轨道工程复习重点

第一章 绪论

近年我国铁路建设主要成就： 1.既有线提速 2.发展重载铁路 3.新建客运专线 4.青藏线工程

轨道的作用和特点：

轨道的作用是引导机车车辆的运行，直接承受来自列车的荷载，并将荷载传至路基或者桥隧结构物。特点是轨道结构应具有足够的强度、稳定性和耐久性，并具有固定的几何形位，保证列车安全、平稳、不间断地运行。

选择轨道时应考虑的因素：

首先确定钢轨类型，然后从技术经济观点出发，确定与之配套的轨枕类型与铺设数量，以及道床的材料与断面尺寸，使之组成一个等强度的结构整体，充分发挥各部件的作用。 高速、重载以及城市轨道交通的轨道结构的异同点： 相同点：和普速铁路轨道结构一样，高速、重载及城市轨道交通轨道结构也是有钢轨、轨枕、扣件、道床、道岔等部分组成。

高速铁路：为适应高速行车的要求，保证高速列车运行的平稳性、舒适性和安全性，高速铁路轨道各部件的力学性能、使用性能和组合结构的性能都比普通轨道部件高得多，必须保障轨道结构具有高平顺性和高稳定性

重载铁路：必须采用强韧化的轨道、以抵御重载列车对轨道结构的破坏强化轨道结构和延长使用寿命，确保列车的运行安全并减少养护维修工作量

城市轨道交通：由于城市轨道交通接近人口密集的市区，要求运营安全平稳，舒适性好，同时，对振动与噪声控制的要求大大高于大铁路的要求。另外，由于城市轨道交通的行车密度大，维修“天窗”时间短，因而需要轨道结构具有较好的耐磨性，能够减少养护和维护。 轨道结构新技术： 1.高标准的有砟轨道 2.无砟轨道

3.钢轨的重型化与强韧化 4.高弹性扣件 5.铺设无缝线路

6.高速道岔和提速道岔 7.轨道动力效应的研究

8.轨道工务维修管理的现代化

第二章 有砟轨道结构

有砟轨道结构主要组成及其功用：

钢轨：直接承受列车荷载，依靠钢轨头部内侧面和机车车辆轮缘的相互作用，为车轮提供连续且组阻力最小的滚动接触面，引导列车运行，并依靠它本身的刚度和弹性将所承受的荷载分布传递于轨枕 轨枕：承受来自钢轨的压力，并把它分布传递至道床；同时利用扣件保持钢轨的正确位置

接头：用于钢轨与钢轨的可靠联结，保持钢轨的连续性与整体性

扣件：固定钢轨位置，阻止钢轨纵、横向移动，防止钢轨翻转，确保轨距正常，并在机车车辆的作用下，发挥一定的缓冲减振性能，延缓线路残余变形的累积

轨道加强设备：防止钢轨与轨枕之间发生相对的纵向位移，增加线路抵抗钢轨纵向爬行的能力；在曲线上安装轨撑和轨距杆，可提高钢轨横向稳定性，防止轨距扩大

道床：固定轨枕的位置，增加轨道弹性，防止轨枕纵、横向位移，并把承受的压力分布传递给路基或者桥隧建筑物，同时还方便排水和调整线路的平、纵断面

道岔：使车辆从一股轨道转入或越过另一股轨道 钢轨的类型：

钢轨分为43，50，60，75kg/m四种类型 钢轨分级使用的含义：

钢轨的二次或多次使用和钢轨在一次使用中的合理倒换使用

钢轨伤损的主要形式有哪些：

钢轨在使用过程中，发生折断、裂纹及其它影响和限制钢轨使用性能的伤损 伤损的原因及解决措施： 原因：

解决措施：净化钢轨，控制杂物的形态；采用淬火钢轨，发展优质重轨，改进轨钢的力学性质；改革旧轨再用制度，合理使用钢轨；钢轨打磨；按钢轨材质分类铺轨等 钢轨打磨的种类：

按照打磨的目的及磨削量分，预防性打磨、保养性（断面廓形）打磨、校正性（修理性）打磨 为什么要进行断面廓形打磨：

将钢轨断面打磨成最佳轮轨接触的几何形状，以延缓波磨和其他疲劳伤损的产生，在曲线地段对钢轨断面进行非对称打磨，能明显降低轮轨横向力和冲角，减少侧磨

比较一下木枕与混凝土枕的优缺点：

木枕：弹性好、减缓冲击、易加工维修、与钢轨连接简单、绝缘性能好。但是耗木材、易腐蚀、磨损、寿命短、易形成不平顺。

混凝土枕：纵、横向阻力较大，提高了线路的稳定性；铺设高弹性垫层可以保证轨道弹性均匀；使用寿命长，可以降低轨道的养修费用；可以节约大量优质木材。但是列车通过不平顺的混凝土枕线路时，轨道附加动力增大

