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4、减少了大量钢轨接头和轨缝，故称之为无缝线路。无缝线路分温度应力式及放散温度应力式两种。目前世界各国绝大多数均采用温度应力式无缝线路。无缝线路的类型分为温度应力式和放散温度应力式两类，温度应力式为无缝线路的基本结构型式。1.2 发展无缝线路的意义： 无缝线路是吧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，它是当今轨道结构的一项重要技术，世界各国竞相发展。 在普通线路上，钢轨接头是轨道的薄弱环节之一，由于轨缝的存在列车通过是发生冲击和振动，并伴随有打击噪声，冲击力可达到非接头的3倍以上。接头冲击力影响列车的平稳和旅客的舒适，并促使道床破坏、线路状况恶化、钢轨及联接零件的使用寿命缩短、维
5、修劳动费用增加。 养护线路接头区的费用占养护总经费的35%以上；钢轨因轨端损坏而抽换的数量较其他部位大23倍；重伤钢轨60%发生在接头区。随着列车轴重、行车速度和密度的不断增长，上述缺点更加突出更不能适应现代高速重载运输的需要。 为了改善钢轨接头的工作状况，人们从本世纪30年代开始至今，一直致力于这方面的研究与实践，采用各种方法将钢轨焊接起来构成无缝线路。这中间首先遇到接头焊接质量问题；在一个就是长轨在列车动力和温度力共同作用下的强度和稳定问题；还有无缝线路设计和长轨运输、铺设施工和养护维修等一系列维修和理论问题。无缝线路得到了广泛的应用。 无缝线路由于消灭了大量的接头，因而具有行车平稳、旅客
6、舒适，同事机车车辆和轨道的维修费用减少，使用寿命延长等一系列的优点。从节约劳动力和延长寿命计算，无缝线路比有风险路节约30%70%。 在桥梁上铺设无缝线路，可以减轻列车对桥梁的冲击，改善列车和桥梁的运营条件，延长设备使用寿命，减少维修的工作量。这些有点在行车速度上尤为显著。1.3 无缝线路的特点与类型： 1）特点 与普通线路相比，无缝线路在其长钢轨段内消灭了轨缝，从而消除了车轮对钢轨接头的冲击，使得列车运行平稳，旅客舒适，延长了线路设备和机车车辆的使用寿命，减少了线路养护维修工作量，并能适应高速行车的要求，是轨道现代化的发展方向。 2）分类（1）无缝线路根据处理钢轨内部温度应力方式的不同，可分
7、为温度应力式和放散温度应力式两种类型。 温度应力式无缝线路是由一根焊接长钢轨及其两端24根标准轨组成，并采用普通接头的形式，无缝线路铺设锁定后，焊接长钢轨因受线路纵向阻力的抵抗，两端自由伸缩收到一定的限制，中间部分完全不能伸缩，因而在钢轨内部长生很大的温度力，其值随温度的变化而异。温度应力式无缝线路结构简单，铺设维修方便，因而得到广泛的应用。对于直线轨道铺设50kg/m和60kg/m钢轨，每公里配置1840根混凝土枕时，铺设温度应力式无缝线路允许轨温差分别为100和108。 放散温度应力式无缝线路，又分为自动放散式和定期放散式两种，适用与年轨温差较大的地区。自动放散式是为了消除和减少钢轨内部的
8、温度力，允许长轨条自由伸缩，在长轨两端设置钢轨伸缩接头，为了防止钢轨爬行，在长轨中部使用特制的中间扣件。由于结构复杂，已不使用。定期放散温度应力式无缝线路的结构形式与温度应力式相同。根据当地轨温条件，把钢轨内部的温度应力每年调整放散2次。放散时，松开焊接长钢轨的全部扣件，使它自由伸缩，放散内部温度应力，应用更换缓冲区不同长度调节轨的办法，保持必要的轨缝。每次放散应力许耗费大量劳动力，作业很不方便。 放散温度应力式无缝线路曾在前苏联和我国年温差较大的地区使用，目前已不使用。现在世界各国主要采用温度应力式无缝线路。 3）无缝线路根据钢轨铺设长度划分为： 普通无缝线路全区间无缝线路跨区间无缝线路无缝
