【正文】 第六章 結論 ................................................................................................................ 42 參考文獻 ...................................................................................................................... 43 中南大學本科生畢業(yè)論文（設計） I 摘 要 為滿足強度、穩(wěn)定、控制鋼軌斷縫等項要求，橋上無縫線路的設計應對各種制約因素綜合考慮，合理組合 ，既要滿足軌道強度和穩(wěn)定性的要求，使鋼軌斷縫不超過允許值，又要使橋梁受力合理。 本設計以一座 1＋ 5 m 鋼筋混凝土預應力梁 橋 為工程背景， 按照橋上無縫線路設計的原理、方法和規(guī)范進行 設計。 主要設計內容如下： （ 1） 根據(jù)橋上 無縫線路梁軌相互作用原理，計算橋上無縫線路縱向力，包括伸縮力、撓曲力和斷軌力等。 （ 2） 根據(jù)鐵路軌道強度檢算方法，檢算 軌道強度 、 穩(wěn)定性 ，確定軌道最大允許溫升和溫降幅度；再根據(jù)氣象資料確定鎖定軌溫。 （ 3） 根據(jù)橋上無縫線路橋梁墩臺縱向力組合原理，檢算 橋墩、 支 座固定螺栓的強度 、 穩(wěn)定性 。 關鍵詞： 橋上無縫線路；軌道強度；軌道穩(wěn)定性；鎖定軌溫；橋墩檢算 中南大學本科生畢業(yè)論文（設計） 1 第一章 無縫線路 概述 無縫線路是現(xiàn)代化鐵路的軌道結構型式。鋪設無縫線路以后，可以大大降低線路及機車車輛的養(yǎng)護和修理費用，改善列車運行的平穩(wěn)性，提高軌道電路的可靠 性和導電性，延長軌道部件及機車車輛走行部分的使用年限 。 國內外無縫線路的發(fā)展 德國是發(fā)展無縫線路最早的國家。 1926 年在線路上鋪設了 120m 長的鋼軌；1935 年鋪設了 1km長的無縫線路試驗段 。1945 年做出了無縫線路的規(guī)定。到 1961年底，原聯(lián)邦德國無縫線路總長達到了 29000km， 1974 年底達到了 53000km，占線路總延長的 %。有 79%的道岔也焊成了無縫道岔，并與道岔前后的長鋼軌焊連在一起。 美國于 1930 年首先在隧道內鋪設了無縫線路，于 1933 年正式鋪設于露天的線路上。美國于 1933~1936 年期間，大約鋪設無縫線路 170km，以后時有間斷，發(fā)展速度比較緩慢。從 1950 年起，隨著一些固定焊軌工廠的建立才有一個新的局面。美國鋪設無縫線路的總延長： 1960年為 7236km； 1970年之后每年以 8000km的速度遞增，最多時年鋪設 10000km。到 1979 年底全美已有無縫線路超過12021km，是世界鋪設無縫線路最多的國家。 法國也是發(fā)展無縫線路較早的國家。法國的無縫線路多數(shù)是使用伸縮調節(jié)器的溫度應力式構造。軌下基礎多為雙塊式混凝土軌枕、碎石道床，軌枕使用雙彈性扣件與鋼軌相連 。法國于 1948~1949 年期間進行了大量鋪設試驗，而后即推廣開來。到 1951年為 92km； 1952年為 805km； 1956年為 3200km； 1960年為 6380km；1970 年為 12900km，并繼續(xù)以每年約 660km 的速度發(fā)展。 