课程设计：无缝线路设计 23页

课程名称：轨道工程设计题目：无缝线路课程设计院系：土木工程系专业：詹天佑班年级：2009姓名：白越学号：20097025指导教师：西南交通大学峨眉校区2012年12月23日 课程设计任务书专业詹天佑班姓名白越学号20097025开题日期：2012年10月1日完成日期：2012年11月23日题目无缝线路课程设计一、设计的目的掌握轨道结构竖向受力计算及锁定轨温的确定、轨道结构强度检算、无缝线路结构计算二、设计的内容及要求第一部分轨道结构竖向受力计算及锁定轨温的确定1.1静力计算1.2轨道动力响应的准静态计算1.3动弯矩和动反力计算1.4钢轨弯曲应力计算1.5无缝线路稳定允许温度力和允许温升计算；1.6设计锁定轨温的确定第二部分轨道结构强度检算2.1钢轨基本应力检算2.2轨枕弯矩检算2.3道床及路基顶面应力检算；第三部分无缝线路结构计算；3.1轨条长度及缓冲区的设计3.2伸缩区长度3.3绘制温度力分布图并标注主要位置的数值；3.4预留轨缝设计；三、指导教师评语四、成绩指导教师(签章)年月日 无缝线路线路设计一、设计原始资料1、铺设地点：锦州2、钢轨类型：60kg/m3、轨枕类型：I型4、轨枕间距：1760根/km5、扣件类型：I型6、道床类型及肩宽：60轨肩宽40cm，厚度50cm7、钢轨接头螺栓扭矩值：60轨800N·m8、道床纵向阻力：混凝土轨枕8.7N/mm单根轨枕的道床纵向阻力：10000N9、设计区最小半径：R=500m10、轨下各结构层刚度（应将胶垫、道床、路基刚度按照串联弹簧方式进行换算。轨下基础刚度：选为特重型：钢轨为350KN/cm，轨枕、道床及基床为800KN/cm11、设计最高行车速度100Km/h12、荷载组合：1机车+1车辆13、机车类型机车类型静轮重（KN）轮1至前轮中心距离（m）轮2至前轮中心距离（m）轮3至前轮中心距离（m）轮4至前轮中心距离（m）轮5至前轮中心距离（m）轮6至前轮中心距离（m）轮7至前轮中心距离（m）轮8至前轮中心距离（m）构造速度Km/hDF811001.81.88.41.81.800100C621001.51.86.91.75二、无缝线路的设计计算1、轨道结构竖向受力计算及锁定轨温的确定机车通过曲线轨道的允许速度的确定：对于新建线路，通过R=500m曲线轨道时的机车允许速度可按来计算，得 ，DF8机车构造速度=100km/h，故取最大96.15km/h来检算各部件的强度。DF8机车前后有两个转向架，每个转向架为三个轴，前后转向架最近轴距为8.4，当轴距大于5m以上时，相邻轮子影响很小，可以不计。因此，寻找引起最大弯矩的最不利轮位时，只要用一个转向架的三个轴分别做为计算轮来求最不利轮位。而且，还应注意到转向架的三个轴轮重一样，轴距亦相同，所以1、3轮引起的弯矩应当相同，只要考虑其中一个即可。这样，只要在1、2轮中找最不利轮。计算时列表进行。作用如下图：（1）计算k值I型钢筋混凝土枕：1760根∕钢轨支座刚度D： 查表得混凝土枕、橡胶垫板重型特重型D=轨枕间距，因此：这里新轨对水平轴的惯性矩。（2）计算分别以动1、动2为计算轮，计算，（值是根据值，查表可得）列表进行（见下表），由表中看出，动1（或动3）轮为最大，也就是最不利轮位，以它作为计算弯矩的依据见下表：其中：μ=，kx为弧度值。 计算轮项目轮位∑Pμ(N)DF8-1DF8-2DF8-3DF8-4DF8-5DF8-6C62-1C62-2C62-3C62-4DF8-1P(N)11000011000011000011000011000011000010000010000010000010000094037.6x(mm)01800360012000138001560017100189002580027550βx02.21224.424414.74816.960219.172421.015923.228131.708233.85895μ1-0.15320.008085-5.4814E-072.74201E-082.97585E-09-1.0365E-095.04113E-111.13509E-14-2.7805E-15Pμ(N)110000-16851.7889.3452-0.06030.0030160.000327-0.00015.04113E-061.13509E-09-2.7805E-10　　　DF8-2P(N)11000011000011000011000011000011000010000010000010000010000076296.92x(mm)18000180010200120001200013500153002220023950βx2.212202.212212.535814.74814.74816.591518.803727.283829.43455μ-0.15321-0.15323.70382E-06-5.4814E-07-5.4814E-078.63099E-097.12337E-09-1.9593E-128.52817E-14Pμ(N)-16851.7110000-16851.70.40742-0.0603-0.06030.0008630.000712-1.9593E-078.52817E-09　　　DF8-3P(N)11000011000011000011000011000011000010000010000010000010000097523.36x(mm)4300200008400102001200013500153002220023950βx5.28472.458010.323612.535814.74816.591518.803727.283829.43455μ0.007006-0.1204415.25782E-063.70382E-06-5.4814E-078.63099E-097.12337E-09-1.9593E-128.52817E-14 Pμ(N)770.6484-13248.21100000.578360.40742-0.06030.0008630.000712-1.9593E-078.52817E-09　　　