9、线路 4）无缝线路的基本原理：利用线路上强大的阻止钢轨移动的阻力来锁定线路，限制钢轨的自由伸缩。因而尽管钢轨的温度发生了变化，但并不发生钢轨长度的自由伸缩，只是钢轨的应力，随着温度的变化而发生了变化。 5）结构型式：温度应力式无缝线路的钢轨由一根焊接长钢轨及其两端24根12.5m或25.0m标准长度钢轨组成，并采用普通接头的形式联结。焊接长钢轨又可分为固定区和两端伸缩区，无缝线路铺设后，焊接长钢轨受钢轨接头阻力和道床纵向阻力约束，两端自由伸缩受到一定限制，仅产生微量伸缩。而中间固定区自由伸缩受到完全的限制，因而在钢轨内部产生温度力，其值随轨温变化而异。1.4 国内外无缝线路发展状况： 随着无缝
10、线路一系列理论和技术问题的解决，于五十年代无缝线路才得以迅速发展。德国是无缝线路发展最早的国家，1926年就开始铺设，到50年代，已将无缝线路作为国家的标准线路。到60年代已开始试验把无缝线路和道岔焊连在一起，至今大部分道岔已焊成无缝道岔。美国虽然从30年代开始铺设无缝线路，但较进展缓慢，直到70年代才得以迅速发展，以年平均铺设7 590km的速度增长，最多时年铺设达到10 000km。到1979年底无缝线路已超过12万km，是目前全世界铺设无缝线路最多的国家。日本于50年代开始铺设无缝线路，现已铺设5 000余公里，其特点是每段无缝线路长1300km，在长轨条两端设置伸缩调节器。近年来在新干
11、线上采用一次性铺设无缝线路技术。原苏联由于大部分地区温度变化幅度较大，对无缝线路的发展有所影响，直到1956年才正式开始铺设。近十年发展较快，无缝线路已达5 000余公里。我国无缝线路从1957年开始铺设，开始时采用电弧焊法，分别在北京、上海各试铺了1km，以后逐步扩大。后来在工厂采用气压焊或接触焊将钢轨焊成250500m的长轨条，然后运至铺设地点在现场用铝热焊或小型气压焊将其焊连成设计长度。一般情况下，一段无缝线路长度为1 0002 000m。每段之间铺设24根调节轨，接头采用高强螺栓连接。目前京广、京沪、京沈、陇海等主要干线均已铺设无缝线路。至今无缝线路已铺设约2.46万km。90年代开始
12、了对超长无缝线路的研究和铺设工作，至今已在北京、上海、郑州等路局铺设了超长无缝线路近千公里。1.5 无缝线路优缺点：无缝线路和普通线路相比，最大的区别是钢轨的接头也可以说轨缝大大减少，前文已简单提到普通线路钢轨接头对线路来说是一个薄弱环节。钢轨接头的存在破坏了轨道的连续性，造成了不平顺。也常常会产生鞍形磨耗、低接头、接头掉块、夹板弯曲、轨枕破损、翻浆冒泥、暗坑、错牙、支嘴等病害，这些病害的存在大大的增加了线路养护的工作量和费用。钢轨接头不仅给公务工作带来沉重的负担，而且对机车车辆的使用寿命、维修周期都有不利的影响。同时当车辆经过接头时发出的震动和噪声，使旅客感觉到不适。无缝轨道的出现解决了普通
13、轨道接头的问题，随着告诉铁路和重载铁路的需要，相信以后大量的无缝线路成为修建的首选。无缝线路当然不是完美的，任何事物都有其自身的优点与缺点。对于普通的线路上基本轨的长度无非是12.5m和25m，也就是说每隔12.5m或25m就会有一个接缝，随着温度的升降钢轨能自由的伸缩，因而积存在钢轨内的温度力较小。无缝线路可不同，由于钢轨的长度很长，仅能在常轨的两端有些伸缩，中间段不能热胀冷缩，当温度升高，将会带来很高的温度力，人们在铁路线上采用强大的线路阻力来锁定轨道，限制了钢轨的自由伸缩。在我国是采用高强螺栓、扣板式扣件或弹条扣件等对钢轨进行约束。实验表明，直径24mm的高强螺栓，六孔夹板接头可提供40
14、至60吨的纵向阻力。弹条扣件每根轨枕可提供1.6吨的纵向阻力。由于无缝线路中钢轨所承受的温度力的大小和轨温的变化有直接关系，所以我们锁定钢轨时必须正确、合理地选定锁定轨温，以保证无缝线路钢轨冬天不被拉断，夏天不致胀轨跑道，危及行车安全。这当然也是养护维修的重中之重。第二章 无缝线路纵向受力分析2.1 钢轨温度力、伸缩位移与轨温变化的关系：无缝线路的特点是轨条长，当轨温变化时，钢轨要发生伸缩，但由于有约束作用，不能自由伸缩，在钢轨内部要产生很大的轴向温度力。为保证无缝线路的强度和稳定，需要了解长轨条内温度力及其变化规律。为此首先要分析温度力、伸缩位移与轨温变化及阻力之间的关系。一根长度为l可自由
