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1、qm路基上无缝线路课程设计一中和机温及预留机缝设计姓名：陈龙元学号：08231062班级：土木0803学院：土木建筑工程学院目录1 .任务书22 .阐明书73 .计算书144 .试验总结205 .源程序附录21路基上无缝线路课程设计（任务书）中和轨温及预留轨缝设计中和轨温（即无缝线路设计锁定轨温）是无缝线路设计的关键问题，波及铁路轨道这门课的重要理论。该设计目口勺是通过实际设计，更深入地掌握铁路轨道的基本理论。一、基本内容I）搜集资料，综合分析。通过专业书籍及有关学术期刊的学习，理解无缝线路铺设日勺意义及国内外发展的现实状况。并对路基上无缝线路设计的基本原理、措施及环节有较清晰的理解。2）通过
2、计算，确定路基上无缝线路的容许降温幅度。3）通过计算，确定路基上无缝线路的容许升温幅度。4）通过计算，确定中和轨温（即无缝线路设计锁定轨温）。中和轨温确定是无缝线路设计的关键问题，波及铁路轨道这门课的重要理论。该设计的目的是通过实际设计，更深入地掌握铁路轨道的基本理论（尤其是强度计算和温度力计算理论）。二、基本规定对设计从全局上把握，思绪清晰，将个人的独立见解在设计阐明书中完整地体现出来；有关计算提议上机完毕，语言不限，但程序要具有通用性，即对多种参数条件都合用；并将源程序及计算成果附在课程设计书中。独立完毕，有自己的特色；设计时间1周。设计书内容重要包括：设计任务、设计目的和意义、设计理论根
3、据、设计参数、计算过程、设计总结（设计方案!勺评述、收获及提议）、参照文献。课程设计汇报的文字部分规定详细完整、章节清晰、计算过程详尽、结论合理可靠。同步规定字迹工整、书面整洁。答疑时间：另作告知。三、设计思绪无缝线路中和轨温计算的重要思绪如图:图中揭示了该设计的重要思绪。中和轨温应根据当地的轨温条件（TmdxTmin ）和轨道容许的升温幅度和 降温幅度来确定。因此确定轨道容许的升温幅度和 降温幅度是设计的关键。应根据无缝允许温降 t d允许温升 tc中和轨温:，屿%3 + 乂线路的设计原则来确定。重要计算如下:1、无缝线路钢轨强度检算（确定容许降温幅度）强度条件应使作用在钢轨上的多种应力总合
4、不超过钢轨的）容许应力。：d+l+f式中：Od一一钢轨动弯应力（Mpa）,计算措施参见“轨道构造力学分析”一章；l钢轨温度应力（Mpa）;Of钢轨附加应力（Mpa）,如桥上的伸缩应力和挠曲应力、无缝道岔基本轨附加应力、列车制动等引起的附加应力等。本设计只考虑路基上由制动引起口勺附加应力，可取b/=IaMPa；钢轨容许应力。因此容许的降温幅度rj可由下式计算应二处Ea式中：2一钢轨动弯应力（Mpa）,取拉应力计算值。2、据稳定性条件确定容许的升温幅度根据稳定性计算求得!勺容许温度压力P后，可计算出容许的升温幅度：fj =P-2Pt2EFa(4-)式中：Pf附加压力，本设计可取为零（N）OP轨道容
5、许H勺最大温度压力；根据无缝线路稳定性理论计算，采用“统一公式”教材和参照文献Ho2、中和轨温确定根据图，中和轨温。计算如下：f_7Inax7in,AG_ArJ+AZ2-+2颂四、设计参数（自己选用、组合）重要技术指标：北京地区某段提速线路铺设无缝线路，设计其锁定轨温。1、轨道条件钢轨：60kgm,屈服强度q=457Mp0,钢轨断面对水平轴时惯性矩4=3217。/；轨枕：III型混凝土枕，1667根km,轨枕间距=60。九；道床：道破为一级道硝，面喳厚25cm,底硝厚20cm。路基填料：沙粘土；钢轨支座刚度。：检算钢轨。=3(HOOO(N/cm)；检算轨下基础0=720230(N/cm)曲线最
