华东交大轨道工程复习

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第一章绪论

1■铁路、轨道结构的未来发展 轨道结构：

高速道岔、重型钢轨、高弹性扣件、新型轨枕 铁路：

高速、重型、城轨

高速铁路的优缺点，对轨道结构的三大要求、概念 重载铁路2005年标准：（至少达到两条）

① 列车质量至少达到8000吨 ② 轴重达27吨以上

③ 在长度不小于150km线路区段上，年计费运量至少达 4000万吨

2■有砟轨道的工作特点P11

（1） 荷载的随机性和重复性 （2） 结构的组合性和散体性 （3） 养护维修的经常性和周期性

（无砟轨道工作特点：高平顺性、高稳定性、高强度、少维修）

第二章有砟轨道

1■组成P35

钢轨、轨枕、连接零件、道床、道岔 2■作用和特点 轨道作用：

引导机车车辆运行，直接承受由车轮传来的荷载，并把它分布传递给路基或 桥隧构筑物。

1

特点：

⑴弹性好 ⑵施工方法

⑶养护维修方便，但易于变形

3■钢轨损伤和防治措施、接头 P31-32、轨缝P30

钢轨伤损种类：钢轨磨耗、接触疲劳伤损、剥离及轨头核伤、轨腰螺栓孔裂 纹。 减缓钢轨伤损的措施：净化轨钢，控制杂物的形态；采用淬火钢轨，发展优 质重轨，改进钢轨力学性质；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。

预留轨缝:为适应钢轨热胀冷缩的需要，在钢轨接头处在预留轨缝。

构造轨缝：指受钢轨、接头夹板及螺栓尺寸，在构造上能实现的轨端最 大缝隙值。

接头布置：

钢轨接头相对于轨枕的承垫形式可分为两种：悬空式和承垫式。 按两股钢轨接头位置可分为相对式和相错式。

我国一般采用相对悬空式。即两股钢轨接头左右对齐，同时位于两接头轨枕 间。 4■轨枕P42 分类：

按材质分：木枕、钢枕、混凝土枕 按使用部位分：普通枕、桥枕、岔枕等

按结构形式分：整体式、组合式、半枕、宽轨枕等 依其构造及铺设方法可分为：横向轨枕、纵向轨枕、短枕 作用：

支承钢轨，保持轨距和方向，并将钢轨对它作用的各向压力传递到道床上。 混凝土枕：

I型、II型、山型（强度逐渐加强）

I型、II型长度2.5m，III型2.6m （有挡肩、无挡肩两种）

5■道床

2

功用P48:

（1） 机车车辆的荷载通过钢轨、轨枕传递给道床，道床将荷载扩散，然后 再传给路基，从而减小路基面上的荷载压强，起到保护路基顶面的作用。

（2） 道床为轨排提供纵横向阻力，起到保护轨道几何形位稳定的作用，这 对无缝线路尤为重要。

（3） 道床具有良好的排水作用，减少轨道的冻害和提高路基的承载能力。 （4） 道床的弹性和阻尼可吸收轮轨之间的冲击振动。

（5） 此外，由于道床的易作业性，使得轨道行位的调整较为方便。 三个特征P50:

道床断面包括道床厚度、顶面宽度和边坡坡度 3个主要特征。

道床厚度是指在直线上钢轨或曲线上内股钢轨中心线与轨枕中心线相交处， 轨枕底面至路基顶面的距离。

顶面宽度为轨枕长度加上两倍的道床肩宽， 道床宽度与所要求的轨道横向阻 力、轨枕长度有关。

自道床顶面引向路基顶面的斜坡称为道床边坡，

其大小对道床的稳定性有十

分重要的意义。道床边坡的大小与道砟材料的内摩擦角和黏聚力有关。 6■扣件（不考）、连接零件

第三章无砟轨道

1■背景 无砟轨道的概念：

无砟轨道是利用混凝土板体基础取代传统轨道中的道床（或道床和轨枕）的 新型轨道结构，将轮轨力分布传递到桥、隧、路基等结构上。 2■特点（与有砟轨道相比）

（1） 轨道稳定性好，平顺性高，舒适性好

（2） 养护维修工作量小，使用寿命长（有砟轨道需要经常养护维修） （3） 外形整洁美观，利于环保 （4） 初期建设投资相对较高

（5） 轨道必须建于坚实、稳定、不变形或有限变形的基础上，一旦下部基

3

础变形下沉超出轨道可调整范围或导致轨道结构损伤等, 难的 其修复和整治是十分困

（6）弹性差（现可通过减振降噪扣件改善弹性） 3■国外常见（了解）

无祚轨道的类型

BTD ATD

4■国内常用（掌握）（川型）

通过引进国外技术和再创新攻关，我国确定了以下几种高速铁路无砟轨道形式:

