【正文】 ?？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。采用常量阻力計算時，梁軌位移的微分方程可轉(zhuǎn)化成代數(shù)方程，使計算過程大為簡化，易于被工程技術(shù)人員所接受，因此現(xiàn)有設(shè)計規(guī)范中傾向于采用常量阻中南大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 4 力。 （ 3）應(yīng)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。定期放散溫度應(yīng)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）。由于其設(shè)備復(fù)雜，缺點很多，這種型式的無縫線路已趨于淘汰。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(nèi)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(yīng)力式無縫線路。在無縫線路鋪設(shè)鎖定后，鋼軌不能因溫度變化而自由收縮，中南大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 3 因而在鋼軌內(nèi)部產(chǎn)生溫度力，溫度力大小隨軌溫變化而不同。這些都有利于減少對無縫線路鋪設(shè)的限制，使它在更廣泛的范圍得以發(fā)展。最近又籌劃發(fā)展超長無縫線路，采用長 的 Ⅲ 型軌枕。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。次年擴大了試鋪范圍，有較多鐵路局鋪設(shè)了無縫線路，當(dāng)年累計 30 余公里。日本的無縫線路軌條最長為 1500m，兩端設(shè)置伸縮調(diào)節(jié)器。英國的軌溫差最大僅 67℃ ，適宜鋪設(shè)無縫線路。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(shè)。軌下基礎(chǔ)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 。美國鋪設(shè)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(shè) 10000km。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。 國內(nèi)外無縫線路的發(fā)展 德國是發(fā)展無縫線路最早的國家。 （ 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。更多 j 精品資料盡在 我的主頁 中南大學(xué) 本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 題 目 中跨度橋上無縫線路技術(shù)設(shè)計 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 曾志平 學(xué) 院 中南大學(xué)成人教育學(xué)院 專業(yè)班級 土木工程 08 完成時間 更多 j 精品資料盡在 我的主頁 中南大學(xué) 本科生畢業(yè)論文（設(shè)計）任務(wù)書及成績評定表 題 目 中 跨度橋上無縫線路技術(shù)設(shè)計 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 曾志平 學(xué) 院 中南大學(xué)成人教育學(xué)院 專業(yè)班級 土木工程 08 完成時間 更多 j 精品資料盡在 我的主頁 中 南 大 學(xué) 畢業(yè)論文（設(shè)計）任務(wù)書 一、設(shè)計題目： 中跨度橋上無縫線路技術(shù)設(shè)計 二、設(shè)計依據(jù)及主要技術(shù)指標(biāo) 設(shè)計依據(jù) 1. 鐵路軌道設(shè)計規(guī)范 2. 鐵路跨區(qū)間無縫線路 主要技術(shù)指標(biāo) 鋼軌類型 : 60kg/m、 U71 新軌 軌枕類型： Ⅱ 型鋼筋混凝土軌枕， 1760 根 /公里 扣件類型： 彈條 Ⅱ 型扣件 道床厚度： 50cm 道床肩寬： 30cm 鋼軌垂直磨耗： 6mm 線路等級： Ⅰ 級干線 正線數(shù)目： 雙線 牽引類型： 東風(fēng) 4 型內(nèi)燃機車，構(gòu)造速度 120 km/h 鋼軌支點彈性系數(shù)：檢算鋼軌強度時取 30000N/mm 三、基本要求 學(xué)生在完成本設(shè)計過程中，應(yīng)正確運用基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識，并結(jié)合現(xiàn)場所獲得的實踐經(jīng)驗，有效地解決任務(wù)書中所規(guī)定的各項具體問題；要求計算精確，書寫 工整，繪圖規(guī)范，文理流暢；要求在設(shè)計中充分發(fā)揮獨立工作能力，刻苦鉆研，創(chuàng)造性地完成所規(guī)定的畢業(yè)設(shè)計任務(wù)。 