6、小半径R=8002的区段营条件机车:东风11内燃机车，Vmax=160kmh,轮重和轴距请查阅有关文献。其他参数按设计规定，参见有关规则和图书资料合理选用，并阐明理由。重要参照文献：1、教材2、铁路轨道谷爱军主编中国铁道出版社3、铁路无缝线路广钟岩等，中国铁道出版社。4、铁道工程，郝瀛主编，西南交通大学出版社。计算有关的其他问题附加速度系数附加速度系数四和O2速度范围km/h电力机车%120V1600.3I(X)%160V2(X)0.1100混凝土枕线路的初始弯曲初始弯曲50kgm钢轨60kgm钢轨75kgm钢轨弹性初弯%(mm)3.02.52.0塑性初弯力P(mm)3.02.52.0我国常用
7、机车类型的计算参数机车种类机车型号轮轴名称轮重(kN)轮距(Cm)构造速度(km/h)内燃机车ND5第一转向架I106255118II106180III106820第二转向架I106II106180III106250东风1(Dh)第一转向架I112.8180客120货100II112.8180III112.8840第二转向架I112.8II112.8180III112.8180东风Il(DF11)第一转向架I112.8200客160II112.8200III112.8826.7第二转向架I112.8II112.8200III112.8200电力机韶山I(SS1)第一转向架I112.823090
8、II112.8230III112.8580第二转向架I112.8II112.8230III112.8230韶山3(SS3)第一转向架I112.8230100II112.8200III112.8720第二转向架I112.8II112.8230III112.8200I112.8300车韶山Q(SS.)第一转向架II112.8520100第二转向架I112.8300II112.8520第三转向架I112.8II112.8300第四转向架I112.8520II112.8300韶山8(SS8)第一转向架I107.8290160II107.8610第二转向架I107.8II107.8290当VW120km
9、h时:Md=(I+6)M)当120kmhV160kmh时：Mrf=(l)(l+1)+M当160kmhVVW200kh时：Md=(l+0f)(l+a1)(l+2)+M0路基上无缝线路课程设计（阐明书）中和那温和预留凯缝的设计一、设计任务所谓“无缝线路”，就是把不钻孔、不淬火及I25m长的钢轨，在基地工厂用气压焊或接触焊的I措施，焊成20Om到500m时长轨，然后运到铺轨地点，再焊接成Iooom到2023mH勺长度，铺到线路上就成为一段无缝线路。中和轨温确定是无缝线路设计的关键问题，波及铁路轨道这门课的重要理论。该设计的任务是通过实际设计，更深入地掌握铁路轨道的基本理论（尤其是强度计算和温度力计算
10、理论）。通过专业书籍及有关学术期刊的学习，理解无缝线路铺设的意义及国内外发展的现实状况。并对路基上无缝线路设计的基本原理、措施及环节有较清晰的理解。I）通过计算，确定路基上无缝线路的容许降温幅度。2）通过计算，确定路基上无缝线路的容许升温幅度。3）通过计算，确定中和轨温（即无缝线路设计锁定轨温）。重点、难点：1 .无缝线路强度及稳定性计算2 .设计锁定轨温范围的合理确定二、设计目的和意义一般无缝线路设计，重要是确定设计锁定轨温和无缝线路构造计算两部分。由于无缝线路消灭了大量的接头，因而具有行车平稳、旅客乘坐舒适、机车车辆和轨道维修费用少，使用寿命长等一系列长处。并且无缝线路其温度力与其长度无关
