第5章无缝线路设计无缝线路是将标准长度的普通钢轨进展焊接，形成钢轨长度超过一定值的钢轨线路，又叫做焊接长钢轨线路，它是当今世界上轨道构造中的一项新技术，在该项技术上世界各国正在以积极的态度竞相开展对于一般的铁路线路来讲，钢轨的接头往往是轨道的薄弱环节，由于轨缝的存在，列车在通过轨道时就会发生冲击和振动，并产生巨大的噪音，不但如此，钢轨受到的冲击力也会提升3倍以上接头冲击力不但影响列车行驶的平稳度和旅客的舒适感，还会促使道床破坏、线路状态恶化、缩短钢轨和街头零件的使用寿命、增加额外的维修费用伴随着现代化铁路的高速化、舒适化和环保化的高要求，在行驶速度、列车轴重和密度不断增长的今天，普通铁路无法适应现代化运输的要求无缝线路消灭了大量的接头，具备行车平稳、旅客舒适、车辆和轨道维护费用减低、轨道与道床使用寿命延长等众多优点，是今后铁路开展的方向和未来5.1无缝线路根本规定1根据?铁路无缝线路设计规？(TB10015-2012)新建、改建铁路正线应采用宦底叮珂钢轨，钢轨长度可以是25m、50m和100m,路中优先采用100m长定尺钢轨2. 无缝线路在设计时，应根据当地轨温资料，计算无缝线路的允许温升、允许温降，并考虑一定的修正量计算确定锁定轨温。
在一定围，无缝线路设计锁定轨温应一致3. 道岔、钢轨伸缩调节器及胶接绝缘接头钢轨宜与相连轨道同类型、同材质在小半径曲线〔魏处i〕以及大坡道地段宜采用全长淬火钢轨或高强钢轨4. 有砟无缝线路铺设的曲线半径不宜小于500m；在小于500m半径地段铺设无缝线路时，应采取适当的措施增大道床横向阻力5. 在连续长大坡道、制动坡段和行驶重载列车坡段上的无缝线路，必要时应采取轨道加强措施，连续长大坡道不宜设置钢轨伸缩调节器和有缝钢轨接头6. 最大轨温变化幅度超过100C的严寒地区铺设无缝线路时应单独设计，加强轨道构造强度，还可以采取大调高量扣件7. 无缝线路设计应根据线路、运营、气候条件及轨道类型因素进展，经过稳定性等检算确定设计锁定轨温8. 铺设无缝线路的桥梁应根据无缝线路纵向力，对桥梁及轨道构造进展检算9. 桥上无缝线路设计宜减少钢轨伸缩调节器的设置10标准长度钢轨应采用工厂化焊接，工厂化焊接长轨条长度不宜小于500m,焊接宜采用闪光焊接5.2 无缝线路设计要求5.2.1线路等级铁路线路是供机车车辆组成的列车运行的，是轨道和路基、桥涵、隧道等建筑物等设备的统称在我国，新建和改建的铁路根据其在铁路网中的作用、性质和远期客货运量的不同分成不同等级。
铁路的等级不同，铁道线路及其工程构造物都有不同的要求根据设计要求，该线年通总重‘m心，由？线规?可知轨道正线类型为重5.2.2 锁定轨温无缝线路锁定轨温应根据当地最高铺设无缝线路的允许温升、允许温降计算确定，并且考虑一定的修正量设计锁定轨温围为土5C,相邻单元轨节之间的锁定轨温只差不应大于5C,同区间轨温只差不大于10C,160km/h以上铁路不应大于3C5.2.3 无缝线路构造组成温度应力式无缝线路由固定区、伸缩区和缓冲区三局部构成1、伸缩区长度根据计算确定2、固定区为长轨减去两端伸缩区的长度,每段长轨的长度应根据线路情况和施工条件决定,原那么上应与自动闭塞区段的长度一致如受条件限制,固定区也不应短于50m3、缓冲区一般由2到4节标准轨或厂制缩短轨组成,有绝缘接头时为4节5.2.4 缓冲区和伸缩区的设置缓冲区应设在以下地点：1、两段长轨之间；2、道岔与长轨之间；3、自动闭塞和轨道电路地段的绝缘接头,一般应不止在缓冲区的中间；4、其他必要的地点5.2.5 无缝线路铺设地段和位置无缝线路的铺设地段和位置，应符合以下条件：1、轨下根底稳定，线路没有翻浆冒泥、下沉挤出大于15mm的冻害2、半径为800m以及以下的曲线地段，应尽量采用全长淬火轨或耐磨轨。