主要設(shè)計內(nèi)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。鋪設(shè)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(dǎo)電性，延長軌道部件及機車車輛走行部分的使用年限 。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 %。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。法國的無縫線路多數(shù)是使用伸縮調(diào)節(jié)器的溫度應(yīng)力式構(gòu)造。 原蘇聯(lián)鐵路 1935 年于莫斯科近郊的車站鋪設(shè)了第一段無縫線路，軌條長約600m。所用鋼軌為 50kg/m或 65kg/m，多使用混凝土軌枕、碎石道床。 日本于 50 年代開始鋪設(shè)無縫線路，現(xiàn)已鋪設(shè) 5000 余公里。 我國鐵路無縫線路起步于 1957 年，當(dāng)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。長軌條鋪入線路之后，在長軌條之間設(shè) 2~4 根緩沖軌，用普通夾板聯(lián)接，以利調(diào)節(jié)軌縫和設(shè)置絕緣接頭。多為 50kg/m 和 60kg/m 的鋼軌，大部分軌下基礎(chǔ)為混凝土軌枕。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(jié)和制定了一些管理規(guī)則和確保行車安全的措施。兩端接頭采用魚尾板接頭型式。 放散溫度應(yīng)力式無縫線路又分為自動放散式和定期放散式兩種。另外還設(shè)有消除列車作用下引起的爬行的彈簧復(fù)原裝置。放散時，松開焊接長鋼軌的全部扣件，使它自由收縮，放散內(nèi)部溫度力，應(yīng)用更換緩沖區(qū)不同長度調(diào)節(jié)軌的辦法，保持必要的軌縫。 （ 2）無縫線路結(jié)構(gòu)的設(shè)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。 橋上無縫線路縱向力計算研究概況 在橋上無縫線路的設(shè)計與計算中既可以采用常量阻力，也可以采用變量阻力。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(jié)果；但當(dāng)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。德國針對設(shè)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(shè)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。德國鐵路還應(yīng)用有限單元法，根據(jù)橋梁與線路間的相互作用關(guān)系，建立了橋上無縫線路縱向力的計算方法。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(diào)節(jié)器的設(shè)置和橋上線路縱向阻力等?？缍仍?60m以下，橋長大于 60m 的橋梁，將相鄰橋墩的固定支座設(shè)在同一橋墩上，線路阻力采用 15kN/（ m在板式軌道橋梁上也采用同樣的取值。 前蘇聯(lián)鐵路規(guī)定，在跨度大于 33m 的橋上鋪設(shè)無縫線路時，橋 上線路要使用一定數(shù)量的 K 型扣件鋼軌。南斯拉夫鐵路的 對于線性與非線性計算進行了對比。 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 我國以往的研究成果大多針對普通鐵路無縫線路，國際鐵路聯(lián)盟試驗研究所（ ORE）在 60至 80年代關(guān)于縱向力的系統(tǒng)試驗研究也是在既有普通鐵路進行的，與普通線路相比，高速鐵路的線路條件、荷載條件、橋梁都有較大的區(qū)別，普通鐵路及國外的研究成果不能完全照搬到我國高速鐵路。 從 20 世紀(jì) 60 年代開始，我國鐵路對橋上無縫線路梁軌相互作用原理進行了大量的研究。無縫線路研究人員從 1966 年開始進行附加縱向（伸縮）力的試驗，在此基礎(chǔ)上建立了計算理論，認為橋上無縫線路最大伸縮力按橋梁總長度之半乘以線路縱向阻力計算不妥，它的錯誤在于沒有從橋梁和鋼軌受力或位移的相互作用關(guān)系上建立計算的平衡條件。 1997 年黎國清、莊軍生等采用平面體系建立線路與橋梁的相互作用力學(xué)模型，將軌道（鋼軌）、道碴層、橋梁結(jié)構(gòu)、支座、墩臺、基礎(chǔ)作為整體來考慮。 2021 年楊夢蛟、刑建鑫采用平面桿系建立軌道結(jié)構(gòu)與橋梁相互作用的力學(xué)模型。陳丹華的對簡支梁長橋采用質(zhì)量法進行簡化，將軌、梁、碴、墩的特性集中于墩臺上，根據(jù)機車動力學(xué)原理得出軌面制動力時程，對制動作用下的橋墩進行了動力反應(yīng)分析。