15、伸缩的钢轨，当轨温变化t时，其伸缩量为 （1）式中 -钢轨的线膨胀系数，取11.810-6/； l -钢轨长度(mm)； t-轨温变化幅度（）。 （2）式中 E钢的弹性模量，E=2.1105Mpa； t钢的温度应变。将E、之值带入式（2），则温度应力为： (3)一根钢轨所受的温度力Pt为： (4)式中 F-钢轨断面积(mm)。公式（1、2、4）即为无缝线路温度应力和温度力计算的基本公式。由此可知：1 在两端规定的钢轨中所产生的温度力，仅与轨温变化有关，而与钢轨本身长度无关。因此，从理论上讲，钢轨可以焊成任意长，且对轨内温度力没有影响，控制温度力大小的关键是如何控制轨温变化幅度t。2对于不同类型
16、的钢轨，同一轨温变化幅度产生的温度力大小不同。如轨温变化1所产生的温度力。对于75、60、50kg/m轨分别是23.6、19.2、16.3kN。3无缝线路钢轨伸长量与轨温变化幅度t，轨长l有关，与钢轨断面积无关。为降低长轨条内的温度力，需选择一个适宜的锁定轨温，又称零应力状态的轨温。在铺设无缝线路中，将长轨条始终端落槽就位时的平均轨温称为施工锁定轨温。施工锁定轨温应在设计锁定轨温允许变化范围之内。锁定轨温是决定钢轨温度力水平的基准，因此根据强度、稳定条件确定锁定轨温是无缝线路设计的主要内容。钢轨温度不同于气温。影响轨温的因素比较复杂，它与气候变化、风力大小、日照强度、线路走向和所取部位等有密切
17、关系。根据多年观测，最高轨温要比当地最高气温高1825，最低轨温Tmin比当地的最低气温低23。计算时通常取最高轨温等于当地最高气温加20，最低轨温等于最低气温。2.2 线路纵向阻力:轨温变化时，影响钢轨两端自由伸缩的原因是来自线路纵向阻力的抵抗，它包括接头阻力、扣件阻力及道床纵向阻力。(1) 接头阻力钢轨两端接头处由钢轨夹板通过螺栓拧紧，产生阻止钢轨纵向位移的阻力，称接头阻力。接头阻力由钢轨夹板间的摩擦力和螺栓的抗剪力提供。为了安全，我国接头阻力PH仅考虑钢轨与夹板间的摩擦力。 式中s钢轨与夹板间对应1枚螺栓的摩擦力； n接头一端的螺栓数。摩擦力的大小主要取决于螺栓拧紧后的张拉力P和钢轨与夹
18、板之间的摩擦系数f。图5-1为夹板的受力情况接头螺栓拧紧后产生的拉力P在夹板的上、下接触面上将产生分力。图中T为水平分力；N为法向分力，它垂直于夹板的接触面；R为N与T的合力，它与N的夹角等于摩擦角。 (夹板受力图）（2） 扣件阻力 中间扣件和防爬设备抵抗钢轨沿轨枕面纵向位移的阻力，称扣件阻力。为了防止钢轨爬行，要求扣件阻力必须大于道床纵向阻力。扣件阻力是由钢轨与轨枕垫板面之间的摩阻力和扣压件 与轨底扣着面之间的摩阻力所组成。摩阻力的大小、取决于 扣件扣压力和摩擦系数的大小。 （扣板受力图）（三）道床纵向阻力 道床纵向阻力系指道床抵抗轨道框架纵向位移的阻力。一般以每根轨枕的阻力R，或每延厘米分
19、布阻力r表示。它是抵抗钢轨伸缩，防止线路爬行的重要参数。道床纵向阻力受道碴材质、颗粒大小、道床断面、捣固质量、脏污程度、轨道框架重量等因素的影响。只要钢轨与轨枕间的扣件阻力大于道床抵抗轨枕纵向位移的阻力，则无缝线路长钢轨的温度应力和温度应变的纵向分布规律将完全由接头阻力和道床纵向阻力确定。道床纵向阻力，是由轨枕与道床之间的摩阻力和枕木盒内道碴抗推力组成。图为实测得到的单根轨枕在正常轨道状态下，道床纵向阻力与位移关系曲线。由图可以看出：道床纵向阻力值随位移的增大而增加，当位移达到一定值之后，轨枕盒内的道碴颗粒之间的结合被破坏，在此情况下，即使位移再增加，阻力也不再增大；在正常轨道条件下，钢筋混凝
