鐵路工程軌道結(jié)構(gòu)力學(xué)講義

第四章軌道結(jié)構(gòu)力學(xué)分析第一節(jié)概述軌道結(jié)構(gòu)力學(xué)分析：應(yīng)用力學(xué)的基本原理，在輪軌相互作用理論的指導(dǎo)下，用各種計(jì)算模型來(lái)分析軌道及其各個(gè)部件在機(jī)車(chē)車(chē)輛荷載作用下產(chǎn)生應(yīng)力、變形及其他動(dòng)力響應(yīng)。2023/7/61軌道結(jié)構(gòu)力學(xué)分析目的：（1）確定機(jī)車(chē)車(chē)輛作用于軌道上的力；（2）在一定運(yùn)行條件下，確定軌道結(jié)構(gòu)的承載能力；軌道結(jié)構(gòu)承載能力計(jì)算包括三個(gè)方面：（1）強(qiáng)度計(jì)算；（2）壽命計(jì)算；（3）殘余變形計(jì)算。2023/7/62軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軌道結(jié)構(gòu)承載能力設(shè)計(jì)變形設(shè)計(jì)行車(chē)舒適性設(shè)計(jì)安全設(shè)計(jì)動(dòng)力仿真計(jì)算2023/7/63第二節(jié)作用在軌道上的力垂向力：豎直力橫向力縱向力車(chē)體圖6-1輪軌之間作用力2023/7/64一、垂向力組成靜載：自重+載重動(dòng)載：附加動(dòng)壓力（動(dòng)力附加值）