3、桥梁有浅基、孔径缺乏、偏心超限、载重等级缺乏或支座、墩台等严重病害和下承板梁上，铺设无缝线路须严格进展检查4、桥上铺设无缝线路，除符合以下条件者外，均应检查钢轨、墩台的受力状态、轨道防爬能力及钢轨低温断缝值等5、在隧道长度为1000m及以上时，铺设无缝线路宜将隧道单独铺设一段长轨，伸缩区设于隧道洞口方，缓冲区尽量设置在隧道洞口外隧道长度小于1000m,可不单独铺设5.2.6 缓冲区钢轨接头缓冲区钢轨接头，应采用10.9级高强度接头螺栓及平垫圈，接头螺栓扭矩应到达900N•m缓冲区轨缝尺寸，应根据计算确定5.3设计参数计算5.3.1设计资料及条件1、无缝线路铺设地点：地区2、无缝线路铺设钢轨类型：U71Mn60轨3、无缝线路铺设的轨枕类型：S-III型4、无缝线路轨枕间距：1760根/km5、道床类型：面碴厚为250mm，垫层厚为200mm6、钢轨接头螺栓扭矩值：900N•m7、设计区最小半径：R=500m8、.计算钢轨位移及弯矩时，道床刚度：60000N/mm，检验钢轨刚度30000N/mm9、设计最高行车速度120Km/h10设计轨温：最高温度49.4C，最低气温-16.5C5.3.2计算k值本设计采用S-川型钢筋混凝土枕，每千米轨枕数为1760/Km，根据设计要求，钢轨支座刚度D值在检算钢轨为讥当在检算轨枕时D二60000N/Him轨枕间距为1000000176010000001760=568mrTi钢轨根底弹性模量为:D3000056B52.82Mpa刚比系数为〔5-1〕式中b新轨水平轴的惯性矩，其中对于60Kg/m轨为443217x10mm由公式〔5-1〕可得刚比系数为:5Z82k=^4xMxlO5x3217xlO4=悶山诃5.3.3弯矩计算ND5机车前后转向架各有三个轴，如图5-1所示，在寻找引起最大弯矩的最不利轮位时，只要用一个转向架的三个轴分别作为计算轮来求最不利轮位。
由于转向架的三个轴轮重量相等，但是轴距是不一样的，所以要计算1、2、3轮引起的弯矩，在所有弯矩值中找到最不利弯矩，既最不利荷载值Vy图5-1表5-1不利荷载计算表计算轮工程动1动1P(N)106450x(mm)0.000kx0.000□1.000PKN)106450.000动2P(N)106450x(mm)2550.000kx3.009□-0.055PKN)-5900.630动3P(N)106450x(mm)4350.000kx5.133□0.008PKN)829.596轮位刀Pm(N)动2动3106450106450101378.972550.0004350.0003.0095.133-0.0550.008-5900.630829.59610645010645083034.570.0001800.0000.0002.1241.000-0.165106450.000-17514.79710645010645089764.801800.0000.0002.1240.000-0.1651.000-17514.797106450.000其中U二尹甌Xsinkx),取皿=10137阳7|，计算静弯矩叫为^=^=4xoL18X10137^97=2147859449钢轨动弯矩用静态法计算M厂叫{l+tr+0)f〔5-2〕式中叫――钢轨的动弯矩；0.4u――速度系数，用°=计算；——偏载系数，杠-皿恥閔计算，以」为容许欠超高;――横向水平力系数，一般取1.45燃机车计算钢轨轨底弯曲应力时，设计速度为120Km/h速度系数为:0.4p0.4x120“==————=().48100100A、在忙」越加珈的曲线上，容许欠超高：u丁，计算偏载系数:/?=0002AA=0.002X75=0.15在E=―匸计的曲线上，横向水平力系数，=21478594*49X[1+0,48+0,15)X1.45=50764658.09B、在直线地段上，横向水平力系数t，f二九25Kd=皿口+昕=21478594.49X(1+0,48)X1.25=39735399.815.3.4计算动弯应力*mm11新轨截面模量W}=396x10mmW2=339x10mmA、在F二纸俯f的曲线上，轨底动弯拉应力轨头动弯压应力5076466&09=„=12&19MPa396X10叫50764658.09%萝—w2"=p-14975MPa339x10财將39735399.B1396x103=100.34MPaB、直线段上的轨底动弯拉应力直线段上的轨头动弯压应力%。
