轨道工程.docx

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轨道工程

北京交通大学函授学历班

铁道工程

（轨道部分）

自学指导书

彭华编

使用教材：

铁道工程

使用年级：

2003级

使用专业：

土木工程（铁道工程方向）

层次：

专升本、本科

北京交通大学土木建筑工程学院

2004年3月

绪论

明确本门课程的性质、地位和作用。

铁道工程是土木工程（铁道工程方向）专业的专业课之一，是一门综合性、总体性和实践性较强的课程，涵盖轨道和选线等内容，需要掌握铁路轨道的基本理论和计算方法，掌握铁路勘测与设计的基本原理、概念和方法，能够进行基本的铁路平、纵断面设计。

一般了解世界铁路的由来和发展；一般了解我国铁路的建设概况；熟悉铁路运输的性质和特点。

重点掌握铁路的基本建设程序。

第一章轨道结构

第一节概述

轨道是铁路的主要技术装备之一，是行车的基础。

轨道是由钢轨、轨枕、道床、道岔、联结零件及防爬设备组成。

轨道是由不同力学性能部件组成的工程结构物。

熟练理解轨道的各个组成部分，并理解其功能与作用。

第二节钢轨

钢轨是铁路轨道的主要组成部件，它的功用在于引导机车车辆的车轮前进，承受车轮传来的巨大压力，并传递到轨枕上。

其工作条件十分复杂。

理解掌握钢轨的功能要求。

钢轨的类型是以每米大致质量kg数来表示。

掌握我国铁路钢轨的主要类型。

理解钢轨断面设计原则，掌握钢轨断面的四个主要参数。

熟记60轨的钢轨高度为176mm，底部宽度为150mm。

一般了解钢轨的材质和机械性能。

其取决于钢轨的化学成份、物理力学性能、金属组织及热处理工艺。

重点掌握钢轨的接头和轨缝。

我国钢轨的标准长度为12.5m和25m，对75kg/m钢轨只有25m长一种。

钢轨和钢轨之间用夹板和螺栓连结，称为钢轨接头，我国接头形式采用相对悬空式。

由于热胀冷缩的需要，在钢轨接头处需要预留轨缝，掌握轨缝设置的要求和计算方法。

了解钢轨伤损产生的原因，产生的部位和伤损的分类。

理解钢轨的合理使用的目的和意义。

第三节轨枕

轨枕承受来自钢轨的各向压力，并弹性地传布于道床，同时，有效地保持轨道的几何形位，特别是轨距和方向。

掌握轨枕按构造及铺设方法、材质的分类。

一般了解木枕的特点、断面构造（长度为2.5m）。

重点掌握混凝土枕的特点，熟悉其类型和外形及尺寸情况，掌握Ⅱ型和Ⅲ型枕的异同及使用条件，了解我国铁路目前混凝土枕的现状。

重点掌握轨枕间距的设置方法。

一般了解混凝土宽枕的特点及使用条件。

第四节联结零件

其包括钢轨接头联结零件和钢轨与轨枕联结零件。

掌握钢轨接头联结零件是由夹板、螺栓、螺栓垫圈等组成。

了解各个零件的特点。

钢轨与轨枕联结零件是通过中间联结零件实现的，中间联结零件也称扣件。

一般了解木枕扣件的构造与特点，熟练掌握混凝土枕扣件的分类、适用条件、构造及特点。

第五节道床

包括碎石道床和整体道床。

重点掌握碎石道床的功能、道碴的分级、级配；道床的断面。

认真理解道床的变形规律。

一般了解整体道床的构造及特点。

第六节板式轨道

板式轨道是在日本新干线高速铁路上发展起来的一种新型轨道结构。

一般了解板式轨道的构造及特点。

第七节轨道结构的合理配套

了解轨道结构的类型，了解运营条件（即行车速度、机车车辆轴重、铁路运量）与轨道结构的关系。

第二章轨道几何形位

第一节概述

轨道几何形位是指轨道各部分的几何形状、相对位置和基本尺寸，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维修费用起着决定性的作用。

