铁道通信信号毕业设计 - 图文

石家庄铁道学院毕业设计

第1章 绪论

1.1 线路大修

1.1.1 概述

铁路线路是由路基、轨道和桥隧建筑物组成。它是一个整体工程结构，共同发挥各自的功用，其任何组成部分的改变或损坏，都将影响整体功能。

铁路线路设备是铁路运输业的基础设备，它常年裸露在大自然中，经受着风雨冻融和列车荷载的作用，轨道几何尺寸不断变化，路基及道床不断产生变形，钢轨、联结零件及轨枕不断磨损，因而使线路设备的技术状态不断地发生变化。

线路的残余变形，主要是机车车辆与线路相互作用的结果，往往又带有明显的不均匀性和不一致性，而构成线路的不平顺。这种线路的不平顺性，即使是微小的，亦将显著增加机车车辆对线路的附加动力作用。不平顺愈强，附加动力作用愈大，钢轨及其轨下基础负担愈重，残余变形的幅度及其积累愈快，线路承载能力愈低。而铁路运量即通过总质量(表示为轴载与其通过次数的乘积)愈大的线路上，上述过程将发展的愈加剧烈[1]。

对目前的线路结构来说，产生不均匀的残余变形及其积累是无法避免的。人们只能设法延缓它的发展，通过线路维修把它限制在一定范围之内，但不能完全消除。为保证列车的正常运行，线路必须经常保持规定的技术完好状态，一旦这个技术标准被突破，靠线路维修又不能完全防止上述破坏现象的发生，线路各组成部件的疲劳与磨耗伤损，以及道床脏污程度等达到了规定的限度以至于不能继续使用时，就必须进行线路大修来修复轨道的承载能力。

另一方面，随着铁路运量的增长，列车平均轴载的增加，行车速度的提高，以及新技术和新设备的发展与应用，需要强化或更新线路设备时，也必须由线路大修去完成。

1.1.2 设计内容

本设计中采取的方法及步骤如下：

(1)根据设计任务书给定的运营条件及线路测量资料，对既有线路平纵断面进行改善。

(2)线路大修平面设计[1~4]：线路大修平面改善设计，主要是矫正既有线路平面的

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位置，平面设计以原线路设计标准为依据，并遵循一定的原则和基本的技术条件，根据线路勘测资料，对线路曲线部分各测点进行拨距计算。

(3)线路大修纵断面设计：线路大修纵断面设计的目的是改善原有线路设备的技术状态，本设计在既有路基面标高、轨面标高及既有道床厚度的基础上，利用Excel对计算轨面标高、设计轨面标高、设计道床厚度等进行计算，并绘制纵断面设计改善图[4]。

1.2 铁路无缝线路

1.2.1 概述

随着高速、重载铁路的发展，要求强化铁路轨道结构，提高线路的平顺性和稳定性，消除现有一般无缝线路的缓冲区和道岔区钢轨接头的影响，实现线路的无缝化。把焊接轨条长度延长达整个区间或跨区间并与道岔焊联成一体，这种超长轨条的无缝线路称为区间无缝线路或跨区间无缝线路。由于无缝线路的施工工艺和机械化程度的提高，维修管理方法的不断完善，胶接绝缘接头的技术工艺过关并投入使用，无缝道岔的设计理论逐步完善和试铺成功，从1964年在日本建成第一条高速铁路开始，相继于1983年法国模式的高速铁路成功运营，至今国内外在区间无缝线路和跨区间无缝线路都取得了很大的发展。如日本青函海底隧道长53.83km，在12?的坡道上铺设了轨条长53.7km的无缝线路；法国以巴黎为中心的几条高速铁路上，多数无缝线路的轨条长度贯穿整个区间，其中最长一条长达50km；德国焊接道岔数达11万组之多，截至1992年底德国已有93.2%的线路铺设了超长轨条的无缝线路；俄罗斯在顿涅茨铁路上铺设了一段轨条长17.5km无缝线路。中国截至1998年底全国已铺设超长轨条的无缝线路4359.5km。2001年在京沪线南京一上海区间成功铺设了一条轨条长为249km的跨区间无缝线路。秦皇岛至沈阳客运专线上计划全面铺设区间无缝线路或跨区间无缝线路[5]。

在普通线路上，钢轨接头是轨道的薄弱环节之一，由于接缝的存在，列车通过是发生冲击和振动，并伴随有打击噪声，冲击力可达到非接头区的三倍以上。接头冲击力影响行车的平稳和旅客的舒适，并促使道床破坏、线路状况恶化、钢轨及连接零件的使用寿命缩短、维修劳动费用的增加。养护线路接头区的费用占养护总经费的35%以上；钢轨因轨端损坏而抽换的数量较其他部位大2~3倍；重伤钢轨60%发生在接头区。随着列车轴重、行车速度和密度的不断增长，上述缺点更加突出，更不能适应现代高速重载运输的需要。

为了改善钢轨接头的工作状态，人们从本世纪三十年代开始至今，一直致力于这方面的研究与实践，采用各种方法将钢轨焊接起来构成无缝线路。这中间首先遇到了

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接头焊接质量问题；其次就是长轨在列车动力和温度力共同作用下的强度和稳定问题；还有无缝线路设计、长轨运输、铺设施工、养护维修等一系列理论和技术问题。随着上述一系列问题的逐步解决，无缝线路在世界各国得到了广泛的运用。

在桥梁上铺设无缝线路，可以减轻列车车论对桥梁的冲击，改善列车和桥梁的运营条件，延长设备使用寿命，减少养护维修工作量。这些优点在行车速度提高时尤为显著。

实践证明，无缝线路由于消灭了钢轨接头轨缝，因而具有行车平稳，机车车辆及轨道维修费用降低，设备使用寿命延长，适合于高速行车等优点，是铁路轨道现代化的一项重要技术措施，也是当前高速、重载铁路的必需条件。

