軌道強度計算軌道強度計算方法

軌道強度計算靜力計算

按照對基礎假設的不同，靜力計算分為：連續(xù)點支承梁的計算和連續(xù)基礎梁的計算。在連續(xù)點支承梁的計算法中，把鋼軌視為一根支承在許多彈性支點上的無限長梁。彈性支點的沉落值假定與它所受的壓力成正比。運用力學理論，任一截面處的鋼軌彎矩、壓力和撓度都可求得。如果有許多荷載同時作用于鋼軌上，可先分別計算每個荷載對軌道所產生的作用，然后疊加起來。如需求最大數值時，可選擇幾個較重的車輪分別置于計算截面上，按照機車車輪的排列進行計算比較求得。在連續(xù)基礎梁的計算法中，則把鋼軌視為一根支承在連續(xù)彈性基礎上的無限長梁。同樣，用力學理論，可求出鋼軌任一截面的彎矩、壓力和撓度。與連續(xù)點支承梁方法相比，計算結果相差不多。但在基礎剛度較大時，兩種計算結果相差可達10%左右。

軌道強度計算動力計算

一直沿用等效靜荷載法，即考慮到列車動力作用而把軌道所承受的靜荷載適當加大。動荷載的確定有兩種方法：①力素分析法。對軌道所承受的各種力素進行分析，對每一種力素乘以不同的系數，再以概率理論將其組合起來，以求得可能發(fā)生的最大動荷載。②速度系數法。把靜荷載乘以速度系數α，得出換算的動荷載。計算速度系數的公式，各國不同，如美國采用α=1 v/120，式中速度v以英里/時計；對速度v小于100公里/時，聯(lián)邦德國采用α=1 v/30000。中國1979年頒布的《鐵路軌道強度計算法》規(guī)定：在蒸汽牽引，列車速度在120公里/時以下時，計算軌底彎曲應力，用α=1 8v/1000，式中v為行車速度，以公里/時計；計算軌道下沉的軌下基礎各部件的荷載及應力，則用α=1 6v/1000。力素分析法在理論上似較速度系數法嚴密，但實際上各種力素變化多端，情況極為復雜，計算結果的可靠度不大，且計算十分繁瑣，使用不便，不如速度系數法簡單易行。到80年代除蘇聯(lián)外，世界各國大多采用速度系數法。

軌道各部件應力計算主要包括：①鋼軌底部的動彎應力。即：σ=M/W，式中σ為鋼軌底部縱向纖維應力；M為鋼軌彎矩；W為鋼軌底部對水平中性軸的截面模量。②軌枕的壓應力。僅對木枕進行計算。壓應力σa=Q/A，式中Q為鋼軌壓力；A為軌底或墊板與木枕接觸的面積。③道床頂面的壓應力。即道床頂面承受軌枕底面?zhèn)鱽淼膲毫?，假定分布在軌枕兩端長度為e的范圍內，其值為p=Q/be，式中Q為鋼軌壓力；b為軌枕寬度。最大壓應力則乘以大于1的系數，一般采用1.6。④路基頂面的壓應力。一般隨道床厚度的增加而減小，但道床厚度達到一定限度時，即使再增加道床厚度，路基面的壓應力也不會再減小。以上均為對垂直方向的荷載所進行的計算，橫向水平力，在直線上數量不大，約為靜荷載的10～15%；在曲線上，視曲線半徑大小，機車、車輛類型的不同而異，但一般也只為靜荷載的50%以下。在普通線路上，縱向水平力數值很小，一般可不計算。2100433B

軌道強度又稱“軌道應力”。在列車動荷載作用下軌道各部分所受到的應力。按照對基礎假設的不同，軌道應力計算理論分連續(xù)彈性基礎梁法和連續(xù)支承梁法兩種。前者把鋼軌視為一根支承在連續(xù)彈性基礎上的無限長梁對整個軌道結構及其各部分的應力進行分析。假定軌道在集中輪載作用下，基礎反力與鋼軌撓度成正比，可求出鋼軌各截面上的撓度、彎矩和作用在軌枕上的鋼軌壓力。但軌道系統(tǒng)受一系列集中輪載的作用，計算時必須將鄰輪的影響全部考慮在內。使用連續(xù)彈性點支承梁法時，則把鋼軌視為一根支承在有限個彈性支點上的連續(xù)梁進行靜力分析。此時假定彈性支點上的沉落值與它所受的壓力成正比。同樣可求出鋼軌任一截面的撓度、彎矩和鋼軌壓力。兩種方法的計算結果僅在軌下基礎剛度較大時，相差可達10%～15%。實際上鋼軌既不是連續(xù)支承，也不是連續(xù)點支承，而是介于兩者之間，所以不論采用哪一種方法，都有一定的近似性。對于列車的動力作用，可用準靜態(tài)的計算方法，即應用靜力計算的基本原理，把軌道對機車車輛的動力響應，簡單地作為輪載或應力應變的動力增值問題來處理。引起動力增值的主要因素是行車速度、鋼軌偏載和列車通過曲線的橫向力，分別用速度系數，偏載系數和橫向水平力系數來考慮。最后計算出鋼軌撓度、彎矩、鋼軌壓力以及道床和路基頂面的壓應力 。