20、土轨枕位移小于2mm木枕位移小于1mm，道床纵向阻力呈斜线增长，钢筋混凝土枕轨道道床纵向阻力大于木枕轨道。 （道床纵向阻力与位移的关系曲线）2.3 温度应力图：温度力沿长钢轨的纵向分布，常用温度力图来表示，故温度力图实质是钢轨内力图。温度力图的横坐标轴表示钢轨长度，纵坐标轴表示钢轨的温度力(拉力为正，压力为负)。钢轨内部温度力和钢轨外部阻力随时保持平衡是温度力纵向分布的基本条件。一根焊接长钢轨沿其纵向的温度力分布并不是均匀的。它不仅与阻力和轨温变化幅度等因素有关，而且还与轨温变化的过程有关。 （一）约束条件 1）接头阻力的约束为简化计算，通常假定接头阻力为常量。无缝线路长轨条锁定后，当轨温发生
21、变化，由于有接头的约束，长轨条不产生伸缩，只在钢轨全长范围内产生温度力，这时有多大温度力作用于接头上，接头就提供相等的阻力与之平衡。当温度力大于接头阻力时，钢轨才能开始伸缩。因此在克服接头阻力阶段，温度力的大小灯油接头阻力接头阻力被克服后，当轨温继续变化时，道床纵向阻力开始阻止钢轨伸缩。但道床纵向阻力的产生是体现在道床对轨枕的位移阻力，随着轨枕位移的根数的增加，相应的阻力也增加。为计算方便，常将单根钢轨的阻力换算为钢轨单位长度上的阻力，并取为常量，由上述特征可见，道床纵向阻力是以阻力梯度的形式分布。故在克服道床纵向阻力阶段，钢轨有少量伸缩，钢轨内部温度力放散，因而各截面的温度力并不相等，以斜率
22、分布。2） 线路阻力的分类分析1、纵向阻力：无缝线路阻止钢轨及轨道框架纵向移动的阻力叫纵向阻力。纵向阻力包括接头阻力、道床纵向阻力和扣件阻力。接头阻力：钢轨或轨道框架要发生纵向位移，首当其冲的是接头。接头阻力可以看成是由钢轨与夹板之间的摩阻力及夹板螺栓的抗弯力和抗剪力组成。在巨大的温度力面前，夹板螺栓的抗弯力和抗剪力显得很小，因此我们把它作为一种安全余量而忽略不计。剩下的就是钢轨与夹板之间的摩阻力。道床纵向阻力：当全部接头阻力都不足以克服温度力时，道床纵向阻力就开始发挥作用了。 道床抵抗轨枕沿线路方向移动的阻力叫道床纵向阻力。 第一，其大小同线路状况有直接关系。 第二，道床纵向阻力随轨枕位移的
23、增加而增长，但位移达到一定值时，阻力就不再增加。通常采用轨枕位移2mm时的道床纵向阻力作为计算常量。 第三，只有当扣件阻力大于道床纵向阻力时，钢轨才能带动轨枕作纵向位移而产生道床纵向阻力。反之，扣件阻力小于道床纵向阻力，钢轨就不能带动轨枕作纵向位移，道床纵向阻力将不发挥作用。此时，随着轨温的进一步变化，钢轨本身将沿垫板作纵向位移，造成钢轨爬行。所以，无缝线路的中间扣件一定要拧紧，使扭力矩达到80150N.m；尽量不采用道钉扣件，必要时，还要安装防爬设备。 第四，道床纵向阻力的作用顺序是从轨端向无缝线路中部渐次延伸，到最高、最低轨温、最大温度力时为止。扣件阻力：中间扣件和防爬设备抵抗钢轨纵向位移
24、的阻力叫扣件阻力。2、横向阻力：线路横向阻力包括轨道框架刚度和道床横向阻力。道床抵抗轨道框架横向位移的阻力叫道床横向阻力。道床横向阻力是防止胀轨跑道、保持线路稳定的重要因素。根据前苏联的试验，稳定轨道框架65的力是由道床提供的。道床横向阻力与下列因素有关：道床纵向阻力、道床断面的大小、轨枕端部道碴的多少、轨枕盒内道碴的饱满和夯实程度、轨枕重量和底都粗糙度等。 增大道床肩宽是提高道床横向阻力的一个重要手段。但是肩宽超过定数值，横向阻力就不再显著增加，这个数值是：木枕线路450mm，钢筋混凝土枕线路550mm。 在轨枕端部堆高石碴，做成特种断面道床，也是增大道床横向阻力的有效措施。据试验，采用特种
25、断面道床，钢筋混凝土枕无缝线路的横向阻力可提高26%，木枕无缝线路的横向阻力可提高20%。特别是在高温季节，无缝线路出现胀轨迹象时，特种断面道床更能显著地阻止轨道弯曲变形的进一步扩大。在小半径曲线上、桥梁上做成特种断面道床，也非常必要。 轨道框架刚度和道床横向阻力是防止胀轨跑道、保持线路稳定的重要因素。增大轨道框架刚度的有效措施是充分拧紧中间扣件，使扭力矩达到80150N.m。温度力和线路阻力是矛盾的统一体。无缝线路养护维修的宗旨是提高线路阻力，达到设计标准，使之足以抵抗最大温度力。提高无缝线路的线路阻力，包括提高其纵向阻力和横向阻力。 提高纵向阻力的方法是拧紧接头扣件，使扭力矩达到900N.