11、从理论上讲，无缝线路可以设计成无限长，不过由于加工、运送、施工上存在困难，无缝线路也只能是化整为零，一段段铺设。为了防止跑道现象，须谨慎选择设计锁定轨温，本次设计即为初步对中和轨温的设计。钢轨温度每变化1,每根钢轨就会承受1.645吨的压力或拉力。不过人们在铁路线上采用强大的线路阻力来锁定轨道，限制了钢轨的自由伸缩。在我国是采用高强螺栓、扣板式扣件或弹条扣件等对钢轨进行约束.试验表明，直径24mm的高强螺栓，六孔夹板接头可提供40至60吨H勺纵向阻力。弹条扣件每根轨枕可提供1.6吨的纵向阻力。确定了设计锁定轨温，下一步即为构造计算，即伸缩区长度，预留轨缝，防爬设备的设置。本次设计重要考虑了预留
12、轨缝的设计。预留轨缝要满足钢轨在冬季不会拉断，夏季不顶严。无缝线路是铁路轨道现代化的重要内容，经济效益明显。据有关部门方面记录，与一般线路相比，无缝线路至少能节省15%口勺常常维修费用，延长25%的钢轨使用寿命。有资料表明，在桥梁上铺设无缝线路,可以减轻列车车论对桥梁的冲击，改善列车和桥梁的运行条件，延长设备使用寿命，减少养护维修工作量。这些长处在行车速度提高时尤为明显。三、设计理论根据中和轨温的确定min允许温降At J%Tmax1I0I 5电 2允许温升AtJ中和轨温：L = 7g J-J1 AA设计锁定轨温：无缝线路中和轨温计算的重要思绪如右图。图中揭示了该设计的重要思绪。中和轨温应根据
13、当地H勺轨温条件（OWOin）和轨道容许的升温幅度和降温幅度来确定。因此确定轨道容许H勺升温幅度和降温幅度是设计的关键。应根据无缝线路的设计原则来确定。重要计算如下：1、无缝线路钢轨强度检算（确定容许降温幅度）强度条件应使作用在钢轨上的多种应力总合不超过钢轨的容许应力：d+t+f式中：d钢轨动弯应力（Mpa）,计算措施参见“轨道构造力学分析“一章；d钢轨温度应力（Mpa）;/一钢轨附加应力（Mpa）,如桥上的伸缩应力和挠曲应力、无缝道岔基本轨附加应力、列车制动等引起於J附加应力等。本设计只考虑路基上由制动引起的附加应力，可取/lP.钢轨容许应力。因此容许的降温幅度S4/可由下式计算Ea式中：%
14、钢轨动弯应力（Mpa）,取拉应力计算值。2、据稳定性条件确定容许的升温幅度根据稳定性计算求得口勺容许温度压力P后，可计算出容许的升温幅度LltP-2PfIEFa(4-)式中：Pf附加压力，本设计可取为零（N）。P轨道容许的最大温度压力；根据无缝线路稳定性理论计算，采用“统一公式”教材和参照文献1。中和轨温确定根据图，中和轨温计算如下：t-7la7nin一二+2土颂3、预留轨缝的计算（1）符号约定如下:al长轨条与原则轨之间预留轨缝值（mm）ag一钢轨接头构造轨缝，取18mm1.每股钢轨单位长度线路纵向阻力N/cm己一每枕纵向阻力（KN）a一轨枕间距（cm）Pj一接头阻力（N）Ptmax一最大温
15、度力（N）1.缓冲轨长度（m）E-钢轨弹性模量，取210GPaF一钢轨断面面积（mm2）长一长轨条一端伸缩量（mm）(Pt.Pj)22EFr（3）缓冲轨一端伸缩量A缓由如下公式计算：（4）根据预留轨缝的原则冬季轨缝不应超过构造轨缝可得:a-（l+）夏季轨缝不顶紧可得：。1一长十八缓（5）伸缩区长度可按下式计算：（6）钢轨温度力可按下式计算：PY=EFQdT四、设计参数选用重要技术指标：北京地区某段提速线路铺设无缝线路。一、基本参数选用如下：钢轨屈服强度CrS457MPa原则轨长度取25m钢轨容许应力352Mpa附加压力号本设计可取为0（N）轨枕间距a=60。钢轨附加应力（MPa）/IOMPa路
16、基填料沙粘土临界温升tk0钢轨支座刚度D检算钢轨301000(Ncm)变形曲线弦长Io4m检算轨下基础720230(Ncm)容许未被平衡超高Ah75cm曲线最小半径R800m钢的弹性模量E2.1IO5Mpa机车类型东风11内燃机车钢轨H勺线膨胀系数11.8107设计最大速度Vg160kmh.接头阻力Pu490KN相邻原则轨间预留轨缝a18mm表二、详细参数如下各表:1、取正线轨道类型如下:项目单位重型运行条件年通过总质量Mt25-50列车设计最高速度km/h160轨道结构钢轨Kg/m60混凝土枕型号III铺枕根数根km1667土质路基单层道渣cm35表(2)2、钢轨断面尺寸特性如下:钢轨类型k