畑—14/2_39735399,81匸=117.21MPa339xW5.4锁定轨温设计541容许温度变化幅度在铁路线路中，钢轨应该有一定的强度以保证在受到动弯应力、温度应力及其他附加应力时不至于破坏，仍然能够正常工作，所以，钢轨所能承受的各种应力之和不超过容许应力值b』，即〔5-3〕式中——钢轨最大动弯拉应力'；温度应力…；叭一一钢轨承受的制动应力（MPU）；――钢轨容许应力等于钢轨的屈服强度除以平安系数K,因为钢轨为天二心-丸盘小钢轨，所以■•允许温度变化幅度〔5-4〕式中罰一一钢轨底部下缘位置处动弯应力由于平安系数K-1J]，那么匕]=#=薯=351.54MPm〔5-5〕A、当在半径为4000米的曲线上进展制动时温度变化允许量为:|tr]-35154-128.19-10:=86,1°C1J8x10_Jx2.1x10JEa351.54-149.75-10==77,4°C—SSL18x10x2Jx10B、当在直线地段上制动时，温度变化允许量为:35154-100.34-W=97.3T1J8x10Jx2dX10J0】—%厂Ea351+54-117.21-10:=90.5T1.18x10x2.1x105.4.2曲线段允许温升1试算曲线地段变形弦长值由稳定性统一计算公式，采用正弦曲线作为轨道变形曲线。
当f=4000mm时，叩=2i】】【d，=2mmJ=524|p=2],Q=6ZBN/mniL换算曲率为111「％1厂斤+石=4000000=1,25X1040002训如=q\T~那么I=3838r6mmF=77.45x1(?=7745min2PEJjiI_3+J(2.172X10门xi卫5X10~6)+2.172x10nX—x(2x2)X&68=148965+2mm"=3859.6inm计算得到I与原假定”"°°°不符设A385%,重新计算気;；,j=14896542x—J=l,86Zmm(4000)(4000/以1再次试算，求得=2X21x105x524x101xk2=2.17X10UN*mmt吟7V+/JQ+=—^72472xIQ13x1,25X10_£>6H该I与第二次设的/0=3859'6mm不符，再设f0=3838.6mm，计算f；e；foe=X84mm，再求得到=147087715mm2，那么3835*2mm|，根本上与原来的；=能汀z相接近，因此取：作为变形曲线长度，九二】昭mm作为原始弹性初弯矢度2计算曲线地段允许温度压力及允许温升为了减小温度反复变化所致剩余变形的累计，防止过分限制温度力，从而影响无缝线路的铺设围，由f=mm时计算温度压力P：并除以平安系数得到允许温度压力/4阳•谊八几』+下Q卩I7T卩理=24厂〔5-6〕式中E——钢轨弹性模量；I——两根钢轨对竖直中和轴线的惯性矩，其中60kg/m钢轨取2X524=1048cm2.0――轨道框架刚度系数，采用1.0;||――轨道曲半波长；f――轨道弯曲变形矢度，用0.2cm；Q――等效道床分布阻力，经计算取6.6&|Pl=K〔5-7〕式中K――平安系数，一般情况下取1.25~1.3。
由于该算法是小位移情况，顾不考虑胀轨区的温度压力降低，所以温度升幅[At]=[At]=卡Sy-叭Ea〔5-8〕式中F――钢轨断面面积，取7745朮2.172X1%其；：器仁+爲x6.68X14708771.514708771*5叮，2+1.844XL25X10-X147087715ir=295333978N[P|=?=—3°??