1）機(jī)車(chē)車(chē)輛構(gòu)造與狀態(tài)原因引起：

a）車(chē)輪扁瘢、擦傷——沖擊荷載；

b）車(chē)輪不圓順——沖擊

2）軌道構(gòu)造與狀態(tài)引起：

a）接頭——沖擊

b）焊縫——沖擊

c）軌道不平順

3）機(jī)車(chē)車(chē)輛在軌道上的運(yùn)動(dòng)方式引起

a）蛇行——偏載

b）曲線(xiàn)——偏載2023/7/652、確定垂向力的方法 1）概率組合：前蘇聯(lián)代表

2）計(jì)算模型：動(dòng)力仿真計(jì)算

3）速度系數(shù)法：2023/7/66（1）概率組合確定垂向力彈簧振動(dòng)軌道不平順車(chē)輪單獨(dú)不平順（扁瘢）車(chē)輪連續(xù)不平順（不圓順車(chē)輪）概率組合——數(shù)學(xué)平均值與其均方差的 2.5倍之和。2023/7/67(2)動(dòng)力仿真計(jì)算根據(jù)車(chē)體結(jié)構(gòu)，建立動(dòng)力方程，然后用數(shù)值求解方程組，得到隨時(shí)間變化的輪軌之間作用力。2023/7/68（3）速度系數(shù)法確定垂向力2023/7/69二、橫向水平力1、定義：輪緣作用在軌頭側(cè)面的橫向水平力2、產(chǎn)生原因?qū)蛄Α钪饕脑蛏咝辛η€(xiàn)上未被平衡的離心力軌道方向不平順圖6-1輪軌之間作用力2023/7/610三、縱向水平力爬行力——鋼軌在動(dòng)載作用下波浪形撓曲坡道上列車(chē)重力的縱向分力制動(dòng)力——9.8Mpa溫度力摩擦力縱向分力2023/7/611第三節(jié)軌道結(jié)構(gòu)豎向受力分析及計(jì)算方法準(zhǔn)靜態(tài)計(jì)算方法：1）軌道強(qiáng)度靜力計(jì)算；2）軌道強(qiáng)度動(dòng)力計(jì)算——準(zhǔn)靜態(tài)計(jì)算；3）軌道各個(gè)部件強(qiáng)度檢算。計(jì)算在垂直動(dòng)荷載作用下，各部件的應(yīng)力2023/7/612一、仰軌道給靜力捉計(jì)算計(jì)算緞模型跪：有看兩種1）連勻續(xù)彈泊性基飼礎(chǔ)梁特模型累；2）連犬續(xù)彈壤性點(diǎn)移支承讀梁模頑型。20山23怪/6洋/3路013彈性勉點(diǎn)支鹿承模凡型圖示假設(shè)計(jì)算涂方法制：有饑限元20膝23技/6民/3讓014彈性摧基礎(chǔ)霉梁法鋼軌洋：支語(yǔ)承在炎彈性疤基礎(chǔ)肚上的侍無(wú)限豆長(zhǎng)梁墊板消＋軌宵枕+道床+路基=彈性悼基礎(chǔ)符合Wi舌nk喝le縣r假設(shè)20段23烈/6拾/3詢(xún)015Wi綁nk邁le模r假定作用訂于彈貍性基補(bǔ)礎(chǔ)單坡位面罰積上甲的壓疲力，錄和壓僅力所貝引起落的沉糖陷之敲間成錘直線(xiàn)辟比例銷(xiāo)關(guān)系予。20央23垃/6災(zāi)/3顧016（1）基省本假體設(shè)1）鋼瞇軌與婆車(chē)輛綢符合鉆標(biāo)準(zhǔn)膚要求召；2）鋼鬼軌是賣(mài)支承煩在彈蟻性基信礎(chǔ)上聰?shù)臒o(wú)鳴限長(zhǎng)籠梁；3）輪熄載作捉用在通鋼軌完對(duì)稱(chēng)敵面上醒，兩戲股荷杰載相陸等；4）兩觸股鋼攤軌分評(píng)開(kāi)計(jì)途算；5）不弱考慮夢(mèng)軌道挪自重翼。20作23召/6炎/3循017（2）基款本參趙數(shù)120閣23燙/6固/3判018反映爬軌道繳基礎(chǔ)衫彈性汁的參男數(shù)了解咳基礎(chǔ)集彈性脈的特鏡點(diǎn)道床堆系數(shù)鋼軌適支點(diǎn)幻玉剛度只系數(shù)鋼軌歐基礎(chǔ)加彈性滲系數(shù)20潮23嗓/6談/3夠0191、道磁床系怎數(shù)C定義亭：作查用在晌道床盒單位訴面積勾上使軟道床仰頂面該產(chǎn)生距單位慶下沉厘的壓傻力。單位喝：20染23扇/6其/3瓣02020歲23雷/6滑/3乳0212、鋼灰軌支英點(diǎn)彈猴性系鞏數(shù)D定義叔：使常鋼軌蛇支點(diǎn)替頂面紡產(chǎn)生最單位亦下沉塑而作碑用在竭鋼軌性支點(diǎn)才頂面盛上的文鋼軌侮壓力惑。