书接上回。
上周写了差不多5000字说无缝线路,也就只是把基本的概念说了一下,因为这个话题实在是有点大,本来想着说过就算了,但是仍然有几个问题觉得不吐不快,所以这次算是拾遗。

这个算是套路了,我都不知道咋形容好了

今天重点就介绍几个概念:锁定轨温、无缝线路受力特点、稳定性、桥上无缝线路,咱们一个一个来。

首先是锁定轨温。

上周也说了,锁定轨温是中和温度,是0温度力状态下的温度。那锁定轨温是如何确定的呢?比较简答的办法就是当地的历史最高轨温Tmax和最低轨温Tmin的中间值,而根据长期的观察确定,最低轨温Tmin和最低气温相等,最高轨温Tmax比最高气温高20℃。
可以举一个例子,我这里的历史(这个历史一般是30年)最低气温-5℃,历史最高气温40℃,那么锁定轨温可以设置为(-5+40+20)/2=25.5℃,简单有效。
锁定轨温在不同的阶段分为设计锁定轨温、施工锁定轨温和实际锁定轨温。设计锁定轨温,是根据历史气候条件计算出来的,上面的计算就是,它一般是是一个范围,比如25±5℃。施工锁定轨温,就是无缝线路施工过程中锁定轨条时的轨温,它是一个确定值且需要在设计锁定轨温范围内,每根轨条都是不同的。实际锁定轨温,是无缝线路在实际运行中0温度力状态下的轨温,由于实际锁定轨温是会变化的,所以它一般不等于施工锁定轨温。而且,根据观察,运行中的无缝线路的锁定轨温会降低,原因现在还搞不清楚。
锁定轨温是一个重要的概念,因为它和力相关,它有几个明显的特征:一是它是“零应力轨温”。二是它是轨温变化幅度的基点和依据。三是它和轨条的长度是相关的很等效的。这些问题前面基本都讲过,不多说了。

再来聊一下无缝线路的受力情况。

无缝线路的轨条需要在任何时候都保持受力平衡状态,不然不就跑偏了么?轨条受力大致可以分为纵向、横向和竖向,这些力也就是上一周我反复提到的约束。
先说纵向的。轨温变化时,钢轨两端有自由伸缩的“欲望和趋势”,但是它又被约束,这些主要来自于接头阻力、扣件阻力和道床阻力。
接头阻力是一种摩擦力,对,你没看错,钢轨接头一般用6个螺栓和夹板把钢轨连接起来,但是它是靠摩擦力。此处是不是应该有一句话,明明可以XXX,偏偏要靠XXX。

普通栓接接头,就是靠螺栓把夹板和钢轨压在一起,然后靠摩擦力约束

有人要问,说的不是无缝线路么,哪里来的接头?轨条再长,它也有限度,两端也是接头连住的。计算挺麻烦就不讲了,大概就是螺栓越多力越大、宁的越紧力越大、摩擦系数越大(夹板表面粗糙程度)力越大。
扣件阻力也是一种摩擦力,是的,摩擦力统一世界了。

弹条把钢轨和垫板压在一起,然后它们之间的摩擦力提供阻力

扣件阻力的计算就简单多了,大概是扣压力越大阻力越大,综合摩擦系数越大扣压力越大。
还有就是道床阻力,呃,这个不是摩擦力,是阻止轨道框架把道床带着跑或者说轨枕和道床之间的咬合力。

实际就是轨枕和道床之间的结合力,整体道床优势很明显

大家肯定经常听到说,整体道床稳定性好,为啥呢?因为它轨枕是道床连接在一起的,这个道床阻力无穷大,那肯定好。整体道床就不说了,碎石道床情况下,水泥枕比木枕强、道砟饱满比不饱满强,和道砟的颗粒级配、密实程度也有关系。
再说说横向的。横向的约束同样重要,因为横向失稳是极度危险的情况,横向约束主要来自于道床横向阻力和轨道框架水平刚度。
道床的横向阻力就是道床抵抗轨道框架(框架的概念以前说过,这里就直接引用了)横向位移的能力,它是由轨枕两侧及底部和道床的摩擦力和枕端的砟肩阻止横移的抗力组成。

