无缝线路基本原理.doc

第二节基本原理

一、钢轨温度力、伸缩位移与轨温变化的关系

无缝线路的特点是轨条很长，当轨温变化时，钢轨要发生伸缩，但由于有约束作用，不能自由伸缩，在钢轨内部要产生很大的温度力。为保证无缝线路的强度和稳定，需要了解长轨内温度力及其变化规律。为此首先要分析温度力、伸缩位移与轨温变化及阻力之间的关系。

一根长度为l可自由伸缩的钢轨，当轨温变化?t℃时，其伸缩量为

?l＝a·l·?t （6－1）

式中a??钢轨的线膨胀系数，取11.8×10-6/℃；

l??钢轨长度（mm）；

?t??轨温变化幅度（℃）。

如果钢轨完全被固定，不能随轨温变化而自由伸缩，则将在钢轨内部产生温度应力。根据虎克定律，温度应力?t为：

?t＝E·?t＝E＝＝E·a·?t （6－2）

式中E??钢的弹性模量，E＝2.1×105Mpa；

?t??钢的温度应变；

将E、a之值代入式（6－2），则温度应力为：

?t＝2.1×105×11.8×106?t＝2.48?t(MPa) （6－3）

一根钢轨所受的温度力Pt为：

Pt＝?t·F＝2.48?t·F（N） （6－4）

式中F??钢轨断面积（mm2）。

公式（6－1）、（6－2）、（6－4）即为无缝线路基本公式。由此可得知：

1．在两端固定的钢轨中所产生的温度力，仅与轨温变化幅度有关，而与钢轨本身长度无关。因此，从理论上讲，钢轨可焊成任意长，且对轨内温度力没有影响。控制温度力大小的关键是如何控制轨温化幅度?t。

2．对于不同类型的钢轨，同一轨温变化幅度产生的温度力大小不同。如轨温度化1℃所产生的温度力，对于75kg/m、60kg/m、50kg/m钢轨分别为23.6、19.2、16.3kN

3．无缝线路钢轨伸长量与轨温变化幅度?t，轨长l有关，与钢轨断面积无关。

为降低长轨条内的温度力，需选择一个适宜的锁定轨温，又称零应力状态的轨温。在铺设无缝线路中，将长轨条始终端落槽就位时的平均轨温称为施工锁定轨温。施工锁定轨温不一定等于设计锁定轨温，但应在设计锁定轨温允许变化范围之内。锁定轨温是决定钢轨温度力水平的基准，因此根据强度、稳定条件确定锁定轨温是无缝线路设计的主要内容。

钢轨温度不同于气温。影响轨温的因素比较复杂，它与气候变化、风力大小、日照强度、线路走向和所取部位等均有密切关系。根据多年观测，最高轨温Tmax要比当地的最高气温高18~25℃，最低轨温Tmin比当地的最低气温低2~3℃。设计时通常最高轨温等于当地最高气温加20℃，最低轨温等于最低气温。最高气温与最低气温根据当地有史以来的气象资料确定。

表6－1全国各地区最高、最低及中间轨温表(℃)

地区

最高轨温

最低轨温

中间轨温

地区

最高轨温

最低轨温

中间轨温

北京

62.6

-27.4

17.6

兰州

59.1

-23.3

17.9

天津

65.0

-22.9

21.1

西宁

53.5

-26.6

13.5

石家庄

62.7

-26.5

18.1

银川

59.3

-30.6

14.4

太原

61.4

-29.5

16.0

乌鲁木齐

60.7

-41.5

9.6

呼和浩特

58.0

-36.2

10.9

成都

60.1

-5.9

27.1

满洲里

58.7

-46.9

5.9

重庆

64.0

-2.5

30.8

沈阳

59.3

-33.1

13.1

昆明

52.3

-5.4

23.5

长春

59.5

-36.5

11.5

拉萨

49.4

-16.5

16.5

哈尔滨

59.1

-41.4

8.9

贵阳

61.3

-7.8

26.8

西安

65.2

-20.6

22.3

济南

62.5

-19.7

21.4

南京

63.0

-14.0

24.5

南宁

60.4

-2.1

29.2

上海

60.3

-12.1

24.1

长沙

63.0

-11.3

25.9

杭州

62.1

-10.5

25.8

郑州

63.0

-17.9

22.6

合肥

61.0

-20.6

20.2

武汉

61.3

-18.1

21.6

福州

59.8

-2.5

28.7

台北

58.6

-2.0

28.3

南昌

60.6

-9.3

25.7

香港

56.1

0.0

28.1

广州

58.7

-0.3

29.2

二、线路纵向阻力

轨温变化时，影响钢轨两端自由伸缩的原因是来自线路纵向阻力的抵抗，它包括接头阻力、扣件阻力及道床纵向阻力。

（一）接头阻力

钢轨两端接头处由钢轨夹板通过螺栓拧紧，产生阻止钢轨纵向位移的阻力，称接头阻力。接头阻力由钢轨夹板间的摩阻力和螺栓的抗剪力提供。为了安全，我国接头阻力PH仅考虑钢轨与夹板间的摩阻力。

PH＝n·s