无缝线路稳定性分析

５０上海铁道科技２０１０年第２期

无缝线路稳定Ⅱ生分析

王品化上海铁路局阜阳工务段

摘要针对无缝线路的养护中的夏季胀轨特点，从力学角度进行分析。根据无缝线路的实际情况制定了相应的养护措施。

关键词无缝线路稳定性

口；

无缝线路稳定性计算的目的是研究温度力，道床横向阻力及轨道框架刚度之间的关系，研究在后两者已给定的条件下，温度压力必须限制在多大范围内才能保证线路的稳定。设计无缝线路时，必须经过稳定性计算以确定其锁定轨温；在养护维修时，依据稳定性计算来限

制作业轨温及作业量；在轨道日常检查

时，如发现方向不良，可测量其矢度，按

稳定性理论或查阅有关资料，判断钢轨

受力状态。因此，稳定性计算对无缝线路的设计、铺设及维修都是十分重要的。

１基本概念

无缝线路锁定后，如果轨温不高，温度压力很小时，轨道将保持原来的状态。随着温度压力的继续增大，轨道就会在一些薄弱地段（钢轨有原始弯曲或道床横向阻力被削弱处）出现较大的弯曲变形。变形矢度随温度压力的增大而逐渐增加。这一现象称为无缝线路的胀轨。在胀轨阶段，如轨温不继续升高，并无外力干扰，轨道弯曲变形一般不会增

加，且有可能随温度压力的下降而逐渐

减少，直至恢复到无缝线路原始状态。

此时，轨道处于稳定平衡状态。但温度压力达到某一临界力ＰＫ时，轨温稍有升

高或稍受外力干扰时，轨道弯曲变形就会突然显著增大，导致轨道完全被破坏。

万方数据

这一现象称为无缝线路的跑道。因此，胀轨是无缝线路丧失稳定的过程，而跑道。则是丧失稳定结果。跑道能使积蓄

于轨道中的能量被突然释放，引起大量

位移，并能使钢轨形成塑性弯曲，使轨枕劈裂，石踏抛散，甚至颠覆列车，造成严

重后果。

应当指出，现行无缝线路稳定性计算方法并不是要求取从稳定平衡转为补稳定平衡的临界力Ｐ。值，因为线路在跑道之前胀轨就已相当严重，威胁行车安全。目前的做法是把温度压力限制在小

于ＰＫ的ＰＮ点，如图１所示，从而使横向

位移不超过一定的允许值。此值现定为２ｍｍ，以保证线路既不产生变形积累，又不致于过分限制温度力，从而适当扩大可铺无缝的范围。将相应于轨道产生２ｒａｍ横向位移的温度力ＰＮ除以安全系数Ｋ后得出的［Ｐ】，即为保证无缝线路稳

定的允许温度力。

ｈ

破坏了这些因素而发生的。因此，我们

必须研究丧失稳定与保持稳定两方面的因素，注意发展有利因素，克服、限制不利因素，防止胀轨跑道事故，以充分发挥无缝线路的优势。

２．１道床横向阻力

道床抵抗轨道框架横向位移的阻力称道床横向阻力，它是防止无缝线路胀轨跑道，保证线路稳定的主要因素。据苏

联经验，稳定轨道框架的力，６５％是由道

床提供的，而钢轨为２５％，扣件为１０％。

道床横向阻力的构成是：道床肩部占２０～３０％，轨枕两侧占２０～３０％，轨枕底部占５０％，且混凝土轨枕和枕木尚有不同。无缝线路地段的道床断面不仅要符合标准尺寸，还应捣固紧密（详见图

２）。

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２

图２

轨道框架刚度是反映其本身抵抗弯曲能力的参数。轨道框架刚度愈大，弯曲变形愈小，所以是保持轨道稳定的因素。轨道框架刚度，在水平面内，等于两股钢轨水平刚度及钢轨与轨枕节点间的

