中南大学轨道工程

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1、铁路轨道由钢轨、轨枕、连接零件、道床、 道岔和其他附属设备等组成的构筑物。 位于铁路路基上，承受车轮传来的荷载, 传递给路基，并引导机车车辆按一定方 向运转。有些国家或地区也称线路上部 建筑。在钢梁桥、灰坑、转盘、某些隧 道以及采用新型轨道结构的地段，可以 没有道床、或者也没有轨枕。轨道组成轨道最早是由两根木轨条组成，后 改用铸铁轨，再发展为工字形钢轨，20 世纪80年代，世界上多数铁路采用的 标准轨距（见铁路轨道几何形位）为 1435毫米（4英尺8（1/2）英寸）。较 此窄的称窄轨铁路，较此宽的称宽轨铁 路（见铁路工程）。轨枕一般为横向铺 设，用木、钢筋混凝土或钢制成。道床 采用碎石、卵石、

2、矿渣等材料。钢轨、 轨枕、道床是一些不同力学性质的材料, 以不同的方式组合起来的。钢轨以连接 零件扣紧在轨枕上；轨枕埋在道床内； 道床直接铺在路基面上。轨道承受着多 变化的垂直、横向、纵向的静荷载和动 荷载，荷载从钢轨通过轨枕和道床传递 到路基。通过力学理论，分析研究在各 种荷载条件下，轨道各组成部分所产生 的应力和应变，而确定其承载能力和稳 定性。轨道类型为使轨道成为一个整体，要根据铁 路的具体运营条件，使轨道各部分之间 的作用相互配合，并考虑轨道、车辆、 路基三者之间相互作用的配合协调。这 就要求将轨道划分类型。轨道类型的内 容包括钢轨类型，连接零件种类，轨枕 的种类和配置，道床材料和断面

3、尺寸。 它所依据的主要运营条件为铁路运量、 机车车辆轴重和行车速度。最佳的轨道 结构须做到在给定的运营条件下，保证 列车按规定的最高速度平稳、安全和不 间断地运行，将荷载有效地传递给铁路 路基，并结合合理的轨道材料使用和养 护制度，使其设备折旧费、建设投资利 息和设备养护费用之和为最小。轨道结 构类型，常按不同运营条件将铁路线路 分成为轨道等级来表示。这种分等的标 准各国不同。中国铁路1975年的规程， 将轨道分为四种类型：轻型、中型、次 重型和重型四等（见表中国铁路轨道 分类（1975年）。轨道养护轨道各部分在列车重复荷载的作 用以及气候环境条件的影响下，将产生 磨耗、腐蚀、腐朽、疲劳伤损和

4、残余变 形。同时还会使轨距、水平、方向、高 低等轨道几何形位发生变化。这些变化 积累起来，如不及时消除，将加剧冲击 振动，严重的甚至会引起脱轨、颠覆事 故。因此，必须做好轨道更新和维修， 以恢复轨道各组成部件的性能，并保持 轨道几何形位处于良好状态（见轨道养 护）。展望 轨道现代化的基本目标是适应 铁路运输咼速度、大运量的要求，保证 列车运行的安全、平稳和舒适，延长各 部件使用寿命，减少养护维修工作量， 减少各种污染，完成给定的运输任务， 取得最佳的综合技术经济效果。其主要 内容有：铺设超重型高强度耐磨钢轨； 使用高速道岔；发展无缝线路；采用弹 性连接零件，改善轨枕、道床、路基面 的工作条件；

5、研究发展新型的轨下结构; 轨道设备更新、修理和维修工作的机械 化及现代化。轨道现代化的另一发展将 是结构的根本改革，如有些国家正在试验、研究的单轨轨道，有导向而无轨的 磁悬浮轨道等。1运营条件主要由哪些参数来描述？ 与轨道类型选择有何关系？答：铁路运营条件以行车速度、轴重和 运量三个参数来反映。行车速度增加， 动压力就增大，轴重的增加也会使轨道 受力加大，尤其是对钢轨会产生更不利 的影响，运量增长，列车荷载作用次数 增多，使轨道部件疲劳受损伤和永久变 形积累加速。2我国正线轨道类型如何划分？ 1答：分为：特重型、重型、次重型、中 型、轻型。3有砟轨道结构的主要组成及其功用 是什么？ 1答：铁路