—=2362671.82A1.25IP]-pt~pf2362671.82-10x7745-14975X774S[叫]==58血EFa5一524x10x1J8x10x7745543直线段允许温升1试算直线段变形弦长值.4斗心4000nw】|时，『叭=2mm，仏=2mm,=2mm|,儿=524xWmm0=2Q=6.68N/iihii换算曲率为1_17=%比4=1xW~6mm4000F=77.45x102-774Smn?PEJji1=2X21xIO5x524X104xk2=2.172XlO^NI~J+(2,172X1013X1X10_6)+2172X10HX—X(2+2)X&68寸*=13805f>98+O^mn?1=3716mmmm」L.亠*13A_6=2472X10x1x106.6H计算得到I与原假定不符。
设^=3716,重新计算°;*3iW2f=l"=1380559S.04x=173mm°(4000)+1.68+^X1XW&X1311632378°(4000)+1.68+^X1XW&X1311632378(4000『以再次试算，求得?1=6^6813-石2.172x10lx1x102+(2.172X1013X1X10+2.172x1013X—X(24L73)X6.68二13478124,68mm2那么I=3G71mni该I与第二次设的^=3716rnni不符，再设^=36?lmm，计算気、；・24=13178124.68x=L68mm(4000)再求得到=L3116323.78jnn?，那么/=3G62nim，根本上与原来的/=3662mm相接近，因此取：』=作为变形曲线长度，九・=1皿】】口作为原始弹性初弯矢度2计算直线段的允许温度压力及允许温升但2I1.684=3237846.72N1.25Z172X10h汕苗加*眉心“如包TT|P|=^=—78^—=2590277.4NA兀IP]~PrPf2590277.4-10X7745-117,21x7745EFa2.1x105x1.18x10_Jx774583.6°(：544无缝线路锁定轨温无缝线路铺设地点在地区，其地区历史最大轨温差:At■49,4一(-16,5)-65.9°C温度应力式无缝线路中应该满足[At症]4-[i^])>At+10〔5-9〕曲线地段［Atfe］+=864+58-6=144.7°CHT+10-65.9+10=75.9%故可采用温度应力式无缝线路直线地段［AtJ+［枇压］)=973+83.6=180TCHT+10-65.9+10=75.9%所以可采用温度应力式无缝线路锁定轨温上限为：d=应』+Ttnin=86.116.5)=69.6T锁定轨温下限为：rJ几心-如吨加丄［加庄］}=4艮4-58,6二-彩弋中间锁定轨温为：t屮=仪丸冲+tj}=0.5X(69.6-9.2)=3O.2°C设计锁定轨温a甲±(°引设计锁定轨温围:r±5-30.2±5-25.2°C~35.2吒5.5伸缩区长度计算计算参数:设计锁定轨温钢轨接头阻力钢轨纵向阻力梯度30.2&C\P~510kNi〔扭矩为900N/m〕最大温升r=16N/rnm=494257=24,2°C最大温降2.5FA£max^^=^-^=35.2+16.5=51.rC2.5x7745x517-510x10*=30+690m11)缓冲轨长度取标准轨长度的整倍数，得5.6施工预留轨缝轨缝设置的目的是为了保证在最高轨温时，相邻钢轨在最轨缝处不会产生压应力，也就是在轨头发生伸缩之后，轨缝能够大于零；在最低轨温时，轨头发生收缩之后，轨缝仍能够满足构造轨缝的要求。
其中，轨头的伸缩量计算关系如下:长轨端(maxFf-PJ人才2EFF〔Qi〕缓冲轨(maxPt-Pp订rp莉—卸〔5-11〕式中卩」――钢轨接头阻力，为510KN；max^t温升或温降所产生的最大温度力；标准轨长度为25m5.6.1最大温度力最大温度压力最大温度拉力maxpty二2,5x7745x24.2=468.572kNmaxpti=上5x7745x517=1001<041^/V而接头阻力P广510000N,可见大于钢轨于讪设后轨温下降至g时，要发生缩短位移5.6.2缓冲轨伸缩量缓冲轨端部收缩量(maxPt-P.)