阻矩之和。节点阻矩与轨枕类型、扣件类型、扣件压力及钢轨相对于轨枕的转动有关。中间扣件的扣压力愈大，钢轨与轨

枕联结愈紧密，轨道框架的水平刚度就

愈大。

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无缝线路稳定性分析５１

（上接第８８页）

ｙ＝３ｘ（０≤ｘ≤Ｍ，２，Ｍ为０—６ｋｉｎ需要架粱的数目）

ｙ＝２．５ｘ＋Ｍ／４（ｈ吖２≤ｘ≤Ｍ，２＋Ｎ／１．５。Ｎ为６一ｌＯｋｍ需要架梁的数目）

ｙ＝２ｘ＋Ｍ／２＋Ｎ／３（Ｍ／２＋Ｎ／１．５≤ｘ一＜Ｍ／２＋Ｎ／

ｂ－ｖａ≥０Ｍ目Ｊ２＋ｂ一＂Ｃａ≥Ｍ

ｂ较小且合理，则ａ宜≤２。综合考虑确定求出ａ值后，根据单台座制梁周期为ｕ天，则制粱台座数量为ａｎ，代入直线方程可求得ｂ的最小值。

ａ

ａ（ＩｔＹ２＋２Ｎ／３）＋ｂ－－ｖａ≥Ｍ＋Ｎ

ａ（Ｍ／２＋２Ｎ／３删＋ｂｖａ＞一Ｍ＋Ｎ＋Ｌ不等式组（２）

将ａ与ｂ的不等式转化成ａ与ｂ的方程组，然后进行线性规划，求出ａ与ｂ可能的取值范围：

一ｖａ＋６：＝Ｏ

Ｍａ／２一ｖａ＋ｂ－Ｍ＝Ｏ

１．５＋Ｌ＇Ｌ为１０ｋｉｎ外需要架梁的数目）

以累计制梁天数ｘ为横坐标轴，累计制粱数目Ｙ为纵坐标轴，则制梁曲线方程为：

。ｙ：ａｘ＋ｂ（ａ为制梁速率，ｂ为存梁台座的数

量）

ａ（Ｍ／２＋２Ｎ／３）一ｖａ＋ｂ一（Ｍ＋Ｎ）－－－ｏａ（１９９２＋２Ｎ／３＋Ｌ）－ｖｎ＋ｂ－（Ｍ＋Ｎ＋Ｌ）：一０

方程组（３）

图３关于ａｂ的线性规划

ｂ

以沪宁城际铁路吕城制梁场为例，制梁任务４３９孔，架梁工期２００９年３月２０日至ｌＯ月３１日，制梁台座ｌＯ个，存梁台座７８个ｆ其中２０个双层存梁台座），高效经济地完成了制梁任务。

本研究也可为公路梁梁场规划参考

之用。

满足条件为：任何时刻，制梁数一存梁期限内的制梁数≥架梁数，即：

３ｘ（ｏ≤ｘ≤Ｍ，２）

观察可得，该方程组有规律可循。在以ａ为横坐标，ｂ为纵坐标的坐标系中，方程一为斜率为正，且与方程二交点横坐标为２的直线，由于Ｍ／２通常远大于ｖ，则方程二、三、四为斜率为负的直线，且其两两交点横坐标均小于２（详见

图３）。

繇＋ｂ－ｖ８≥２。５ｘ＋舭（Ｍ陀≤ｘ≤Ｍ，２＋Ｍｌ。５）

２ｘ＋Ｍ．／２＋Ｎ／３（Ｍ／２＋Ｎ／Ｉ．５《ｘ《Ｍ，２＋Ｎｆｌ．５＋Ｌ）

不等式组（１）

不等式两边均为直线或直线段。因此对于分段函数，只须起点、终点分别满足不等式即可，得：

由图３可知，关于不等式组（２）的取值范围为黑线及箭头所指区域。要使ａ、

责任编辑：徐伟民

来稿日期：２０１０－０４—０６

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