DF8-4P(N)11000011000011000011000011000011000010000010000010000010000074828.44x(mm)1080090007200018003600150033001020011950βx13.273211.0618.848802.21224.42441.84354.055712.535814.68655μ1.90915E-071.67071E-05-0.00021-0.15320.008085-0.195040.0031453.70382E-06-5.7546E-07Pμ(N)0.0210011.837776-21.8438110000-16851.7889.3452-19504314.45370.370382-0.05755　　　DF8-5P(N)11000011000011000011000011000011000010000010000010000010000080407.19x(mm)140001220010400200001800330051001200013750βx17.20614.993812.78162.45802.21224.05576.267914.74816.89875μ3.11538E-08-4.342E-072.14659E-06-0.120441-0.15320.0031450.001925-5.4814E-072.555E-08Pμ(N)0.003427-0.047760.236125-13248.2110000-16851.7314.4537192.4968-0.054810.002555　　　DF8-6P(N)11000011000011000011000011000011000010000010000010000010000083504.87x(mm)161001430012500410023000150033001020011950βx19.786917.574715.36255.03892.826701.84354.055712.535814.68655 μ-5.46E-102.90856E-08-2.724E-070.008217-0.074631-0.195040.0031453.70382E-06-5.7546E-07Pμ(N)-6.006E-050.003199-0.02996903.8863-8209.76110000-19504314.45370.370382-0.05755　　　C62-1P(N)11000011000011000011000011000011000010000010000010000010000047265.16x(mm)15600138001200036001800150001800870010450βx19.172416.960214.7484.42442.21221.843502.212210.692312.84305μ2.97585E-092.74201E-08-5.4814E-070.008085-0.1532-0.195041-0.15321.48974E-051.82151E-06Pμ(N)0.0003270.003016-0.0603889.3452-16851.7-21454.4100000-15319.71.4897370.182151　　　C62-2P(N)11000011000011000011000011000011000010000010000010000010000085178.47x(mm)1890017100153006900510033001800069008650βx23.228121.015918.80378.48016.26794.05572.212208.480110.63085μ5.04113E-11-1.0365E-097.12337E-09-0.000290.0019250.003145-0.15321-0.000291.39526E-05Pμ(N)5.54524E-06-0.000110.000784-31.8797211.7465345.899-15319.7100000-28.98161.395261　　　C62-3P(N)11000011000011000011000011000011000010000010000010000010000083858.03x(mm)2580024000222001380012000102008700690001750 βx31.708229.49627.283816.960214.74812.535810.69238.480102.15075μ1.13509E-149.25664E-14-1.9593E-122.74201E-08-5.4814E-073.70382E-061.48974E-05-0.000291-0.16115Pμ(N)1.2486E-091.01823E-08-2.1553E-070.003016-0.06030.407421.489737-28.9816100000-16114.8　　C62-4P(N)11000011000011000011000011000011000010000010000010000010000083886.69x(mm)27550257502395015550137501195010450865017500βx33.8589531.6467529.4345519.1109516.8987514.6865512.8430510.630852.150750μ-2.7805E-151.34268E-148.52817E-143.54821E-092.555E-08-5.7546E-071.82151E-061.39526E-05-0.161151Pμ(N)-3.0585E-101.47695E-099.38099E-090.000390.002811-0.06330.1821511.395261-16114.8100000 （3）计算静弯矩M。