CRTSI型板式轨道一一板式轨道（秦沈）

CRTSU型板式轨道——博格桥上纵连方案基础上的创新方案，带滑动层（京津） CRTSrn型板式轨道一一板式轨道（遂渝） CRTS I型双块式轨道——雷达 2000 （武广） CRTSH型双块式轨道一一旭普林（郑西） 长轨枕埋入式

5. U型板在桥上应用的创新和发展 京津城际铁路桥上纵连板轨道方案特点：

（1 ）预制轨道板和底座板为跨过梁缝的连续结构

（2） 底座板与梁面设置滑动层解决桥梁纵向变形对轨道系统的影响 （3） 桥梁固定在支座上方设置剪力齿槽传递纵向力

（4） 梁缝处设置硬泡沫塑料板减弱梁端转角对轨道结构的影响 （5） 侧向挡块轨道板和底座的垂向、横向变形

4

（6） 台后路基设置摩擦板和端刺避免桥上轨道系统作用力传递至路基 6■城市轨道中常用类型（减振降噪）

包括整体道床式轨道、弹性支撑块式轨道、梯形轨枕、钢弹簧浮置板轨道等。 其中后几种主要用于减振降噪要求较高的地段。 钢弹簧浮置板轨道：

钢弹簧浮置板系统，即弹簧一质量一隔振系统。是将轨道固定在钢筋混凝土 整体道床上，道床再放在主要有钢弹簧组成的隔振器上组成系统。 是目前减振轨 道系统中最先进的一种，适用于地铁中减振等级要求较高的地段。

第四章几何形位

1■直线上几何行位的概念及要求、量测（三角坑

空吊板 暗坑）

直线的几何行位包括轨距、水平、轨向、高低和轨底坡。曲线轨道还有外轨 超高、缓和曲线和轨距加宽等特殊的几何行位要求。 轨距P123:

轨距是钢轨顶面下16mm范围内两股钢轨作用边之间的最小距离。 直线轨道的轨距规定值为1435mm。

轨距变化率：正线和到发线不应超过 2?（规定递减部分除外），站线和专 用线不得超过3?，高速铁路不超过 1?。

量测：道尺（静态）；轨检车（动态） 水平：

水平是指线路左右两股钢轨顶面的相对高差。

《铁路线路维修规则》 规定：两股钢轨顶面水平的容许偏差，正线及到发线 不得大于4mm，其他站线不得大于5mm。两股钢轨顶面水平偏差沿轨道方向的 变化率不可太大，要求在1m范围内，变化不得大于1mm。

量测：道尺（静态）；轨检车（动态） 三角坑P124：

在延长米不足一定基长（如18米）的距离内出现水平差超过一定值（如 18 米对应的4mm水平差）的三角坑（未必先高后低）。

如果在延长米不足18米的距离内出现水平差超过 4mm的三角坑，将使同一 转向架的四个转轮中，只有三个正常压紧钢轨，另一个形成减载或悬空。

5

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。

因此，一旦发现，必须立即消除。 轨向：

轨向是指轨道中心线在水平面上的平顺性。（直线笔直，曲线圆滑） 直线轨道上的偏差是用10米弦量得的偏离直线方向最大矢度，正线不得超

过4mm,站线和专用线不得超过 5mm；曲线轨道上的偏差是用 20米弦量得的 圆曲线或缓和曲线上的正矢与计算正矢之差。 高低：

轨道沿线路方向的竖向平顺性称为高低。

前后高低用10m弦测量时，最大矢度值不应超过 4mm

量测：一米长的轨道不平顺仪；10（ 20、40）m弦等；轨检车或轨道不平顺 检测小车。

高低产生的原因：

1•线路基础沉陷一桥头过渡段， 2•道床沉陷或密实程度不均匀 3•轨道结构和基础及部件弹性不一致 4. 轨底和铁垫板或轨枕之间存在问题

空吊版一轨底与铁垫板或轨枕之间存在间隙（间隙超过 2mm时称为吊板） 暗坑一轨枕底与道砟之间存在空隙（空隙超过 2mm时称为暗坑） 5. 钢轨表面的不平顺一钢轨磨耗（波磨）焊缝、轨面擦伤， 6.,, 轨底坡：

