轨道课设实例

轨道工程课程设计-1-目录1.设计目的及意义.....................................................................32.设计参数..............................................................................33.设计理论..............................................................................84.计算过程..............................................................................225.验算过程..............................................................................286.结束语.................................................................................307.参考文献..............................................................................30轨道工程课程设计-2-路基上无缝线路课程设计(海滨学院土木工程1212班张波，学号:12121467)1.设计目的及意义铁路轨道是土木工程中的一门重要学科，是从事城市轨道交通和铁路结构设计、施工以及管理等方面的重要基础课。无缝线路是上个世纪开始着手研究的一种轨道线路。与普通线路相比，无缝线路消灭了大量的接头，具有行车平稳、旅客乘坐舒适、机车车辆和轨道的维修费用少、使用寿命长等一系列优点。随着新建铁路路基建筑质量的提高及工后沉降大幅度降低、道床密实度及稳定性达到设计开通速度要求，新线上可以实现一次铺设跨区间无缝线路，消除了普通线路接头的“记忆病害”，大幅度提高了轨道的平顺性。无缝线路课程设计的目的是通过无缝线路的设计，巩固提高已学的理论知识；通过课程设计实践，树立正确的设计思想，培养综合运用理论知识解决实际问题的能力；学习无缝线路设计的一般过程，并了解设计时的注意事项以及设计之后的检算内容；同时，通过课程的设计，提高运用程序解决有关计算及验算问题的能力。课程设计对于培养学生综合运用所学知识，发现、提出、分析和解决实际问题，锻炼实践能力都具有重要的意义。同时，对于提高实际工作能力和综合素质方面亦具有重要的意义。2.设计参数主要技术指标：贵阳地区某段路基上铺设普通无缝线路，设计其锁定轨温。2.1轨道所在地区历年最高、最低气温和中间轨温查表7-2确定：地区最高轨温最低轨温中间轨温贵阳61.3OC26.8OC-7.8OC最高轨温应按当地历年最高气温加20℃计，长隧道内最高轨温可按当地最高气温计，最低轨温应按当地历年最低气温计。轨道工程课程设计-3-2.2运营条件：列车运行速度为：75km/h、曲线半径：800m、机车参数：东风4（DF4）型内燃机车，最高时速150km/h。表1：机车计算参数机车型号轮轴名称轮重（kN）轮距（cm）东风4（DF4）第一转向架I112.8180II112.8180III112.8840第二转向架I112.8II112.8180III112.8180其中：静弯矩；静挠度；轨枕上的静压力。2.3钢轨条件钢轨：60kg/m；轨枕：III型混凝土枕，1667根/km，轨枕间距a=60cm；道床：道碴为一级道碴，面砟厚25cm，底砟厚20cm。路基填料：沙粘土；钢轨支座刚度：检算钢轨D=300000（N/cm）检算轨下基础：D=700000（N/cm）曲线最小半径：R=800m混凝土线路初始弯曲：轨道容许弯曲变形矢度：0.2fcm原始弹性弯曲矢度：oef0.3cm原始塑性弯曲矢度：opf0.3cm轨道工程课程设计-4-附加速度系数：附加速度系数附加速度系数α速度范围km/h电力牵引内燃机牵引检算钢轨α120V≤1600.6V1000.4V100检算钢轨下沉及轨下基础各部件α160V≤2000.45V1000.3V1002.4具体参数的选取如下列各表所示：2.4.1正线轨道类型如下表1：（见《轨道工程》绪论表1-1）表1正线轨道类型项目单位重型运营条件年通过总质量Mt25～50列车设计最高速度Km/h160道轨结构钢轨Kg/m60混凝土枕型号--------Ⅲ铺枕根数根/km1680岩石、渗水土路基单层道砟cm35注：年通过总质量包括净载、机车和车辆的质量，单线按往复总质量计算，双线按每一条线的通行总质量计算。2.4.2钢轨断面尺寸及特性如下表2：（见《轨道工程》表2-1）表2钢轨断面尺寸及特性项目类型（kg/m）75605043UIC60每米质量M（kg）74.41460.6451.51444.65360.34断面积F(cm2)95.0477.4565.85776.86重心距轨底面距离y1(mm)8881716980.95对水平轴的惯性矩Jx(cm4)44893217203714893055轨道工程课程设计-5-对竖直轴的惯性矩Jy(cm4)665524377260512.9下部断面系数W1(cm3)509396287217377上部断面系数W2(cm3)432339251208336轨底横向挠曲断面系数Wy(cm3)8970574668.4轨头所占面积Ah(%)37.4237.4738.6842.83轨腰所占面积Aw(%)26.5425.2923.7721.31轨底所占面积Ab(%)36.0437.2437.5535.86钢轨高度（H）（mm）192176152140172钢轨底宽（B）（mm）150150132114150轨头高度（h）（mm）55.348.5424251轨头宽度（b）（mm）7573707074.3轨腰厚度（t）（mm）2016.515.514.516.52.4.3钢轨头部磨耗轻伤标准如表3所示：（见《轨道工程》表2-9）钢轨（kg/m）总磨耗（mm）垂直磨耗（mm）侧面磨耗（mm）7516101675以下～601491460以下～501281250以下～431071043以下979注：上表中的数据为vmax≤120km/h的正线铁路钢轨头部磨耗的标准，其余行车速度及其它站线的标准此处未列出。