這一年，在我國第一條客運專線上進行了設(shè)置鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器，橋上無縫線路附加力的綜合試驗研究及在沙河特大橋上進行了 DF11 旅客列車制動試驗。根據(jù)梁軌間的力學(xué)機理，用非線性彈簧模擬梁軌間的相互作用，采用能量法建立梁軌間的能量平衡方程。該模型中的構(gòu)件單元全部用桿單元模擬，其中鋼軌與模擬小阻力扣件的非線性桿單元連接，非線性桿下端固接在一長 L 的豎向剛臂上（這樣可計算撓曲力），豎向剛臂通過橫向剛臂與軌道梁相連，軌道梁又通過剛臂、支座和橋墩相連，最后橋墩和模擬基礎(chǔ)的桿連接起來，從而形成空間的整體。王平、陳小平以線－橋－墩為一體用有限單元法建立了橋上無縫線路的計算模型，考慮相鄰軌條及橋墩縱向剛度的影響，計算了一根鋼軌折斷后的開口量，并比較分析了不考慮相鄰軌條限制作用、不考慮橋墩縱向剛度、多根軌條同時折斷等簡化算法的計算偏差，為橋上是否設(shè)置鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器提供了依據(jù)。結(jié)合實際工點計算分析了橋梁墩臺縱向水平線剛度對橋上無縫 線路附加力的影響，并結(jié)合橋墩線剛度控制條件探討了連續(xù)梁橋墩縱向水平線剛度的限值。在有碴橋上，道床也會對梁、軌間的相對位移產(chǎn)生一定的約束阻力。 以上鋼軌縱向附加力通過梁軌相互作用又反作用于梁跨和固定支座，使橋梁墩臺產(chǎn)生彈性變形，墩頂發(fā)生縱向位移。 （ 4） 制動附加力 如果列車在橋上制動，列車制動引起的鋼軌軌伸縮通過梁軌相互作用傳遞到墩中南大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 11 臺，使墩臺的固定支座承受制動附加力。 （ 2） 控制長鋼軌縱向拉力值，以滿足鋼軌強度要求。梁軌間的相互作用，使得橋梁、鋼軌最終達到一個相互約束、相互作用的力學(xué)平衡體系。 圖 21 梁軌位移圖 p(z)表 示梁軌間的縱向約束阻力，即線路縱向阻力。根據(jù)邊界條件，采用數(shù)值方法，可求得鋼軌位移量和縱向附加力。 K555+ K555+XX線XX河橋簡圖注：除里程外其 余尺寸以cm計。 4. 機車類型：內(nèi)燃東風(fēng) 4 型機車，速度 120 km/h。 8. 鋼筋混凝土橋梁日溫差取 △ t=15℃ 。 （ 2）梁的溫度變化僅為單純的升溫或降溫，不考慮其交替變化，并取一天內(nèi)的最大溫差計算梁的伸縮量，按設(shè)計暫歸取下列設(shè)計值： 有碴軌道混凝土梁： ? 15℃ 無碴軌道混凝土梁： ? 20℃ 鋼 梁： ? 25℃ （ 3）梁、軌間的作用力，在無碴軌道上是通過鋼軌扣件傳遞；在有碴橋 上是通過扣件阻力、道床阻力二者之中較小值傳遞。 伸縮力計算結(jié)果 伸縮力計算 結(jié)果如圖 34 和 35 所示。 （ 3）對撓曲力和伸縮力分別計算。 中南大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 23 0iEF??? 計算原理 單跨簡支梁撓曲力（活動端迎車）如 圖 36 所示。 鋼軌各段的變形量由下式計算： 39。 梁的上翼緣縱向位移的簡化： 根據(jù)梁的上翼緣縱向位移計算結(jié)果可知，梁的上翼緣縱向位移為非線性曲線，為了計算方便，將梁的位移曲線分為若干直線段，分段距離 2m，梁上各分段點的位移 0 1 1, , , ,ii?? ? ? ?已知。 當(dāng) 21 hh? 時 33231211( 6 4 1 )2 4 2 4xq l h q l hCCE J E J? ? ? ? ? 其中， xC l? ， x=0、 2m、 4m…… ，為各分段點到活動端的距離。Kl ——K 點到 i 點的距離； C——截面分段長度（ 2m） 4．撓曲力算例 上承式鋼板梁橋，跨度 32m，扣件布置 為 1—6—1，機車荷載位于固定端。 試算 600il cm? 處的鋼軌位移： 39。1 1 2 1ii? ? ? ???? ? ? 中南大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 27 76 2 6 0 0 7 0 ( 3 2 0 0 8 5 0 1 0 0 0 )0 . 1 0 6 9 0 . 0 5 7 1 ( 3 2 0 0 8 5 0 1 0 0 0 )2 2 . 1 1 0 7 7 . 4 5i? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? = 600il cm? 時， ?? ? ? 800il cm? 時， ?? ? ? 1000il cm? 時， ?? ? ? 所以在 800 cm 與 1000cm 之間存在梁、軌位移相等的點 K。 計算參數(shù) （ 1）鋼軌參數(shù) 鋼軌鋼彈性模量 722. 1 10 /E N cm?? 鋼軌鋼的線膨脹系數(shù) α=106/℃ 鋼軌橫斷面積 F= 鋼軌對垂直軸的慣性矩 4524yI cm? 鋼軌垂直磨耗按 6mm 計 鋼軌對水平軸的慣性矩 43217xI cm? 鋼