原蘇聯(lián)鐵路 1935 年于莫斯科近郊的車站鋪設了第一段無縫線路，軌條長約600m。由于蘇聯(lián)大部分地區(qū)溫度變化幅度較大，最大幅差高達 115℃ ，所以影響了無縫線路的發(fā)展，直到 1956 年才正式開始鋪設。累計延長至 1960 年約為15000km， 1970 年約為 16000km。近十年發(fā) 展較快，至今已有無縫線路 50000余公里，約占營業(yè)線的 36%，擔負鐵路運量的 50%。所用鋼軌為 50kg/m或 65kg/m，多使用混凝土軌枕、碎石道床。英國的軌溫差最大僅 67℃ ，適宜鋪設無縫線路。至 1978 年底已鋪設無縫線路 14565km，占線路總延長的 31%左右。英國鐵路的中南大學本科生畢業(yè)論文（設計） 2 無縫線路大部分使用 BS113A 型鋼軌（ 56kg/m），軌下基礎為混凝土枕或木枕，碎石道床。 日本于 50 年代開始鋪設無縫線路，現(xiàn)已鋪設 5000 余公里。日本的無縫線路軌條最長為 1500m，兩端設置伸縮調節(jié)器。近年來建成的新干線，未經(jīng)有 縫線路過渡，直接鋪成了無縫線路。新干線最初曾采用 50kg/m 鋼軌，現(xiàn)已全部用 60kg/m鋼軌更替，軌下基礎采用混凝土枕，碎石道床，部分采用板式軌道，鋼軌與軌枕的聯(lián)結采用雙彈性扣件。 我國鐵路無縫線路起步于 1957 年，當時用電弧焊法焊接鋼軌，首先在北京、上海兩地各試鋪無縫線路 1km。次年擴大了試鋪范圍，有較多鐵路局鋪設了無縫線路，當年累計 30 余公里。以后引進工廠焊，在工廠采用氣壓焊機和電接觸焊機將鋼軌焊成 125~500m 的長軌條運至工地，再按軌條設計長度用鋁熱焊法焊接聯(lián)合接頭。工地焊長一般為 1000~1500m。長軌條鋪入線路之后，在長軌條之間設 2~4 根緩沖軌，用普通夾板聯(lián)接，以利調節(jié)軌縫和設置絕緣接頭。目前全路已建成 15 個焊軌廠，多采用瑞士 GAas80 和蘇聯(lián) K190Ⅱ Κ 接觸焊機。京廣、京滬、京沈、隴海、長大等主要干線幾乎全是無縫線路 。全路總延長約 萬公里。多為 50kg/m 和 60kg/m 的鋼軌，大部分軌下基礎為混凝土軌枕。最近又籌劃發(fā)展超長無縫線路，采用長 的 Ⅲ 型軌枕。 隨著無縫線路的迅速發(fā)展，各國鐵路都取得了一些新的經(jīng)驗。如焊軌工廠的合理設計；工地焊接聯(lián)合接頭和斷軌再焊的新設備 新工藝；舊軌整修后焊成長鋼軌，鋪設舊軌無縫線路；結合力很強的膠結絕緣接頭；運輸效率很高的多層長鋼軌運輸列車；新型長鋼軌更換作業(yè)車；碳素鋼鋼軌與錳鋼轍叉的焊接工藝；特大橋上和小半徑曲線上鋪設無縫線路的理論和經(jīng)驗等等。此外，在養(yǎng)護維修方面，除繼續(xù)對無縫線路的穩(wěn)定性，做進一步探索外，還總結和制定了一些管理規(guī)則和確保行車安全的措施。這些都有利于減少對無縫線路鋪設的限制，使它在更廣泛的范圍得以發(fā)展。 無縫線路類型 按處理焊接長鋼軌因軌溫變化而引起收縮方法的不同，無縫線路分為溫度應力式和放散溫度應力式兩 種。 溫度應力式無縫線路是由一根長鋼軌及兩端 2~4 根標準軌組成。兩端接頭采用魚尾板接頭型式。在無縫線路鋪設鎖定后，鋼軌不能因溫度變化而自由收縮，中南大學本科生畢業(yè)論文（設計） 3 因而在鋼軌內部產(chǎn)生溫度力，溫度力大小隨軌溫變化而不同。一般并不放散其鋼軌的溫度力。這種型式的無縫線路結構簡單，不需要特殊設備，鋪設維修方便，在溫差不大的地區(qū)，鋼軌承受的溫度力也不會太大，是一種比較好的結構型式。 