公式田：?jiǎn)挝回M：支點(diǎn)拘剛度20綠23脆/6偉/3獸0223、鋼莫軌基嗽礎(chǔ)彈裂性系碰數(shù)k定義偽：使粉鋼軌杏產(chǎn)生芒單位所下沉吐而必固須作笑用怕在單旺位長(zhǎng)果度鋼陳軌上換的壓儲(chǔ)力。公式奏：?jiǎn)挝粸酰?0裝23勸/6諒/3客023C、D、k之間肚的關(guān)模系關(guān)系1：關(guān)系2：20帽23豈/6鑄/3相024（3）計(jì)辯算公辰式推碧導(dǎo)鋼軌蠅在集慢中荷幣載作墾用下懶發(fā)生刺撓曲駁變形20蠶23相/6蓄/3纖025由材祖料力斯學(xué)可仁知：20國(guó)23趴/6斥/3鞏026根據(jù)Wi廳nk惑le胞r假定得：（1）20規(guī)23飽/6康/3肅027解四換階微冒分方期程，皆利用揉特征臘根通解蔬為：應(yīng)用臥歐拉挽公式最后瓦得：20屠23古/6棟/3緣瑞028鋼軌理?yè)隙葃等20拘23旦/6慕/3計(jì)029單輪虹載作絮用下豆計(jì)算y、M、R公式鋼軌內(nèi)撓度鋼軌結(jié)彎矩軌枕級(jí)反力20亮23叉/6街/3膠030多個(gè)診集中尿輪載切作用譜下計(jì)猶算公范式20哥23放/6蔬/3到031二、拜軌道魚(yú)強(qiáng)度觀動(dòng)力戚計(jì)算——準(zhǔn)靜電態(tài)計(jì)轎算三個(gè)查系數(shù)籃：1）速凝度系迎數(shù)2）偏自載系他數(shù)3）橫州向水墓平力帳系數(shù)Qu翼as回i-啞st仗at抱ic20盾23得/6進(jìn)/3鏈0321、速頸度系陽(yáng)數(shù)牽引種類(lèi)速度系數(shù)計(jì)算軌底彎曲應(yīng)力用計(jì)算軌道下沉及軌下基礎(chǔ)部件的荷載及應(yīng)力用內(nèi)燃電力蒸汽R,咬yM20搞23按/6犧/3稀0332、偏懶載系群數(shù)20菠23的/6暖/3裂0343、橫波向水綿平力介系數(shù)定義沒(méi)：軌變底外頂緣彎訂曲應(yīng)界力與切軌底葵中心年彎高曲應(yīng)祝力的鄙比值艙。公式瘦：線(xiàn)路平面直線(xiàn)曲線(xiàn)半徑（m）600500400300橫向水平力系數(shù)f1.251.451.601.701.802.020臺(tái)23先/6節(jié)/3汪0354、準(zhǔn)搜靜態(tài)伸計(jì)算菊公式20渡23伶/6帶/3衫036動(dòng)力鬼計(jì)算詞方法不：準(zhǔn)蠢靜態(tài)計(jì)算齒步驟約：1）計(jì)故算靜嶺態(tài)情革況下澆的y、M、R2）計(jì)罰算系肯數(shù)3）計(jì)而算準(zhǔn)藝靜態(tài)閘的yd、Md、Rd4）各偏部件膨強(qiáng)度漠檢算20匆23漠/6面/3琴037本節(jié)利總結(jié)作用瓶在軌落道上晶的力搶有哪虎些？軌道惑強(qiáng)度登靜力顯計(jì)算側(cè)的方誤法基本徒計(jì)算殲?zāi)Ｐ突境陞?shù)準(zhǔn)靜曾態(tài)計(jì)趴算步室驟各種櫻系數(shù)20畜23秋/6孫/3略038軌道岸各部竟件的凱強(qiáng)度井檢算準(zhǔn)靜注態(tài)計(jì)牲算方蛛法1)靜力共計(jì)算y,錘M,朝R2)各種竟系數(shù)3)準(zhǔn)靜有態(tài)計(jì)稿算4)各部葬件強(qiáng)朽度檢避算20港23論/6群/3粘039(一)鋼軌綿強(qiáng)度差檢算作用拼在鋼放軌上券的應(yīng)鵲力：1）基本湊應(yīng)力瀉：彎溫曲應(yīng)套力、饒溫度籃應(yīng)力2）局唇部應(yīng)興力：攤接觸弓應(yīng)力冰、應(yīng)濤力集羽中3）固逢有應(yīng)果力：銷(xiāo)殘余紋應(yīng)力4）附競(jìng)加應(yīng)彼力：解制動(dòng)瀉應(yīng)力銹、爬兆行力橋上肚附加柱應(yīng)力20鴨23廟/6深/3碑040（1）鋼恐軌基背本應(yīng)振力計(jì)韻算彎曲采應(yīng)力莊：軌底濃：軌頭撕：溫度誼應(yīng)力村：普通繩線(xiàn)路六：查復(fù)表6-源5,沈P2仿08無(wú)縫位線(xiàn)路贊：基本襖應(yīng)力仆：彎森曲應(yīng)宴力+溫度棍應(yīng)力=軌底烏：軌頭唯：圖6-6彈性基礎(chǔ)上梁的撓曲20遞23旺/6舟/3閘041（2）鋼憲軌局步部接戶(hù)觸應(yīng)汗力計(jì)饒算計(jì)算輝模型梯：赫所茲接付觸理療論：渣兩個(gè)濟(jì)垂直腹圓柱礦體，淹接觸洲面為餡橢圓妻。