2.4.4混凝土枕主要尺寸如表4所示：（见《轨道工程》表2-12）表4混凝土枕主要尺寸轨枕类型主筋数量混凝土等级截面高度（mm）截面宽度（mm)底面积质量（kg长度（cm）轨下中间端部轨中间轨道工程课程设计-6-下（cm2）Ⅰ36Φ3C4820.216.529.4527.5256588251250Ⅱ44Φ34Φ10C5820.216.529.4527.5256588251250Ⅲ10Φ78Φ7.8C6023.018.530.028.077203202602.4.5扣件技术性能如表5所示：（见《轨道工程》表2-17）表5混凝土枕扣件的技术性能扣件性能弹条Ⅱ型扣件性能弹条Ⅱ型每个弹条初始扣压力/kN≥10弹条变形量/mm10扣压节点垂直静刚度/kN/m60-80调轨距量/mm-8～12纵向防爬阻力/kN16调高量/mm≤102.4.6横向水平力系数如表7所示：（见《轨道工程》表5-6）表7横向水平力系数线路平面直线曲线半径R(m)≥800600500400300横向水平力系数f1.251.451.601.701.802.002.4.7混凝土线路的初始弯曲如表9所示：表9混凝土线路的初始弯曲初始弯曲50kg/m钢轨60kg/m钢轨75kg/m钢轨弹性初弯foe(mm)3.02.52.0轨道工程课程设计-7-塑性初弯fop(mm)3.02.52.02.4.8等效道床阻力如表11所示：（见《轨道工程》表7-10）表11等效道床阻力（N/cn）碎石道床、木枕碎石道床、混凝土枕肩宽30cm肩宽40cm肩宽30cm肩宽40cm1760------------768418405462798719205665------------3.设计理论无缝线路中和轨温计算的主要思路如图1所示：图1无缝线路中和轨温图图1揭示了该设计的主要思路。中和轨温应根据当地的轨温条件（Tmax，Tmin）和轨道允许的升温幅度和降温幅度来确定。因此，确定轨道允许的升温幅度和降温幅度是设计的关键。应根据无缝线路的设计原则来确定。主要计算理论如下：轨道工程课程设计-8-3.1根据稳定性计算允许温度压力[𝐏]：无缝线路轨道的稳定性应满足钢轨的实际升温幅度Δt小于或者等于允许的升温幅度[Δtc]的要求。统一稳定性计算公式的基本假定为：（1）整个轨道框架为铺设于均匀介质（道床）中的一根细长压杆；（2）假设轨道原始弹性弯为正弦曲线，即y0e=f0sinπxl0轨道原始塑性弯为半径R0的圆曲线，即y0p=(l0−x)x2R0在变形过程中变形曲线端点无位移、曲线长度不变。（3）不考虑扣件系统变形能。稳定性的计算公式为：PN=EIyπ5(f+f0e)2l4+q(f+f0e)π34l2+1R′式中，分子为抵抗轨道横向变形的单位长度抗力，分母为曲率。l2=1q〔2EIyπ2R′+√(2EIyπ2R′)2+EIyπ52(f+f0e)q〕R0=l028f0p1R’=1R+1R0式中，f0e——弹性原始弯曲矢度；E——钢轨弹性模量；Iy−−截面对竖直轴的惯性矩；R——最小曲线半径；R’——具有塑性原始弯曲的圆曲线，其变形曲率半径；l0——弹性原始弯曲半波长，通常取为4m；R0——塑性原始弯曲半径；轨道工程课程设计-9-f0p——塑性原始弯曲矢度；f——变形曲线矢度，此处取为0.2cm；l——变形曲线弦长；q——等效道床阻力，本设计中取为84N/cm。由上式算出的l若与l0=4m有较大出入，应再假设l0=l，并在弹性弯曲曲率不变的情况下，按下式重新计算其矢度：f0e‘=l02f0e4002将f0e‘带入上述公式重新计算l，如果l与最后假定的l0相差不大，就可将f0e及相应的l带入公式计算出温度力PN，再除以安全系数K，即可得到轨道框架的允许温度压力：[P]=PNK式中，K为安全系数，取为1.3。3.2根据稳定条件确定允许的升温幅度根据稳定性条件计算求得的允许温度压力[P]后，可计算出允许的升温幅度[Δtc]：[Δtc]=[P]−2Pf2EFα式中：Pf——附加压力，本设计可取为零（N）；[P]——轨道允许的最大温度压力；根据无缝线路稳定性理论计算，采用“统一公式”；α——钢轨钢的线膨胀系数，取11.8×10−6/℃；E——钢的弹性模量，2.1×105Mpa；F——钢轨截面面积（mm2)。3.2轨道动态响应的准静态计算：轮载作用下的轨道动态响应计算以连续弹性基础梁为基本模型，再考虑速度系数、偏载系数和横向水平力系数的影响。轨道工程课程设计-10-3.2.1单个轮载作用下的方程及解在连续梁模型中，钢轨作为连续支承上的梁，当受到一车轮集中力P作用时，产生挠曲变形y(x)，轨下基础的分布反力为q(x)。图3钢轨在单个车轮荷载作用下的受力与变形（连续支撑梁模型）由材料力学知识理论得：M=−EIxd2ydx2Q=dMdx=−EIxd3ydx3q=dQdx=−EIxd4ydx4式中，M——钢轨弯矩；Q——钢轨剪力；q(x)——轨下基础分部反力。根据文克尔弹性地基理论假设，q与y得关系为：q(x)=uy(x)式中，u——钢轨基础弹性模量。联立以上各式，解微分方程即得：y(x)=C1ekxcoskx+C2ekxsinkx+C3e−kxcoskx+C4e−kxsinkx根据边界条件：(1)当x→∞时，y=0，得C1=C2=0;(2)荷载作用点处钢轨转角为零，即dydx=0，得C3=C4；轨道工程课程设计-11-(3)轨下基础分部反力之和与车轮荷载相等，即Q=dMdx=−EIxd