1.2.2 路基上无缝线路

路基上无缝线路设计主要包括[6~9]：

(1)无缝线路钢轨强度计算，采用连续支承法； (2)无缝线路稳定性计算，采用统一公式模型； (3)无缝线路结构设计与计算。

1.2.3 桥上无缝线路

桥上无缝线路设计主要包括[9~12]：

(1)钢轨的伸缩附加力的计算。梁因温度变化而产生的伸缩变形，通过梁轨相互作用，使钢轨产生伸缩附加力。伸缩附加力与梁的日温度差和扣件阻力的大小有关。

(2)钢轨挠曲附加力的计算。梁在荷载作用下产生挠曲变形，通过梁轨相互作用，使钢轨产生挠曲附加力，与挠曲变形和扣件阻力的大小有关。

(3)钢轨强度计算。钢轨在动应力、温度应力和伸缩附加应力(或挠曲附加应力，两种附加应力不叠加，取其中大者来计算)的作用下，不超过钢轨的容许应力。

(4)稳定性检算。钢轨在温度力和伸缩附加力(或挠曲附加力)的作用下，满足稳定性的要求。

(5)锁定轨温计算。根据强度、稳定性和缓冲区轨缝设置的要求，计算桥上锁定轨温，并与路基上无缝线路相比较。

(6)断缝计算。桥上无缝线路焊接长轨一旦断裂后形成的断缝以及由于伸缩附加拉力而产生的钢轨缩短量叠加起来，检算断缝值是否超过规定的容许值。

最后本设计对线路大修工作作了专题研究。

通过本次毕业设计，对线路大修及无缝线路的知识进行一次全面汇总和学习，进一步巩固了专业知识，为以后学习和工作打下基础，为将来能承担发展我国铁路发展的重任奠定基石。

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第2章 线路大修平面设计

2.1 概述

线路大修平面设计主要是校正线路的平面位置。平面设计应以原线路设计标准为依据，并应遵循以下基本技术条件：

(1)设计曲线时应尽量采用单曲线，仅在困难条件下允许保留复曲线，但复曲线的两个圆曲线间，应设缓和曲线连接，其长度按计算决定，但不应短于20m。如条件困难不能设缓和曲线时，两个连续圆曲线的曲率不应大于1/2000，每个圆曲线的长度不得短于50m。

(2)直线与圆曲线间应采用缓和曲线连接，其长度一般应短于9×超高度(m)×容许最高行车速度(km/h)，特别困难地段不短于7×超高度(m)×容许最高行车速度(km/h)，计算结果取10m整数倍。如原线路的缓和曲线标准较高时，应采用原线路标准。

两缓和曲线间的圆曲线长度一般不得小于20m，困难条件下可减至14m。 (3)两圆曲线间的直线长度，原则上应不低于原线路标准。

(4)并行的两线路中心距离在5m以下的曲线地段，内侧曲线的超高不得小于外侧曲线超高的一半，否则，应根据计算加宽两线的中心距离。

(5)有条件时，应尽可能改善线路对桥梁的偏心及建筑物限界等，使其符合有关规定。

(6)圆曲线外轨超高和顺坡，按工务段提出的数据设置，并应符合《铁路线路维修规则》规定。

(7)大修平面设计时，应消除直线地段漫弯。如因建筑物限界关系等原因不能减少或消除时，允许保留原状。

平面设计的重点是曲线整正计算，重新确定曲线要素及各主要点的里程，逐步计算每20m测点的拨量，然后根据计算的拨量将错动的线路拨正到正确位置上。曲线平面计算以既有线为参考标准，计算出的拨动量就是相对于既有线路上各测点应拨动的距离，拨正后的曲线是新的线路中心，大修施工时应按新的中线铺轨。

计算既有曲线的拨距时，需要既有曲线的外业测量数据。而既有曲线的测量一般采用偏角法或矢矩法。

偏角法是应用渐伸线原理，计算既有曲线各点和设计曲线各对应点的渐伸线长

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度，其渐伸线长度之差即为各点计算拨量。如图2-1所示，既有曲线B点的渐伸线长为Ej，设计曲线上与B点相应的点渐伸线长为Es，因此，拨距就是两渐伸线长度之差：

e?Ej?Es

?2?1?

e＞0，曲线外挑，e＜0，曲线内压。

N 2 Ni

A N1

B B1 B2

Bi

B’

图2-1 曲线的渐伸线

根据渐伸线的定义和性质，可导出如图2-1上B点对应的渐伸线长度的计算公式为：

EB??lB0?dl ?2?2?

式中，lB——A点与曲线上任意点B之间的弧线长；

?——曲线上任意点B处曲率半径与A点曲率半径的夹角。

矢矩法测量如图2-2所示。

?1??1

始端切线 f1 20

f2 40

f3 60 f4 80

B ?2

A

20 40 60

图2-2 矢矩法测量图

100

80 100 C

则各曲线段的照准线对始端切线转角为：

?1??1?2??1??2??1??1....................................... (2-3)

?m??m-1??m

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测出两置镜点连线与测点切线的夹角及每20m处的矢矩即可。

计算拨距的方法较多，一般经常维修与中修采用绳正法；大修与改建则利用渐伸线法来计算。本设计为线路大修，故采用渐伸线法。

2.2 既有曲线渐伸线长度计算

既有线虽已错动，但基本线形仍保持原来的形状，可分为按缓和曲线和圆曲线的性质计算。

(1)当置镜点在曲线的始切线上时，圆曲线各测点的渐伸线长度Ej为： Ej??l0?dl??l0lRdl?l22R??2l??l ?2?4?

式中，l——圆曲线上测点的曲线长；

?——圆曲线上测点的偏角，???/2。

缓和曲线上各点的渐伸线长度Ej为：

Ej??l0?dl??l0lRdl?l22R??2l??l ?2?5?

式中，l——缓和曲线上的测点至起点的曲线长；

?——缓和曲线上测点的偏角，???/3。

结论：既有曲线的渐伸线长度，无论在圆曲线上还是缓和曲线上，其表达式均可表示为：渐伸线长度为测点偏角的弧度数乘该测点至置镜点的曲线长。

(2)当置镜点由O点移至A点时，如图2-3所示，A点以后各测点的渐伸线长度：

EB?BP?EA?l??A??B??EA?l?B ?2?6?