輪軌謊之間伙接觸肉面積散約10雖0m緊m2接觸蒙應(yīng)力班可達(dá)10悉00千MP歪a20潔23嘴/6砌/3絕042赫茲醒理論擴(kuò)計(jì)算傅公式20倒23數(shù)/6盼/3判043橢圓舉長(zhǎng)、干短半智軸計(jì)拾算20傳23域/6以/3己044接觸舅橢圓釋幾何沖尺寸在計(jì)算式中合：20饒23曾/6腎/3坐045剪應(yīng)驢力其最賤大值朝和位環(huán)置為奶：20姓23車(chē)/6孕/3菠046本節(jié)里總結(jié)接觸部應(yīng)力兄模型接觸看應(yīng)力豬計(jì)算鄉(xiāng)豐方法20艘23姻/6高/3常047(二)軌枕懼承壓拿強(qiáng)度吵與彎口矩檢晚算1）軌幕枕頂脂面承醋壓應(yīng)若力計(jì)恐算：20蘿23娛/6紅/3芽0482)軌枕典彎矩猛計(jì)算四種涌計(jì)算沫方法晶：1）把校軌枕謠視為重一根壇支承抓在彈逝性地委基上瓣的等看截面阿定長(zhǎng)鎮(zhèn)梁；2）支靜承在哥非均報(bào)勻支奏承的雞變截克面有福限長(zhǎng)里連續(xù)宏梁3）安捧全度娘設(shè)計(jì)綢理論4）把軌觀枕視涉為支即承在鴨一定郊支承矩條件墾的倒騎置簡(jiǎn)括支梁谷。20經(jīng)23耀/6廉/3礙049倒置淋簡(jiǎn)支搞梁法珠：最不僵利道劇床支奧承方炭案三種受道床率支承典方式時(shí)：1、中嫁間60痰cm不支痰承；2、中酷間部慮分支必承；3、中奴間完凈全支錯(cuò)承。20紋23懼/6斗/3隔050計(jì)算憐軌下按截面芹正彎容矩最不羨利支衰承條踢件：遍中間60歌cm不支烘承圖示公式20至23石/6蹤蝶/3穴051計(jì)算位中間撲截面罩負(fù)彎消矩最不倒利支鴉承方置案為映中間踩部分漫支承掀與全許部支面承圖示20截23簡(jiǎn)/6妙/3芝052計(jì)算恢中間另截面過(guò)負(fù)彎熱矩公券式：20娃23康/6五/3欄053其他構(gòu)參數(shù)骨：20噸23央/6漲/3謀0543)道床武與路索基面易應(yīng)力械計(jì)算（1）道床進(jìn)頂面菌應(yīng)力奇計(jì)算圖示計(jì)算符公式：20戴23合/6狼/3根055道床茶頂面集最大騎壓應(yīng)鴉力：20巖23府/6惑/3狗056（2）路抄基頂硬面應(yīng)宿力計(jì)拿算有三購(gòu)種方滅法：1）有申限單渡元法曾。2）彈忍性半廣空間距理論3）近似飼計(jì)算許方法20句23沸/6暴/3難057路基慰頂面垮應(yīng)力塘的近翅似計(jì)尚算方障法：三條壘假定軌枕師壓力唐以擴(kuò)處散角勒按直烘線(xiàn)規(guī)食律向丑下傳氏遞到新路基油面。不考窩慮鄰濾枕的擁影響傳遞徹到路非基面痕的壓柱應(yīng)力樹(shù)基本遇達(dá)到經(jīng)均勻劣分布概要求20舊23肯/6拔/3農(nóng)058道床吉內(nèi)的丹三個(gè)僻區(qū)域驢：20悲23墾/6煌/3危059四、驚軌道杰強(qiáng)度斑計(jì)算泊舉例1、計(jì)始算資衫料(1任)重型士軌道描結(jié)構(gòu)南組成鋼軌狗：60堅(jiān)kg／m，U7吧1新軌就，25百m長(zhǎng)的偽標(biāo)準(zhǔn)貧軌；軌枕相：J—2型混墓凝土隱軌枕17構(gòu)60根/k獅m；道床留：碎遼石道撫碴，欠面碴25鍛cm，墊蹲碴20塊cm；路基蠢：砂暢粘土旬；鋼軌姑支點(diǎn)巖彈性傲系數(shù)D：檢喘算鋼仍軌強(qiáng)遠(yuǎn)度時(shí)藍(lán)，取30黎00側(cè)0N／mm，檢遇算軌頃下基調(diào)礎(chǔ)時(shí)醋，取70差00窄0N／mm。(2安)D灶F4內(nèi)燃禁機(jī)車(chē)孩，軸鉗重、占軸距案及構(gòu)皇造速驕度——準(zhǔn)靜趟態(tài)計(jì)褲算方興法20篩23安/6諒/3輛060計(jì)算圖示圖6-20DF4內(nèi)燃機(jī)車(chē)軸距和輪載20看23臟/6犧/3頸061步驟1、靜體力計(jì)刃算1）計(jì)忍算剛萄比系秩數(shù)10致00賢00鵝0/百17秋60＝57君0m龍m20興23武/6緣瑞/3僑062機(jī)車(chē)差車(chē)輛膽圖18極00mm18之00mm18繁00mm18雄00mm>1仁20革00mm20宮23蓬/6詢(xún)/3活063步驟2：列耀表計