26、m,以提高接头阻力；按规定标准做好道床作业，以提高道床纵向阻力；充分拧紧中间扣件，以使扣件阻力大于道床纵向阻力。提高横向阻力的主要措施是：拧紧中间扣件，以提高轨道框架刚度、提高纵向阻力、增大道床肩宽和将道床做成特种断面。 （3）伸缩区和固定区从温度力图可知，伸缩区钢轨从轨端向里承受的温度力越来越大，到和固定区的交界处，承受最大的温度力。既然已经克服了全部接头阻力，在伸缩区，温度力必然迫使钢轨带动轨枕发生纵向位移，从而产生与之等同的道床纵向阻力。但是道床纵向阻力的产生有一个过程，就是说，要待轨枕移动相当距离时，道床纵向阻力值才能达到最大。 换句话说，道床纵向阻力的产生是以轨枕轨道框架的微小的纵向
27、位移为代价的。这种位移由外向里逐根轨枕积累起来而形成长轨一端的限制伸缩。也正因为如此，我们才把这一段叫做伸缩区。无缝线路长轨条两侧，在温度力作用下发生限制伸缩的区段叫伸缩区。伸缩区长度根据年轨温差幅值、道床纵向阻力、钢轨接头阻力等参数计算确定，一般为50100m。 而在无缝线路长轨条中部，因为不存在道床纵向阻力克服温度力的问题，最大温度力只是均衡地积存于钢轨内部，所以轨道框架并不发生纵向位移。也正因为如此，我们才把这一段叫做固定区。无缝线路长轨条中部均衡承受最大温度力，但轨道框架不发生纵向位移的区段叫固定区。固定区长度不得短于50 m。 前文已述，无缝线路长轨条两端以外，用来调节钢轨和轨道框架
28、限制伸缩的24根标准轨叫缓冲区。 根据具体线路状况和现场轨温变化计算出来的伸缩区长度叫实际伸缩区长度。我们可以算出任何一条无缝线路在任何轨温条件下有无实际伸缩区以及实际伸缩区的长度。 与实际伸缩区长度这个概念相对的概念，是设计伸缩区长度。设计伸缩区长度的计算依据是最高、最低轨温。 实际伸缩区长度是一个变量，它随轨温和线路条件的变化而变化；实际伸缩区和固定区之间，是没有一个固定的分界点的。 但是，养护维修工作又要求我们把伸缩区和固定区明确、固定地区分开来，以便针对不同的线路特点采取不同的养护维修措施，同时也便利于观测、检查； 另外，为了给伸缩区长度留出相当的余地，以保适应最不利的情况，同时考虑到
29、现场的线路阻力难免要打一定的折扣现场无缝线路标定的伸缩区长度，总要比用最高、最低轨温计算出来的伸缩区长度长一些，一般为50100m，钢筋混疑土枕地段多为5075m，木枕地段多为75100m。我们把这种现场标定的伸缩区长度叫做设计伸缩区长度。无缝线路温度力和线路阻力平衡关系的示意图叫基本温度力图。读懂基本温度力图，可以加深我们对无缝线路的认识。温度力大于接头阻力，产生道床纵向阻力，随之产生伸缩区和固定区。伸缩区的温度力从轨端向里越来越大，限制伸缩则由里向轨端越来越大，并通过伸缩释放掉一部分温度力。 固定区钢轨不发生伸缩，且均衡承受最大温度力。 要使无缝线路具备行车条件，必须锁定线路。锁定使无缝线
30、路钢轨不能自由伸缩而只能限制伸缩。未能实现的自由伸缩量使钢轨发生应变而产生温度力，温度力则对轨道产生破坏作用,使其丧失行车条件。为了终止这种恶性循环，使无缝线路有能力平衡温度力，以保行车安全，必须采取以下措施： 1选择合理的锁定轨温，使无缝线路对最高、最低轨温产生的温度力都承受有余。 2提高无缝线路的纵向阻力和横向阻力。实现这一目标的主要措施是拧紧扣件螺栓，按规定做好道床作业。无缝线路温度力和线路阻力的平衡过程可用基本温度力图表示。基本温度力图还能显示无缝线路三区的形成过程和各自的特点。（2） 基本温度力图无缝线路所顶以后，轨温单向变化时，温度力沿钢轨纵向分布的规律，称为基本温度力图。先以降温
