铁路线路平纵断面改善设计及桥上无缝线路纵向附加力设计计算毕业论文(编辑修改稿)

铁路线路平纵断面改善设计及桥上无缝线路纵向附加力设计计算毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

严重，严重危及行车的安全，因此需要进行线路大修，以改善线路的平、纵面，换铺较重型钢轨，增强线路运输能力。 线路换轨大修的主要内容 线路换轨大修必须成段进行，并按设计施工，主要包括以下内容： 1. 校正和改善线路纵断面和平面； 2. 全面更换新钢轨及配件、更换桥上钢轨伸缩调节器以及不合规定的护轮轨，更换绝缘接头及钢轨接续线； 3. 更换失效 的轨枕和扣件，补足轨枕配置根数，修理伤损轨枕，线路上的木枕地段应尽可能改铺混凝土轨枕； 4. 彻底清筛道床、补充道砟，改善道床断面，对基床翻浆冒泥进行整治； 5. 成组更换新道岔或新岔枕，如不需更换时，应整修道岔并抽换失效岔枕，清筛道床时，应包括长岔枕范围内的侧线； 6. 安装轨道加强设备； 7. 铲平或填补路肩，整修基面排水横沟，清理侧沟，清除路堑边坡弃土； 8. 整修道口； 9. 抬高因本线大修需要抬高的邻线道岔、道口及桥梁，有砟桥上加高两侧挡砟墙； 10. 补充、修理和刷新工务管理的线路标志、信号标志 、钢轨纵向位移观测桩及备用钢轨架； 11. 回收旧料，清理场地，设置常备材料。 线路大修的要求和原则 铁路线路设备大修必须有正常的工作条件，应设置大修设计和施工专业队伍，装备必要的施工机械和工程运输车辆，在列车运行图中，安排施工“天窗”，同时应密切各有关部门的协作配合，为大修的正常进行创造条件。 线路设备大修必须加强管理，积极发展施工机械化，采用新技术，改革施工方法，开展标准化作业，不断提高职工素质，提高劳动生产率和施工质量，降低成本，减轻劳动强度，改善职工生活条件。 线路设备大修，必须严格遵 守铁道部颁布的《铁路线路设备大修规则》，以及《铁路技术管理规程》、 6 《铁路线路维修规则》和《铁路工务安全规则》等有关规章制度的规定。 线路大修外业测量 线路大修必须进行设计，而大修设计又涉及范围广，要求高，故设计前应对既有线路进行全面的勘测和调查，外业勘察工作的主要内容是全面掌握将要进行大修路段的线路平面，纵面，分界点及线路设备的详细情况，取得足够可靠的原始资料，供设计时使用。 其中外业测量的主要内容如下： 1. 丈量里程。 选择正确的公里标作为引出基点，定出公里标和每百米处作为测点的百尺标，以及在 控制点设置的加标。 在丈量的过程中，应与既有线的百里标相核对，以取得一致为原则。 必要时在公里标处设置断链（长链或短链）。 2. 纵断面测量。 测量正线轨顶（曲线测内股）及路肩标高。 与正线相邻的站线及在同一路基上的复线且线间距小于 5米的，应同时测量两线的相对标高差，对于与起道有关的建筑物均应测量其限界。 3. 曲线测量。 测量既有曲线的几何形位，判定曲线的转角大小，圆顺度以及曲线和既有建筑物的位置关系。 外业勘测完成后，即可进行大修的技术设计，技术设计的主要内容包括：线路平面设计、线路纵断面设计、轨道结构设计、跨区 间无缝线路技术设计及更换道岔设计等。 线路大修周期的确定 铁路线路大修的主要工作内容为钢轨的全面更换，所以它的周期应由钢轨的使用寿命决定。 钢轨的使用寿命通常以铺入后至更换前累计通过的总质量来表示。 把这一累计通过的总质量除以年平均通过的总质量即为钢轨使用年限（寿命）。 由于钢轨磨耗程度及疲劳损伤发生率极不一致，所以在达到平均使用寿命之前，将会有部分钢轨先期磨耗逾限或发生疲劳伤损，因而必须进行大量的单根抽换，而增大无缝线路地段工作的难度。 为了避免这种情况，线路大修的周期，也就是成段更换钢轨的期限， 应该短于钢轨的平均使用寿命。 另一方面，考虑到钢轨的二次使用，不仅能延长钢轨使用寿命，节省线路维修费用，还能将钢轨生产供应力量集中满足于繁忙干线之需要。 显然，若想获取这种明显的经济效益，第一次使用时所承受的通过总质量对第二次铺用寿命影响极大，亦即计划再用的钢轨在第一次使用换下以前，不能超过规定的通过总质量，否则潜力大大降低，再用价值不大。 从合理使用钢轨角度而言，线路大修的周期也应短于钢轨的平均使用寿命。 