軌道工程課程設(shè)計--普速鐵路軌道結(jié)構(gòu)及無縫線路設(shè)計

1、<p>　　《軌道工程課程設(shè)計》</p><p>　　普速鐵路軌道結(jié)構(gòu)及無縫線路設(shè)計</p><p>　　姓 名： </p><p>　　學(xué) 號： </p><p>　　班 級： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p><b

2、>　　二0一三年五月</b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　一、設(shè)計任務(wù)書。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。1</p><p>　　二、計算說明書。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。2</p><p>　　1、結(jié)構(gòu)

3、選型說明。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。2</p><p>　　2、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度檢算。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。2</p><p>　　3、無縫線路設(shè)計。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。2</p><p>　　三、設(shè)計圖紙。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。14&

4、lt;/p><p>　　1、組裝結(jié)構(gòu)圖。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。14</p><p>　　2、軌道部件受力圖。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。15</p><p>　　3、無縫線路設(shè)計圖。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。16</p><p><b>　　四、小結(jié)

5、</b></p><p><b>　　設(shè)計任務(wù)書</b></p><p><b>　　1、設(shè)計出發(fā)資料</b></p><p>　?。ㄒ唬?、機(jī)車車輛條件：韶山Ⅲ（SS3）型電力機(jī)車；機(jī)車軸列式30-30，軸距布置為230+200+780+200+230 （cm），輪重112.8kN。</p>&l

6、t;p><b>　?。ǘ?、線路條件：</b></p><p>　?。?）線路設(shè)計速度80km/h，最小曲線半徑600m，實(shí)設(shè)超高</p><p>　　80mm，規(guī)劃采用有砟軌道結(jié)構(gòu)。</p><p>　?。?）線路鋪設(shè)成無縫線路，鋪設(shè)線路長度為10.4km，鋪設(shè)地區(qū)為長沙。</p><p>　?。?）道床頂面的容

7、許應(yīng)力為0.5MPa，路基頂面的容許應(yīng)力為0.15MPa。</p><p><b>　　2、設(shè)計任務(wù)</b></p><p>　?。?）進(jìn)行有砟軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計，包括鋼軌和扣件的選型，軌枕的類型及布置根數(shù)，道床的等級及尺寸，并確定強(qiáng)度是否滿足使用要求。</p><p>　　（2）進(jìn)行無縫線路設(shè)計，包括設(shè)計鎖定軌溫確定、軌條布置、緩沖區(qū)設(shè)計、預(yù)留軌縫

8、確定。</p><p><b>　　3、提交的成果</b></p><p>　?。ㄒ唬?、設(shè)計計算說明書 </p><p>　?。?）軌道結(jié)構(gòu)選型。</p><p>　?。?）軌道結(jié)構(gòu)強(qiáng)度檢算。</p><p>　　（3）無縫線路設(shè)計計算。</p><p><b>

9、　?。ǘ?、設(shè)計圖圖紙</b></p><p>　?。?）軌道結(jié)構(gòu)組裝圖及選型說明。（1張A4）</p><p>　　（2）軌道結(jié)構(gòu)受力圖（3張A4：鋼軌彎矩和撓度1張，軌枕三個支承狀態(tài)的彎矩分布，道床頂面、路基頂面、路基第二區(qū)域、路基第三區(qū)域應(yīng)力）。</p><p>　?。?）無縫線路設(shè)計圖（1張A4，基本溫度力圖、軌條布置圖及相關(guān)說明）。</p

10、><p><b>　　計算說明書</b></p><p><b>　　1、軌道結(jié)構(gòu)選型</b></p><p>　　根據(jù)《鐵路軌道設(shè)計規(guī)范》（TB10082-2005）和《地鐵設(shè)計規(guī)范》（GB50157-2003）確定軌道結(jié)構(gòu)如下：</p><p>　　鋼軌：60kg/m U71Mn 25m長標(biāo)準(zhǔn)

11、規(guī)</p><p>　　軌枕：Ⅱ型混凝土枕 1760根</p><p>　　扣件：彈條Ⅰ型扣件 剛度120kN/mm</p><p>　　道床：二級碎石道咋 面砟厚20cm 墊層厚20cm </p><p>　　邊皮坡度 1:1.75 頂面寬度3.5m</p><p><b>　　軌道

12、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度檢算</b></p><p>　?。ㄒ唬撥墢?qiáng)度檢算</p><p>　?。?）計算D、k、β值</p><p>　　由軌道結(jié)構(gòu)選型可知：扣件剛度D=120kN/mm</p><p>　　軌枕寬度b==262.5mm</p><p>　　道床支承剛度D===131.25kN/mm</p>