6、有砟轨道一般由钢轨、轨枕、 道床、联结零件、防爬设备和道岔等部 件组成。钢轨是铁路轨道的主要部件，作用是： 钢轨：引导机车前进，承受车轮的巨大 压力并将该力传递到轨枕或其他支承 上。轨枕的功用：是保持钢轨的位置、方向 和轨距，并将它承受的钢轨力均匀的分 布到道床上。联结零件的作用：接头扣件：保持轨线 连续性，并传递和承受弯矩和横向力， 中间扣件：固定钢轨，保持正确轨距， 防止钢轨纵横向位移。道床的作用： 传递由钢轨，轨枕传来的机车车辆动荷 载，使之均匀的分布在路基基床上， 抵抗轨道框架纵横向位移，保持几何形 位，提供排水能力，防止轨道下沉。提供轨道弹性，起到缓冲、减振降噪 的作用，调节轨道框架

7、的水平和方向。 防爬设备：使钢轨沿着轨枕或轨道框架 沿着道床顶面纵向移动。道岔：4钢轨的类型有那些？ 2答：钢轨类型一般以取整后的每米钢轨 质量（kg/m）来分类，我国目前使用的 标准钢轨有 75、60、50、43、38kg/m5钢轨损伤的主要形式有哪些？伤损 的原因及解决措施是什么？ 6-10 答：轨头核伤、钢轨磨耗、轨腰螺栓孔 裂纹。原因：既有钢轨生产中产生的缺 陷，又有运输、铺设和使用过程中的问 题。轨头核伤措施有：提咼钢轨 材质，防止出现气孔等不良现象。改 善线路质量，提高弹性和平顺性，减少 动力和冲击。钢轨探伤车对钢轨进行 探伤，及早发现，及时治理。钢轨磨 耗措施：采用耐磨轨；加强养

8、护维修， 保持几何形位，增加线路弹性；曲线涂 油；机械打磨。轨腰螺栓孔裂纹：加 强接头养护，防止接头出现错牙等；增 加接头弹性；螺栓孔周边倒棱；采用无 缝线路才能从根本上消除此问题。6比较一下木枕及混凝土枕的优缺点?10 11答：优点：木枕富于弹性，便于加工、 运输和维修；有较好的电绝缘性能。缺 点：价格贵，易腐蚀、磨损，使用寿命 短，不同种类的木材的木枕弹性也不一 致，造成轨道的动态不平顺。砼枕的优点：重量大、稳定性好；不受气 候影响，使用寿命长；材源较多，能保 证均匀的几何尺寸，轨道弹性均匀，平 顺性好；扣件易于更换；制造相对简单， 可以满足铁路咼速、大运量的要求。缺 点：弹性差、绝缘性能

9、低，更换较困难。7目前我国使用的砼枕有哪些类型？ 各自的特点是什么？ 12 13答:I型砼枕的承载力是按建设型机车、 轴重211、最高时速85km/h、铺设密度 1840根/km设计的，轨枕长均为2.5m。II型砼枕的承载力是按韶山型机车、 轴重251、最高时速120km/h、铺设密 度1840根/km设计的，轨长均为2.5m。 III型砼枕结构合理、强化了轨道结构， 提高了设计承载能力及保持线路稳定 能力，分为有挡肩：适用于直线或R 大于等于300m的曲线轨道，无挡肩： 适用于直线或R大于等于350m的曲线 轨道，轨长有2.5m和2.6m。8钢轨接头有哪些种类？其特点是什 么？ 19答：按左

10、右股钢轨接头相互位置来分, 有相对式和相互式两种。相对式：使左 右钢轨受力均匀，旅客舒适，也有利于 机械化铺，错接式：使用在非标准长度 的钢轨或旧杂钢轨。 按钢轨接头与轨枕相对位置分，有悬 接式、单枕承垫式和双枕承垫式。悬接 式：减少挠曲和弯矩；单轨承垫式：当 车轮通过时，轨枕左右摇动不稳定，双 枕承垫式：可保证稳定性，但又有刚度 的、不易捣固的不足。 按接头联接的用途及工作性能来分， 有普通接头、导电接头、绝缘接头、异 型接头、尖轨接头、冻结接头、胶结接 头及焊接接头。9碎石道床断面的三个特征是什么？ 29答：道床断面包括顶面宽度、道床厚度 和道床边坡坡度三个主要特征。10. 碎石道床变形下