31、为例说明，图5-4即为基本温度力图。1 当轨温t等于锁定轨温t0时，钢轨内部无温度力，即Pt=0，如图中A-A线。2 当tt0tH 时，轨端无位移，温度力在整个长轨条内均匀分布，Pt= PH，图中B-B线。3 当tt0tH时，道床纵向阻力开始发挥作用，轨端开始产生收缩位移，同时在x长度范围内放散部分温度力，图中BC、BC范围内任意截面的温度力Pt= PH+rx。4 当t将到最低轨温Tmin时，钢轨内产生最大温度拉力maxPt拉，这时x达到最大值，即为伸缩区长度。如图中D-D线。此时maxPt拉和ls可按下式计算。（1） （2） 式中t拉max-最大降温幅度。 （基本温度力图）(3） 锁定轨温
32、（1）锁定轨温的定义前面已多次出现“锁定”这个词。所谓“锁定”，就是用中间扣件(包括防爬设备)把无缝线路钢轨紧扣在轨枕上，用接头扣件把轨端充分夹紧，使之不能自由伸缩。 无缝线路锁定时的轨温叫锁定轨温。我们通常把无缝线路全部扣件螺栓包括接头螺栓拧紧时的轨温作为锁定轨温。如果此间轨温有波动，则在“长轨始端落槽时应测定一次轨温，到长轨末端合拢，拧紧全部扣件螺栓，再测一次轨温，以两次平均值，作为该段无缝线路的锁定轨温”。（2） 锁定轨温的性质锁定轨温是“零应力轨温”。显然，在中间扣件和接头扣件拧紧之前，钢轨处于自由伸缩状态，随着轨温的变化，该伸的已经伸足了，该缩的已经缩足了。因而在将扣件拧紧的那个短暂
33、的时间，无缝线路钢轨断面受到的温度力等于0。故国外铁路又把锁定轨温叫做“零应力轨温”。此时无缝线路具备最安全的轨温条件。锁定之后，只要轨温等于锁定轨温，无缝线路钢轨断面上承受的温度力都等于0。 锁定轨温是轨温变化度数的依据。计算温度力和钢轨限制伸缩量时，应把锁定轨温作为基数去求取轨温变化度数。所谓“轨温变化度数”，就是实际轨温与锁定轨温的差数。如某无缝线路的锁定轨温是27，某时实测轨温是57，则轨温变化度数就是5727=+30；某时实测轨温是-8，则轨温变化度数就是-8-27=-35。(“+”、“”分别表示轨温上升和下降)离开了锁定轨温这个基数，轨温变化度数就无从谈起，温度力和钢轨限制伸缩量也
34、就无从算起。 锁定轨温和钢轨长度是相关统一的。设计无缝线路时，锁定轨温定下来了，钢轨长度也就随之定下来了。无缝线路铺好锁定之后，要想保持锁定轨温不变，就必须保持钢轨长度不变。如果钢轨伸长了，就意味着锁定轨温升高了；钢轨缩短了，则意味着锁定轨温降低了。一旦锁定轨温偏离了设计范围，就会给无缝线路的受力状况带来不良影响。这一点，我们在下一个问题中就要讲到。 据测算，每100m长的无缝线路钢轨，每伸长1.2mm，相当于锁定轨温升高了1；缩短1.2mm，相当于锁定轨温降低了1。（3） 锁定轨温的确定锁定轨温的高低，直接决定无缝线路承受温度力的大小，因而直接决定无缝线路的稳定性。一个地区只有一个最高轨温和
35、一个最低轨温。如果锁定轨温定得过高，夏天无缝线路承受的温度压力倒是不大，但是到了冬天最低轨温时，无缝线路将承受较大的温度拉力而影响其稳定性。如果锁定轨温定得过低，冬天最低轨温时无缝线路承受的温度拉力倒是不大，但是到了夏天最高轨温时，无缝线路将承受较大的温度压力，同样影响其稳定性。所以，锁定轨温的确定，必须同时兼顾一个地区可能出现的最高、最低轨温，使之到最高、最低轨温的变化幅度都不是很大，产生的温度力无缝线路都能承受。 （4）温度应力式的大略方法：首先根据地区的最高、最低轨温算出中间轨温。地区最高、最低轨温代数和的平均值叫做中间轨温。这里要注意，中间轨温不等于轨温差的平均值 确定锁定轨温范围：考
36、虑到铺设温度应力式无缝线路的地区冬天最低轨温不是很低，主要的危险不是来自温度拉力而是温度压力，所以我们通常把锁定轨温定得比中间轨温略高一些确定锁定轨温：如果该地区某条无缝线路锁定时的轨温是此范围之内的任意一值，则将此轨温作为该无缝线路的合理锁定轨温。显然，对于一个地区而言，锁定轨温是一个范围；对于某一条无缝线路而言，锁定轨温则是此范围内的一个单一的特定值。 而且，从理论上讲，一条无缝线路只允许有一个锁定轨温，且两股钢轨应基本相同。 无缝线路锁定时的轨温叫锁定轨温。锁定轨温是“零应力轨温”，是轨温变化度数的基数。锁定轨温和钢轨长度是相关统一的，钢轨长度发生变化，锁定轨温跟着发生变化。锁定轨温定得
