【正文】 計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題，涉及《軌道工程》這門課的主要理論。該設(shè)計(jì)的任務(wù)是通過(guò)實(shí)際設(shè)計(jì)，更深入地掌握《軌道工程》的基本理論（尤其是強(qiáng)度計(jì)算和溫度力計(jì)算理論），通過(guò)專業(yè)書籍及相關(guān)學(xué)術(shù)期刊的學(xué)習(xí)，了解無(wú)縫線路鋪設(shè)的意義及國(guó)內(nèi)外發(fā)展的現(xiàn)狀。并對(duì)路基上無(wú)縫線路設(shè)計(jì)的基本原理、方法及步驟有較清楚的了解。1）通過(guò)計(jì)算，確定路基上無(wú)縫線路的允許降溫幅度。2）通過(guò)計(jì)算，確定路基上無(wú)縫線路的允許升溫幅度。3）通過(guò)計(jì)算，確定中和軌溫（即無(wú)縫線路設(shè)計(jì)鎖定軌溫）。4）通過(guò)計(jì)算，確定長(zhǎng)軌條與標(biāo)準(zhǔn)軌之間預(yù)留軌縫值5）通過(guò)計(jì)算，確定標(biāo)準(zhǔn)軌與標(biāo)準(zhǔn)軌之間預(yù)留軌縫值重點(diǎn)、難點(diǎn)：1．無(wú)縫線路強(qiáng)度及穩(wěn)定性計(jì)算2．設(shè)計(jì)鎖定軌溫范圍的合理確定3. 確定長(zhǎng)軌條與標(biāo)準(zhǔn)軌之間預(yù)留軌縫值4. 確定長(zhǎng)軌條與標(biāo)準(zhǔn)軌之間預(yù)留軌縫值二、 設(shè)計(jì)目的和意義一：無(wú)縫線路的優(yōu)點(diǎn)無(wú)縫線路的類型分為溫度應(yīng)力式和放散溫度應(yīng)力式兩類，溫度應(yīng)力式為無(wú)縫線路的基本結(jié)構(gòu)型式。溫度應(yīng)力式無(wú)縫線路包括伸縮區(qū)、固定區(qū)和緩沖區(qū)三部分。放散溫度應(yīng)力式無(wú)縫線路分自動(dòng)放散式和定期放散式兩種。無(wú)縫線路由于消滅了大量鋼軌接頭，因而具有行車平衡，機(jī)車車輛及軌道維修費(fèi)用低，使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，是鐵路軌道現(xiàn)代化的主要內(nèi)容之一。但要充分發(fā)揮它的優(yōu)越性，必須同時(shí)滿足強(qiáng)度和穩(wěn)定性方面的設(shè)計(jì)要求。跨區(qū)間無(wú)縫線路的優(yōu)點(diǎn)非常突出，長(zhǎng)軌條貫通整個(gè)區(qū)間，并與車站的無(wú)縫道岔焊聯(lián)，取消了緩沖區(qū)，徹底實(shí)現(xiàn)了線路的無(wú)縫化，全面提高了線路的平順性與整體強(qiáng)度，充分發(fā)揮了無(wú)縫線路的優(yōu)越性；取消了緩沖區(qū)，軌道部件的損耗和養(yǎng)護(hù)工作量進(jìn)一步減少；消滅了鋼軌接頭，進(jìn)一步改善列車的運(yùn)行條件；伸縮區(qū)與固定區(qū)交界處因溫度循環(huán)而產(chǎn)生的溫度力峰，以及伸縮區(qū)過(guò)度伸縮不能復(fù)位產(chǎn)生的溫度力峰，都由于伸縮區(qū)的消失而消失，有利于軌道的穩(wěn)定和維修管理；防爬能力較強(qiáng)，縱向力分布比較均勻，鎖定軌溫容易保持，線路的安全性和可靠性得到提高；長(zhǎng)軌條溫度力升降平起平落，不會(huì)形成溫度力峰，可適度提高鎖定軌溫，從而提高軌道的穩(wěn)定性！二：無(wú)縫線路的關(guān)鍵在于鎖定軌溫的設(shè)計(jì)鎖定軌溫確定是無(wú)縫線路設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題。為防止鋼軌斷裂，無(wú)縫線路應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度。