横向稳定性最好的线路,就是把轨枕整个埋进去的线路

所以,同样的,整体道床的横向阻力要大很多。
轨道框架刚度则反应了轨道框架抵抗横向弯曲的能力,刚度越大,抵抗横向弯曲的变形能力越强,提供的横向阻力也就越大。
最后说说竖向的。竖向的和横向的类似,而且由于钢轨自重较大,竖向失稳情况也很罕见,就不细讲了。

简单说说无缝线路的稳定性和断轨。

为啥是简单说说呢?因为无缝线路的稳定性问题涉及到大量的假设和计算,非常复杂,我就试着简单把原理说说。先看看啥叫失稳:

惊不惊喜,意不意外,吓不吓人?这就是失稳

是不是很恐怖?这叫做涨轨跑道,钢轨完全失去约束变成面条一般,这就是横向失稳,对列车运行有极大的威胁。产生的原因就是在夏季是实际轨温大大高于锁定轨温,钢轨内部存在很大的压应力,在列车动力或者人工作业等干扰小,轨道的弯曲变形会突然增大、破坏约束。这也是上周我们说到的作业轨温的规定的原因,就是避免在压应力太大时施加人工的干扰,出现失稳。
失稳的发展一般是三个阶段

  • 持稳阶段。轨温上升,钢轨内部的温度压力增大,但是轨道不变形。
  • 涨轨阶段。轨温继续增加,温度压力也继续增加,此时轨道开始出现微小的横向变形(形式上看是线路会出现很多碎弯),温度压力的增加和变形量为非线性关系。
  • 跑道阶段。当温度上升到临界值时,这是轨温稍微升高或者稍有外部干扰,钢轨就会出现极大的横向变形、扣件破坏、轨枕折断,轨道完全失稳。
三个阶段的曲线,AB是持稳、BK是涨轨、KC是跑道

所谓哪里有压迫哪里就有反抗,约束越强反抗也越强,等到约束不住,必然是极端的爆发。那咋整?对于无缝线路系统来说,很简单,那就是采用更加粗暴、可靠的约束让你反抗不了。防止横向失稳,最重要的就是增加阻力,包括纵向和横向阻力。其中纵向阻力约束它的伸缩,横向阻力约束它伸缩后横向的破坏,具体是:

  • 采用扣压力更大的扣件,增加纵向阻力。
  • 采用整体道床,或者用混凝土轨枕、更好级配的道砟及保持道砟的饱满和密实。
  • 采用有挡肩的轨枕或者垫板,增加横向力。
  • 采用整体道床,或者用混凝土轨枕、更好级配的道砟及保持道砟的饱满和密实以及砟肩宽度。

可以看见,整体道床是一个大杀器,基本上用上了就差不多了,因为它的约束实在是太强了。

整体道床埋入式轨枕,刚刚的,还没听过整体道床涨轨的

对了,横向稳定性计算有个公式,贴上来给大家看看,见到了认识就行了。

不要看它简单,每个字母都只是一长串公式的代表

轨温升高时会导致涨轨,那轨温降低时呢?答案是断轨。这个应该很好理解,温度太低了,钢轨想收缩,但是扣件拉着不让收缩,内部就会有很大的温度拉力,这个力太大了超过钢轨的承受能力就会拉断,就像我们拽一根皮筋,拽狠了就断了。俗称“冻断”,它是这样的:

这是实际发生的断轨,是一个厂焊焊缝,冷天断了

要防止,除了保证铺设和维修的正常之外,只有一个办法,那就是锁定轨温不能太高了。但是太低了不断了又会涨轨,所以就有了前面说的那个计算锁定轨温的办法,取中间值。同时补充一下,要是整体道床线路稳定性好,那锁定轨温可以设置的低一些防止断,要是碎石道床且标准不高,那就可以设置高一些防止它涨。这就像连环套一样,让你左右不是,但是既然享受了它的便利,就必然要克服它的缺点。

今天就在这里结束吧,算是上一周的补充,一次整太多写的人受不了、看的人估计也受不了,以后尽量控制不超过3500字了,太多了就分两次写。大家也可以看到目录里还留着一个尾巴,桥上无缝线路。桥上无缝线路和普通的线路比,简直就是两个东西,这个下次专门讨论吧。
本集完。


最后来个硬广,我写了一个公众号:延伸的车辙,欢迎大家关注交流。

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来源:知乎 www.zhihu.com

作者:lei xi

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