了解轨道几何形位的重要性。

第二节机车车辆走行部分的构造

了解机车和车辆的走行部分的构造，掌握踏面、轮缘、轮对宽度、轮背内侧距等概念。

第三节直线轨道的几何形位

轨道的几何形位按照静态和动态两种状况进行管理。

要求掌握轨道几何形位的静态作业验收标准。

熟练掌握轨距、水平、轨向、前后高低、轨底坡的概念、日常验收标准等。

第四节曲线轨距加宽

熟练掌握转向架的内接形式。

理解曲线轨距加宽的原因、加宽的原则；理解曲线轨道的最大允许轨距。

重（难）点是掌握根据车辆条件确定轨距加宽，然后根据机车条件检算轨距加宽。

第五节曲线轨道外轨超高

本节为本章重点内容。

认真理解外轨超高的作用及其设置方法；理解外轨最大超高的允许值；理解曲线轨道上的超高限速。

熟练掌握外轨超高、外轨未被平衡超高（欠超高、过超高）的计算方法。

第六节缓和曲线

理解缓和曲线的作用及其几何特征、几何形位条件；理解常用缓和曲线和高次缓和曲线的特点。

重点掌握缓和曲线长度确定的依据。

第三章轨道结构力学分析

第一节概述

理解轨道结构力学分析的目的、意义；了解目前轨道结构力学分析的现状；理解作用到轨道上的力的类型及特点。

第二节轨道结构竖向受力的静力计算

理解和掌握其基本假设和计算模型；理解连续点支承模型和连续支承模型的异同；理解和掌握连续基础梁微分方程的解。

掌握轨道的六个基本力学参数（钢轨抗弯刚度EI、钢轨支座刚度D、道床系数C、钢轨基础弹性模量u、刚比系数k、轨道刚度Kt）的概念、量纲及有关计算公式。

掌握轮群作用下的位移y、弯矩M、剪力R的计算方法。

第三节轨道强度计算的有限单元法

一般了解有限单元法在轨道强度计算中的应用。

第四节轨道动力响应的准静态计算

由于机车车辆的振动作用，作用到钢轨上的动荷载要大于静荷载，引起动力增值的主要因素是行车速度、钢轨偏载和列车通过曲线的横向力，分别用速度系数、偏载系数和横向水平力系数加以考虑，统称为荷载系数。

理解准静态计算与静态计算、动态计算的区别。

掌握荷载系数的计算方法，熟记准静态计算公式。

第五节轨道部件强度检算

钢轨应力包括残余应力、基本应力、局部应力和附加应力等。

掌握钢轨应力的计算方法。

掌握混凝土轨枕弯矩的计算方法；掌握道床应力的分析方法。

第七节车辆的脱轨条件

车辆脱轨通常不是单一因素，而是由多种因素的不利组合引起的。

包括轨道和车辆两个方面。

掌握脱轨的原因。

掌握车辆脱轨的临界条件。

掌握脱轨安全性评定指标（脱轨系数、轮重减载率）的概念及具体指标。

第四章道岔

第一节道岔的功用及类型

道岔是机车车辆从一股轨道转入或越过另一股轨道时比不可少的线路设备，是铁路轨道的一个重要组成部分，其与曲线、接头并称为轨道的三大薄弱环节。

它的基本形式有三种：

即线路的连结、交叉、连结与交叉的组合。

理解道岔的各种类型，明确各种类型道岔构造的异同。

第二节单开道岔的构造

本节为本章难点和重点。

普通单开道岔，简称为单开道岔，其数量占各类道岔总数的90%以上，应了解和掌握这种道岔的基本特征，其对各类道岔的设计、制造、铺设和养护均有十分重要的意义。

单开道岔由转辙器、辙叉及护轨、连结部分组成。

应掌握单开道岔组成的构造图。

应掌握单开道岔的分类依据，是以它的钢轨每米质量及道岔号数区分。

掌握转辙器的构造，掌握基本轨、尖轨等概念。

掌握辙叉及护轨的分类、构造，掌握辙叉角、理论（实际）尖端等概念，理解并掌握辙叉组成的构造简图；理解可动心轨的构造。

连接部分是转辙器和辙叉之间的连接线路，包括直股连接线和曲股连接线（亦称为导曲线），应掌握连接部分的构造。

应掌握岔枕布置形式。

第三节单开道岔的几何尺寸

应理解并掌握道岔各部分的轨距数值；应理解并掌握转辙器各部分的几何尺寸（尖轨的最小轮缘槽、尖轨动程）；应理解并掌握导曲线几何尺寸的计算方法，理解导曲线支距的概念；应理解并掌握辙叉及护轨的几何尺寸。