13、;<p>　　鋼軌支點(diǎn)剛度D===62.69kN/mm</p><p>　　軌枕間距a==568mm</p><p>　　鋼軌基礎(chǔ)彈性系數(shù)k===110.37N/</p><p>　　剛比系數(shù)β===0.00142</p><p>　　b——軌枕寬度（mm）</p><p>　　l—— 軌枕長度（mm）&

14、lt;/p><p>　　α——軌枕繞度系數(shù)，由于混泥土軌枕剛度比較大，所以α值取1.0；木枕取0.81-0.92</p><p>　　60kg/m的鋼軌對水平軸的慣性矩Ⅰ=3217×</p><p><b>　?。?）計算</b></p><p>　　韶山Ⅲ（SS3）型電力機(jī)車的兩個轉(zhuǎn)向架之間距離比較大，彼此影

15、 響小，可任選一個轉(zhuǎn)向架的車輪作為計算輪，同時由于三個車輪的輪 重相同，但輪距不同，所以要選1、2、3輪作為計算輪輛計算彎矩的 當(dāng)量荷載和計算位移的當(dāng)量荷載，計算結(jié)果見表1-1和 1-2。 的計算 表1-1</p><p>　　的計算

16、 表1-2</p><p>　　由表1-1可知，計算輪1的的最大值為109359，用其計算凈彎矩。</p><p>　　由表1-2可知，計算輪3的的最大值為108671，用其計算下沉靜位移。</p><p><b>　　計算最大凈彎矩M</b></p><p>　　M==×109359=19.

17、25kN/m</p><p>　　計算最大下沉靜位移y</p><p>　　y==×108671=0.699mm</p><p><b>　　計算最大靜壓R</b></p><p>　　R==×108671=43.82kN</p><p><b>　?。?）計算動彎矩

18、M</b></p><p>　　計算電力機(jī)車運(yùn)行條件下軌底彎曲應(yīng)力的速度系數(shù)公式為：</p><p><b>　　===0.48</b></p><p>　　欠超高為：=11.8-80=11.8×-80=46mm</p><p>　　偏載系數(shù)：=0.002=0.002×46=0.092&l

19、t;/p><p>　　查課本表7-5的R=600m時的橫向水平系數(shù)f=1.60</p><p>　　所以M=M（1++）f=19253345×（1+0.48+0.092）×1.60=48.43kN/m</p><p><b>　　計算動位移y</b></p><p>　　y=y（1++）=0.699

20、15;（1+0.48+0.092）=1.10mm</p><p><b>　　計算動壓力R</b></p><p>　　R=R(1++）=43825×（1+0.48+0.092）=68.89kN</p><p>　　計算鋼軌的動彎應(yīng)力和</p><p>　　查課本表7-1的60kg/m鋼軌W=396000，W=

21、339400，則得軌底和軌頭應(yīng)力分別為：</p><p>　　軌底：===122.29MPa</p><p>　　軌頭：===142.68MPa</p><p>　　查課本表7-6得25m長的60kg/m鋼軌溫度=51MPa，則得鋼軌的基本應(yīng)力分別為：</p><p>　　軌底：+=122.29+51=173.29MPa</p>

22、<p>　　軌頭：+=142.68+51=193.68MPa</p><p>　　U71Mn鋼軌的屈服極限=457MPa，安全系數(shù)K=1.3</p><p>　　所以鋼軌允許應(yīng)力為：[]===351MPa</p><p>　　上述軌底和軌頭的基本應(yīng)力均小于允許應(yīng)力[]，所以符合鋼軌的強(qiáng)度檢算要求。</p><p><b>

23、;　　、軌枕彎矩的檢算</b></p><p><b>　　計算D、k、β值</b></p><p>　　由軌道結(jié)構(gòu)選型知扣件剛度D=120kN/mm</p><p>　　軌枕寬度b==262.5mm</p><p>　　道床支承剛度D===196.88kN/mm</p><p>　　

24、鋼軌支點(diǎn)剛度D===74.56kN/mm</p><p>　　鋼軌基礎(chǔ)彈性系數(shù)k===131.27N/</p><p>　　剛比系數(shù)β===0.00148</p><p>　　60kg/m的鋼軌對水平軸的慣性矩Ⅰ=3217×</p><p>　　計算軌枕反力的當(dāng)量荷載</p><p>　　韶山Ⅲ（SS3）型電

25、力機(jī)車的兩個轉(zhuǎn)向架之間距離比較大，彼此影 響小，可任選一個轉(zhuǎn)向架的車輪作為計算輪，同時由于三個車輪的輪 重相同，但輪距不同，所以要選1、2、3輪作為計算輪輛計算軌枕反力的當(dāng)量荷載，計算結(jié)果見表1-3。</p><p>　　的計算 表1-2</p><