钢轨接头有哪些种类，特点是什么：

接头的联结形式按其相对于轨枕位置，可分为悬空式和承垫式两种；按两股钢轨接头相互位置来分，可分为相对式和相错式两种；按其性能又可分为普通接头、异形接头、绝缘接头、焊接接头、导电接头、伸缩接头、冻结接头、以及安全保护装置等 特点：接头处轮轨动力作用大，相应的养护维修工作量大

有砟扣件有哪些种类，特点是什么： 1.按扣压件区分：刚性和弹性 2.按承轨槽区分：有挡肩和无挡肩

3.按轨枕区分：有木枕扣件和混凝土枕扣件

4.按轨枕、垫板及扣压件的联结方式区分：不分开式和分开式 木枕扣件：

混凝土枕扣件

碎石道床断面的三个特征： 道床厚度、顶面宽度及边坡坡度

道床厚度：指直线上钢轨或曲线上内轨中轴线下轨枕底面至路基顶面的距离

顶面宽度：主要取决于道床肩宽，指道床顶面左边缘到右边缘的距离

边坡坡度：对保证道床的坚固稳定有十分重要的意义。取决于道砟材料的内摩擦角与粘聚力，也与道床肩宽有一定的联系

钢轨轨缝的设置原则：

预留轨缝：为适应钢轨热胀冷缩的需要，在钢轨接头处要预留轨缝。预留轨缝应满足如下的条件：1.当轨温达到当地最高轨温时，轨缝应大于或等于零，使轨端不受挤压力，以防温度压力太大而胀轨跑道 2.当轨温达到当地最低轨温时，轨缝应小于或等于构造轨缝,使接头螺栓不受剪力,以防止接头螺栓拉弯或拉断

构造轨缝：指受钢轨、接头夹板及螺栓尺寸限制，在构造上能实现的轨端最大缝隙值 胶粘道砟的优缺点：

第三章 无砟轨道结构

与有砟轨道结构相比，无砟轨道结构有哪些优缺点： 优点：

1.整体性强，稳定性好； 2.轨道几何形位易于保持；

3.有利于铺设无缝线路及高速行车。其轨道变形很小，发展较慢；

4.减少养护维修工作量，改善劳动工作条件，这对于运量大，行车速度和密度均较高的线路，以及通风照明条件差的长大隧道，效果尤为显著。

5.此外，还可减少隧道的开挖面积，增加隧道或桥梁净空（减轻重量），外观整洁美观，坚固耐久 缺点：

1.整体道床工程投资费用高，

2.要求较高的施工精度和特殊的施工方法， 3.对扣件和垫层也有特殊要求，

4.在运营过程中，一旦出现病害，整治非常困难。 5.振动噪声大

无砟轨道主要有哪些类型：

主要有板式轨道、双块式轨道、长枕埋入式轨道、弹性支承轨道等结构型式

第四章 轨道几何形位

什么是轨道几何形位：

轨道各部分的几何形状、相对位置、基本尺寸。 保持良好几何形位的意义：

轨道几何形位正确与否，对机车车辆的安全运行、乘客的旅行舒适度、设备的使用寿命和养护费用起着决定性的作用

什么是静态检测和动态监测，其特点是什么： 静态检测：是轨道不行车时的状态，采用道尺等工具测量

动态监测：是行车条件下的轨道状态，采用轨道检查车测量

直线和曲线轨道几何形位的要素有哪些，这些要素的具体含义是什么，如何测量：

轨距、水平、前后高低、方向和轨底坡

轨距：轨距是在钢轨头部踏面下16 mm 范围内两股钢轨工作边之间的最小距离，可用专用的道尺、轨检小车等静态方式测量，也可使用轨检车进行动态检测 水平：水平是指线路左右两股钢轨顶面的相对高差。也用道尺或轨检小车等工具和设备进行静态量测，使用轨检车进行动态检测

高低:轨道沿线路方向的竖向平顺性称为高低。可用弦线、轨检小车和轨检车测得

方向：是指轨道中心线在水平面上的平顺性。可用弦线、轨检小车和轨检车测得

轨底坡：轨底与轨道平面之间形成的横向坡度。可根据钢轨顶面磨成的光带位置来判定 什么是轮轨游间，对行车有什么影响：

当轮对的一个车轮轮缘紧贴一股钢轨的作用边时，另一个车轮轮缘与另一股钢轨作用边之间便形成了一定的间隙，这个间隙成为轮轨游间

对列车平稳性和轨道的稳定性有重要影响，若?过大，则会导致横向位移和作用于钢轨上的横向力增大，动能损失大，加剧轮轨磨损和轨道变形，严重时会引起列车脱轨，危及行车安全。若?过小，则行车阻力和轮轨磨耗增加，严重时还可能楔住轮对、挤翻钢轨或导致爬轨事故，危及行车安全。 如何提高轨道的平顺性：