指轨底与轨道平面之间形成的横向坡度。

直线地段轨底坡1:40，曲线地段因超高影响，需加大内轨轨底坡。在任何情 况下，轨底坡不应大于1:12，或小于1:60。

根据钢轨顶面由车轮踏面碾磨形成的光带位置来判断轨底坡设置的正确与 否，一般情况下，要求光带宽度一致，并稍偏向轨头中心内侧。如光带偏向钢轨 中心内侧较大，贝U说明轨底坡不足；如偏向外侧，说明轨底坡过大。

6

2■加宽

填空350

3. 超高（定义、作用、公式推导） 定义：

为抵消机车车辆通过曲线时的离心力，应使外轨顶面略高于内轨顶面，形成 适当的超高。 作用：

1抵消离心力的作用，保证两轨受力比较均匀 2. 保证旅客舒适、货物稳定 3. 保证行车平稳和安全 曲线轨道的最高（低）行车速度：

hs 〔：hl=11.8Vmax /R

2

曲线最高行车速度：

Vmax 二 /h^Wl R/11.8

hs-l h' =11.8Vm. /R

2

曲线最低行车速度：

Vmin 二：.hs - '-hl R/11.8

4■缓和曲线 概念：

为保证行车平顺，在直线与圆曲线之间应设置一段过渡曲线一一缓和曲线， 适应直线与圆曲线几何行位的变化，使车辆和轨道所承受的作用力不致突然发生 或消失。

在直线与圆曲线之间设置的半径和外轨超高均逐渐变化的曲线。 曲率和超高逐渐变化的空间曲线。 作用：

1. 半径逐渐过渡

7

2. 离心力逐渐变化 3•外轨超高逐渐变化 4. 轨距逐渐变化 几何行位要求P134: (1) 坐标要求

在 ZH 处，x=O,y=O 在 HY 处，x =x°,y 两者之间连续变化 (2) 偏角要求 在ZH处，偏角，=0 在HY处，偏角、「° 两者之间连续变化 (3) 曲率要求

1 在ZH处，曲率k = — =0

P 续变化。

常用缓和曲线方程P136:

3

三次抛物线：y二-

6RI。

最小缓和曲线的长度Io : 1. 按行车安全条件确定 2. 按旅客舒适条件确定

d1 2'「—或鱼 dt「S— dl

2

2

因为要求缓和曲线始终点处

=0，故而吐=0，在缓和曲线范围内连

dl dt

2

2

d2-

2.1外轮升高速度（超高时变率）

8

2.2未被平衡的加速度（欠超高）变化率

取上述三者计算出来的大值，并取 10的整倍数。公式见书P138— P140

第五章力学分析

1■两个模型P160

连续弹性基础梁模型：

就是把钢轨视为一根支承在连续弹性基础上的无限长梁，

分析梁在受垂向力

作用下所产生的挠度、弯矩和基础反力。该法所求得的解析解是严密的理论解可 将轨道结构的内力和变形分布写成函数的形式， 算中仍发挥着重要作用。

利用这一模型进行垂向力受力分析时，作如下一些假定： （1） 轨道和机车车辆均符合各项规定标准的要求。

（2） 钢轨是一根支承在连续弹性基础上的无限长梁。连续基础有路基、道 床、轨枕和扣件所组成。作用与弹性基础单位面积上的压力和弹性下沉成正比。

（3） 作用于钢轨的对称面上，两股钢轨上的荷载相等。钢轨的垂向抗弯刚 度EJ和连续基础刚度均对称于轨道的纵向中心线，因此，可把两股钢轨分开计 算。

（4） 不考虑轨道自重。 连续弹性点支承梁模型

两种模型计算结果所得的钢轨变形相差不大， 算过程方法简单，应用较广泛。 2■准静态理论P160

但弯矩相差9-10%,但前者计 这一经典理论在目前轨道强度计

9

目前，最常用的检算轨道强度的方法称为准静态计算方法。 所谓准静态计算 方法，就是应用静力计算的基本原理，对轨道结构静力计算，然后根据轮轨系统 的动力特性，考虑为轮载、钢轨挠度、弯矩和轨枕反力等的动力增值问题。

