无缝线路稳定性及有效保证措施研究.docx

无缝线路稳定性及有效保证措施研究.docx

《无缝线路稳定性及有效保证措施研究.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《无缝线路稳定性及有效保证措施研究.docx（13页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

无缝线路稳定性及有效保证措施研究

无缝线路稳定性及有效保证措施研究

2012年1月第1期（总160）铁道工程

JOURNALOFRAILWAYENGINEERINGSOCIETYNO.1（Ser.160）

文章编号:

1006—2106（2012）01—0026—04

无缝线路稳定性及有效保证措施研究

梁灿

（中国中铁印尼有限责任公司,北京100039）

摘要:

研究目的:

无缝线路在长轨条范围消除了轨缝,在轨温改变时钢轨的伸缩受到限制,当轨温升高时,钢轨

内将产生巨大的温度压力,温度压力超过一定限值时,钢轨可能会臌曲变形,使轨道丧失稳定.有些特殊地

段,如桥梁,无缝道岔区,由于结构特点,还会在钢轨内产生多余的附加力,在半径较小的曲线地段,无缝线路

抗失稳能力降低,对无缝线路稳定性提出了更高的要求.

研究结论:

在特殊地段,如桥梁,无缝道岔区及小半径曲线地段,传统的提高无缝线路稳定性措施有一定

的局限性,通过采用外侧支挡或内侧加拉杆,使用整体道床,使用小阻力扣件,使用伸缩调节器,设置道床插板

等措施,可以有效地解决特殊地段无缝线路的稳定性.

关键词:

无缝线路;稳定性;措施

中图分类号:

U213.9文献标识码:

A

AStudyontheStabilityofContinuouslyWeldedRailTracksandRelevant

EffectiveMeasures

LIANGCan

（ChinaRailwayIndonesiaCo.,Ltd,Beijing100039,China）

Abstract:

Researchpurposes:

Theseamiseliminatedwiththerangeoflongrailforseamlessrailwayline.Whenthe

temperatureofrailchanges,theexpansionofsteelrailisrestricted,significanttemperaturepressurewillbeinduced

withintherail,whenthetemperaturesexceedsthelimit,therailmaybuckleordistort,consequentlyleadstotheloss

ofstabilityofrailtrack.Inspecialsectionssuchasbridgeorseamlessturnout,duetostructurecharacteristics,unneces—

saryadditionalforcewillbeinduced.Incurvedsectionwithsmalldiameter,thecapabilityofseamlessrailwaylinetore—

sistthelossofstabilitydecreases,whichputsforwardahigherrequirementonthestabilityofContinuouslyWeldedRail

Tracks.

Researchconclusions:

Inspecialsectionssuchasbridgeorseamlessturnoutorcurvedsectionwithsmalldiameter,the

traditionalmeasurestomaintainthestabilityofcontinuouslyWeldedRailTrackshaveshortcomings.Byusingexternal

retainingdevicesorinnertie—bars,usingintegralballastbed,usingfasteningswithlessfriction,settingupinserting

boardofballastbed,thestabilityofcontinuouslyWeldedRailTracksinthespecialsectionscanbeensured.

Keywords:

continuouslyweldedrailtracks;stability;measures

1无缝线路稳定性概述

铁路无缝线路就是将标准长度的钢轨焊联在一

起,在很长的一段距离,钢轨消除了轨缝,增加了轨道

的平顺性.在列车运行当中,显着地降低了机车车辆

的冲击作用.运营实践证明,无缝线路地段的养护维

修工作量比普通线路降低35%～75%,铺设无缝线路

使机车车辆的使用寿命增加,也提高了旅客的舒适度.

收稿日期:

2011—12—16,

作者简介:

梁灿,1970年出生,男,高级工程师,现任中国中铁印尼有限责任公司设计部副部长.

第1期梁灿:

无缝线路稳定性及有效保证措施研究27

我国铺设无缝线路也有近50年的历史,经历了初期的

既有线换铺和当今的新线一次铺设无缝线路的阶段.