必须在轨道的设计、轨道部件加工、铺设和养护维修等各个环节中严格把关。

保证路基的坚固、稳定，控制工后沉降等不均匀沉降，提高桥梁刚度、控制动挠度。对于有砟轨道采用硬质、耐磨的道砟材料、分层压实以提高摊铺质量。在铺轨前的各个环节控制轨道初始不平顺，提高钢轨的平直度和打磨质量，避免轮轨接触面上的

短波不平顺。提高轨道结构连续性，消灭钢轨接头，道岔区钢轨断面、轨枕长度、轨道刚度都有变化，应注重提高道岔结构的平顺性。提高轨道弹性的均匀性，处理好线路和桥梁、隧道的过渡段，处理好有砟轨道与无砟轨道的过渡段，减小桥梁的动挠度。提高轨道铺设精度，采用高精度设备施工，一次铺成跨区间无缝线路，采用高精度大型养护维修机械和轨道状态检查设备。防止由于路基、道床、轨下胶垫弹性不均匀所引起的长波不平顺。

什么是轨底坡，轨底坡设置的目的是什么： 轨底与轨道平面之间形成的横向坡度。 设置的目的是：

1. 使车轮压力大体与钢轨竖直轴重合 2. 避免或减小钢轨偏载 3. 减小轨腰弯曲应力

4. 减小轨头由于接触应力而产生的塑性变形 轨道几何形位的允许偏差与什么因素有关：

不同的线路类型、检测方式和运营要求等情况对轨道几何形位偏差要求的标准不同

曲线轨距加宽的基本原则与计算方法： 1．保证占列车大多数的车辆能以自由内接形式通过曲线

2．保证固定轴距较长的机车通过曲线时，不出现楔形内接，但允许以正常强制内接形式通过 3.保证车轮不掉道，即最大轨距不超过容许限度(最大允许轨距的确定原则：一侧紧靠，另一侧与变坡点接触。考虑了车轴的弯曲、弹性挤开量、钢轨的廓形)

曲线轨道设置超高的目的是什么，如何设置： 目的：

抵消离心力的作用，保证两轨受力比较均匀； 保证旅客舒适、货物稳定； 保证行车平稳和安全。 设置方法：

1、外轨提高法：保持内轨标高不变而只抬高外轨 2、线路中心高度不变法：内外轨分别各降低和抬高超高值一半而保证线路中心标高不变的方法 缓和曲线设置的目的是什么：

缓和曲线：在直线和圆曲线轨道之间设置一段曲率半径逐渐变化的曲线，称为缓和曲线

设置目的：使未被平衡的离心力平稳变化，超高和轨距加宽逐渐变化，保持列车在曲线运行的平稳性 常用缓和曲线的线型及几何特征是什么：

常用线型有：三次抛物线形、三次抛物线余弦改善型、三次抛物线圆改善型、七次四项式、半波正弦形、一波正弦形 几何特征：

1、缓和曲线连接直线和半径为R的圆曲线，其曲率由0?1/R逐渐变化

2、缓和曲线外轨超高，由直线上的零逐渐增至圆曲线的超高值，与圆曲线超高相连接

3、缓和曲线连接半径小于350m的圆曲线时，在整合缓和曲线长度内，轨距加宽呈线性递增，由零至圆曲线加宽值

如何确定最小缓和曲线的长度：

按行车安全条件确定、按旅客舒适条件确定（外轮升高速度（超高时变率）、未被平衡的加速度(欠超高) 变化率）

为何限制圆曲线最小长度和缓和曲线夹直线最小长度：

主要取决于列车运行的平顺性、防止两次摆动的叠加

什么是三角坑，对行车有什么危害：

三角坑是在一段规定的距离内，先是左股钢轨高于右股，后是右股高于左股，高差值超过容许偏差值，而且两个最大水平误差点之间的距离

危害：三角坑将使同一转向架的四个车轮中，只有三个正常压紧钢轨，另一个形成减载或悬空。如果恰好在这个车轮上出现较大的横向力，就可能使浮起的车轮只能以它的轮缘贴紧钢轨，在最不利的情况下甚至可能爬上钢轨，引起脱轨事故