轨道强度的准静态计算包括以下三项内容：d （1） 轨道结构的静力计算

（2） 轨道结构强度的动力计算一准静态计算 （3） 检算轨道结构各部件的强度 3■三个系数：、f、■- P1-166

动轮载Pd与静轮载P之差称为轮载的动力增值，与静轮载的比值称为轮载 增值系数。这个系数随行车速度的增大而增大， 因此通常称为速度系数，用〉表 一 Pd -P 示, 。

d

P

外轮偏载与静载之比称为轨道的偏载系数，用r表示，其值为：［p =卫匸旦

Po

横向水平力系数等于轨底外援弯曲应力与轨底中心弯曲应力的比值，即： f —

% P

4■计算（K、D、M不给，简单公式不给）

P174例题

第六章道岔

1■概念

在铁路和城市轨道交通线路中，使机车车辆由一条线路转向另一条线路的轨 道连接设备称之为道岔。铁路的薄弱环节之一。

两翼轨工作边相距最近处称辙叉咽喉。

从辙叉咽喉至心轨实际尖端之间的轨线中断的距离叫作“有害空间” 号数越大，辙叉角越小，这个有害空间就越长。使用可动心轨消除有害空间。

P88尖轨尖端非作用边与基本轨作用边之间的拉开距离叫作道岔的尖轨动 程，规定在距尖轨尖端380mm的第一连接杆中心处量取，尖轨动程的规定见P95。 2■单开道岔的构造

。道岔

10

尖脚隸翳分 连接部分 斂和护轨部分 f 7 曲肚本執 二二二二二二二二二二一丽轨 —二二 尖轨尖 第 道耀碎 道苕理实际全长 '基*ft 脚机械 道岔曲各部分组成 3.过岔速度（提速措施） P103、 P104 道岔的过岔速度是控制行车速度的重要因素•道岔的过岔速度有侧向过岔速 度和直向过岔速度之分。

侧向过岔速度受转辙器、导曲线、辙叉和护轨以及道岔后连接线路四个部分 的通过速度的制约。主要由转辙器和导曲线这两个部位允许的通过速度来决定。

直向过岔速度主要取决于轮轨撞击时的动能损失值。 综上所述，道岔的过岔速度主要取决于未被平衡的离心加速度 的离心加速度增量匸和撞击时的动能损失-三个基本参数。

提速措施P107:

对于列车侧向过岔，提高速度的措施有：

（1） 采用大号码道岔，增大导曲线半径，减小车轮对道岔各部位的冲角。 （2） 加强道岔构造强度。

（3） 采用对称道岔，导曲线半径可提高一倍。 （4） 采用曲线尖轨，可加大导曲线半径。 （5） 采用变曲率导曲线，导曲线设置少量超高。 对于列车直向过岔，提高速度的措施有：