?式中，?B——测点至始切线的累加偏角；

?A、?B——A、B点的偏角；

EA——置镜点A处的渐伸线长度；

HY l A EA y l——测点至置镜点间的曲线长。

x O 图2-3 渐伸线计算示意图

?A lB lA A B ?B?B ?A EA EB

O x0 ZH

A’ B’

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结论：当置镜点移动时，置镜点后各测点的渐伸线长度等于置镜点处的渐伸线长度加上各测点至置镜的曲线长乘各测点弦线与始切线间的夹角(累加偏角)。

2.3 设计曲线渐伸线长度计算

(1)选择曲线半径与缓和曲线长度

进行曲线计算与设计前，首先要根据既有技术资料和现场实测结果估算既有曲线半径，既有曲线半径可采用下列方法计算：

① 平均偏角法

设L为测点间弦长(一般为20m)，在圆曲线范围内取n个点偏角?1、?2、?3……、

?n，可求得圆曲线内L所对应的偏角的平均值??为：

????n??1n?1 (2-7)

然后代入下式估算既有曲线半径：

R?L2sin???10sin?? (2-8)

②三点法

在既有曲线的圆曲线范围内选取3个距离为L的测点A、B、C，三点的渐伸线长度分别为EA、EB、EC，则通过此三点的既有曲线半径为：

RJ?L2EA?2EB?EC (2-9)

③多点法

三个点不能体现整个曲线的全貌，当圆曲线较长、测点较多的时候，可以用下列公式计算既有曲线的半径：

RJ?nLn2

2 (2-10)

??1E式中，L——测点间的长度，一般取为20m；

?E——测点既有渐伸线的二次差值；

2n——二次差值的个数，比测点数少2。

设计曲线半径R可取估算的既有曲线半径RJ，并根据转角的大小取整(参见表2-1)。

转角度数 半径取整(m)

＜10 50

?表2-1 曲线半径取整 ????10~20 20~30

10 5

7

30~60

1

??＞60 具体选定

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缓和曲线长度的选用应不低于基本技术条件规定的长度，并取10m的整倍数。比照既有曲线技术资料，不低于原有缓和曲线的标准。

(2)推算曲线各主要点的里程 ①曲线中点QZ的里程

为保证测量终点不拨动，即终切线不转动也不平移，应该使终点设计渐伸线的长度与既有渐伸线的长度相等。

α α K R tgα/2 L ZY R R YZ 1/R L L K (a) 平面图 (b) 曲率图

K L E=1/2R x x E=1/2R L L α L

(c) 角线图 (d) 渐伸线图

图2-4 设计渐伸线长度计算示意图

由图2-4可知，测量终点设计渐伸线的长度Es为：

Es?式中，Ly——圆曲线长，Ly?R?；

l0 ——缓和曲线长；

y——测量终点至HZ点的距离；

?——曲线转向角；

Ly?l02??y??X? (2-11)

X ——为测量终点至曲线中点的距离。 令Es?Ej?X?，则

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X?Ej? (2-12)

曲线中点QZ的里程=测量终点里程－X。 ②ZH、HY、YH及HZ点的里程

据QZ里程可推算出ZH、HY、YH及HZ点的里程： ZH里程=QZ里程－

12?Ly?l0?

HY里程=ZH里程?l0 HZ里程=QZ里程?12?Ly?l0?

YH里程=HZ里程－l0 (3)设计曲线渐伸线长度的计算

设计曲线渐伸线的长度，可根据测点所在位置，分别按下列公式计算： ① ZH~HY第一缓和曲线上各测点： Es?式中，R——设计曲线半径；

l——第一缓和曲线上测点至ZH点的曲线长度； l0——缓和曲线长。

② HY~YH圆曲线的渐伸线长度是在ZY点处自始切线内移一段距离p值，因此，在计算渐伸线长度时，应再加p值：

L2l36Rl0 (2-13)

Es?2R?p?l0???s??2??2R?l0224R (2-14)

式中，s——圆曲线上测点至ZH点的曲线长；

L——圆曲线上测点至ZY点的曲线长，L?s?p——内移距，p?l02l02；

24R。

③YH~HZ第二缓和曲线渐伸线长度，是从终切线向外移?值，因此：

l0??s?2??23l0Ll2?? (2-15) Es??p?????2R2R24R6Rl02式中，?——外移量，其中l为第二缓和曲线上测点至YH点的曲线长，??l3/6Rl0。

④ZH点以后直线段的渐伸线长

Es?X?

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(2-16)

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2.4 拨距计算

e?Ej?Es

(2-17)

拨距计算的步骤：

(1)计算既有曲线各测点的渐伸线长度Ej；

(2)选择曲线半径及缓和曲线长，确定各主要点的里程； (3)计算设计曲线各测点的渐伸线长度Es； (4)求出各测点的拨动距离e。 各条曲线拨距计算见表2-2~表2-3。

选取曲线Ⅰ、曲线Ⅱ测量资料进行曲线拨距计算。

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拨距计算 Δe=Es－Ej + 15 078 078 091 105 109 106 102 － 031 054 066 石家庄铁道学院毕业设计

sE 算0 l3lR计6度长 l线伸 渐R4线2/2曲0 l计R2a /X设2L与 表 算L或 X计距 拨设线要 曲主程有线里既曲点 计 计2-设2表 算 jE计积 f面Δ角－线b0曲2有 f既Δ± f 料 )b资0度2弧量( )测 \ '线a 曲(?有既 点程测里 Ⅰ线曲

4 1 3 1 2 1 11 0 1 9 8 70 60 50 40 4 363.00 3 -220-1 044 1+511K..00 000400..00 000400..00 998888..222 111.754+5 11K：HZ1 4 3100..00--1 3701.00.-0 579433..00 529437..00 006844++..00 396228..00 396228..00 998888..2246 111.705+5 11K：YZ 719517..00 411525..00 359 11..00- 559087..00 000255++11