26、;p>　　由表1-3知，計算輪1的的最大值為108423，用其計算。</p><p>　?。?）計算軌枕上的動壓力R</p><p>　　速度系數(shù):===0.36</p><p>　　偏載系數(shù)：=0.002=0.002×46=0.092</p><p>　　R=R(1++）=（1+0.36+0.092）×=1.452

27、××108423=66171N</p><p><b>　　計算軌枕彎矩</b></p><p>　　對于Ⅱ型軌枕，其L=2500mm，a=500mm，e=950</p><p>　　60kg/m軌底寬b=150mm</p><p>　　軌下截面正彎矩：M=（-）R=（-）×66171=7.

28、47kN/m</p><p><b>　　軌枕中間截面彎矩：</b></p><p>　　當(dāng)軌枕中間部分支承時：</p><p>　　M=-[]R=-( )×66171=-6.27kN/m</p><p><b>　　當(dāng)軌枕全部支承時：</b></p><p>　　

29、M=-（）R=-（）×66171=-8.27kN·m</p><p>　　、道床頂面應(yīng)力的檢算</p><p>　　對于Ⅱ型軌枕，對于中部600mm不支承在道床上時了，=950mm，中部支承在道床上時=1175mm，b=275mm，所以按照上述兩種支承情況可算得道床頂面應(yīng)力為:</p><p>　　==1.6=0.405MPa或</p>

30、;<p>　　==1.6=0.328MPa</p><p>　　m——道床應(yīng)力分布不均勻系數(shù)，取m=1.6</p><p>　　由設(shè)計資料知道道床頂面的容許應(yīng)力為0.5MPa</p><p>　　所以=0.405MPa<[]=0.50MPa</p><p>　　道床頂面應(yīng)力滿足強(qiáng)度條件。</p><p&

31、gt;　　、路基面道床應(yīng)力驗算</p><p>　　h===196.4mm</p><p>　　h===839.0mm</p><p>　　由軌道結(jié)構(gòu)選型知道道床面砟厚20mm，低砟厚20mm</p><p>　　所以道床的計算厚度為：h=200+=300mm</p><p>　　可以看出道床計算厚度在h和h之間，則路

32、基面道床應(yīng)力為：</p><p>　　===0.134MPa</p><p>　　所以=0.134MPa<[]=0.15MPa，符合強(qiáng)度要求。</p><p><b>　　無縫線路設(shè)計</b></p><p>　　、根據(jù)鋼軌強(qiáng)度條件確定容許溫降</p><p>　　由鋼軌的強(qiáng)度檢算知=122

33、.29MPa，[]=351MPa，制動應(yīng)力=10MPa</p><p>　　所以鋼軌的容許溫降：</p><p>　　[]===88.3°C</p><p>　　其中：E——鋼的彈性模量，取2.1×MPa</p><p>　　——鋼軌的線膨脹系數(shù)，取0.0118°C·mm/m</p>&l

34、t;p>　?。?）根據(jù)斷縫容許值確定允許溫降</p><p>　　查道床縱向阻力表的Ⅱ型混凝土枕，1760根/km的道床縱向阻力為10.9N/mm，查表2-1知60kg/m的鋼軌截面面積F=77.45</p><p>　　[]===58.0°C</p><p>　　比較強(qiáng)度條件和斷縫條件的允許溫降，選擇較小值作為無縫線路的允許溫降，即[]=58.0&

35、#176;C</p><p>　　根據(jù)穩(wěn)定性條件確定允許溫升</p><p>　　采用不等波長計算確定無縫線路的允許溫升</p><p><b>　　=4EI（+）</b></p><p>　　E——鋼軌彈性模量E=2.1×N/；</p><p>　　I——鋼軌對豎直軸的慣性矩，I=2J

36、根據(jù)設(shè)計所選的鋼軌類型查教材表2-1確定；</p><p>　　f——變形曲線矢度，取為0.02cm；</p><p>　　——變形曲線的矢長；</p><p>　　i——初始變形矢長比（取為0.001），i=，為初始彎曲矢度，=7.2cm，=720cm；</p><p>　　上式中，、B、C、Z和N為道床橫向阻力系數(shù)，查教材表8-6；G和K

37、為積分常數(shù)。</p><p>　　將所查的參數(shù)帶入上式簡化計算</p><p>　　上式中，H為扣件阻矩系數(shù)，對彈條型扣件，螺栓扭矩為100N·m時，則H=2.2×，=2；為積分常數(shù)，為方便計算，上式可簡化為=1953.39</p><p>　　上式中，R——曲線半徑，單位為cm；</p><p><b>　　允