11、沉的阶段和特点是 什么？ 31答：道床变形是轨道的重要因素，轨道 变形分为永久变形和弹性变形。道床下沉可分为初始急剧下沉和后期 缓慢下沉两个阶段，初始急剧下沉：道 床的密实阶段在列车荷载作用下道渣 被压实，孔隙率减小，使道床纵横断面 发生变化，轨道产生不平顺；后期缓慢 下沉阶段：道床的正常工作阶段，这时 道床仍有少量下沉，下沉量与运量之间 有直接关系。11、总结比较一下有渣轨道与无渣轨道 的特点？ 31答：有渣轨道：均匀传力；提供纵 横向阻力、保持几何形位；提供良好 的排水能力，提供轨道弹性、缓冲、减 振、调节轨道框架的水平和方向、保持 良好的平纵断面。维修容易、初期投 资小、施工精度低。无渣

12、轨道：少维修、高可靠性、轨道 结构轻、建筑高度低；整体性、连续 性、稳定性、耐久性好、几何形位易于 保持；初步投资大、轨道弹性差、施 工精度要求高、基础处理严格；用于 客运专线和高速铁路有优势、道床美观、 没有道砟飞砟带来的问题。12、无渣轨道有哪些类型？其结构特点 是什么？ 32-34答：板式轨道、弹性支承块式无渣轨道、 长枕埋入式轨道及Rheda2000型轨道、 浮置板轨道。板式轨道：具有坚固耐用，变形小、平 顺性好、少维修等特点。弹性支承块式无渣轨道：可缓冲列车荷 载的横向冲击作用，可提供较大弹性， 有利于轨道的减振降噪。长枕埋入式轨道：由钢轨与扣件、穿孔 砼枕、砼道床板床、隔离层及砼底

13、座等 组成，隧道内可不设砼底座。浮置板轨道：是将无渣轨道支承在弹性 支承上构成质量一一弹簧系统，隔振效 果非常好但造价高。13、简述直线轨道几何形位及其特征？ 41-44答：轨距、水平、前后高低、方向、轨 底坡轨距：是钢轨顶面下16mm范围内两股 钢轨作用边之间的最小距离，标准轨距 为 1435mm。水平：是指线路左右两股钢轨顶面的相 对高差。为保持列车平稳运行，并使两 股钢轨均匀受力，直线地段上两股钢轨 顶面应保持同一水平。前后高低：是轨道沿线路方向的竖向平 顺性。经过一段时间列车运行后，由于 路基沉陷、道床捣固密实程度等的不一 致，导致轨面产生不均匀下沉，造成轨 面前后高低不平，称为静态不

14、平顺；当 列车通过吊板和空板地段时，导致这些 地段的轨道下沉不一致称为动态不平 顺。方向：是指轨道中心线在水平面上的平 顺性。方向是行车平稳性的控制性因素, 按照行车平稳与安全要求，直线应笔直, 曲线应圆顺。轨底坡：为了使钢轨轴心受力，钢轨向 轨道内侧倾斜，因此轨底与轨道平面之 间就形成一个横向坡度。它可使其轮轨 接触集中于轨顶中部，提高钢轨的横向 稳定性，延长钢轨使用寿命。14、简述轨道超高设置的目的，如何设 置？ 49答：达到内外两股钢轨受力均匀和垂直 磨耗均匀等，满足旅客舒适感，提高线 路的稳定性和安全性。在设置外轨超高时，主要有外轨提高法 和线路中心高度不变法两种方法。外轨 提高法是保

15、持内轨标高不变而只抬高 外轨的方法，线路中心高度不变法是内 外轨分别各降低和抬咼超咼值一半而 保证线路中心标高不变的方法。15、为何限制未被平衡的加速度、余超 高、欠超高？答：由于未被平衡的加速度或未被平衡 的超高使内轨或外轨产生偏载，引起内 外轨不均匀磨耗，并影响旅客乘车的舒 适性。16. 如何确定曲线超高的最大值和曲线 上的最高（低）行车速度？ 53-54 17简述缓和曲线设置的目的？ 54 答：防止机车车辆在曲线轨道运行时, 出现一些与直线运行显著不同的受力 特征突然产生或消失，以保持列车曲线 列车平稳性。18如何确定缓和曲线长度？ 59-60答：按行车安全来确定：即圆曲线外 轨超高与外

16、轨超高顺破坡度的比值。 按舒适条件确定：当外轮升高（或降低） 速度的限制条件，缓和曲线长度为，当 未被平衡的离心加速度变化率的限制条件：按线路设计规范来确定。19轨道的承受的力有哪些？各由什么 因素引起？ 73答：包括：各种垂直力、横向水平力和 纵向水平力。垂直力：是指静轮重和附 加动压力。静轮重与机车车辆的类型及 其载重有关，附加动压力的起因较多包 括机车车辆本身构造和车轮踏面的不 圆顺；横向水平力：是指轨道平面上与 轨道方向垂直的水平力。在直线轨道上, 由于机车车辆蛇形运动引起，在曲线轨 道上，主要是由车轮通过曲线时的导向 力引起。纵向水平力：是指沿轨道方向 的水平力，包括列车启动、制动、

