钢轨温度变化差异，从而出现钢轨温度压力不同、应力集中问题；二是轨道结构不同地段。
例如：无缝线路固定区与伸缩区交界处、行车方向的道口前方、复线行车方向固定区终端、曲线头部、竖曲线的坡底、制动地段等处所，由于钢轨受轨道框架的影响，钢轨伸缩受阻，就会出现温度压力峰，造成钢轨应力集中问题。