放散溫度應力式無縫線路又分為自動放散式和定期放散式兩種。一般在溫度差較大地區(qū)和特大橋上（如南京長江大橋），為了消除和減少鋼軌內的溫度力和盡量 消除橋梁收縮附加力的影響，而采取自動放散溫度應力式無縫線路。 大橋上鋪設的自動放散式無縫線路，系在焊接長鋼軌兩端設置鋼軌收縮調節(jié)器，隨時釋放溫度力。 路基上鋪設的自動放散式無縫線路，系在焊接長鋼軌兩端設置類似橋梁溫度調節(jié)器的鋼軌收縮頭，并使用特殊制造的中間扣件，不設防爬器，使鋼軌在墊板上能隨軌溫變化而自由收縮，以自動放散應力。另外還設有消除列車作用下引起的爬行的彈簧復原裝置。由于其設備復雜，缺點很多，這種型式的無縫線路已趨于淘汰。 定期放散式無縫線路與溫度應力式相同。根據(jù)當?shù)剀墱貤l件，把鋼軌 內部的溫度力每年調整放散 1~2 次。放散時，松開焊接長鋼軌的全部扣件，使它自由收縮，放散內部溫度力，應用更換緩沖區(qū)不同長度調節(jié)軌的辦法，保持必要的軌縫。定期放散溫度應力式無縫線路適用于溫差較大的寒冷地區(qū)（年軌溫差超過 95゜C）。 在我國東北的寒冷地區(qū)，曾試鋪過這種形式的無縫線路。 橋上無縫線路設計原則 （ 1）無縫線路設計要最大限度地減小軌道和橋梁所承受的附加縱向力，使橋上線路具有廣泛鋪設無縫線路的可能性。 （ 2）無縫線路結構的設計，既要滿足軌道強度和穩(wěn)定性的要求，又要使橋梁受力合理，以保證橋梁和軌道運營 的安全、可靠。 （ 3）應盡可能增加焊接軌條的長度，減少橋梁及其附近的鋼軌接頭。提高軌道的整體性，以適應高速和重載運輸?shù)男枰? （ 4）無縫線路的結構設計，要考慮便于線路的養(yǎng)護維修。 橋上無縫線路縱向力計算研究概況 在橋上無縫線路的設計與計算中既可以采用常量阻力，也可以采用變量阻力。采用常量阻力計算時，梁軌位移的微分方程可轉化成代數(shù)方程，使計算過程大為簡化，易于被工程技術人員所接受，因此現(xiàn)有設計規(guī)范中傾向于采用常量阻中南大學本科生畢業(yè)論文（設計） 4 力。但每跨橋梁只假設有一個梁軌位移相同點，不能處理梁軌間位移可能出現(xiàn)的沒有相同點和有兩個 或兩個以上相同點的情況。而現(xiàn)有的變量線路縱向阻力的微分方程法又計算量較大，較為繁瑣且缺乏通用性。在梁軌相對位移較小時，線性阻力和非線性阻力均能得到較為滿意的結果；但當梁軌相對位移較大時（如大跨度梁的計算），鋼軌與橋梁之間的縱向阻力表現(xiàn)出彈塑性特征，采用常量阻力會產(chǎn)生較大的誤差?？紤]彈塑性線路阻力的橋上無縫線路計算理論的研究是無縫線路研究的難點，目前雖然在這方面取得了一定進展，但還有很多問題尚待深入研究。 迄今為止，我國對簡支梁橋橋上無縫線路附加力的分析已取得了較為豐富的理論成果，但對于大跨度連續(xù)梁橋，由于其 結構的特殊性，如連續(xù)剛構橋（其不僅具有橋面連續(xù)、行車舒適等優(yōu)點外，而且其上部結構受力合理，能充分發(fā)揮高強材料的作用，有利于增大跨徑，因此，近十年來在國內得到了廣泛的應用和大量的推廣），給橋上無縫線路的研究帶來了新的課題，同時也要求橋上無縫線路技術向更深的層次發(fā)展。 國外研究現(xiàn)狀 德國是最早發(fā)展高速鐵路的國家之一，早在 1964 年 Siekmeier 就對軌道阻力—位移進行了研究。德國針對設計時速 250km/h，實際時速不低于 200km/h 的新干線無縫線路橋梁的設計與施工制定了《鐵路新干線橋梁的特殊規(guī)程 （ BESB）》，并在 1985 年生效。