17、加速。轨道力学分析模型有哪些？ 74答：轨道结构竖向受力的静力计算模型 有：连续弹性基础梁模型和连续弹性点 支承梁模型。20. 简述连续弹性基础梁理论的模型、 求解思路。76答：21. 表征轨道弹性的参数有哪些？它们 之间的关系如何？ 74 76答：有钢轨支座刚度D、钢轨基础弹性 模量u和道床系数C三个参数。22. 准静态法中如何考虑动力增值因 素？23. 无缝线路的类型有哪些？ 99-100 答：按钢轨内部的温度应力处理方式 的不同，分为温度应力式和放散温度应 力式，按钢轨长度分为普通无缝线路 和全区间无缝线路跨区间无缝线路。24什么是轨温、中间轨温、锁定轨温 （零应力轨温）？ 108 11

18、0答：轨温：指钢轨的温度，中间轨温： 最高轨温与最低轨温之和的一半，锁定 轨温：无缝线路的锁定是通过拧紧长钢 轨两端的接头螺栓和上紧钢轨扣件实 现的，锁定时的轨温称为锁定轨温。25. 为什么说无缝线路可以无限长？107 答：无缝线路长钢轨内的温度应力与钢 轨长度无关，与轨温变化 有关，降低 钢轨内部温度应力的关键，在于控制。26. 从基本温度力图上如何看钢轨的温 度力、伸缩位移与轨温的相互关系？ 答：27线路阻力有哪些？各起什么作用？ 受什么因素影响？ 100答：线路阻力分为：纵向阻力（接头阻 力、中间扣件阻力、道床纵向阻力）， 横向阻力（道床横向阻力、轨道框架水 平刚度），竖向阻力（道床竖向

19、阻力、 轨道框架竖向刚度）。作用：接头阻力： 防止钢轨端部伸缩变化，中间扣件：抵 抗钢轨沿轨枕纵向移动，道床纵向阻力: 抵抗轨道框架纵向位移；道床横向阻力: 抵抗轨道框架横向位移，轨道框架水平 刚度:抵抗弯曲变形。影响：纵向阻力： 受长钢轨内的纵向力分布、线路爬行、 钢轨伸缩，道床断面形状、道床的密实 度等的影响；横向阻力：道床的饱满程 度、道床肩宽、道床肩部堆高、道床种 类和粒径、线路维修作业的影响。29简述无缝线路的稳定性。117 118 答：无缝线路变形的发展分为三个阶段: 持稳阶段（不变形阶段）：轨温升高，压 力增加，轨道不产生横向变形，胀轨阶 段（渐变阶段）：随温度压力增加，轨 道出

20、现微小横向变形，随温度继续升高, 变形会明显增加，直到温度升高到临界 压力Pk，跑道阶段（突变阶段）：当 温度力超过Pk或轨道受到外部干扰时, 横向变形突然增加导致轨道结构受到 严重破坏。30.影响无缝线路稳定性的因素是什么？ 118答：钢轨温度压力，它是轨道结构失 稳的主要因素；轨道初始不平顺（变 形），它降低了轨道抵抗胀轨跑到的能 力。32道岔的功用是什么？有哪些种类？ 138答：分为：普通单开道岔、单式对称道 岔、三开道岔、交叉渡线和交分道岔。 功用：确保列车能在规定的速度下安全、 可靠的由一条线路转向另一条线路。33单开道岔由哪些部分组成？ 139 答：由转辙器（基本轨、尖轨和其它零

21、件），辙叉、护轨，连接部分和岔枕组 成。34.辙叉有哪些类型？其各自的特点？141 142 144 145答：按平面形式分：直线辙叉和曲线辙 叉；按构造分：固定式和可移动式；直 线式固定辙叉分为整铸辙叉和钢轨组 合式辙叉。特点：35道岔号数由什么表示？ 138答：用辙叉号数来表示，有6、7、9、12、18、24、38 等。36.如何提高道岔的直向和侧向过岔速 度？ 162答：直向：加长直股方向护轨缓冲段 长度，减小各部位冲角；侧向：加 大道岔的导曲线半径，减少车轮对道岔 各部位的冲击，米用对称道岔，以 曲线尖轨取代直线尖轨或采用曲线辙 叉，采用变曲率的导曲线； 轨道的构造主要包括钢轨、扣件、轨枕、 道渣、排水沟、边坡等。