无缝线路教学ppt

第六章无缝线路一、无缝线路基本知识二、无缝线路基本原理三、无缝线路的稳定性四、普通无缝线路设计五、桥上无缝线路设计六、跨区间无缝线路内容提要1．基本概念无缝线路也叫长钢轨线路。就是把若干根标准长度的钢轨经焊接成为1000～2000m而铺设的铁路线路。通常是在焊轨厂将无孔标准轨焊接成200～500m的轨条，再运到现场就地焊接后铺设。一、无缝线路基本知识2.铺设无缝线路的意义（1）无缝线路在长钢轨内消灭了钢轨接头，列车通过时高频冲击荷载的动态响应消除，相应地线路病害减少。（3）无缝线路是当今轨道结构的最佳选择，它以无可非议的优越性得到各国铁路的承认。几十年来，世界各国竞相发展。我国铁路无缝线路近年来在技术上有很大进步，在数量上有快速增长。（2）美国统计，无缝线路钢轨寿命延长约40%；日本统计，采用无缝线路的钢轨(50型)更换周期由原来的400Mt延长到了500Mt。原苏联统计，通过总重500Mt以后的钢轨（P65型）抽换数，降低了3倍。我国统计，无缝线路钢轨使用寿命延长1.25倍。一、无缝线路基本知识（1）可延长钢轨使用寿命；（2）可减少养护维修劳力和材料；（3）可减少列车运营耗能；（4）铺设CWR的附加费用少。无缝线路与有缝线路相比具有的优点：CWR:continuouslyweldedrail一、无缝线路基本知识（1）按处理温度应力的方式分：3.无缝线路的类型①放散应力式无缝线路②温度应力式无缝线路散应力（寒冷地区）定期放散：一年两次放节器（桥上）自动放散：尖轨伸缩调适用于年轨温差较大的地区，或温度力较大的特殊地段。一、无缝线路基本知识温度应力式无缝线路(1)结构形式：是由一根焊接长钢轨及其两端2～4根标准轨组成，并采用普通接头的形式；(2)受力状况：无缝线路铺设锁定后，在钢轨内部产生很大的温度力，其值随轨温变化而异；(3)特点：结构简单，铺设维修方便，应用广泛；(4)铺设范围：对于直线轨道，铺设50kg/m和60kg/m轨，每公里配量1840根或1667根混凝土枕时，铺设温度应力式无缝线路允许轨温差分别为100℃和104℃。一、无缝线路基本知识（2）按长轨条长度分：①普通无缝线路（温度应力式-有缓冲区）：L＝1000~2000m②全区间无缝线路：L≤区间长度③跨区间无缝线路：L＞区间长度并焊连无缝道岔一、无缝线路基本知识（3）按CWR铺设位置分：①路基无缝线路；②桥上无缝线路；③岔区无缝线路一、无缝线路基本知识（4）按长钢轨接头的联结型式分：焊接接头胶结接头冻结接头一、无缝线路基本知识焊接接头：闪光焊、气压焊铝热焊一、无缝线路基本知识国外4.无缝线路发展历史铺设无缝线路能收到节约材料、劳力、能耗等综合技术经济效果，是当今轨道结构的最佳选择，它以无可非议的优越性得到各国铁路的承认。几十年来，世界各国竞相发展。我国铁路无缝线路近年来在技术上有很大进步，在数量上有较快增长。中国1915年，欧洲在有轨电车轨道上开始使用焊接长钢轨，焊接轨条长度约为100～200m。20世纪30年代，世界各国开始在铁路上进行铺设试验。到了50、60年代，由于焊接技术的发展，无缝线路得到推广应用和迅速发展。我国于1957年开始在京沪两地各铺设1km无缝线路，次年才进行大规模的试铺。1961年底我国共铺设无缝线路约150km，60～70年代对在线路特殊地段铺设无缝线路进行了理论和试验研究，并取得了成功，为在线路上连续铺设无缝线路创造了条件。至2007年，我国铁路正线无缝线路长度已达5.2万公里，占正线总长的比重达到58％。一、无缝线路基本知识一、无缝线路基本知识45一、无缝线路基本知识一、无缝线路基本知识5一、无缝线路基本知识一、无缝线路基本知识一、无缝线路基本知识一、无缝线路基本知识二、无缝线路基本原理（一）钢轨伸缩位移、温度力与轨温变化的关系一根长度为l可自由伸缩的钢轨，当轨温变化⊿t℃时，其伸缩量为tll式中：α—钢轨的线膨胀系数，取0.0118mm/m/℃=11.8×10-6/℃；l—钢轨长度，mm；⊿t—轨温变化幅度，℃。