无缝线路的应力放散与应力调整

2021年7月15日00:00:05
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一、应力放散

1.应力放散的概念

应力放散就是使积累在长钢轨内的温度力释放出去,使其恢复原来铺设时的无应力状态或设计锁定轨温。根据放散前的实际锁定轨温与原铺设时的施工锁定轨温(或设计锁定轨温)的变化情况,应力放散分为“伸长放散”(又称“放伸”或“放升”)和“收缩放散”(又称“放缩”或“放降”)两种,大约有95%以上的放散属于“伸长放散”。

2.锁定轨温变化的原因

(1)为了扩大施工季节,加速无缝线路的铺设,在气温较高或较低季节进行铺设施工,因此造成锁定轨温比设计锁定轨温过高或过低的情况。

(2)由于低温焊接断缝。冬季固定区钢轨折断后,断口处两端钢轨收缩,放散了一部分温度拉力。如果为了抢修通车,在当时低温条件下焊上一段短轨,这就相当于这段线路在低温下锁定,改变了原来的锁定轨温。

(3)由于作业不当,如在低温或高温时解开接头,在伸缩区超限超温作业等,会导致钢轨产生不正常的伸缩变形,相当于放散了钢轨应力。作业完后恢复线路,等于重新加以锁定线路,改变了原来的锁定轨温。

(4)由于线路严重爬行,使钢轨产生不正常的伸缩变形,改变了原来的锁定轨温。

3.锁定轨温的检验

检验长钢轨锁定轨温的变化情况,简单易行的方法是设置位移观测桩,通过观测钢轨长度的变化,可以计算出锁定轨温变化的大小,从而确定应力放散或调整区段。

普通无缝线路长轨条长度不超过1 000 m时设置5对位移观测桩,长轨条长度大于1 000 m时设置7对位移观测桩。固定区较长时,可适当增加对数(其中固定区中间点1对,伸缩区始、终点各1对,其余设置在固定区)。

超长无缝线路,单元轨条长度不超过1200 m时设6对位移观测桩(单元轨条起、讫点,距单元轨条起、讫点100 m及400 m各设置1对);单元轨条长度大于1 200 m时设7对位移观测桩(单元轨条中点设置1对,单元轨条起、讫点,距单元轨条起、讫点100 m及400 m各设置1对)。

钢轨长度变化引起锁定轨温变化的关系式如下

$$\bigtriangleup t=\frac{\bigtriangleup l}{0.0118\times l}(^{\circ}C)$$

式中

\(\bigtriangleup  l\)———钢轨长度变化(mm);

\(\bigtriangleup t\)———锁定轨温变化度数(℃);

\(  l\)——钢轨原始长度(m)。

【例6】某上行线一段无缝线路,全长1348 m,原锁定轨温为30 ℃,由于破底清筛后,线路爬行不匀,观测资料见表1,求钢轨实际轨温。

解:以右股1号~2号桩之间钢轨长度变化情况为例:

钢轨原始长度

$$  l=100$$

钢轨长度伸缩量

$$\bigtriangleup  l=30-6=24(mm)$$

锁定轨温变化度数

$$\bigtriangleup t=\frac{24}{0.011\times 100}=20(^{\circ}C)$$

无缝线路的应力放散与应力调整

线路爬行观测资料

这段钢轨的实际锁定轨温为

$$T_锁=30-20=10(^{\circ}C)$$

4.应力放散量的计算

(1)放散量。按长轨自由伸缩公式计算

$$\bigtriangleup l=αL(T_{0}^{'}-T_0)(mm)$$

式中

\(\ l\)——需放散的长轨长度(mm);

\(\ α\)———11.8×10-6 ℃;

\(\ T_{0}^{'}\)——应力放散后的锁定轨温(℃),应在设计锁定轨温范围内;

\(\ T_0\)———原锁定轨温(℃)。

(2)锯轨量。放散时长轨发生伸缩,达到计算的放散量后,必须将与长轨联结的缓冲轨锯短或换长。在“放伸”时缓冲轨应锯短(或换为标准缩短轨),其锯轨量为

$$K=\bigtriangleup l+\sum a+\sum b\pm c (mm)$$

式中

\(\ \bigtriangleup l\)———放散量(mm);

\(\ \sum a\)———放散后缓冲区上预留轨缝之和(mm);

\(\ \sum b\)———放散前缓冲区上预留轨缝之和(mm);