..00 809386..13 898 .1 988 .28 3 38.0 7 97.2 98 8.25 111.755+5 11K：YH 092385..13 996107..115 0579.50.-1 5 095.1 413 .35 0-7 2-8 004655++..00 614614..69 333388..00 381236..58 998888..2279 124503..69 2 01153..23 231080..00 7 0144..22 008056++..00 727954..3811 333388..00 494576..2711 998888..221131 107943..3811 991119..445 5 0086..01-- 59 30.2 9 13.75 2- 82-1 002466++续表2-2 + 114 106 087 111 085 087 090 105 107 118 127 15 拨距计算 Δe=Es－Ej － 石家庄铁道学院毕业设计

sE 算0 l3lR计6度长 l线伸 R渐42/线20l曲 计R2a 设/X2L与 L或 X 设要 主程线里曲点计计设 算 jE计积 f面Δ角－线b0曲2有 f既Δ± f 料 )b资0度2弧量( 测) \ '线a 曲(?有既 点程测里

.0 8 4012.42 3 1 2 1 33118.0 5 0713.32 98 98.251 8 4 970.42 4 607.5 5 516.1 5 416.1 3 2 0 166+...000 49 5235701...0/63834 333333888...000 162902823...975234 999888888...222791112 824154690...076334 442239530...678 55 3 917707...000-- 152492.362..21 000802677+++12

..00 067807..5456 333388..00 733529..4356 998888..223522 598996..4456 144197..892 2569.51.-1 5 095.1 903 .110 5-5 2-1 004677++..00 170136..5678 333388..00 846847..4578 998888..227922 112215.5.768 211053..0111 789070..00 2 943..22 008078++..00 383476..81911 333388..00 050198..70911 998888..221333 245.548+ 511K：Z Q 602365..81911 441109.2.1215 5 0985..01-- 59 50.1 42 3.510 1- 03-1 002488++.0 463.521 338.0 135.421 988.253 732.521 707.31 716.1 716.1 068+续表2-2 拨距计算 e= Es－Ej + 15 108 094 076 078 071 054 041 014 103 068 － 118 石家庄铁道学院毕业设计

Δ sE 0算 l3lR计6度长 l线 伸R4渐2/线20l曲计 Ra 设2X/2L与 L或X设要 主程线里曲点计计设 算 jE计积 f面Δ角－线b0曲2有 f既Δ± f 料 )b资0度2量弧( 测) \线 'a 曲(?有既 点程测里

.0 9 7481.931 3 1 2 1 33118.0 6 4001.931 98 98.273 8 16 77.931 4 265.41 58.0 7 414.2 3 2 0 188+..00 509113..515711 333388..00 276734..405711 998888..229134 768102..515711 692231..56112 5 0008..00-- 5 1146..21 000299++..00 612429..858012 333388..00 389031..758012 998888..223544 035618..858012 433197..6711 1 561.16.-1 5 016.1 823 .910 1-8 2-1 004699++13

..00 735747..432422 333388..00 402469..322422 998888..227944 698137..432422 332353..8911 55 0080..00- 2541.42.2 0 0008+96+11K..00 848088..346822 333388..00 515709..336822 998888..221355 704987..346822 832419..00225 8 1.06.-1- 51 60.1 12 3.320 2- 62-1 002400++..00 951350..690233 333388..00 628062..580233 998888..225755 671649..680233 612565..1222 5 9767..10 559664..12 006800++续表2-2 + 15 027 002 -0.014 -0.027 -0.037 -0.032 -0.030 -0.014 -0.001 － 拨距计算 e= Es－Ej 石家庄铁道学院毕业设计

Δ sE 0 l算3lR计6度长 l线伸 渐R4线2/2曲0l计 设R2a /X2L与 L或X设要 主程线里曲点计计设 算jE计积 f面Δ角－线b0曲2有 f既Δ± f 料 )b资0度2弧量( )测 \ '线a 曲(?有既 点程测里

.0 0 5431.253 3 1 2 1 33118.0 7 1051.153 98 98.295 8 32 73.253 6 563.325 350.0- 344.2 3 2 0 101+.0 616843..617034 1 00.0 7 20.6 333388..00 383465..507034 998888..221366 379.331+6 11：KH Y 456943..617034 114319..44222 1 86..01-- 16 .01 11 6.625 3- 52-9 002411++ 883802..732544 955203..00 772200..6624 333388..00 406827..622544 998888..225766 379.381+ 611K：Z Y556203..732544 007662..5622 114593..00 124992..01 006811++14

926299..967045 925291..02 772200..6668 333388..00 591102..088045 998888..229167 379.332+ 611K：Z H120509..068045 617569..66225 64 03..00-- 772828..10 000222++ 608690..313655 333388..00 608690..313655 885544..449134 010600..413655 814600..77227 35 44..00-- 54 .00 47 0.720 4- 91-1 004622++ m1142.54=T，m2686.77=L，m001=0，lm005=R，\54'337?7=a 注备石家庄铁道学院毕业设计

j算计－E－ s距E5 1拨=eΔ + sE41 算 0 l计33lR61度长 线l21伸 渐R4 线2/112曲0l 表计Ra 2X 算设/021L与计 距 L或X9拨线曲设有要 既主程 线里 83-曲点2计计表设 算 j 计E7积面 f角Δ线－ b6曲02有 既fΔ 5± f 4 料 )b资0度 2弧3量( )测 \ ' 线a 曲(?2有既 点程 测里1 Ⅱ线

曲 95 1200..00 2 10.0 2 10.0 1 4.81 095.124 +7 11K：HZ9 13001.000--9 16000.00.-0 5 01932..00 5 501036..00 692 .00 5-0 5-0 004 +002474411++K 414700..00 259113..00 259113..00 1144..8835 095.194+ 711K：YZ 846203..00 168502..00 5 1420..00 2688..00 006844++15

351901151..00.0 614599982...013 614599982...013 111444...8887911 363674871...013 937316593...0013 7 417262...001-- 7 1 7602..01 7 36 .25 2- 2 4-6 000024555+++ 388544111...000 162 .5 162 .5 14.8 31 11 6633..11 44 1957..69 114 4..88801 095.165+7 11K：YH 877020170...5711 590618962...123 283 714606...000- 2 467991.3.11.1 000680556+++ 141.0 163.147 .311 14.821 464.326+711K：ZQ 169.41 459.37 13.1- 0 249.50 1-82-9 026+