由上表可知，计算轮3的∑Pμ=为其中的最大值，用此值来计算静弯矩。（4）计算动弯矩M。计算内燃机车运行条件下钢轨轨底弯曲应力时，速度系数为：由计算偏载系数的公式，式中=75mm，测得A．查表6-4得R时，横向水平力系数f=1.70，则为B．在直线地段上，横向水平力系数，∴（5）计算动弯应力新轨截面模量则得轨底和轨头应力为：A．曲线轨底动弯拉应力：曲线轨头动弯压应力：B．直线轨底动弯拉应力 直线轨头动弯压应力（6）钢轨强度检算查表得25m长的75kg/m钢轨的温度力。对于U71钢轨，屈服极限，新轨的安全系数，因此，允许应力A、曲线轨底轨头B、直线轨底轨头所以东风8型机车通过改曲线时，钢轨强度满足要求。2、混凝土轨枕强度检算（1）计算、k值计算I型混凝土轨枕弯矩、道床应力查表得：胶垫+道床+路基换算后的总的支撑刚度（2）计算列表（见下表）计算，动轮1为最大，是最不利轮位。表中，其中kx为弧度值。 计算轮项目轮位∑Pμ(N)DF8-1DF8-2DF8-3DF8-4DF8-5DF8-6C62-1C62-2C62-3C62-4DF8-1P(N)110000110000110000110000110000110000100000100000100000100000106323.6x(mm)01800360012000138001560017100189002580027550βx02.7185.43618.1220.83823.55625.82128.53938.95841.60051-0.03304-0.000381.06619E-094.53321E-10-5.9201E-118.60092E-12-4.948E-131.51584E-17-1.212E-18(N)110000-3634.58-41.85090.0001174.98654E-05-6.5121E-068.60092E-07-4.948E-081.51584E-12-1.212E-13　　DF8-2P(N)110000110000110000110000110000110000100000100000100000100000102542.4x(mm)18000180010200120001200013500153002220023950βx2.734202.734215.493818.22818.22820.506523.240733.721836.38005-0.03391-0.0339-1.4275E-072.7969E-092.7969E-091.13058E-09-1.0201E-101.61024E-16-1.1411E-16(N)-3728.77110000-3728.77-0.01570.0003080.0003080.000113-1.0201E-051.61024E-11-1.1411E-11　　DF8-3P(N)110000110000110000110000110000110000100000100000100000100000110259.9x(mm)4300200008400102001200013500153002220023950βx4.94932.30209.668411.740213.81215.538517.610325.5522 27.56645-0.005230.0076651-7.6641E-05-4.5926E-071.27152E-06-1.4586E-07-1.3943E-081.05581E-11-1.1682E-13(N)-574.94843.149110000-8.43046-0.050520.139867-0.01459-0.001391.05581E-06-1.1682E-08　　DF8-4P(N)110000110000110000110000110000110000100000100000100000100000107181.4x(mm)1080090007200018003600150033001020011950βx16.30813.5910.87202.7185.4362.2654.98315.40218.0445-1.1496E-071.72191E-06-2.1177E-051-0.03304-0.000380.013372-0.00477-1.335E-07-4.0494E-10(N)-0.012650.18941-2.32951110000-3634.58-41.85091337.225-477.199-0.01335-4.0494E-05　　DF8-5P(N)110000110000110000110000110000110000100000100000100000100000101262.4x(mm)140001220010400200001800330051001200013750βx21.1418.42215.7043.0202.7184.9837.70118.1220.76256.12513E-114.94681E-09-1.507E-07-0.042521-0.03304-0.004770.0005161.06619E-095.83189E-10(N)6.73764E-060.000544-0.01658-4677.38110000-3634.58-477.19951.602670.0001075.83189E-05　　 DF8-6P(N)110000110000110000110000110000110000100000100000100000100000106726.3x(mm)161001430012500410023000150033001020011950βx24.31121.59318.8756.1913.47302.2654.98315.40218.0445-1.4214E-12-2.2381E-106.50827E-090.001851-0.0394310.013372-0.00477-1.335E-07-4.0494E-10(N)-1.5635E-07-2.4619E-050.000716203.5633-4337.31100001337.225-477.199-0.01335-4.0494E-05　　