17、g/m60钢轨类型kg/m60每米质量Wkg60.64轨头所占面积A7%37.47断面积AZcm277.45轨腰所占面积九/%25.29重心距轨底距离ymm81轨底所占面积A/%37.24对水平轴的惯性矩Lcm,3217钢轨高度H/mm176对竖直轴H勺惯性矩Iycm1524钢轨宽度B/mm150下部截面系数Wc?396轨头高度h/mm48.5下部截面系数WJcn?339轨头宽度b/mm73轨底横向挠曲断面系数Wyc?70轨腰厚度t/mm16.5表（3）3、钢轨头部磨耗轻伤原则如下（V=160kmh）:钢轨kg/m总磨耗mm垂直磨耗mm侧面磨耗mm6012912表(4)4、混凝土枕尺寸如下:轨
18、枕类型主筋数量混凝土等级截面高度mm截面宽度/cm底面积Zcm2质量Ag长度/cm轨下中间端部轨下中间7720320260III107C6023.018.530.0285、轨枕扣件技术性能如下:扣件性能弹条11型扣件性能弹条II型每个弹条初始扣压力/KN10弹条变形量mm10扣压节点垂直静刚度KNm60-80调轨距量mm-812纵向防爬阻力/KN16调高量mm10表(6)6、附加速度系数如下:附加速度系数6和4速度范围km/h电力机车%120V1600.3AK1002160V2000.1A%100表（7）7、横向水平力系数f如下（取最小曲线半径R=600）:（见轨道-表5.5）线路平面曲线半径
19、/m800横向水平力系数f1.45表（8）8、北京最高最低及中间轨温如下:地区最段轨温最低轨温中间轨温北京62.6-22.817.6(9)9、等效道床阻力Q如下（线路容许弯曲矢度f=0.2cm）：线路条件碎石道床、混凝土枕每千米轨赢混凝土轨枕肩宽40cm1760Q=84Ncm表(10)注：本设计中取每千米轨枕数目为1667根km,查表近似按1760根km取等效道床阻力。10、混凝土枕线路的初始弯曲如下：(见轨道构造课程设计资料附表2)初始弯曲60kgm钢轨弹性初弯九(mm)2.5塑性初弯p(mm)2.5表(11)11、机车类型为：东风11内燃机车，设计速度取：Vmax=140kmh,机车参数如
20、下：(见轨道构造课程设计资料附表3)机车型号轮轴名称轮重kN轮距cm构造速度km/h东风11(DFll)第一转向架I112.8200客160II112.8200III112.8826.7第二转向架I112.8II112.8200III112.8200表(12)12、道床状态参数指标如下：(见轨道设计规范规)指标轨枕类速度km/h道床横向阻力q(KN枕)道床纵向阻力q(KN枕)道床支承刚度(KNmm)道床密度(gcms)III16010121001.7表(13)路基上无缝线路课程设计(计算书)中和轨温及预留轨缝设计东风11，轴重112.8 KN200 J 200 I 826.7 200 |?00
21、If-Tcm五、计算过程1、计算动弯矩(I)无缝线路钢轨强度检算东风11轮轴重示意图如右图所示车轮荷载采用当量静荷载最大也许值。考虑速度及偏载的原因，车辆垂直当量荷载H勺最大也许值为：120kmhv160kmhPdl=PO(l+)(1+al)+由于钢轨弯矩Mo与车轮垂直静荷载PO成正比，因此，在垂直当量静荷载口勺最大也许值Pd作用下钢轨动弯矩Md为：120kmhv160kmhMd=(1+a)(1+a,)+7M0(2)计算钢轨最大静弯矩。轮载群作用下y,M,RH勺计算:y=1fP()弹性位移曲线： 2弯矩:当量荷载：ZPMX)轨枕反J=r(kx)=etv(coskx+sinkx)其中影响线函数：
