无缝线路理论知识(3)

铁路无缝线路 钢轨温度力 伸缩位移 轨温变化 纵向受力分析

轨枕测得的结果大得多，对钢筋混凝土枕轨道，平均阻力可提高80%。

另外，线路的养护维修作业在一定程度上破坏了道床原状，使道床纵向阻力降低，需要通过一定时间的列车碾压后，才能恢复到原有的阻力值。

温度力图

温度力沿长钢轨的纵向分布，常用温度力图来表示，故温度力图实质是钢轨内力图。温度力图的横坐标轴表示钢轨长度，纵坐标轴表示钢轨的温度力(拉力为正，压力为负)。钢轨内部温度力和钢轨外部阻力随时保持平衡是温度力纵向分布的基本条件。一根焊接长钢轨沿其纵向的温度力分布并不是均匀的。它不仅与阻力和轨温变化幅度等因素有关，而且还与轨温变化的过程有

关。

(一)约束条件

1．接头阻力的约束

为简化计算，通常假定接头阻力PH为常量。无缝线路长轨条锁定后，当轨温发生变化，由于有接头的约束，长轨条不产生伸缩，只在钢轨全长范围内产生温度力Pt，这时有多大温度力作用于接头上，接头就提供相等的阻力与之平衡。当温度力Pt大于接头阻力PH时，钢轨才能开始伸缩。因此在克服接头阻力阶段，温度力的大小灯油接头阻力，即

(5-7)

式中 ΔtH--接头阻力能阻止钢轨伸缩的轨温变化幅度。

2．道床纵向阻力的约束

接头阻力被克服后，当轨温继续变化时，道床纵向阻力开始阻止钢轨伸缩。但道床纵向阻力的产生是体现在道床对轨枕的位移阻力，随着轨枕位移的根数的增加，相应的阻力也增加。为计算方便，常将单根钢轨的阻力换算为钢轨单位长度上的阻力r，并取为常量，由上述特征可见，道床纵向阻力是以阻力梯度r的形式分布。故在克服道床纵向阻力阶段，钢轨有少量伸缩，钢轨内部温度力放散，因而各截面的温度力并不相等，以斜率r分布。 (二)基本温度力图

无缝线路所顶以后，轨温单向变化时，温度力沿钢轨纵向分布的规律，称为基本温度力图。先以降温为例说明，图5-4即为基本温度力图。

1．当轨温t等于锁定轨温t0时，钢轨内部无温度力，即Pt=0，如图中A-A'线。

图5-4 基本温度力图

2．当t－t0≤ΔtH 时，轨端无位移，温度力在整个长轨条内均匀分布，Pt= PH，图中B-B'线。

3．当t－t0＞ΔtH时，道床纵向阻力开始发挥作用，轨端开始产生收缩位移，同时在x长度范围内放散部分温度力，图中BC、B'C'范围内任意截面的温度力Pt= PH+r x。 4．当t将到最低轨温Tmin时，钢轨内产生最大温度拉力maxPt拉，这时x达到最大值，即为伸缩区长度。如图中D-D'线。此时maxPt拉和ls可按下式计算。

式中 Δt拉max--最大降温幅度。

(三)轨温反向变化时的温度力图

上面分析了轨温从t0下降到Tmin时，温度力纵向变化的情况。实际上轨温是要随气温循环往复变化的，这时温度力的变化会与前述正向变化有所不同，且与锁定轨温t0的取值有关。t0可能有大于、等于或小于当地中间轨温t中的三种情况，则温度力分布图也会有三种不同情况。

图5-5 轨温反向变化时的温度力图

铁路无缝线路 钢轨温度力 伸缩位移 轨温变化 纵向受力分析

现以常见的t0＞ t中情况进行分析。如图5-5所示，轨温由t0下降到Tmin时，温度力图为ABCDD'(由于温度力图左右对称，图中仅画出了左侧部分)。当轨温开始回升时，温度力的变化情况如

下。

1．当Tmin－t≤ΔtH时，这时轨温回升，钢轨想伸厂，首先仍然遇到接头阻力的抵抗，钢轨全长范围内温度拉力减小，温度力图平行下移PH值，接头处的温度拉力变为零。温度力分布如图中

AEE'。

2．当ΔtH≤Tmin－t≤2ΔtH时，这时接头阻力反向起作用，温度力图继续平行下移PH值，此时接头处承受温度压力，固定区仍为温度拉力，如图中FGG'所示。

3．当Tmin－t≥2ΔtH时，正、反接头阻力已被完全克服完，钢轨要开始伸长，这时道床纵向阻力起作用，使得部分长度上温度力梯度反向，在伸缩区温度压力以斜率r而增加，如图中FT所

示。

4．当t=Tmin时，固定区温度压力达到maxPt后。这时由于Δt拉max＞Δt压max，固定区温度力平行下移到HH'，则HN与FT的交点，出现了温度压力峰P峰，其值大于固定区的温度压力。温度压力峰等于固定区最大温度拉力与最大温度压力的平均值，即

(5-10)

上式说明，温度压力峰的大小与锁定轨温无关。

上式说明，温度压力峰的位置相当于中间轨温锁定时的伸缩区终点。

在取锁定轨温等于或小于中间轨温时，则不会在伸缩区出现温度压力峰。

(四)轨端伸缩量的计算

从温度力图中可知，无缝线路长轨条中部承受大小相等的温度力，钢轨不能伸缩，称为固定区。在两端，温度力是变化的，在克服道床纵向阻力阶段，钢轨有少量的伸缩，称为伸缩区。伸缩区两端的调节轨称为缓冲区。在设计中要对缓冲区的轨缝进行计算，因此需对长轨及标准轨端的伸缩量进行计算。

1． 长轨一端的伸缩量

由温度力图5-6可见，其中阴影部分为克服道床纵向阻力阶段释放的温度力，从而实现了钢轨伸缩。由材料力学可知，轨端伸缩量λ长与阴影线部分面积的关系为：

(5-12)

图5-6 长轨条轨端伸缩量计算图

图5-7 标准轨轨端伸缩量计算图

2．标准轨一端的缩量

标准轨轨端伸缩量λ短计算方法与λ长基本相同。标准轨的温度力图如图5-7所示。由于标准轨现长度短，随着轨温的变化，在克服完接头阻力后，在克服道床纵向阻力时，由于轨枕根数有限，很快被全部克服，以后，钢轨可以自由伸缩，温度力得到释放。在标准轨内最大的温度力只有PH+r l/2 (l为标准轨长度)。标准轨一端温度力；释放的面积为阴影线部分BCGH。同理，可得到轨端伸缩量λ短计算公式：

(5-13)

式中 maxPt为从锁定轨温到最低或最高轨温时所产生的温度力。

铁路无缝线路 钢轨温度力 伸缩位移 轨温变化 纵向受力分析

第三节 无缝线路稳定性分析

稳定性概念

无缝线路作为一种新型轨道结构，其最大特点是在夏季高温季节在钢轨内部存在巨大的温度压力，容易引起轨道横向变形。在列车动力或人工作业等干扰下，轨道弯曲变形有时会突然增大，这一现象常称为胀轨跑道，在理论上称为丧失稳定。这将严重危及行车安全。

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