第五章 轨道结构力学分析

轨道结构静力分析假设条件有哪些：

1、假设列车运行时，车轮荷载在轨道各部件中所引起的应力、应变，与量值相当的静荷载所引起的应力、应变相等，即车轮荷载具有准静态性质； 2、以速度系数、横向水平力系数、偏载系数分别反映车轮垂直动荷载、横向水平力和垂直力偏心、曲线内外轨偏载的影响；

3、假设轨道及基础均处于线弹性范围，列车轮系作用下轨道各部件的应力、应变，等于各单独车轮作用下的应力、应变之代数和；

4、视钢轨为连续弹性基础上的等截面无限长梁，梁的基础反力与各自弹性下沉之间成线性关系； 5、不计钢轨，扣件及轨枕本身的自重

轨道结构力学分析的主要计算模型有哪些：

弹性点支承梁模型

连续弹性基础梁模型

简述连续弹性基础梁理论的模型、求解思路： 将轨枕对钢轨的支承视为连续支承，其支承刚度为钢轨基础弹性模量。用该模型可以求得精确严密的解析解，方法简便直观， 应用广泛 求解思路：

先由材料力学理论计算出微分方程，然后得到通解，由边界条件确定积分常数，最终得出位移、钢轨弯矩、枕上压力的解析解

表征轨道弹性的主要参数有哪些，有什么关系： 钢轨抗弯刚度EI、道床系数C、钢轨支座刚度 D、钢轨基础弹性模量u、刚比系数k 钢轨抗弯刚度EI：

钢轨的弹性模量E与钢轨截面对水平中性轴的惯性矩I相乘所得。

力学意义:使钢轨产生单位曲率所需施加的力矩，量

纲为力·长度2

道床系数C：

使道床顶面产生单位下沉所需要施加于道床顶面单位面积上的压力

力学意义:表征道床及路基的弹性特征 ，量纲力/

长度3

C?py 0钢轨支座刚度 D：

使钢轨支座产生单位下沉所需要施加于支座上的力 力学意义:表征钢轨扣件和枕下基础的等效刚度，量纲为力/长度

D?Ry 钢轨基础弹性模量u：

单位长度的钢轨基础产生单位下沉所需的施加在钢轨基础上的分布力

力学意义:表征钢轨基础的弹性特征，量纲为力/长度2

u?Da 刚比系数k：

钢轨基础弹性模量与钢轨抗弯刚度的比值，又称为轨道系统特征性参数

k?4uD4EI?44EIa 车轮荷载作用处的解：

yPk?max?2u??MP?max?4k?

?RPka?max?2??轨道整体刚度Kt：

定义为使钢轨单位下沉所需的竖向荷载，在荷载作用处，令位移y=1cm，则所许荷载即为Kt，表达式如下：

Kut?2k?244EIu3 准静态法中如何考虑动力增值系数： 将轨道的静荷载乘以动力增量系数（包括速度系数、偏载系数以及横向水平力系数）以表征轨道在动荷载作用下的振动放大效应 速度系数?：

动态增量与静轮载之间的比

??Pd?P0P 0速度小于120km/h时，电力牵引??0.6v100内燃??0.4v100 偏载系数?：

车辆通过曲线时，未被平衡的超高（欠超高或过超高）会引起外轨（或内轨）动载增加，其增量与静轮载的比值称为偏载系数

???PP2?P0P? 0P0横向水平力系数f：

由于车辆通过曲线地段时轮缘的导向作用，以及直线地段转向架的蛇形运动的影响，轮轨之间将产生横向水平力以及垂直力的偏心，使钢轨产生横向弯曲和扭转

轨底外缘弯曲应力与中心应力的比值，表征轨底边缘的应力增大情况

f???1?

1?22

应用准静态法计算的yd，Md，Rd： v≤120km/h：

yd?(1????)y0?M?(1????)fM?d0? Rd?(1????)R0??v＞120km/h：

yd??(1??)(1??1)???y0?M(1??)(1???d??1)???fM0?

R???R?d??(1??)(1??1)0?为什么在钢轨弯矩计算时，应考虑横向水平力系数，而在位移计算中又不考虑：

由于车辆通过曲线地段时轮缘的导向作用，以及直线地段转向架的蛇形运动的影响，轮轨之间将产生横向水平力以及垂直力的偏心，使钢轨产生横向弯曲和扭转

推导混凝土轨枕下截面和中间截面的弯矩表达式： 轨下截面正弯矩最不利支承情况：

2MK?a1b??g?s? ?2e?8??Rd???Mg??轨枕跨中截面负弯矩最不利支承情况：

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