22、L（三）=,8S区-sin)刚比系数:则最大动弯矩为：My=(l+a)(l+1)+.M0速度系数：内燃机车=0.4x120/Ioo=4.8偏载系数：=0.002h,h采用75mm(考虑最不利状况)；附加速度系数：内燃机车为0曲线半径：/?=800/72曲线上横向水平力系数：f=l.45编程计算(源程序见附表一)用程序计算动弯矩Md运行成果如下：请输入钢轨支座刚度D:30100请输入钢轨轨枕间距a:600请输入钢轨弹性模量E:210000请输入钢轨截面惯性矩Ix:32170000请输入机车H勺轮重POi:112800请输入机车日勺轴距xi：2023钢轨基础弹性模量U=50.17刚比系数k=0.0
23、0116727静野矩MO=21067183.15请输入轨道容许的最高速度Vmax:160请输入轨道的!未被平衡超高值ho:75钢轨上的动弯矩为Md=49792287.3795972、根据稳定性计算容许温度压力由线路条件有:原始弹性弯曲矢度：foe=2. 5mm原始塑性弯曲矢度：fop=2. 5mm线路容许弯曲矢度：f=2mm原始弯曲半波长：lo=400Omln等效道床阻力：84Ncm曲线半径：R=800mPn=-+2八iziX+!4/2 R(KN)2EI/2 +R2EIyREIK，(ZJ (“)计算过程如下:L换算曲率R=&RTR+1R,=+搬=2.5x10-5W2 .2EIy=2120llN
24、cm.计算L1.=423.7重新计算foe,=0.28cm.3 .再设/=423.7cm,foe=0.28cm,I420.2cm4 .再设=420.2cm,foe=0.2759cm,I420.1cmEl%f+G、Q5 .将P=0.2759cm,I=420.1cm带入PN=-5(KN),得P=2390.63KNo1(+J,1H1r4/2R6 .最终得P=春=1838.95KN.3.计算中和轨温（1）计算N49792287.379597N-39600OmzW1.45 = 182.32MPa（2）计算根据强度条件容许的降温幅度制动而引起的附加应力：二1MPa安全系数：K=1.3（新钢轨）月h人生产J
25、JbJ=G/K=457/1.3=352MPa钢轨容许应力LsS由钢轨口勺强度条件得：轨底。d+Ot+O附WO=s从强度条件出发，规定无缝线路钢轨冬季最低轨温Tmin时，轨底总拉应力不超过容许应力。,夏季最高轨温TmaX时，轨头产生的总压应力也不超过。；故强度条件容许的轨温变化幅度为：J=(-d-m)/Ea=(352-182.32-10)(2.1105H8106)=64.44C即：容许的轨降温幅度为知=64.44。(3)根据稳定条件计算容许的升温幅度：183895（W=4806eC2210000l1.81067720(4)锁定轨温确实定：te=，max+Pmin+AS-4曰=2809c22则锁定
26、轨温上限为：%=上+5=33.09则锁定轨温下限为：rn=rt-5oC=23.09oCtrxtn=62.6-23.09=39.510Crc=48.O60Cbntnin=33.09+22.8=55.895=64.44C3.计算长轨和缓冲轨间预留缝ai和缓冲轨与缓冲轨间的预留缝a2（如下图）图G.0.1无缝线路轨缝示意图（1）长轨条一端伸缩量长由如下公式计算:（PaH）2长一2EFr（2）缓冲轨一端伸缩量缓由如下公式计算：,缓=占（Pta-PjALHL2）（3）根据预留轨缝的原则冬季轨缝不应超过构造轨缝可得：dla-（+三）夏季轨缝不顶紧可得：口4长+小缓（4）伸缩区长度可按下式计算：_Ptmx-