随着我国铁路向高速重载的方向发展,还会有更多的

无缝线路铺设.

尽管无缝线路有诸多的优点,但在设计中常常会

遇到许多问题.当轨温改变时,长钢轨中将产生巨大

的温度力,轨温升高时,会产生温度压力.温度压力增

大时,首先对无缝线路稳定性造成影响.有些特殊地

段,如桥梁,无缝道岔区,由于结构特点,还会在钢轨内

产生多余的附加力,更加大了对稳定性的影响.在曲

线地段,尤其在半径较小的曲线地段,无缝线路抗失稳

能力降低,对无缝线路稳定性提出了更高的要求.

无缝线路的失稳是由于钢轨内承受了巨大的轴向

力,钢轨因此产生横向变形,当轨道框架刚度和轨道横

向阻力不能限制钢轨变形时,轨排突然发生大的横向

位移,现场俗称为"胀轨跑道".无缝线路失稳对列车

运行威胁很大,有可能造成重大损失,因此,在设计中

必须认真检算,以保证无缝线路稳定性.

2国内外发展状况

无缝线路最早建于德国,德国也是开始研究无缝

线路稳定性最早的国家.研究者认为长钢轨内温度升

高产生轴向压力,是不可避免的事情.但如果采取必

要的措施,加强轨道结构,可以阻止轨道的失稳,于是,

许多学者进行了大量的研究.迈尔是其中的代表性人

物,他根据能量法提出了钢轨臌曲计算图式,为后来安

全温升法理论奠定了基础.以后经过研究,又提出了

临界温升法的计算理论.随着无缝线路在世界的推广

和普及,到上世纪中叶,许多国家通过对无缝线路稳定

性进行研究,都取得了成果,其中有前苏联的米辛科公

式,别尔申公式,El本的沼田实公式,由美国的科尔和

英国的萨姆维旦,利用能量变分原理结合微分方程分

析无缝线路稳定性,使该理论达到一个新的水平.

我国从1957年开始试铺无缝线路,并在既有线上

大量换铺无缝线路,一直非常重视对稳定性的研究工

作.许多高等院校,科学研究院,设计院和铁路局都对

无缝线路稳定性理论进行了研究.铁科院和铁路局在

实际轨道上对钢轨受压臌曲规律,进行了大量的试验,

不断加深对稳定性理论的认识.1977年4月,在长沙

铁道学院,科研小组提出了"统一无缝线路稳定性计

算公式",简称"统一公式"uj,使我国无缝线路稳定性

理论规范化,统一化迈出了坚实的一步.现在"统一

公式"仍在铁路局,设计院广泛应用.

虽然建立了"统一公式",但对无缝线路稳定性的

研究始终未结束.长沙铁道学院陈秀方教授等人对国

内几条干线铁路进行了现场实测,用数千个样本统计

出60kg/m钢轨的初始弯曲矢长比,弹性初始弯曲和

塑性弯曲的分布],为60kg/m线路稳定性计算合理

选取参数提供了依据.他们在这一基础上对原"统一

公式"进行了改善_3],改善后的"统一公式"在秦沈客

运专线中得以应用.随着能量变分原理在无缝线路稳

定性研究中的应用,又取得了许多成果.郑州铁路局

广钟岩高级工程师,通过运营实践与理论研究相结合,

提出了一整套有理论依据的措施,对保证无缝线路稳

定性有着指导作用.铁道科学研究院的卢耀荣研究

员,通过大量研究提出了初始弯曲波长与变形波长不

等的计算模型,实践证明这种模型更接近实际,据此推

导出稳定性计算公式.此外,他对稳定性理论的又一

重大发现是关于动态失稳特征,即所谓"弹动现

象"_4J,更具有重要的理论和实际意义.

以上说明,我国研究无缝线路稳定性已经取得了

相当大的成绩,突破了所谓无缝线路"禁区",但还有

待进一步深化.对一些特殊地段的无缝线路,还需更

深入地研究.