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3 - 2 表 j续算E－计－ s5距E 1拨=eΔ + sE41 算0 l331计lR6度长 线 l21伸渐 线R4 曲2/112计0l 设R2a X /02L与1 L或 X9设要 主程线里 8曲点计计设 算 j 计E7积 f面Δ角－ 线b60曲2有 f 既±Δ5 f4 )料 b资0度 2弧3量( )测 \ ' 线a 曲(?2有既 点程 测里1

031544111...000 663194799...940123 111666333...111 552538365...839122 111444...888468111 833.586+ 711：KH Y 632650588...940123 579084629...455 757 750360...100- 7 725398.199..11 046 +006876611++K 337284100...000 040556574...742345 634082003...000 222222666...444135 111666333...111 663972144...631345 111444...888024222 833.557+ 711K：ZY 713271464...742345 542244627...6773 2 807637..601.--0 270 3076..10 9 14 .85 4- 5 0-7 000024777+++16

6 0 0 .0- 34290 1..00 254793596...087667 631289869...012 22 226666...4447911 111666333...111 774316032...099667 111444...888680223 910404504...097667 629353144...888 33 832 200...000-- 677920.990..00 000680778+++3 10 .0- 0 00.0 359831..6589 548 .4 m 46463.4 .43012= 1166，T33..m1184 857.783810..95489=L 1345，.. 866m210324 813=03l.5，28m+070 611=KR： Z，\H0 165'084111..655?892= 69a6797..887 46 53..00-- 63 .00 1 97.80 0- 40-1 0024注88++备石家庄铁道学院毕业设计

第3章 线路大修纵断面设计

3.1 纵断面设计的特点及原则

3.1.1 设计特点

线路大修的纵断面设计是在原有建筑设备的基础上进行，并在保持原有限制坡度的条件下，修正和改善原有纵断面上不符合技术要求的部分。因此，纵断面的改善设计，必然会受到原有建筑物的严格限制。例如拉坡设计，会受到车站内的天桥、地道、站台及区间的跨线桥、架空桥、桥梁和隧道等建筑净空的限制，一般说是不能随意抬道或落道的。

过多的抬道，会造成前后道岔群抬高，站线顺坡工作量加大，路肩宽度不足，复线区段上下行道口通行不便，并行地段邻线有被砂埋和雪埋之虑；过多的落道，会造成路堑刷坡，增大施工困难，甚至造成不良后果，等等。因此，如何在原有建筑设备的基础上，寻求最合理最经济的设计方案，就成为线路大修设计人员的首要任务。

3.1.2 设计原则

线路大修的纵断面设计是一项复杂而费事的工作，而线路大修施工又是在营业线上列车间隙内或“天窗”中进行的。这些特点决定了大修设计的特殊性。因而设计时必须充分了解掌握线路上设施物的技术状态，结合提高线路质量和改善技术设备的要求，充分考虑设计断面与原有设备间的协调性与适应性，并应特别注意以下几项原则：

(1)从确保行车安全出发，消除线路纵断面上不符合技术要求的地段。 (2)从改善列车运行条件出发，提高牵引定数。

(3)从利用列车间隔时间或“天窗”中施工的条件出发，确保安全施工的现实性。 (4)从减小工程量和施工难度出发，应尽量避免落道或过高抬道。

为保证设计质量，做到精心设计，适应运营条件，就必须研究和掌握线路纵断面设计的基本原理，熟知设计的基本技术条件，并在变化复杂情况下灵活地运用，才有可能达到上述要求。

3.2 纵断面设计技术条件

线路大修纵断面设计，须符合下列各项基本技术条件：

(1)尽可能改善原有线路坡度，如原有线路超过限制坡度且改善有困难时，允许

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保留。

(2)尽可能设计长的坡段，每段坡长一般不短于该区段到发线有效长的一半，个别困难地段，应不短于200m。

(3)相邻坡段的连接，应按原线路标准设计为抛物线形或圆曲线形的竖曲线： ①凡相邻坡段的坡度代数差大于2?时，须用抛物线形竖曲线连接。每20m竖曲线长度的变坡率，凸形纵断面地段不得大于1?，凹形地段不得大于0.5?。

②凡相邻坡段的坡度代数差大于3?时，须用圆曲线形竖曲线连接。竖曲线半径应根据运营条件采用20000~10000m，困难条件下不小于5000m，并不得侵入缓和曲线、道岔和无碴桥梁上。

(4)设计电气化铁路纵断面时，应严格按照铁路限界规定。但为了改善原有线路坡度，也可考虑安排调整接触网高度。

(5)两线路中心距离不大于5m，其轨面高度原则上应设计为同一水平。如不可能，在个别地段，允许有不大于300mm的高度差。但在冬季受雪埋地段的轨面差不允许大于150mm。道口处不允许大于100mm。

(6)大修地段与非大修地段的连接顺坡，原则上应设在大修地段以外，顺坡率应不大于1?。

(7)深路堑或高路堤地段，原有道床厚度超过60cm地段，车站咽喉道岔区及站内正线，应尽量避免落道或过高抬道。

3.3 纵断面设计方法

3.3.1 纵断面设计步骤

纵断面改善设计按下列顺序进行：

(1)熟悉和整理纵断面外业测量资料及有关现场调查资料；

(2)根据测量和调查资料绘制原始平纵面图，其比例分别为：纵向——1：50；横向——1：5000。图中：

①原有线路平面——根据原有平面资料进行绘制，注明里程，曲线起讫点位置，曲线半径，圆曲线长度及缓和曲线长度；

②设计改善线路平面——根据平面设计资料绘制改善设计后曲线的起讫点位置，曲线半径，圆曲线长度及缓和曲线长度；

③里程——按线路大修地段里程排列；

?——根据实测每100m(及加标)的轨面标高填写，单位以m④现有轨面标高H轨计，准确到cm；

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⑤现有坡度——按百米标处的现有轨面标高计算坡度；

?——根据实测每100m处道床坡脚的路肩标高，单线线路⑥现有路基面标高H路?应为： ?=15cm，则路基面标高H路路拱高H拱??H肩??H拱?H路 (3-1)