其中匯集了德國有關高速鐵路橋上無縫線路的大量科研與試驗成果。它詳細規(guī)定了高速行駛列車形成的離心力、牽引力，以及結構溫度應力、無縫線路軌道縱向水平力傳遞的計算原則、方法等，并專門介紹了德國傳遞縱向力的幾種特殊結構： RSB 傳力桿、徐變連結器、縱向連結器、減少鋼軌伸縮長度的平衡梁。多跨簡支梁伸縮力的計算結果與我國的計算結果接近，且認為在多跨簡支梁的全橋活動端方向設置三跨跨度遞減的簡支梁可以減少鋼軌縱向應力與水平支點反力，縱向阻力不僅與鋼軌相對位移量有關，與軌道受載或不受載亦有區(qū) 別，縱向阻力分位移阻力與爬行阻力兩種，墩頂位移由三部分組成：墩身彎曲、擴大基礎或樁基傾斜、整個基礎水平位移，并需要研究橋墩基礎的剛度系數(shù)，區(qū)分首次加載、重復加載的剛度系數(shù)，以及短期加載引起的 “動力剛度系數(shù) ”。德國鐵路還應用有限單元法，根據(jù)橋梁與線路間的相互作用關系，建立了橋上無縫線路縱向力的計算方法。線路縱向阻力采用分段線性模型，即梁軌位移小于某一中南大學本科生畢業(yè)論文（設計） 5 位移時，線路縱向阻力與位移成線性關系，當位移大于或等于此位移時，線路縱向阻力為常數(shù)量。 日本鐵路 60 年代初期就開始研究橋上鋼軌伸縮力的計算，并在其新干線段試鋪了無 縫線路，引起了各國的關注。日本鐵路規(guī)定了各種跨度橋梁鋪設無縫線路的技術條件，且在橋梁墩臺的計算中就考慮了無縫線路縱向力的作用。在鋼橋上，日本根據(jù)梁長和橋長的不同來決定橋梁支座的布置方式、伸縮調節(jié)器的設置和橋上線路縱向阻力等。鋼橋跨度在 25m 及其以下、橋長不超過 70m 時，線路縱向阻力隨橋長的增加而增大，有 0、 10kN/（ m線）之分。在木枕線路、明橋面上，跨度 60m 及以上的橋梁在其活動端設置鋼軌伸縮調節(jié)器。跨度在 60m以下，橋長大于 60m 的橋梁，將相鄰橋墩的固定支座設在同一橋墩上，線路阻力采用 15kN/（ m線）。但在既有線上，考慮 60kg/m 鋼軌的發(fā)展，不論梁或橋的長度是多少，線路縱向阻力一律采用 10kN/（ m線）。在板式軌道橋梁上也采用同樣的取值。橋上鋼軌折斷的容許斷縫值： 50kg/m 鋼軌為 50mm， 60kg/m 鋼軌為 69mm。 美國鐵路規(guī)定，橋上鋪設無縫線路時，跨度大于或等于 30 英尺（ m）的鋼梁橋，或總長大于 500 英尺（ ），曲線轉角為 2176。，在梁的活動端應設鋼軌伸縮調節(jié)器；橋上軌道要安設彈簧防爬器，其數(shù)量視橋跨長度而定。 前蘇聯(lián)鐵路規(guī)定，在跨度大于 33m 的橋上鋪設無縫線路時，橋 上線路要使用一定數(shù)量的 K 型扣件鋼軌。在單跨超過 55m 和多跨總長超過 66m 的橋上鋪設無縫線路時，要按交通部的有關規(guī)定辦理。在 20 世紀 70 年代，有 、 和 等人進行了研究。 20 世紀 60 年代中期至 80 年代中期，國際鐵路聯(lián)盟（ UIC）試驗研究所（ ORE）完成了橋上制動力、加速力及軌道與上部結構間的相互作用關系研究，參加單位有德國聯(lián)邦鐵路、法國國營鐵路、原捷克斯洛伐克國家鐵路、奧地利聯(lián)邦鐵路以及荷蘭鐵路等八個國家參加，此項研究偏重于試驗，試驗準備充分， 測試計劃周密，所得的結果極具參考價值，在理論方面也做了開創(chuàng)性的工作。南斯拉夫鐵路的 對于線性與非線性計算進行了對