C62-1P(N)11000011000011000011000011000011000010000010000010000010000094490.62x(mm)15600138001200036001800150001800870010450βx23.55620.83818.125.4362.7182.26502.71813.13715.7795-5.9201E-114.53321E-101.06619E-09-0.00038-0.033040.0133721-0.033042.72329E-06-1.4997E-07(N)-6.5121E-064.98654E-050.000117-41.8509-3634.581470.947100000-3304.160.272329-0.015　　C62-2P(N)11000011000011000011000011000011000010000010000010000010000096219.3x(mm)1890017100153006900510033001800069008650βx28.53925.82123.10310.4197.7014.9832.718010.41913.0615-4.948E-138.60092E-12-1.2401E-10-4.1311E-050.000516-0.00477-0.033041-4.1311E-052.88017E-06 (N)-5.4428E-089.46101E-07-1.3641E-05-4.5441756.76294-524.918-3304.16100000-4.131060.288017　　C62-3P(N)11000011000011000011000011000011000010000010000010000010000097153.16x(mm)2580024000222001380012000102008700690001750βx38.95836.2433.52220.83818.1215.40213.13710.41902.64251.51584E-17-1.6099E-169.67627E-164.53321E-101.06619E-09-1.335E-072.72329E-06-4.1311E-051-0.02843(N)1.66742E-12-1.7709E-111.06439E-104.98654E-050.000117-0.014680.272329-4.13106100000-2842.97　　C62-4P(N)11000011000011000011000011000011000010000010000010000010000097157.3x(mm)27550257502395015550137501195010450865017500βx41.600538.882536.164523.480520.762518.044515.779513.06152.64250-1.212E-181.69323E-17-1.8952E-16-6.842E-115.83189E-10-4.0494E-10-1.4997E-072.88017E-06-0.028431(N)-1.3332E-131.86255E-12-2.0847E-11-7.5262E-066.41508E-05-4.4544E-05-0.0150.288017-2842.97100000 最大的 （3）计算枕上动压力RdDF8型内燃机车，计算枕上压力时，速度系数及偏载系数为：A、曲线考虑横向水平力系数，则B、直线不考虑横向水平力系数，则（4）轨枕弯矩计算对于I型轨枕轨的轨底宽，代入上式：轨下截面正弯矩枕中截面负弯矩A、曲线地段(B、直线地段( 3、道床顶面强度检算对于I型轨枕，中部600mm不支承在道床上时，，中部支承在道床上时，有效支承长度，轨枕底面平均宽度为，因此按照上述两种支承情况可算得道床顶面压应力为：曲线道床顶面压应力为或：，满足强度要求。4、路基顶面道床压应力的检算由原始资料可知，道床计算厚度。所以，该轨道路基顶面处于与之间，按式计算。则路基顶面应力：A、曲线地段B、直线地段允许应力，因此，满足强度要求： 5、无缝线路允许温度力、允许温升计算及锁定轨温确定（1）无缝线路结构计算参数因为，由已知资料得安全系数k=1.3则要求钢轨所承受的各种应力总和不超过规定的容许值，即在R=500m的曲线制动地段：钢轨的线膨胀系数，钢轨承受的制动应力允许升温允许降温（2）无缝线路稳定性条件计算试算曲线地段值。当时，，，允许轨道变形矢度，竖直惯性矩，轨道框架刚度的换算系数，等效道床横向阻力查表得原始弯曲的圆曲线的合成曲率：求Pn、[P] （3）无缝线路类型：计算参数：无缝线路铺设地点在锦州，查表得当地：最高轨温61.0，最低轨温-20.6故中间轨温20.2，最大轨温差81.6.采用温度应力式无缝线路。轨条长度应考虑线路平、纵面的条件，道岔，道口，桥梁，隧道所在位置，原则上按闭塞区间长度设计轨条长度，本此设计取2000m，且在长轨条、道岔与长轨之间、绝缘接头处，需设置缓冲区。缓冲区设置4根同类型的25m长标准轨（4）设计锁定轨温6、伸缩区长度的计算计算参数：设计锁定轨温钢轨接头阻力（扭矩为）道床纵向阻力扣件阻力F=16kN最大温升最大温降 取取整为缓冲轨长度的整倍数得7、施工预留轨缝设计（1）缓冲轨间预留轨缝温度力分布图：长轨条一端的收缩量为：普通轨一端的收缩量： 冬天长钢轨与普通轨之间钢轨接头的轨缝扩大量为=3.8mm普通轨之间钢轨接头的轨缝扩大量为=0.6mm，长轨条一端的伸长量：普通钢轨一端伸长量：夏天长钢轨的伸长量为，普通钢轨的伸长量，则长钢轨和普通钢轨之间钢轨接头的轨缝缩小量为，普通轨之间钢轨接头的缩短量为，取构造轨缝为8mm，则长钢轨与普通钢轨之间预留轨缝，普通钢轨之间预留轨缝分别为取无缝线路缓冲区布置图如下所示：计算结果汇总：设计锁定轨温：伸缩区长度：施工预留轨缝：