無(wú)縫線路強(qiáng)度計(jì)算的要求是：在列車動(dòng)力作用下，焊接長(zhǎng)鋼軌所受的彎曲應(yīng)力、溫度應(yīng)力及制動(dòng)力的總和，不超過(guò)鋼軌鋼料的容許應(yīng)力。 無(wú)縫線路除滿足強(qiáng)度要求外，還必須滿足穩(wěn)定性要求。實(shí)踐和理論表明，無(wú)縫線路在垂直面上臌曲的可能性是很小的，脹軌跑道總是在水平面上發(fā)生，首先在軌道的原始彎曲處開始。當(dāng)軌溫不高,溫度壓力不大時(shí),軌道的臌曲變形極小。隨著軌溫及溫度壓力的繼續(xù)增大,軌道變形將隨之逐漸 增加，但不會(huì)引起突然破壞；一旦溫度壓力升高到某一臨界值后,如壓力稍有增大或受外力干擾時(shí)，軌道變形就會(huì)突然急劇增加，終于導(dǎo)致穩(wěn)定性的完全喪失。軌道臌曲的漸變階段稱為脹軌。突變階段稱為跑道。 無(wú)縫線路的穩(wěn)定問(wèn)題是一個(gè)力學(xué)平衡問(wèn)題。平衡因素以溫度壓力和軌道原始彎曲為一方，軌道框架剛度和道床橫向阻力為另一方。前者為破壞穩(wěn)定的因素，后者為保持穩(wěn)定的因素,無(wú)縫線路的穩(wěn)定與否,就是雙方消長(zhǎng)變化的結(jié)果。保證無(wú)縫線路穩(wěn)定的基本要求在于盡可能地增加其保持穩(wěn)定的因素，減少其破壞穩(wěn)定的因素。主要措施有：提高無(wú)縫線路的軌道框架剛度，即采用重型鋼軌、混凝土軌枕及強(qiáng)力扣件；提高道床橫向阻力；保持線路方向良好；消滅鋼軌硬彎，力求焊縫平直；保證路基無(wú)翻漿下沉等病害。三：設(shè)計(jì)的意義綜上所述，無(wú)縫線路的優(yōu)點(diǎn)卓越，而設(shè)計(jì)鎖定軌溫就是其中的關(guān)鍵問(wèn)題，本課程設(shè)計(jì)基于《軌道工程》專業(yè)課，從實(shí)際出發(fā)布置設(shè)計(jì)題目，讓我們學(xué)生掌握無(wú)縫線路的核心問(wèn)題，掌握鋼軌的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性以及受力特征，進(jìn)而根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際條件來(lái)確定鎖定軌溫、確定軌條之間的預(yù)留軌縫。這些都具有很實(shí)在的意義，可以進(jìn)一步加深對(duì)軌道核心內(nèi)容的理解！另外，C語(yǔ)言編程的實(shí)現(xiàn)，可以進(jìn)一步提高我們的動(dòng)手能力，也可以使問(wèn)題變得更加簡(jiǎn)單！鎖定軌溫在無(wú)縫線路設(shè)計(jì)時(shí)按照強(qiáng)度和穩(wěn)定條件并考慮施工、養(yǎng)護(hù)、管理等因素來(lái)選擇一個(gè)鋪設(shè)長(zhǎng)軌的軌溫范圍，叫做設(shè)計(jì)鎖定軌溫范圍。在設(shè)計(jì)鎖定軌溫范圍內(nèi)上緊鋼軌接頭扣件和擰緊中間扣件，把鋼軌鎖定，此時(shí)的軌溫叫做鎖定軌溫。鎖定軌溫下，鋼軌溫度力為零。這樣可以保證焊接長(zhǎng)鋼軌在最低軌溫時(shí)各種應(yīng)力共同作用下不破壞，在最高軌溫時(shí)線路不脹軌跑道，使線路能正常運(yùn)行。這個(gè)鎖定軌溫非常重要，它是管理和維修保養(yǎng)無(wú)縫線路的依據(jù)。如果不在設(shè)計(jì)鎖定軌溫范圍進(jìn)行鋪軌，則必須按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行調(diào)整鋼軌內(nèi)力或放散溫度力后重新鎖定。三、設(shè)計(jì)理論依據(jù)無(wú)縫線路中和軌溫計(jì)算的主要思路如右圖。圖中揭示了該設(shè)計(jì)的主要思路。中和軌溫應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐能墱貤l件（）和軌道允許的升溫幅度和降溫幅度來(lái)確定。