軌道強度在英、美也稱軌道應力。軌道承受的作用力：軌道承受列車的各種垂直壓力、橫向水平力、縱向水平力。①垂直壓力主要來自車輪的靜重（靜荷載）。在列車運行時，由于機車車輛的振動，軌道和車輪的不平順，以及蒸汽機車動輪和主動輪構件的作用，除靜荷載外，在垂直方向，軌道還承受許多額外的附加力。所有這些附加力連同靜荷載一起，稱為垂直動荷載。②橫向水平力主要是由機車車輛搖擺及作蛇行運動以及它們通過曲線時向外推動而產生的。③縱向水平力主要包括機車加速、制動時的縱向水平分力，在長大坡道上機車車輛重量的縱向水平分力，以及因鋼軌的溫度變化而產生的溫度力。

軌道強度計算的主要目的，是運用力學原理，分析和計算軌道各組成部分，在機車車輛以各種不同運營條件運行時所產生的應力和變形。在保證列車安全、平穩(wěn)和高速運行條件下，根據已有的軌道類型及其他特定條件，確定機車車輛所允許的最大軸重和行車速度；以及在機車車輛類型、軸重和最高行駛速度已知時，經過強度計算并結合國家技術政策，選擇合理的軌道類型。軌道強度計算的主要內容，是在列車動載作用下計算軌底邊緣的彎曲拉應力、軌頭壓應力、木枕支承面的承壓應力、道床頂面的承壓應力、路基面的承壓應力以及混凝土軌枕和寬軌枕的軌下斷面、中間斷面的彎矩等 。

軌道強度計算主要研究以下三個方面：（1）確定機車車輛施加于軌道上的荷載，研究軌道變形，軌道破壞的機理。（2）研究軌道結構各組成部分的應力和變形，尋求加強或改進軌道結構，延長設備使用壽命和維修周期的措施。（3）為研究能設計適應高速、重載運輸的少維修或不維修的軌道結構，提供必要的理論依據 。

《鐵路軌道與修理（高職）》主要包括：軌道結構，曲線軌道，道岔，軌道強度計算，無縫線路，線路修理和線路作業(yè)安全。

內 容 簡 介

本書介紹了采用有限元和樣條函數的矩陣分析方法進行軌道強度計算的

數學理論基礎、有關計算用的電算程序和計算例題。

書中講述了結構矩陣分析方法的特點及其與以往所用方法的比較，論證

了采用本書所介紹的數學方法進行軌道強度計算，比以往計算所依據的Win－

kler假設更符合軌道的實際力學模型，因此可用來對各種復雜情況下的軌道

強度進行計算；書中還根據鋼軌支點反力－位移的非線性特性，提出了雙向非

線性的軌道強度計算方法。這里介紹的理論和方法為研究重載對軌道強度的

影響，為軌道接頭、道岔尖軌、軌枕或扣件等失效情況下的特殊而復雜的強

度計算，開拓了一條新的途徑，是計算理論和手段的一大進展。

目 錄

第一章 軌道幾何形位

第一節(jié) 曲線外軌超高

第二節(jié) 緩和曲線

第二章 軌道強度計算

第一節(jié) 軌道結構的靜力計算

第二節(jié) 軌道結構的動力計算――準靜態(tài)計算的基本概念

第三節(jié) 鋼軌彎扭復合應力分析及截面幾何特性計算

第三章 軌道垂向動力附加荷載

第一節(jié) 概述

第二節(jié) 軌道動荷載的頻率分帶性及其產生機理

第三節(jié) 鋼軌接頭處輪軌沖擊力P1及中頻力P2的計算

第四章 無縫線路

第一節(jié) 概述

第二節(jié) 基本原理

第三節(jié) 無縫線路穩(wěn)定性分析

第四節(jié) 無縫道岔的溫度力分布及變形分析

第五節(jié) 橋上無縫線路“回彈”問題的

彈塑性動態(tài)模擬分析

第六節(jié) 鎖定軌溫的檢測

――測標法的理論與實踐

第五章 曲線鋼軌磨耗與軌道幾何形位的關系

第一節(jié) 概述

第二節(jié) 摩擦中心法

第三節(jié) 蠕滑中心法

第四節(jié) 單自由度法

參考文獻