37、过高，冬天最低轨温时容易发生钢轨被拉断的事故；锁定轨温定得过低，夏天最高轨温时容易发生胀轨、跑道。设计锁定轨温是合理的锁定轨温，超出设计锁定轨温范围的锁定轨温是不合理的锁定轨温。不允许随意改动设计锁定轨温。不合理的锁定轨温必须加以改正。2.4 无缝线路稳定性分析：（1）无缝线路作为一种新型轨道结构，其最大特点是在夏季高温季节在钢轨内部存在巨大的温度压力，容易引起轨道横向变形。在列车动力或人工作业等干扰下，轨道弯曲变形有时会突然增大，这一现象常称为胀轨跑道，在理论上称为丧失稳定。这将严重危及行车安全。从大量的室内模型轨道和现场实际轨道的稳定试验以及现场事故观察分析，轨道胀轨跑道的发展过程基本上可
38、分为三个阶段，即持稳阶段、胀轨阶段和跑道阶段，纵坐标为钢轨温度压力，横坐标为轨道弯曲变形矢度为初始弯曲矢度。胀轨跑道总是从轨道的薄弱地段（即具有原始弯曲的不平顺）开始。在持稳阶段，轨温升高，温度压力增大，但轨道不变形。胀轨阶段，随着轨温的增加，温度压力也随之增加，此时轨道开始出现微小变形，此后，温度压力的增加与横向变形之间呈非线性关系。当温度压力达到临界值时，这时轨温稍有升高或稍有外部干扰时，轨道将会突然发生臌曲，道碴抛出，轨枕裂损，钢轨发生较大变形，轨道受到严重破坏，此为跑道阶段，至此稳定性完全丧失。 无缝线路涨轨跑道过程无缝线路稳定性计算的主要目的是研究轨道胀轨跑道的发生规律，分析其产生的
39、力学条件及主要影响因素的作用，计算出保证线路稳定的允许温度压力。因此，稳定性分析对无缝线路的设计，铺设及养护维修具有重要的理论和实践意义。判别结构稳定的准则一般有能量法和静力平衡法。无缝线路的稳定分析大多采用能量法，弹性理论的能量变分原理是理论基础。在稳定性计算中采用的势能驻值原理概念为：结构处于平衡状态的充要条件是在虚位移过程中，总势能取驻值，即A=0。根据势能驻值原理及边界条件等即可求地轨道平衡的微分方程。微分方程的解法，有精确解与近似解之分。前者是按边界条件直接解平衡微分方程，解题较麻烦，与近似方法相比差别并不大，故运用较少；现使用较多的是后者，即假设变形曲线的方法，也称能量法。国内外对
40、稳定性计算公式进行了长期深入的研究，提出了很多计算公式。比较有影响的公式如，米辛柯公式、沼田公式、科尔公式等。我国在1977年提出了统一无缝线路稳定性计算公式（简称统一公式），并得到推广应用，对促进我国无缝线路的发展起了重要作用。统一公式是假定变形曲线波长与初始波长相等，并取变形为2mm是对应的温度压力Pn，再除以安全系数，即为保证无缝线路稳定的原许温度压力1990年5月1日开始实施的无缝线路铺设及养护维修方法中，铺设无缝线路的允许温差表是该标准的核心内容之一，其稳定性计算是采用铁道科学研究院提出的变形波长与初始弯曲波长不相等的计算公式（简称不等波长公式）。现行允许温差表是该理论分析与实践相结
41、合的产物，已得到现场广泛运用。对无缝线路大量调查后表明，很多次的胀轨跑道事故并非温度压力过大所致，而是由于对无缝线路起稳定作用的因素认识不足，在养护维修中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越性。 （1）保持稳定的因素 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。前苏联资料表明，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%道床横向阻力是由轨枕两侧及底部与道碴接触面之间的摩阻力，和枕端的碴肩