(jì)污算計(jì)算輪位計(jì)算值輪位12311150001150001150009681201800360002.1244.2481-0.16450.0064115000-189227332115000115000115000771571800018002.12402.124-0.16451-0.16451892220遍23繞/6始/3競(jìng)064鋼軌救彎矩3）準(zhǔn)討靜態(tài)班計(jì)算20脾23牲/6曲/3羊065檢算葛鋼軌靈動(dòng)彎抖應(yīng)力20浪23孔/6翠/3盲066各種疫類(lèi)型鬧鋼軌誓截面癢慣性譯矩與效截面叛系數(shù)——2軌底——1軌頭20勒23懂/6貸/3罩067溫度理應(yīng)力鋼軌重量鋼軌長(zhǎng)度7560504312.534.542.550432541.5516070無(wú)縫放線(xiàn)路冰的溫線(xiàn)度應(yīng)背力Mp孝a20喊23蠢/6影/3巧068步驟3:軌枕剩壓力債計(jì)算計(jì)算屢剛比大系數(shù)20苗23詢(xún)/6夠/3艷069軌枕竿彎矩娛計(jì)算雷所采準(zhǔn)用的D值采用穩(wěn)不同繪的D值原因椅：對(duì)榨鋼軌恰有墊舒板，對(duì)軌歡枕道痕床無(wú)鳴墊板具體即數(shù)值炭：P2檔01表6-肝2軌枕和墊板類(lèi)型特重型、重型次重型、普通型鋼軌軌枕、道床及基床鋼軌軌枕、道床及基床混凝土枕，橡膠墊板30000700002200042000寬軌枕，橡膠墊板50000120000－－混凝柄土軌異枕軌羊道的D值20攻23縫/6辣/3蓋0702）息列表如計(jì)算計(jì)算輪位計(jì)算值輪位123111500011500011500011181001800360002.6285.2561-0.0255-0.00224115000-2932-25821150001150001150001091361800018002.26802.268-0.02551-0.0255-2932115000-293220錫23孔/6奶/3蒜071計(jì)算助軌枕控上動(dòng)液壓力（N）20扎23并/6暴/3趕072計(jì)算瓜軌枕膊彎矩20房誠(chéng)23叔/6綁/3蛛073（4）道菠床頂衰面應(yīng)顆力檢籃算：20預(yù)23躺/6蒙/3春074（5）路識(shí)基頂補(bǔ)面應(yīng)倘力計(jì)呢算20秒23扣/6銅/3紀(jì)075本節(jié)詢(xún)總結(jié)軌道賄各部旺件強(qiáng)若度檢革算的悲方法準(zhǔn)靜她態(tài)計(jì)寬算的奶步驟速度民系數(shù)壺、偏姓載系毫數(shù)、斷橫向槳水平例力系專(zhuān)數(shù)的繡求法20撓23夏/6狗/3貨076第五快節(jié)稼軌道附橫向暈受力漏分析三種裁計(jì)算牢方法1）摩擦棄中心層理論（近巡壽似計(jì)吊算）2）蠕滑撒中心樸理論3）機(jī)車(chē)車(chē)車(chē)輛妙非線(xiàn)群型動(dòng)綢態(tài)曲福線(xiàn)通跑過(guò)理鵝論20脊23資/6索/3枯077摩擦銜中心債理論相基本折假設(shè)(1掃)轉(zhuǎn)向?yàn)榧芎陀臆壍劳攵甲饔馂閯偝大w；(2把)不考亂慮牽提引力漢的作裝用；(3譽(yù))不考箏慮車(chē)憑輪踏引面為膝錐體豪的影弦響；(4肥)各車(chē)殿輪輪組載P與輪讓軌間旦的摩定擦系館數(shù)篇均錯(cuò)相同掌；(5滑)各輪忘軸中歪點(diǎn)與遮軌道慈中點(diǎn)足重合俗；(6慣)轉(zhuǎn)向屠時(shí)，妖轉(zhuǎn)向徹架繞弦位于談其縱震軸或漲其延蔬長(zhǎng)線(xiàn)鳥(niǎo)上的敞旋轉(zhuǎn)奔中心武轉(zhuǎn)動(dòng)外。20伶23愚/6深/3梢078摩擦若中心測(cè)理論運(yùn)計(jì)算巧圖20雷23榴/6刮/3貴079將各羞個(gè)力卵向X、Y方向作分解端：20騾23采/6豎/3燦080根據(jù)呢力的慎平衡娃有：20炸23拾/6顫/3支081離心負(fù)慣性摘力與優(yōu)重力疾分力20沸23以/6男/3筑082聯(lián)合搬解聯(lián)附立方愈程：根據(jù)劈燕合力趣矩為童零得鑼?zhuān)?0揭23皆/6來(lái)/3厲08320林23娛/6時(shí)/3局084軌道勒上的四橫向假力為襲：反激作用纖