?——根据现有轨面标高，现有路基面标高及现有轨道各部分⑦现有道床厚度h床?： 高度来计算现有道床厚度h床?h床?-H路?-(h轨?+h垫?+h枕?) (3-2) =H轨?——现有轨面标高； 式中，H轨?H路——现有路基面标高；

?——现有轨高； h轨?——现有轨下垫层厚度； h垫?——现有轨枕高度。 h枕?、h垫?、h枕?应分别通过外业调查确定，本设计可采用下列数值：现有h轨50kg/m

钢轨高度15.2cm，垫层2.0cm，轨枕20.2cm。

⑧现有纵断面——按百米标处的现有轨面标高、现有路基面标高绘制。路基面纵坡以虚线表示。在纵断面图上注明桥梁、隧道、明渠、道口、涵洞等建筑物的中心里程、标高及有关资料。

3.3.2 设计纵断面

线路大修纵断面设计是在现有纵断面图上按下列步骤进行：

(1)确定计算轨面标高H计——根据采用的新轨道总厚度及现有路基面标高，定出各百米标的“计算轨面标高”H计：

H计?+h轨+h垫+h枕+[h] (3-3) =H路床?——现有路基面标高； 式中，H路h轨h垫h枕——设计采用的新轨高度； ——新轨下垫层厚度； ——新轨枕高度；

床[h]——规定的道床允许最小厚度，根据正线轨道类型表选用。

设计60kg/m钢轨高度为17.6cm，垫层厚度为1.0cm，轨枕高度为23.0cm。 根据“计算轨面标高”，在纵断面图上定出“计算轨面标高线”。

(2)初步设计纵断面——设计纵断面是从固定建筑物(该点不能起道，作为控制点)开始，参考“计算轨面标高线”及设计技术条件，定出变坡点的位置及标高，初步确

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定设计坡度i。

(3)计算“设计轨面标高”Hi——根据变坡点的标高及设计坡度i，可算出各点的设计轨面标高Hi：

Hi=Hi?1±L×i (3-4)

式中，Hi——计算点的设计轨面标高；

Hi?1——前一点的设计轨面标高；

L——前后两测点间的距离；

i——设计坡度。

遇到设有竖曲线的变坡点，其附近的百米标处轨面标高，还应加上(或减去)竖曲线的纵距。

\(4)计算起道高度h起：

??h起??——某点起道高度； 式中，h起Hi?-(?h轨+?h垫+?h枕) (3-5) =Hi-H轨——该点的设计轨面标高；

、?h垫、?h枕——新旧轨道各部分高程差。

??h床?——该点的现有轨面标高； H轨?h轨\(5)计算设计道床厚度h床:

?? (3-6) =h?+h起床\(6)计算“挖路基深度”h挖——当设计道床厚度小于允许最小厚度时，必须挖路

基：

h挖=[h]-h?? (3-7)

床床(7)校正纵断面——算出的设计道床厚度，如果超出规定的允许最小厚度太多或太长，或者，挖路基太多或太长，都应重新设计坡度，再次计算“设计轨面标高”、“起道高度”及“设计道床厚度”。

(8)将最后确定的“设计轨面标高”用粗实线绘制在纵断面图上，定出“设计轨面标高线”。

3.4 原始资料

大修地段位置：××线K114+000~K119+100，全长5km。

现有线路条件：该大修地段属于I级干线，正线数目单线，限制坡度12?，最小曲线半径为500m，到发线有效长度850m。

原有线路纵断面测量资料见表3-1。

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表4-6 SS8型电力机车最不利轮位计算

计算轮

计算值

Ⅰ

P(N)

轮位 Ⅱ 112800 230 3.36 -0.04136 -4665.4 112800 0 0 1 112800

Ⅲ 112800 430 6.28 0.0019 214.32 112800 200 2.92 -0.0407 -4590.9

?P????

112800 0 0 1 112800 112800 230 3.36 -0.04136 -4665.4

x(cm)

Ⅰ

kx

108348.9

?

P????

P(N)

x(cm)

Ⅱ

kx

103543.7

?

P????

①枕上静压力：

R0?ka2?P??kx??0.0146?56.82?108348.9?44.926kN

直线上：

Rd????1????1??1?????R0????1?0.6??1?0??0???44.926?71.88kN

曲线上：

Rd????1????1??1?????R0????1?0.58??1?0??0.15???44.926?77.72kN②轨枕弯矩计算： 直线上：

Mgd?a12b'??50215??ks???Rd?????71.88?8.11kN?m

?2?958??2e8??3L2?4e2?8a1e?12a1L???ks??Rd43L?2e????Mzd?3?2502?4?952?8?50?95?12?50?250??????71.88

4?3?250?2?95?????6.81kN?m曲线上：

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?a12b'??50215??ks???Rd?????77.72?8.77kN?m2e82?958?????3L2?4e2?8a1e?12a1L???ks??Rd4?3L?2e???MgdMzd?3?2502?4?952?8?50?95?12?50?250??????77.72

4?3?250?2?95?????7.36kN?mⅡ型混凝土轨枕的允许弯矩?，M?10.5kN?m，所以是合格的。 ??Mg??13.3kN?m?c?4.2.2.3 道床顶面应力的计算

?z?1.?6直线上： max?z?曲线上： max?0MPa .3627.?5117.577.721.?6?0MPa .3827.?5117.571.88碎石道床允许应力??z??0.5??a，因此道床强度满足要求。 4.2.2.4 路基面应力的检算

h1?b2cot??27.52cot35??19.6cm?

h2?e'2cot??117.52cot35?83.9cm

由已知条件，道床的计算厚度h=45cm，所以计算厚度在h1和h2之间，该区域道床应力为：

直线上：

?1?Rd2hetan?'?71.88?103?2?45?117.5tan35?0.097MPa

曲线上：

?1?Rd2hetan?'?77.72?103?2?45?117.5tan35?0.105MPa

既有砂黏土路基允许应力??1?=0.15MPa，因此路基强度满足要求。

4.2.3 由钢轨强度计算容许的温降幅度

无缝线路钢轨应有足够的强度，以保证在动弯应力、温度应力及其他附加应力共同作用下不被破坏，仍能正常工作。此时，要求钢轨所承受的各种应力的总和不超过

37

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规定的容许值，并据此钢轨强度条件确定容许的轨温变化幅度。