-1郴2幅=2EF~8£T=3mm(1001041-510000)X2500016x25000』2X2.1x105X77458x2Jx10Sx7745由于接头阻力匚大于最大温度压力maxPry，故接头不会伸长，所以缓冲轨端部伸长量人短=°maxPt-P.)-1郴2幅=2EF~8£T=3mm(1001041-510000}x2500016x25000’2x2.1x105X77458x2.1x10Sx77451、当钢轨处于最低轨温时缓冲轨间的收缩量A缓绸—2x入短~6【um2、当钢轨处于最低轨温时缓冲轨间的收缩量心级惮=2x久短=°rnm563长钢轨端部伸缩量长轨端收缩量2伽。
讦厂Pj)花=~~2EFr(1001041-510000)22x2.1x1(?x7745x16=5mm由于接头阻力©大于最大温度压力max^ty,故接头不会伸长，所以长轨端部伸长量“冬1当钢轨处于最低轨温时长轨端的收缩量A芒飽=几色+丄£一=Bmm2、当钢轨处于最低轨温时缓冲轨间的收缩量°左悴=几左*丄短=Dmm564缓冲轨间接头预留轨缝缓冲轨间预留轨缝设置应当满足汽密爭以吨嚨-匕込诫，其中A也=18mm心尊耀=|(18-6+0)=6mm5.6.5长轨轨端接头预留轨缝长轨端预留轨缝设置应当满足•冷』F壬“洽‘％•诫心韋长=^(18-8+0)=5mm566计算结果汇总设计锁定轨温围：566计算结果汇总设计锁定轨温围：伸缩区长度:L=50m施工预留轨缝：I缓冲区预留轨缝如图5-2所示m!|[***!m15nm116mm15mn图5-25.7设计参数检算5.7.1钢轨强度检算无缝线路钢轨温度应力arJ=2.478AJ=2.478X517=128.11MPa=2.478At^2,478x24+2=GOMPj对于U71Mn钢轨，屈服极限^=457MR\平安系数'<=1.25，因此，允许应力,,457严严\(r\———x=3S1.54M旳jrt1》A、曲线轨底adl+(rtl128.19+128J1〈10=2663MPa
血[+rr打a=100344-128.11卜10=238.45MPa<[^]轨头adzy+(jfyac=117J1+60+10=187.21MPa
mm，轨枕底宽取轨枕的平均宽度，：，那么Rd=/?G(1-I-a+/?)=(1+tz+/?)■—2jP耳0.00141x568=(1+036+0,15)XX11027473=66679.2NB、直线不考虑横向水平力系数，那么0.00141X568=(1+036)XX11027473=60055.4N5.7.5轨枕弯矩计算轨下截面正弯矩%7伶唱加叫%7伶唱加叫〔5-12〕式中幻一一荷载作用点到轨枕端距离，取=S5°mm;创一一股钢轨下轨枕的全支撑长度，取c=1100mm；式中幻一一荷载作用点到轨枕端距离，取=S5°mm;创一一股钢轨下轨枕的全支撑长度，取c=1100mm；——轨下衬垫宽度，一般取轨底宽，S-m型轨枕取平均宽度兀——轨枕设计系数，为1;——轨下允许弯矩，m型轨枕取IRkNm150mm；枕中截面负弯矩£_4茂］M严一心」ii式中轨枕长度〔cm〕；〔5-13〕——轨下允许负弯矩，m型轨枕取A、曲线地段*550，15012x1100_8]*550，15012x1100_8]X66679.2=7918155N■mm<\MS1叭7(-^—片XX2600-4X550\—4——X66679.2=-6667920N-mm<[mJB、直线地段2阴0150\-8x60055.4\2x1100=7131578.8N・mm
A、曲线道床顶面压应力口h=m*=be口h=m*=be66679.2300x1300XL6=0,274MPa=2x35ox1300xtan35°=0+105MPa'叽600554600554B、直线地段J=2hetan(p=2x35ox1300xtan35°=°*095MPa<归」对于既有线粘砂土路基，允许应力k]=045MPa，因此，满足强度要求,故该设计合格。