\(\ c\)———整治线路爬行时的钢轨爬行量,当放散方向与爬行方向一致时为“十”,反之为“-”( mm)。

放缩后需更换的缓冲轨,其长度亦可按上式计算。

5.应力放散方法

过去常用的有列车碾压法、撞轨法和滚筒放散法。实践证明,前两种方法由于轨底与胶垫(或垫板)间摩阻力很大,放散应力很不均匀,离放散始端500 m以外的钢轨断面位移量很小,故效果很差,已多不采用。

目前常用的方法有滚筒放散法(与撞击结合)和拉伸放散法(与滚筒结合)两种。放散时,每隔50~200 m设置一个观测点,观测钢轨位移量,及时排除影响放散的故障,以求放散均匀。

(1)滚筒放散法。

适用条件:一般是当放散时的自然轨温在设计锁定轨温铺设范围之内时采用,适用于放伸或放缩。其优点是方法简便、放散均匀准确,对于目前使用弹条扣件的无缝线路是一种较好的放散方法。

方法简介:封锁线路后,将扣件及防爬设备全部松开,在长轨轨底垫人滚筒(滚筒长不超过轨底宽10 mm,为24~30 mm无缝钢管或圆钢,每10 m插人1根;木枕用支架滚筒),使轨底与轨枕离开,然后辅之敲击或撞击钢轨,使钢轨自由伸缩。待放散均匀基本达到零应力后,将放散量视伸长或缩短采取切锯或更换缓冲轨,然后锁定线路恢复通车。如采用撞轨器辅助撞击钢轨,当放伸时每千米处设一个撞轨点,放缩时300~500 m设一处,遇曲线或上坡地段应适当缩短间隔。

(2)拉伸放散法。

适用条件:放散时的自然轨温低于设计锁定轨温铺设范围时,宜采用本方法进行“放伸”。其优点是可以保证锁定轨温准确,放散均匀,同时因拉伸器的拉力很大,可以节省人力,缩短放散时间。

方法简介:在滚筒放散的基础上,先将钢轨放至“零应力”状态(一般不辅用撞轨器),然后在长轨端加上1组(单股拉)或2组(双股拉)拉伸器,对长轨施加拉力,达到计算放散量后进行锁定。

拉伸法要求放散时,必须先将长钢轨放散到“零应力”状态后,再拉至所需要调整的轨温长度,可以准确掌握放散后的锁定轨温。如果拉伸器的拉力不足以达到放散量时,可辅以撞轨器,在拉稳后进行撞轨。

二、应力调整

应力调整实际上是局部性的应力放散,当长轨节两端未发生爬行,而中间出现应力不均时,可以将两端固定,将应力不均部位的扣件松拆,采用滚筒法和撞轨法相结合,使钢轨得到振动后,钢轨内应力在有限的范围内,进行有限制的调整。

在无缝线路固定区,由于作业不当,线路爬行不均或其他原因,会使局部地段钢轨承受较大的拉力或压力。这些地段可采取应力调整的方法,使钢轨受力均匀一致,避免局部地段应力过大,造成胀轨、跑道或断轨事故。调整无缝线路固定区应力的作业称为应力调整。

无缝线路固定区钢轨内应力集中的现象,可以从位移观测桩观测到的钢轨位移情况分析得知。如固定区某一观测桩附近钢轨有位移变化,而其他观测桩无变化,说明有位移变化的钢轨附近有应力集中;又如固定区所有观测桩处钢轨都有位移变化,说明线路有爬行,若其中某个观测桩处的钢轨位移量较大或较小,说明该观测桩处附近钢轨有应力集中。

应力调整常用的方法有滚筒法和列车碾压法两种。

(1)滚筒法调整应力与滚筒法放散应力大体相同,不同的是调整应力时,只在局部范围内松开扣件,调够位移量后再锁定线路。

(2)列车碾压法可用于行车密度较大的区段,采取在不中断行车的情况下,利用列车碾压的方法进行应力调整。列车碾压方法分为顺向,逆向和双向调整三种情况。顺向调整是在双线地段,将需要顺列车运行方向调整地段的始端锁定不动,松开扣件后进行列车碾压调整;逆向调整是在双线地段,将需要逆列车运行方向调整地段的终端锁定不动,松开扣件后进行列车碾压调整;双向调整是在单线地段,将需要调整地段的中部约50 m范围内用防爬器锁定不动,然后松开两端扣件,利用列车碾压调整。

文章来源:

陈嵘,韦凯编著. 城市交通轨道工程[M]. 2018

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