27、Pj/伸一；（5）钢轨温度力可按下式计算：Pq=EFQdT计算过程如下：（取中和轨温为算例）1 .从锁定轨温到当地最低温时maxPi-2.48必/拉max=977.5KN2 .Ptt查表7-3取490KN3 .道床纵向阻力r=152NCm=I5.2Nmm.4 .计算长AK=g生且X=4.8Imm5.计算短A短=Fw-照=3.02mm6.。上=Gg-（长+短）=18-7.83=10.17mm.7.从锁定轨温到当地最高温度时maxPt=2.48f拉max=662.85KN8.长=0.60mm短=0.60mm9.。下=长+=1.20mm8.ao=；l=5.69mm依次计算23.0933.09C下各个
28、温度对应日勺预留轨缝如下锁定轨温C23.0924.0925.0926.0927.0928.0929.0930.09预留轨缝mm7.717.316.906.506.105.695.294.88锁定轨温C31.0932.0933.09预留轨缝mm4.484.073.67路基上无缝线路课程设计（设计总结）中和轨温及预留轨缝设计六、设计总结一般无缝线路的设计，重要就是中和轨温和预留轨缝的计算，即本次设计的内容。通过本次设计，使我对无缝线路这部分内容得以融会贯穿，对无缝线路设计有了更为深刻的理解。通过本次设计，对钢轨的动力计算有了更深刻的理解，对无缝线路强度，稳定性计算也有了更深刻的理解。怎样确定一种精
29、确的中和轨温是整个设计的关键，对此需要对轨道强度和稳定性进行系统的计算，这是整个设计的重要工作，本次设计只将动弯矩的计算过程编程，通过计算机计算得到更为精确的成果，而其他部分的计算是通过手算得出，在参数的选择上，大多是按照设计书给出的数据一次带入。因此，总体来说，设计过程很明朗，设计内容也相对简朴，计算过程稍微繁琐。最终确定的成果是中和轨温28.09C。七、参照文献1、轨道西南交通大学出版社李成辉主编；2、铁路轨道中国铁道出版社谷爱军主编；3、铁路无缝线路中国铁道出版社广钟岩等；4、铁道工程西南交通大学出版社郝瀛主编。附表一：源程序如下计算动弯矩Mdttinclude#includevoidm
30、ain()doubleD,a,u,k,E,lx,y,MO,MOI,M02,RO,POi,xi,xl;Printf(请输入钢轨支座刚度D:n)；scanf(*%ir,&D);Printf(请输入钢轨轨枕间距a:nO;SCanf(/lf,&a);Printf(请输入钢轨弹性模量E:rT);scanfC%lf*,&E);Printf(请输入钢轨截面惯性矩Ix:n);scanf(%lf,&Ix);Printf(请输入机车的!轮重POi:n);scanfC%l,ft0i);Printf(“请输入机车的轴距xi:n);SCanf(%lf,&xi);u=Da;xl=u(4*E*Ix);k=sqrt(sqrt
31、(xl);M01=l(4*k)*P0i*(l+exp(-k*xi)*(cos(k*xi)-sin(k*xi)+exp(-k*2*xi)*(cos(k*2*xi)-sin(k*2*xi)；M02=1/(4*k)*P0i*(1+2*exp(-k*xi)*(cos(k*xi)-sin(k*xi);if(M01M02)MO=MOl;elseMOGK)2;Printf(钢轨基础弹性模量u=%7.21fn,u);Printf(刚比系数k=%7.81fn,k);Printf(静弯矩M0=%10.21fn,lM0);doubleVmax,ho,aol,bo,Md;Printf(请输入轨道容许的最高速度VmaxAnO;scanfC%lf,f&Vmax);Printf(请输入轨道H勺未被平衡超高值ho:n)；scanf(%lf,&ho);aol=0.4*120/100;bo=0.002*ho;Md=MO*(1+ao1+bo)*1.45;Printf（钢轨上於J动弯矩为Md=%lfn,Md）;）