二、无缝线路基本原理无缝线路的特点是轨条很长，当轨温变化时，钢轨要发生伸缩，但由于有约束作用，不能自由伸缩，在钢轨内部要产生很大的轴向温度力。为保证无缝线路的强度和稳定，需要了解长轨条内温度力及其变化规律。(6-1)如果钢轨两端完全被固定，不能随轨温变化而自由伸缩，则将在钢轨内部产生温度应力。根据虎克定律，温度应力σt为：tEllEEtt(6-2)式中：E—钢的弹性模量，E＝2.1×105MPa；εt—钢的温度应变。将E、α值代入式（2-2），则温度应力σt为：)(48.2108.11101.265MPatttF—钢轨断面积，mm2。一根钢轨所受的温度力Pt为：)(48.2NFtFPtt上述公式可知：在两端固定的钢轨中所产生的温度力仅与轨温变化幅度有关，而与钢轨本身长度无关。因此理论上钢轨可焊接任意长，且对轨内温度力没有影响。控制温度力大小的关键是如何控制轨温变化幅度⊿t。对于不同类型的钢轨，同一轨温变化幅度产生的温度力大小不同。无缝线路钢轨伸长量与轨温变化幅度⊿t、轨长l有关，与钢轨断面积无关。(6-3)(6-4)二、无缝线路基本原理二、无缝线路基本原理（一）钢轨温度不同于气温。影响轨温的因素比较复杂，它与气候变化、风力大小、日照强度、线路走向和所取部位等均有密切关系。根据多年观测，最高轨温Tmax要比当地最高气温高18～25℃，最低轨温Tmin比当地最低气温低2～3℃。计算时通常取最高轨温等于当地最高气温加20℃，最低轨温等于最低气温。二、无缝线路基本原理轨温二、无缝线路基本原理轨温锁定轨温所谓“锁定”，就是用中间扣件(包括防爬设备)把无缝线路钢轨紧扣在轨枕上，用接头扣件把轨端充分夹紧，使之不能自由伸缩。无缝线路锁定时的轨温叫锁定轨温。我们通常把无缝线路全部扣件螺栓包括接头螺栓拧紧时的轨温作为锁定轨温。如果此间轨温有波动，则在“长轨始端落槽时应测定一次轨温，到长轨末端合拢，拧紧全部扣件螺栓，再测一次轨温，以两次平均值，作为该段无缝线路的锁定轨温”。二、无缝线路基本原理二、无缝线路基本原理设计确定的锁定轨温称为设计锁定轨温；铺设无缝线路中，将长轨条始终端落槽就位时的平均轨温称为施工锁定轨温；无缝线路运行过程中处于温度力为零状态的轨温称为实际锁定轨温。施工锁定轨温应在设计锁定轨温允许变化范围之内，常说的锁定轨温发生变化是指实际锁定轨温发生变化。一旦设计和施工完成记入技术档案，作为日后线路养护维修的依据，设计和施工锁定轨温不允许随意改变。锁定轨温是决定钢轨温度力水平的基准，因此根据强度、稳定条件确定锁定轨温是无缝线路设计的主要内容。二、无缝线路基本原理锁定轨温的类型①锁定轨温是“零应力轨温”。显然，在中间扣件和接头扣件拧紧之前，钢轨处于自由伸缩状态，随着轨温的变化，该伸的已经伸足了，该缩的已经缩足了。因而在将扣件拧紧的那个短暂的时间，无缝线路钢轨断面受到的温度力等于0。此时，无缝线路具备最安全的轨温条件。锁定之后，只要轨温等于锁定轨温，无缝线路钢轨断面上承受的温度力都等于0。②锁定轨温是轨温变化度数的依据。计算温度力和钢轨限制伸缩量时，应把锁定轨温作为基数去求取轨温变化度数。所谓“轨温变化度数”，就是实际轨温与锁定轨温的差数。如某无缝线路的锁定轨温是27℃，某时实测轨温是57℃，则轨温变化度数就是57-27=+30℃；某时实测轨温是-8℃，则轨温变化度数就是-8-27=-35℃。“+”、“-”分别表示轨温上升和下降。锁定轨温的性质二、无缝线路基本原理③锁定轨温和钢轨长度是相关统一的。设计无缝线路时，锁定轨温定下来了，钢轨长度也就随之定下来了。无缝线路铺好锁定之后，要想保持锁定轨温不变，就必须保持钢轨长度不变。如果钢轨伸长了，就意味着锁定轨温升高了；钢轨缩短了，则意味着锁定轨温降低了。一旦锁定轨温偏离了设计范围，就会给无缝线路的受力状况带来不良影响。