（1） 采用新型的道岔结构和材料，提高道岔稳定性。

（2） 采用特种断面钢轨的尖轨，采用弹性可弯尖轨，增强尖轨根部稳定性。 （3） 采用可动心轨，消灭有害空间。

（4） 加长护轨，减小 护轨缓冲段冲击角，或采用弹性护轨。

a、未被平衡

11

（5） 加强道岔养护，提高道岔部位轨道几何行位平顺性。 4■各部分几何尺寸P93-97

在单开道岔上，需要考虑对轨距加宽的部位有： （1） 基本轨前接头处轨距Si （2） 尖轨尖端轨距S

0

（3） 尖轨跟端直股及侧股轨距Sh （4） 导曲线中部轨距SC （5） 导曲线终点轨距S

5■提速道岔P108和高速道岔P109 （了解） 6■总布置图（导曲线之间计算） P98-103

第七章无缝线路

1■关键技术P佃6

钢轨焊接、钢轨胶结绝缘接头,, 2■概念、类型

无缝线路是把轨端不淬火、不钻火的标准钢轨焊接成长钢轨的线路， 所以又 称焊接长钢轨线路。

无缝线线路结构按运营模式分为三种类型：温度应力式、定期放散应力式和 自动放散应力式，目前，世界各国广泛采用温度应力式无缝线路。

根据无缝线路铺设位置、设计要求的不同，可分为路基无缝线路、桥上无缝 线路、岔区无缝线路等。

根据无缝线路轨条长度，是否跨越车站，可分为普通无缝线路和跨区间无缝 线路。 根据长钢轨接头的联接型式，可分为焊接无缝线路和冻结无缝线路。 3■基本原理

① 温度力、伸缩位移与轨温变化的关系 P197

一根长度为I可自由伸缩的钢轨，当轨温变化 厲C时，其伸缩量为：

-1 = '. | Lt

12

如果将处于自由状态的钢轨两端完全固定，则钢轨内部将产生温度应力:

也I

；「t = E ;t

= E

Lt

=；「t =2.48」t[MPa]

一根钢轨所受的温度力：P =2.48ctF N 由以上公式可知:

i长钢轨中的温度力只与轨温变化的幅度有关，而与钢轨的长度无关

ii钢轨中的温度力大小与钢轨截面积有关，在同样轨温变化幅度条件下，钢中的温度力也越大。

② 线路纵向阻力

i接头阻力P200

ii扣件阻力 iii道床纵向阻力 P201-202

③ 温度力图

4■轨温

（1） 最高轨温

C 20 C

（2） 最低轨温

Tmin

：

'tmin C

（实测值低2~4° C）

（3） 中间轨温

Tmin

Z

2

（4） 锁定轨温

① 设计锁定轨温

式中：土要么取“ +”，要么取“一”，Te是一个确定的值，不是一个范围

— Te的修正值，一般取0~5° C

13

轨截面积越大，钢轨

Ltu 1—

允许温升 （升温压力） （降温拉力）

]

ltd 1—允许温降 i根据强度条件确定htd

「. 6 . % .「_ 氷 S E

=J

d

d

K

s

、：t 1 ；「 . % . ；「f _ 卜 丨

打 Yd — Yf

Ea

ii用稳定条件确定Ltu丨

路基上：bt」JP

1

2 E 心，R

桥上：Ltu JP 2P

l

2E o F

式中：R l—稳定性计算结果

R —桥上一根钢轨max'挠曲力，伸缩力，

iii Te的范围

上限：t 二T • 5-6 C

m

e

困难情况下：3-4 C 下限：tn 二Te - 5-6 C 困难情况下：3-4 C

iv最大温度力

Ptmax压二 2.48 t max

Ptmax 拉=2.48 ：t min

注：若线路刚好在Te时锁定 则上tmax 二 max e

F

T

_T

“tmaFTmaC

•%iEm—Tmi

14

②

施工锁定轨温

施工时，钢轨被锁定时那一刻的轨温值

③

实际锁定轨温

线路在运营期间，内部应力为零时的轨温值

5.

的计算 Rmax拉 ^及 Rmax压

P199 例 1

6■温度力图P203

7■桥上无缝线路的特点P215

桥上无缝线路可减轻机车车辆对桥梁的振动冲击，改善列车和桥梁的运营条 件，延长设备使用设备，减少线路养护维修工作量。

桥上无缝线路除受到列车动荷载、温度力和制动力等作用外，还要受到桥梁 的伸缩或挠曲变形位移而引起的附加力作用。因温度变化桥梁伸缩引起的梁轨相 互作用力称为附加伸缩力；因桥梁挠曲引起的梁轨相互作用力称为附加挠曲力。 此外，桥上无缝线路一旦断裂，不仅影响行车安全，也将对桥跨结构施加断轨力。 所有这些均通过桥跨结构而作用于桥梁墩台，保证钢轨、桥跨、墩台均能满足各 自的强度条件、稳定条件以及钢轨断缝条件。

1

在HY处，曲率k二—

R 两者之间连续变化 (4) 超高要求 在ZH处，超高h =0 在HY处，超高h =h

0

两者之间连续变化

2

(5)

dk

的变化率答的要求 dl dl

15