42、阻止横移的抗力组成。其中，道床肩部占30%，轨枕两侧占20% 30%，轨枕底部占50%。道床横向阻力可用单根轨枕的横向阻力Q和道床单位横向阻力q表示。q=Q/a（N/cm），a为轨枕间距。随着轨枕重量的增加，横向阻力增大；横向阻力与轨枕横向位移成非线性关系，阻力随位移的增加而增加，当位移达到一定值时，阻力接近常量，位移继续增大，道床即破坏。对无缝线路丧失稳定情况的大量调查中得知，在不少情况下胀轨跑道并非温度力过大所致，而是由于维修作业不当，降低了道床横向阻力而发生。因此要对影响横向阻力的因素有所了解，以利于指导工作。2） 轨道框架刚度轨道框架刚度是反映其自身抵抗弯曲能力的参数。轨道框架刚度愈大
43、，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，等于两股钢轨的水平刚度及钢轨与轨枕接点间的阻矩之和。3） 丧失稳定的因素丧失稳定的主要因素是温度压力与轨道初始弯曲。由于温度升高引起的钢轨轴向温度压力是构成无缝线路稳定问题的根本原因，而初始弯曲是影响稳定的直接因素，胀轨跑道多发生在轨道的初始弯曲处。因而控制初始弯曲的大小，对保证轨道稳定有重要作用。 （2）弹动现象 1）铁道科学研究院对动态稳定试验的测试发现了动态失稳的前兆“弹动现象”，从试验中看出，无缝线路在温度力与列车动载的共同作用下，轨道不平顺处将产生弯曲变形。随着轨温升高和行车次数增加，轨道弯曲变形逐渐扩大。当轨温升到
44、一定值时，一次过车弯曲变形突然剧增。有时即使轨温不再升高，随着行车次数的增加，弯曲变形继续扩大，轨道将产生“弹动现象”。有时无缝线路可能从稳定平衡直接进入不稳定平衡。轨道失稳不仅与平面不平顺有关，而且还与立面不平顺有关。根据上述试验结果，TB2098-89已将“弹动现象”列为无缝线路动态失稳的征兆，规定高温季节进行养护维修作业时，或在作业之后，若发现过车后线路弯曲变形突然扩大，必须立即设置停车信号防护并进行处理，防止发生行车事故。 2）无缝线路弹动现象失稳的主要原因：铁道科学研究院认为，无缝线路产生“弹动现象”而失稳的主要原因是由于在列车轮重作用下，两转向架之间的轨排受负弯矩作用而浮起，造成道
45、床横向阻力降低。在试验基地R=600m的曲线地段，测试轨排最大可能浮起量，行驶电力机车时为3.40mm，行驶C75货车时为3.05mm。为测量轨排浮起后的道床横向分布阻力，采用了轨排浮起装置，当浮起量达3.50mm时，测量的道床横向分布阻力比未浮起时的数值降低3040%。轨排浮起是考虑无缝线路动态稳定不应忽视的重要因素，尤其在列车动态通过时，浮起处与不平顺处重合时的情况，对无缝线路的稳定最为不利。以国内外研究情况而言，一般认为无缝线路的动、静态失稳问题是因较高的钢轨压力、弱轨道情况和车辆荷载引起的过大位移产生的。其中车辆荷载的影响包括：动态轨排浮起引起的道床阻力下降，惯性力的出现，以及竖向及横
46、向车轮荷载的作用。弱轨道情况包括：横向阻力不足，轨道不平顺，锁定轨温的下降。（3） 无缝线路稳定性安全储备量的分析铁道科学研究院根据大量实测数据，绘制了各种情况下的P- f或平衡状态曲线。他们认为应按线路实际可能存在的不利情况计算临界膨曲温升，按限制横向累积变形的条件确定允许温升。并且采用基本安全系数KA和附加安全系数KC，对我国无缝线路稳定性的安全储备量作出了较合理的定量分析。无缝线路稳定性计算，不能把临界温升作为允许温差使用。由于下列因素影响：a）初始弯曲分布的随机性，道床密实度、扣件拧紧度的不均匀性；b）轨温测量的不精确；c）计算结果的误差；d）高温下，无缝线路可能产生横向累积变形。因而，稳定性允许温差的计算，应当考虑一定的安全储备量稳定性计算时，不论直线或曲线均