应当指出，在确定线路修理周期时，必须从实际出发，既要考虑线路的具体运营特点，又要考虑技术经济条件和国情、 路情。 一般说来，我国铁路线路大修周期为 8~12年。 线路大修原始资料 1. 大修地段位置：既有线，自 K110+000至 K126+450。 2. 现有线路条件： （ 1）该大修地段属Ⅰ级干线，限制坡度 12%，最小半径为 600米，跨区间半径为 600m。 （ 2）原有线路平、纵断面资料，包括： 甲 线路纵断面测量记录（见原始资料附表） 乙 线路曲线测量记录（见原始资料附表） 丙 桥隧位置及原状（见原始资料附表） 丁 站场调查记录（见原始资料附表） 戊 道口调查记录（见原始资料附表） 3）线路 上部建筑状况： 7 表 21 线路上部建筑现状 钢轨 轨枕 道床 类 型 kg/m 长度（ m） 平均 磨耗 （ mm） 单根 失效情况（ %） 类型 数量 （根 /公里） 失效情况（ %） 种类 不洁程度 一般情况 50 25 6 5 SⅡ型砼枕 1760 10 碎石 10% 一般 4）其他（见调查记录） 3. 大修地段的运营条件 1）目前及今后的客货运量 目 前： 20百万吨公里 /公里 第五年： 25百万吨公里 /公里 第十年： 30百万吨公里 /公里 2）现有机车类型 客机： DF4型内燃机车，构造速度 120 km/h。 选择上部建筑类型 线路大、中修时，枕下道床总厚度应根据五年内的年计划通过总重密度和钢轨类型，按《铁路线路设备大修规则》中表 ，而该设计在第五年的年计划通过总重密度为 25 Mt公里 /公里，故选择如下的轨道结构类型： 钢轨类型： 60 kg/m 轨枕类型： SⅡ 型钢筋砼轨枕（轨枕数量增配至 1840根 /公里） 扣件类型：弹条 Ⅱ 型扣件 道床厚度： 50cm 轨道强度检算概述 概述 轨道由钢轨、轨枕、道床和路基构成，是一种受力十分复杂的工程结构物。 列车在其上通过 时，轨道将受到垂直轨面的竖向力、垂直于钢轨轴向的横向水平力和平行于钢轨轴向的水平力等多种荷载的作用。 钢轨在这些荷载的作用下，轨道各部分将产生各种变形和应力并逐渐失效。 因此必须合理选择相应的轨道结构，使其在预定的使用期限内，在规定的使用条件下，保持良好的状态，确保列车按规定的轴重和速度平稳、安全和不间断地运行，为此应当正确计算轨道结构的承载能力，使其在安全和效益两方面都得到最佳的效果。 为支承列车荷载，并在合理的养护工作量条件下能维持良好的技术状态，必须具有足够的强度。 轨道强度检算是检算在列车最大可能的动荷 载作用下，轨道各部分的一次性破坏强度。 在进行轨道强度检算时，只计算钢轨基本弯曲应力，枕上压力，道床顶面应力和路基面应力。 适用条件 1. 无缝线路强度计算。 根据强度条件确定无缝线路锁定轨温的上、下限，或者在一定的锁定轨温条件下，检算钢轨的强度； 8 2. 在既有轨道设备条件下，检算大型机车车辆通过轨道时，允许最大轴重和最高速度或者在既有的轴重和速度条件下选择适当的轨道设备标准。 3. 特大型货车通过线路时，检算其通过条件。 4. 在进行轴重 、速度、轨道设备标准及重载组合列车时，强度检算结果可作为 轨道的工作应力水平分析比较。 轨道结构静力计算理论 轨道强度检算中，轨道结构静力计算是重要的基础。 轨道结构静力计算有 2种计算理论： 1. 连续弹性点支承梁理论（简称“点支承法”） 它是将钢轨视为支承在弹性点支座上的等截面无限长梁，力学模型如图 21。 它认为钢轨并非支承在连续弹性基础上 ,而是支承在有一定间隔的轨枕上 ,其计算理论和公式推导均较复杂，一般需用差分方程或有限元等方法。 P02P01 P03 P04 图 21 连续弹性点支承梁理论力学模型 2. 连续弹性基础梁理论（简称“连续支承法”） 它是将钢轨视为支承在连续 弹性基础上的等截面无限长梁，力学模型如图 22。 它的计算理论和计算公式均较简便，得到的解析解方便实用。 P05P02P01 P03 P04 图 22 连续弹性基础梁理论力学模型 比较两个计算理论，有以下结论。 尽管以上两种理论具有不同的假设，但因实际上的钢轨支承，既不是连续支承，也不是连续点支承，而是介于两者之间的一种支承方式，所以，不论采用那种计算方法计算，其结果无明显差异。 