3传统的提高无缝线路稳定性措施及

局限性

我们已经知道,造成无缝线路失稳的因素有钢轨

的温度升高和初始弯曲,防止失稳的因素有轨道框架

刚度和轨道横向阻力.在进行无缝线路设计时,应按

照限制不利因素或增强有利因素,保证无缝线路的稳

定性.以往有些方法,可以提高无缝线路稳定性.

3.1合理确定无缝线路锁定轨温

无缝线路的允许温升一般由稳定性决定,如果要

使钢轨中的温度压力降低,就要限制钢轨的实际温升.

因此,无缝线路的锁定轨温常常要高于中间轨温几摄

氏度,这可以使钢轨的实际温升减小,从而降低钢轨的

温度压力.但是,锁定轨温不能比中间轨温高太多,正

常情况下,有7℃以内的温度量值.

3.2严格控制初始弯曲矢度

无缝线路焊接长钢轨在运输,施工以及运营过程

中,由于各种外力作用使钢轨弯曲.当取消外力作用

弯曲消失,则称为弹性初始弯曲,如果取消外力,仍不

能消除的弯曲,则叫做初始塑性弯曲.初始弹性弯曲

和初始塑性弯曲对于无缝线路稳定性都是不利的因

素,在施工,运营过程中应尽量减小初始弯曲.但在运

营过程中,初始弯曲是不可避免的,尤其在繁忙干线铁

路,初始弯曲非常难控制.如果处在半径很小的曲线

上,控制初始弯曲效果也不大.

28铁道工程2o12年1月

3.3增加轨道的框架刚度

轨道的框架刚度包括两部分,一是两根钢轨本身

的抗弯刚度肼,二是钢轨和轨枕用扣件联结的阻矩.

用提高钢轨类型的方式可适当提高钢轨本身截面的抗

弯刚度,但由于增大了钢轨截面面积,使钢轨的轴向压

力也同时增大,由此看提高钢轨类型对增加轨道框架

刚度的效果很小.通过拧紧扣件提高扣件与轨枕的阻

矩作用,实践证明可增加轨道框架刚度,但目前扣件阻

矩的轨道框架作用仅限于作定性分析,在设计中从未

有规范或文献说明其准确的量化值.在利用"统一公

式"计算稳定性时,现仍将刚度系数取为1.

3.4增加砟肩宽度堆高砟肩

对于有砟轨道,其横向阻力是指道床阻止轨枕横

向移动的约束作用,称为道床横向阻力.道床横向阻

力同道床密实度,砟肩宽度和轨枕类型等因素有关.

一

般情况下增加砟肩宽度可以提高道床横向阻力J,

但由于砟肩道床破裂面的位置原因,砟肩宽度超过

550mm以后,道床横向阻力不再增加.将砟肩堆高,

也可以增加道床的横向阻力.增加砟肩宽度和堆高砟

肩是有限提高稳定性较为有效的方法,在有关的暂规

或设计文件中都有类似的说明.但此方法增加道床横

向阻力的效果,按"统一公式"计算的等效道床阻力仅

仅达到90～100N/em,在半径较小的曲线地段,仅靠增

加砟肩宽度和堆高砟肩难以保证无缝线路的稳定性.

3.5采用定期放散应力式无缝线路

这种型式的无缝线路是在每年的春秋季节,放散

无缝线路温度力,可以使温度力在冬季和夏季都不至

太大,从而避免无缝线路失稳.但这种方法每年必须

有两次放散应力,增加很多线路的作业.因此,此方法

在国内很少采用.

4现采用的有效措施

上面的5种提高无缝线路稳定性方法是比较传统

的,在早些时候铺设的无缝线路确实起到了一些作用,

但根据定量分析,上面方法的效果都是有限的.近几

年对无缝线路研究又有了新的成果,提高稳定性的基

本原则未变,仍然是限制不利因素,提高有利因素,但

结构型式同以往有很大不同.从使用效果看,确实有

了很大改善,某些方法,