锁定轨温的高低，直接决定无缝线路承受温度力的大小，因而直接决定无缝线路的稳定性。一个地区只有一个最高轨温和一个最低轨温。如果锁定轨温定得过高，夏天无缝线路承受的温度压力倒是不大，但是到了冬天最低轨温时，无缝线路将承受较大的温度拉力而影响其稳定性。如果锁定轨温定得过低，冬天最低轨温时无缝线路承受的温度拉力倒是不大，但是到了夏天最高轨温时，无缝线路将承受较大的温度压力，同样影响其稳定性。锁定轨温的确定二、无缝线路基本原理锁定轨温与温度力关系示意图二、无缝线路基本原理算例解：最大温升幅度max△T1=63.0－20.0=43.0℃最大温降幅度max△T2=30.0－(－17.9)=47.9℃对于60kg/m钢轨：最大温度压力：maxPt1=2.48max△T1F=2.48×43.0×7745＝825.9kN最大温度拉力：maxPt2=2.48max△T2F=2.48×47.9×7745＝920.0kN郑州地区Tmax=63℃，Tmin=－17.9℃，锁定轨温设计值Ts=25℃，锁定轨温变化范围取25℃±5℃，即20~30℃，计算60kg/m钢轨最大温度压力和拉力。二、无缝线路基本原理（二）线路纵向阻力二、无缝线路基本原理线路阻力纵向阻力横向阻力竖向阻力接头阻力扣件阻力道床纵向阻力道床横向阻力轨道框架水平刚度道床竖向阻力轨道框架垂直刚度轨温变化时，影响钢轨两端自由伸缩的原因是来自线路纵向阻力的抵抗，它包括接头阻力、扣件阻力及道床纵向阻力。（二）线路纵向阻力钢轨两端接头处由钢轨夹板通过螺栓拧紧，产生阻止钢轨纵向位移的阻力，称为接头阻力，它由钢轨夹板间的摩阻力和螺栓的抗剪力提供。为安全起见，我国接头阻力PH仅考虑钢轨与夹板间的摩阻力s，摩阻力s的大小主要取决于螺栓拧紧后的张拉力P和钢轨与夹板间的摩擦系数f。snPH式中，n—接头一端的螺栓数，六孔夹板n=3；s—钢轨与夹板间对应1枚螺栓（4个接触面）的摩阻力。1、接头阻力fPscos)sin(2二、无缝线路基本原理(6-5)35)sin(2cos2＋＝PPR夹板受力图式中P—一枚螺栓拧紧后的拉力（kN）；—一夹板接触面的倾角，tan＝i；i—一轨底顶面接触面斜率，50、75kg/m钢轨：i＝1／4；43、60kg/m钢轨：i＝1／3。由图可知：T＝P/2，则有：二、无缝线路基本原理(6-6)36•一枚螺栓对应有四个接触面，其上所产生的摩阻力之和为s，则有fPfRNfFcos)sin(2cos＋fPFscos)sin(24＋•当钢轨发生位移时，夹板与钢轨接触面之间将产生摩阻力F，阻止钢轨的位移。)sin(cos6＋PfsnPH二、无缝线路基本原理(6-7)(6-8)摩阻力的大小主要取决于螺栓拧紧后的张拉力和钢轨与夹板之间的摩擦系数。根据对夹板受力状态的分析表明，一根螺栓的拉力接近它所产生的接头阻力，则接头阻力的表达式可写为PH＝n·P。接头阻力与螺栓材质、直径、拧紧程度和夹板孔数有关。在其他条件均相同的情况下，螺栓的拧紧程度就是保持接头阻力的关键。列车通过钢轨接头时产生的振动会使扭力矩下降，接头阻力值降低。所以定期检查扭力矩，重新拧紧螺帽，保证接头阻力值在长期运营过程中保持不变是一项十分重要的措施。《轨道设计规范》规定，无缝线路接头螺栓扭矩不应低于900N·m，接头阻力采用490kN。并规定，正线轨道钢轨接头螺栓应采用10.9级及以上高强接头螺栓；站线轨道应采用8.8级及以上高强接头螺栓。二、无缝线路基本原理接头阻力影响因素分析接头阻力特点：（1）其本质是摩擦力，只有存在相对运动或相对运动趋势时，才产生；（2）钢轨首先要克服接头阻力，然后才能伸长或缩短；（3）钢轨从伸长转入缩短或从缩短转入伸长状态要克服两倍接头阻力。二、无缝线路基本原理1、接头阻力列车通过钢轨接头时产生的振动，会使扭力矩下降，接头阻力值降低。据国内外资料，可降低到静力测定值的40％～50％。所以，定期检