(1)普通地段无缝线路的钢轨强度，按受拉和受压条件分别为：

?d1??t??c???? s (4-3) ?d2??t??c???? s (4-4)

式中，?d1——钢轨轨底最大动弯应力；

?d2——钢轨轨头最大动弯应力；

?t——钢轨温度应力。

?t??E?t (4-5)

式中，?——钢轨的线膨胀系数，取11.8×10-6/?C；

?c——钢轨承受的制动应力，取10MPa；

??s?——钢轨受弯容许应力。

?E?11.8?10?6?2.1?10?2.48MPa/C5? (4-6)

钢轨受拉容许最大轨温降低幅度(?C)：

??td???????d2??f?E (4-7)

钢轨受压容许最大轨温升高幅度：

??tc????s???d2???E c (4-8)

该区段直线和曲线上的钢轨动弯应力已经计算所得，见表4-7。

表4-7 钢轨动弯应力值

计算条件 钢轨动弯应力 ?d1(MPa) ?d2(MPa)

客 运

直线 135.4 158.2

曲线 165.4 193.2

直线 110.9 129.6

货 车

曲线 163.2 190.6

由于客运机车的动弯应力值均大于货车的动弯应力值，所以只按客运机车计算。 直线上：

??td??曲线上：

?????d??fE??351.5?135.4?102.48?82.4C

???td??

?????d??fE??351.5?165.4?102.48?70.4C

?38

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4.3 稳定性检算

通过前面钢轨强度计算结果，对该线路路基上的无缝线路进行设计。该线路属于大同地区，已知大同地区最高轨温为58.0?C，最低轨温-30.5?C。

4.3.1 长钢轨轴向温度压力计算

无缝线路稳定性的计算，不在于求出临界温度压力，因为在这之前胀轨已很明显，不能确保行车安全，而是在于对具有一定原始弯曲的轨道，求出它产生横向位移时的温度压力值PN。

根据能量法原理和定曲率法，可推导出变形曲线弦长l及温度压力分别为：

??EI?2 l??'Q?R?12???EI?2?2???EI???'R4??223??f?foe?Q? (4-9)

???EI??f?foel2?4 PN?f?foe?3Ql24?1?2?3??l??R?? (4-10)

式中，f ——变形曲线矢度，取f =0.2cm；

foe——弹性原始弯曲矢度(cm)；

βI——轨道框架水平刚度换算系数，其值取2； ——钢轨对竖直轴的惯性矩(cm4)；

——钢轨弹性模量，取值为2.1?105MPa?2.1?107N/cm2；

1R?1Rop1R8fopl02l——变形曲线长度； ER?——合成半径。

式中，R——曲线半径(cm)；

????1R (4-11)

Rop——原始弹性弯曲矢度(cm)；

l0——原始塑性弯曲半波长，取l0?lfop——原始塑性弯曲矢度；

；

Q——等效道床阻力，Q=84N/cm。 长钢轨容许温度压力：

将计算温度压力除以安全系数，得

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?P??式中，PN——检算温度应力(N)；

K——安全系数，取K=1.3。

PNK (4-12)

60kg/m钢轨，Ⅱ型混凝土轨枕，最小曲线半径R=800m，查表知foe=2.5mm，Iy=524×104mm4。

稳定性检算： 直线上：

1R'?1R0?8fopl52?8?2.540002?1.25?10?6mm?1

2?EI?22?2?2.1?10?524?10??42?2.172?10N?mm2713

1?7l??1.25?2.172?10?8.4???1.25?2.172?10?7??2.172?10??2?2.5??8.4?

4???3?13264181mm2

foe40002'2?l所以l=3642mm与原假定l=4000mm不符，再设l=3642mm代入foe得

foe?2.07mm''2'?2.07mm代入foe?l，以foefoe40002，再次计算l=3581mm基本上与原

'?2.07mm作为原假定l=3642mm相接近，因此取l=3581mm作为变形曲线长度，foe始弹性初弯矢度。

2.172?10?PN?2?2.07?132?2.072358124?3581?4?35812?3?8.4?3387131N

?6??3?1.25?10

?P??曲线上：

1R2PNK33871311.25?2709704N

'?1R0?1Rop?1R?8fopl2?1500?8?2.5400022?3.25?10mm?6?1

1?7l??3.25?2.172?10?8.4???3.25?2.172?10?7??2.172?10??2?2.5??8.4?4??7?3

?21084859mm

2

40

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4.4.5 位移观测桩的布置

位移观测桩是分析研究无缝线路长钢轨锁定轨温变化的重要依据，也是安排线路作业轨温范围的重要依据。因此，正确设置位移观测桩是跨区间无缝线路设计和施工的重要内容。

无缝线路位移观测桩的设置应符合下列规定：

(1)线路应按单元轨节设置位移观测桩，其设置规定见图4-3。

(2)位移观测桩必须预先埋设牢固，在单元轨节两端就位后立即进行标记，标记应明显、耐久、可靠。

· ·

× · ·

100 (L-200)/2 · ·

· ·

× · ·

(L-200)/2 100 单元轨节长度L

图4-3 单元轨节位移观测桩的设置(单位：m)

46

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第5章 桥上无缝线路设计

5.1 设计原则

在桥上铺设无缝线路，可以减小列车动力作用，改善桥梁运营条件，减少轨道维修工作量，延长轨道部件和桥梁的使用寿命。

在跨度大于24m的桥梁上铺设无缝线路时，都必须做单独设计。本设计含有两座桥梁，一座单跨15m，不作单独设计；一座双跨32m，要进行单独设计。桥上无缝线路设计分为跨度为24m～40m的中跨度桥及跨度超过40m的大跨度两种。本设计只涉及中跨度。