因此確定軌道允許的升溫幅度和降溫幅度是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。應(yīng)根據(jù)無(wú)縫線路的設(shè)計(jì)原則來(lái)確定。主要計(jì)算如下：無(wú)縫線路鋼軌強(qiáng)度檢算（確定允許降溫幅度）強(qiáng)度條件應(yīng)使作用在鋼軌上的各種應(yīng)力總合不超過(guò)鋼軌的允許應(yīng)力[]：式中：——鋼軌動(dòng)彎應(yīng)力（Mpa），計(jì)算方法參見“軌道結(jié)構(gòu)力學(xué)分析”一章；——鋼軌溫度應(yīng)力（Mpa）；——鋼軌附加應(yīng)力（Mpa），如橋上的伸縮應(yīng)力和撓曲應(yīng)力、無(wú)縫道岔基本軌附加應(yīng)力、列車制動(dòng)等引起的附加應(yīng)力等。本設(shè)計(jì)只考慮路基上由制動(dòng)引起的附加應(yīng)力，可??；——鋼軌允許應(yīng)力。因此允許的降溫幅度可由下式計(jì)算 式中：——鋼軌動(dòng)彎應(yīng)力（Mpa），取拉應(yīng)力計(jì)算值。據(jù)穩(wěn)定性條件確定允許的升溫幅度根據(jù)穩(wěn)定性計(jì)算求得的允許溫度壓力后，可計(jì)算出允許的升溫幅度： （4）式中：—— 附加壓力，本設(shè)計(jì)可取為零（N）?！壍涝试S的最大溫度壓力；根據(jù)無(wú)縫線路穩(wěn)定性理論計(jì)算，采用“統(tǒng)一公式”[教材和參考文獻(xiàn)1]。中和軌溫確定根據(jù)圖，中和軌溫計(jì)算如下： 預(yù)留軌縫的計(jì)算（1）符號(hào)約定如下：a1—長(zhǎng)軌條與標(biāo)準(zhǔn)軌之間預(yù)留軌縫值 （mm）a2—相鄰緩沖軌間預(yù)留縫值 (mm)ag—鋼軌接頭構(gòu)造軌縫，取18mmr—每股鋼軌單位長(zhǎng)度線路縱向阻力N/cmr2—每枕縱向阻力 (KN)a—軌枕間距 (cm)Pj—接頭阻力 (N)Ptmax—最大溫度力 (N)L—緩沖軌長(zhǎng)度（m）E—鋼軌彈性模量，取210GPaF—鋼軌斷面面積 (mm2)Δ長(zhǎng)—長(zhǎng)軌條一端伸縮量（mm）Δ緩—緩沖軌一端伸縮量 (mm)（2）長(zhǎng)軌條一端伸縮量Δ長(zhǎng)由以下公式計(jì)算：（3）緩沖軌一端伸縮量Δ緩由以下公式計(jì)算：（4）根據(jù)預(yù)留軌縫的原則①冬季軌縫不應(yīng)超過(guò)構(gòu)造軌縫可得：②夏季軌縫不頂緊可得：（5）伸縮區(qū)長(zhǎng)度可按下式計(jì)算：（6）鋼軌溫度力可按下式計(jì)算：四、設(shè)計(jì)參數(shù)選取主要技術(shù)指標(biāo)：黃岡地區(qū)某段提速線路鋪設(shè)無(wú)縫線路。 一、 基本參數(shù)選取如下：鋼軌屈服強(qiáng)度s457MPa標(biāo)準(zhǔn)軌長(zhǎng)度取25m鋼軌允許應(yīng)力[]352Mpa附加壓力本設(shè)計(jì)可取為0（N）軌枕間距鋼軌附加應(yīng)力（Mpa）10MPa路基填料沙粘土設(shè)計(jì)鎖定軌溫修正值Δtk5鋼軌支座剛度D檢算鋼軌301000（N/cm）變形曲線弦長(zhǎng)L4m檢算軌下基礎(chǔ)720000（N/cm）允許未被平衡超高Δh75cm曲線最小半徑R720m鋼的彈性模量E105Mpa機(jī)車類型東風(fēng)11內(nèi)燃機(jī)車鋼軌的線膨脹系數(shù)α106/℃設(shè)計(jì)最大速度Vmax160km/h.接頭阻力PH490KN相鄰標(biāo)準(zhǔn)軌間預(yù)留軌縫ag18mm二、具體參數(shù)如下各表：取正線軌道類型如下：（見《軌道工程》緒論）項(xiàng)目單位重型運(yùn)營(yíng)條件年通過(guò)總質(zhì)量Mt25～50列車設(shè)計(jì)最高速度km/h16