38、許溫升[]=</b></p><p>　　列表計算不同對應(yīng)的值，從中求得，計算結(jié)果如下表1-4</p><p>　　60kg/m鋼軌，R=60000cm穩(wěn)定性計算表 表1-4</p><p>　　由表1-4所計算結(jié)果可以看出，當(dāng)=500cm時，計算所得的P值最小，即=1.76363×，可計算得到在條件下的溫升：</p&g

39、t;<p>　　允許溫升的確定應(yīng)考慮溫度力的縱向分布不均勻因素，所以減去；</p><p>　　半徑小于2000m時，允許鋪設(shè)溫度不做修正，而根據(jù)設(shè)計資料知，線路半徑R=600m，所以最終允許溫升為：[]=</p><p>　　中和軌溫（設(shè)計鎖定軌溫）的確定</p><p>　　查課本表8-2知長沙地區(qū)一年內(nèi)最高軌溫，最低軌溫。</p>

40、<p>　　所以設(shè)計鎖定軌溫為：</p><p><b>　　=</b></p><p>　　為了方便施工時操作，設(shè)計鎖定軌溫取為整數(shù)，所以設(shè)計鎖定軌溫范圍確定為</p><p>　　(4）計算伸縮區(qū)長度及檢算溫度壓力峰</p><p>　　維修規(guī)則規(guī)定，無縫線路鋼軌接頭采用10.9級螺栓，扭矩應(yīng)保持為700-

41、900N·m，取扭矩為900N·m。</p><p>　　查課本表8-3得鋼軌接頭阻力，查得道床阻力</p><p><b>　　最大溫度拉力為：</b></p><p><b>　　最大溫度壓力：</b></p><p><b>　　伸縮區(qū)長度：</b>&

42、lt;/p><p>　　取為25m的整數(shù)倍，所以伸縮區(qū)長度為50m。</p><p><b>　　溫度力峰值位置：</b></p><p><b>　　壓力峰值：</b></p><p>　　由前面計算結(jié)果知無縫線路溫度的允許溫度力為[]=1763.63</p><p>　　可以

43、容易看出=808.95<[]=1763.63</p><p>　　所以壓力峰處的軌道穩(wěn)定性滿足要求。</p><p><b>　　計算預(yù)留軌逢</b></p><p>　　冬天長軌條一端的伸縮量：</p><p>　　冬天緩沖軌一端的伸縮量：</p><p>　　長軌條和緩沖軌之間鋼軌接頭的

44、接縫擴(kuò)大量為：</p><p>　　緩沖軌和緩沖軌之間的鋼軌接頭的軌逢擴(kuò)大量為：</p><p>　　夏天長軌條一端的伸縮量：</p><p>　　夏天緩沖軌一端的伸縮量：</p><p>　　長軌條和緩沖軌之間鋼軌接頭的軌逢擴(kuò)大量為：</p><p>　　緩沖軌和緩沖軌之間鋼軌接頭的軌逢擴(kuò)大量為：</p>

45、<p>　　所以長軌條和緩沖軌之間鋼軌接頭的預(yù)留縫寬度需滿足：</p><p>　　<，即0.59<<14-10.15=3.85 取=3</p><p>　　緩沖軌和緩沖軌之間鋼軌接頭的預(yù)留縫寬度需滿足：</p><p>　　，即0.5614-6.54=7.46，取</p><p><b>　　防爬設(shè)

46、備確定</b></p><p>　　在無縫線路伸縮區(qū)上，因鋼軌要產(chǎn)生伸縮，必須有足夠的接頭阻力，和道床阻力與長鋼軌中的溫度力平衡，如果接頭阻力和道床阻力較小，就會造成較長的伸縮區(qū)長度，增加無縫線路養(yǎng)護(hù)的難度。為充分發(fā)揮道床阻力的作用，在無縫線路結(jié)構(gòu)設(shè)計時，要保證扣件阻力大于道床阻力。如扣件阻力不足，則需要安裝防爬器以增大鋼軌與軌枕之間的阻力。目前采用彈條扣件的混凝土枕，由于扣件阻力較大，一般不設(shè)防爬器

47、。而本線路采用的正是Ⅰ型彈條扣件混凝土枕，所以本線路不需要安裝防爬設(shè)備。</p><p><b>　　長軌條的配置與布置</b></p><p>　　長軌條長度用1000m和1500m，在長軌條之間，道床與長軌之間，絕緣接頭處，設(shè)置緩沖區(qū)，緩沖區(qū)設(shè)置4根同類型的25m長標(biāo)準(zhǔn)軌。布置見附圖。</p><p>　　鋪設(shè)該無縫線路材料清單</p