桥上无缝线路的设计应遵循以下原则：

(1)无缝线路设计要最大限度地减小轨道和桥梁所承受的附加纵向力，使桥上线路具有广泛铺设无缝线路的可能性。

(2)无缝线路的结构设计，既要满足轨道强度和稳定的要求，又要使桥梁受力合理，以保证桥梁和轨道运营安全。

(3)尽可能增加焊接轨条的长度，减少桥梁及其附近的钢轨接头，提高轨道的整体性和平顺性，以适应高速和重载运输的需要。

(4)无缝线路的结构设计，要考虑便于线路的养护维修。

5.2 设计要点

桥上无缝线路结构设计要点：

(1)一般中、小跨度桥，应将桥上无缝线路设计为固定区。伸缩区设在桥上时，长轨条之间应设缓冲区或钢轨伸缩调节器。

(2)为防止钢轨爬行，可将长轨条分段锁定，或在长轨条的两端锁定。锁定区的线路纵向阻力，一般不低于区间无缝线路伸缩区的纵向阻力值，或按单独设计确定。

(3)为减小梁、轨相互作用力和钢轨折断时的轨缝值，要选好桥上钢轨扣件的纵向阻力值和布置方式。钢结构桥上钢轨扣件的布置，可采取均匀降低螺帽扭矩，以降低扣压力，或采取有松有紧的布置序列。桥上钢轨扣件的松紧序列一般采用1-n-1，即隔一个扣紧轨底的扣件，放松n个不扣紧的扣件。桥上轨道使用的扣件，有K型分开式扣件和其他专门设计的扣件。本设计采用的是扣板式Ⅰ型弹条扣件。

(4)桥上无缝线路的联合接头，不得采用铝热焊，联合接头要严格执行正火和打

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磨工艺的要求。

(5)在钢梁桥的明桥面上，为便于抽换桥枕，可在桥枕与扣件垫板之间，垫入厚1～2cm的垫层。

(6)在有碴桥上，桥面宽度不足时应设挡碴板，保持道床肩宽直线不小于400mm，曲线按规定加宽，并尽量采用混凝土桥枕。

(7)伸缩调节器钢轨接头，如不焊接，则距梁端或挡碴墙不得小于2m。

5.3 桥上伸缩力计算

5.3.1 附加伸缩力计算原理

桥梁位于无缝线路固定区，固定区钢轨是不动的，而梁却因温度变化而伸缩，这样要带动钢轨，给钢轨一个纵向力，把这附加力称为附加伸缩力。为了简化计算，做如下假设：

(1)梁的伸缩不受轨道的约束，而且伸缩变形不是累积的。 (2)桥上和路基上纵向阻力为常量。

根据第一项假设，梁的自由伸缩，只考虑梁的当天最大温差引起的伸缩，即梁的某截面的位移为：

?lx??lx?t (5-1) 式中，?——钢梁的线膨胀系数，取11.8?10?6/℃；

?lx?t——梁的固定端至计算截面的距离；

——一天内梁的最大温差，对于钢梁取25℃，混凝土梁取15℃。

无碴桥上线路纵向阻力即扣件阻力。桥上钢轨，根据设计要求，不是全部扣紧，而是采用“紧—松—紧”的形式。

表5-1 桥上线路纵向阻力(kN/m/轨)

拧紧情况 无碴桥

全紧 22.50

1-2-1 8.60

1-3-1 6.80

1-4-1 5.80

1-6-1 4.60

1-9-1 3.60

全松 1.50

5.3.2 计算伸缩力

(1)计算条件

2×32m上承式钢板梁，桥上扣件采用1-4-1，桥上线路纵向阻力r =58N/cm，路基上线路纵向阻力r0?64N/cm，60kg/m钢轨。

(2)计算步骤

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计算附图如下：

19.8m

N C PK2=20.18kN B’ B K2 r P3=126.50kN 图5-2 伸缩力计算示意图 6.71m D PB=18.74kN r Pk1=146.15kN r PA=125.44kN r0 K1 3.57m A 19.6m M

图5-1 双跨梁示意图 32m 32m

△C=0.060cm r0

△N=0.007cm △K2=0.192cm 图5-3 钢轨位移示意图

两跨梁上有两个位移相等的点，?K1??K1，?K2??K2，其中，?代表钢轨位移，

?代表梁位移。

计算从第一跨固定端开始，取l0?1960cm。 则P1?r0l0?64?1960?125.44kN 在K1点：

?K1??MA??AK1

?r0l022EF??2P1?rlK1?lK12EF△B=0.192cm ??K1???tlK1 (5-2)

将已知数据代入式(5-2)，得：

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△K1=0.081cm △A=0.078cm 石家庄铁道学院毕业设计

58lK1?708725.5lK1?245862400?02

解得：lK1?357cm

所以，PK1?P1?rlK1?146.15kN

?K1?64?1960?(2?14615?58?357)?3572?21?10?77.4562?0.081cm

在B点：

P2?PK1?r?46150?58?(32?00?L?lK?11?B??K1??KD??DB??K1?2压力) 43?57?)kN (18.7P?2EFr212K1?P22??0.081?146150?(?18740)62?21?10?77.45?58?0.192cm

在B?点：

PB?0'

P22?B??B??2EFr

1874062?0.192?2?21?10?77.45?58?0.190cm

P18740?lB?2??323cm

r58?B???tlB?11.8?10???6?25?323?0.095cm

所以，在B?点处?B???B?，梁轨位移相等的点K2应在B?点左侧，PK2应取正值设B点至K2点的距离为lK2，根据平衡条件?K2??K2，则

?K2??B??PK222EFr???tlK2 (5-3)

将相关数据代入式(5-3)，并整理方程得：

58lK2?959605.5lK2?618051000.1?02

解得：lK2?671cm 在K2点：

PK2?P2?rlK2??18740?58?671?20.178kN

?K2??B??PK222EFr?0.190?20178622?21?10?77.45?58?0.192cm

在C点：

P3?PK2?r(L?lK2)?20178?58?3200?671???126.504kN (压力)

?C??K2?

PK222EFr?P322EFr

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