第四节单开道岔的总布置图

本节内容为本章难点内容。

掌握单开道岔总图计算：

包括道岔主要尺寸计算、配轨计算、导曲线支距的计算、各部分轨距的计算、岔枕布置、绘制道岔布置总图、提出材料数量表等。

单开道岔总图的计算分三种情况：

曲线尖轨、直线辙叉单开道岔；直线尖轨转辙器；可动心轨辙叉。

第五节过岔速度和提高过岔速度的措施

列车通过道岔的速度包括直向过岔速度和侧向过岔速度。

理解并掌握影响列车侧向过岔速度和直向过岔速度的因素及提高过岔速度的措施。

一般了解高速道岔的构造，了解其平纵断面的特征。

了解我国提速道岔的现状。

第五章无缝线路

第一节概述

无缝线路是把标准长度的钢轨焊接而成的长钢轨线路，又称焊接长钢轨线路，是轨道结构的一项重要新技术，应了解铺设无缝线路的意义。

掌握无缝线路的类型包括温度应力式和放散温度应力式两种，我国目前主要采用后者，应理解两种类型的构造原理。

一般了解国内外无缝线路的发展简况。

第二节无缝线路纵向受力分析

本节为本章重点和难点内容。

理解并掌握钢轨温度力的计算公式，钢轨温度力与伸缩位移和轨温变化的关系。

掌握最高（低）轨温与最高（低）气温的关系、中和轨温的概念。

线路纵向阻力包括接头阻力、扣件阻力及道床纵向阻力。

理解并掌握各种阻力的概念。

理解并掌握温度力图的绘制，理解温度力峰的概念，并能从温度力图上计算轨端伸缩量。

第三节无缝线路稳定性分析

本节为本章的重点内容。

理解并掌握无缝线路的稳定性的概念，掌握胀轨跑道的发展过程。

理解并掌握影响无缝线路稳定性的因素（保持稳定的因素和丧失稳定的因素）。

一般了解不等波长稳定性计算公式，一般理解稳定性安全储备情况。

第四节普通无缝线路设计

普通无缝线路设计，主要指区间内的无缝线路设计，其主要内容为确定中和温度和结构计算，应理解并掌握设计的全部内容。

第五节桥上无缝线路

桥上无缝线路设计是一难点。

其和路基上有所不同，除受到列车动载、温度力、制动力等作用外，还受到由于桥梁的伸缩或挠曲变形位移而产生的额外的纵向附加力的作用。

应理解桥上无缝线路设计方法。

第六节超长无缝线路

理解普通无缝线路、区间无缝线路和跨区间无缝线路（超长无缝线路）的异同。

了解超长无缝线路的设计内容。

了解无缝道岔的概念、构造等内容。

了解超长无缝线路的铺设和养护中应注意的问题。

第六章轨道维护及管理

第一节轨道检测

轨道检测从内容上可分为轨道部件状态检测、轨道几何形位检测及行车平稳性检测；从检测方式上可分为静态检测和动态检测。

掌握轨道几何形位动静态检测的内容和方法；掌握轨道部件状态检测的内容和方法。

第二节线路维修及管理

掌握线路维修的主要内容。

线路维修的基本作业，包括起道、拨道、改道，调整轨缝，校正轨底坡，方正轨枕，整正道岔，单根抽换钢轨及轨枕，修理及更换联结零件等，应了解基本作业的内容和操作方法。

了解轨道不平顺的四种管理标准。

第三节线路大修及管理

了解线路大修的主要内容；了解线路大修技术设计的主要内容；了解线路大修施工组织管理的情况；掌握线路大修周期的确定方法。

第四节缩短轨及曲线整正计算

理解缩短轨的应用场合，掌握计算及配置方法。

曲线轨道在列车的动力作用下，变形不断积累，易出现方向错乱。

为确保行车平稳和安全，需对曲线方向定期检查，必要时进行曲线整正，将它恢复到原设计位置。

理解并掌握绳正法和偏角法计算曲线整正的方法。

自学进程计划表

自学时间

自学内容

作业

备注

2小时

绪论

1、我国铁路建设的基本程序是什么？

10小时

第一章轨道结构

1、与传统混凝土或钢结构相比，轨道结构有何特点？

2、碎石道床的变形规律是什么？

10小时

第二章轨道几何形位

1、轨道几何形位指那些内容？

2、曲线轨距加宽的原则是什么？

3、何为超高、欠超高和过超高？

※

10小时

第三章轨道结构力学分析

1、解释一下连续弹性支承模型。

2、何为准静态计算？

3、影响车辆脱轨的因素有哪些？

※

8小时

第四章道岔

1、绘制普通单开道岔的构造简图。

2、道岔分为几类？

※▲

10小时

第五章无缝线路

1、影响无缝线路稳定性的因素有哪些？

2、何为跨区间无缝线路？

※▲

2小时

第六章轨道维护及管理

1、轨道检测的主要内容？

注：

※指重点，▲指难点。

测验作业

一、选择题

1、轨道车辆通过曲线的运行状况按有利从高到低依次为：

（）

A、斜接通过、自由接通过、楔接通过B、自由接通过、楔接通过、斜接通过

C、自由接通过、斜接通过、楔接通过C、楔接通过、斜接通过、自由接通过

2、已知车辆的最大轮对宽度为1408mm，转向架的固定轴距为1900mm，以下哪个数值最接近不必进行轨距加宽的最小曲线半径：

（）

A、50mB、65mC、80mD、100m

二、名词解释

1、无缝线路及跨区间无缝线路

2、缓和曲线

3、轨道几何行位

4、辙叉角

三、简答题

1、铁路建设的基本程序是什么？

2、普通单开道岔包括几部分？

何为“有害空间”？

3、轨道的基本力学参数有哪些？

并说明其含义。

4、无缝线路保持和丧失稳定的因素有哪些？

如何定义的？

四、计算题

R=600m的曲线上，列车平均运行速度为60km/h，并按此设置超高值，若允许欠超高为90mm，则该曲线允许的最高行车速度是多少？

五、绘制普通单开道岔结构示意图。