但前一方法得到的钢轨弯矩较后者大 510%，而计算钢轨挠度或枕上压力时则要小 12%，随着刚度的增加，其差值也有所增大，故点支承法常用于无缝线路强度检算。 而连续支承 法便于理论研究，特别是对于轨枕间距较小且使用重型钢轨的轨道来说，在工程上其计算精度是足够的，况且又便于进行动力学方面的分析。 根据本文的轨道结构，也参照《铁路轨道强度检算法》（ TB203488），采用连续弹性基础梁理论进行静力计算，继而产生下节的检算方法及步骤。 9 轨道强度检算方法 基本假设 1. 假设列车运行时，车轮荷载在轨道各部件中所引起的应力、应变，与量值相当的静荷载所引起的应力、应变相等，及车轮荷载具有准静态的性质； 2. 以速度系数、横向水平力系数、偏载系数分别反映车轮垂直动荷 载、横向水平动荷载和垂直力偏心、曲线内外轨偏载的影响； 3. 假设轨道及基础均处于线弹性范围，列车轮系作用下轨道各部件的应力、应变，等于各单独车轮作用下的应力、应变之代数和； 4. 视钢轨为连续弹性基础上的等截面无限长梁，梁的基础反力与各自弹性下沉之间成线性关系（文克尔假定）。 基本计算参数 1．钢轨抗弯刚度 EJ 钢轨材料的弹性模量 E与钢轨截面的惯性矩 J的乘积 EJ称之为钢轨抗弯刚度。 钢轨抗弯刚度的力学意义是：使钢轨产生单位曲率所需要的力矩。 对于 60kg/m钢轨， EJ=179。 103kN178。 m2，表示如果欲将钢轨弯成 1m1的单位曲率所需要的弯矩是 179。 103kN178。 m2。 2. 钢轨支座刚度 D 钢轨支座刚度 D直接表示了弹性点支撑梁模型的钢轨基础弹性特征，定义为使钢轨支座产生单位下沉时，所需要施加于支座上面的力，其量纲为力 /长度。 钢轨支座刚度 D，一般分解为轨下胶垫压缩变形刚度 Dr，轨枕道床及路基的刚度 Db，根据串联弹簧刚度的计算方法有： 1212DDD DD  （ 21） 式中 D—— 钢轨支座刚度（一股钢轨）； D1—— 钢轨下垫板刚度 ； D2—— 轨枕道床及路基组合刚度（一股钢轨）。 2. 钢轨基础弹性模量 u 把钢轨视为连续弹性基础上的无限长梁，使钢轨产生单位下沉时，需要在单位长度钢轨上施加于基础的均布荷载。 u 由下式计算： Du a （ 22） 式中 a —— 轨枕间距（ mm）。 D 的取值可参照表 22。 表 22 混凝土枕轨道 D 值 特重型、重型 次重型及以下 钢轨 轨枕、道床及路基 钢轨 轨枕、道床及路基 混凝土枕、橡胶垫板 300 700 220 420 宽枕、橡胶垫板 500 1200 轨道类型及检算部件 轨道特征 kN/cmD（ ） 10 注：在检算钢轨强度和检算轨枕、道床及路基强度时，分别采用不同的最不利 D 值。 轨道结构静力计算 1. 单个车轮作用下的计算 均匀连续弹性基础上的钢轨在车轮 0P 作用下挠曲曲线如图 23所示。 图 23 钢轨在车轮 0P 作用下挠曲曲线 挠曲曲线的微分方程（规定钢轨弯曲凹面向下时梁轴线的曲率为正）为   3 / 221 1MyEI y   式中  —— 挠曲曲线的曲率半径； E —— 钢轨钢的弹性模量； I —— 钢轨断面对其水平中和轴的惯性矩，各型钢轨 I 值。 由于钢轨承受荷载后的变形很小，分母中的  2y 项远比 1小，可忽略不计，于是得 M EIy （ 23） 以 I 表示钢轨内部的剪力，以 I 表示钢轨基础的反力强度，则 (3)dM EIydx    (4)dq EIydx   根据计算假设有 q yu ，于是得 (4)yu EIy 令 4 4uk EI （ 24） k 为钢轨基础与钢轨的刚比系数。 故有 4 44 40dy kydx  （ 25） 解此四阶齐次微分方程，得 钢轨下沉 00 (co s sin )2 kxPky e k x k xu  11 钢轨弯矩 2 00 2 (c os s in )4 kxPdyM EI e k x k xdx k     枕上压力 00 (c o s s in )2 kxP k aR q a a u y e k x k x    令 (c os sin )kxe k x k x ， (c o s sin )kxe k x k x 。