现代铁路轨道PDF电子书下载

1引言 1

1.1发展历程 1

1.2铁路 1

1.3有轨电车和地铁 3

1.4运营方面 4

1.4.1铁路公司的职责 4

1.4.2基础设施 4

1.4.3机车车辆 5

1.4.4人员 5

1.4.5电气化 6

1.4.6接触网系统 6

1.4.7平交道口 8

1.4.8主要铁路基础设施工程 8

1.4.9发展中国家 9

1.5铁路线路的几何形位 10

1.5.1限界 10

1.5.2铁路选线 12

1.6传统轨道结构 13

1.6.1轨道要求 13

1.6.2轨道的承载能力 13

1.6.3钢轨作用力和位移 14

1.6.4轨道几何形位的组成 15

2轮轨关系 16

2.1轮轨导向 16

2.2轮对与轨道尺寸 16

2.3踏面锥度 17

2.4直线轨道上轮对的横向运动 18

2.4.1 Klingel理论 18

2.4.2蛇行运动 19

2.5等效锥度 20

2.6磨耗型车轮踏面 20

2.7轮轨接触应力 22

2.7.1 Hertz理论 22

2.7.2 Hertz弹簧刚度 23

2.7.3轮轨间的单点和两点接触 23

2.7.4横向推力 24

2.7.5轮轨蠕滑 25

2.7.6自旋 27

2.7.7蠕滑系数 28

2.8列车阻力 29

2.8.1阻力种类 29

2.8.2牵引力 30

2.8.3黏着力 31

3曲线和坡道 32

3.1概述 32

3.2平面曲线的曲率和超高 32

3.2.1曲线半径/曲率 32

3.2.2曲线的影响 32

3.3超高 33

3.3.1概述 33

3.3.2欠超高 34

3.3.3悬挂系统对横向加速度的影响 35

3.3.4车体倾斜对欠超高的影响 35

3.3.5道岔和其他制约条件 36

3.3.6过超高 36

3.3.7最大超高 36

3.4缓和曲线 36

3.4.1一般要求 36

3.4.2螺旋线 37

3.4.3三次抛物线 37

3.4.4曲线移位 38

3.5顺坡扭曲 38

3.5.1与缓和曲线的关系 38

3.5.2常用缓和曲线的长度 39

3.5.3邻近曲线 40

3.6曲线阻力 40

3.7坡道 41

3.7.1坡道阻力 41

3.7.2坡度大小 41

3.7.3竖曲线 41

3.7.4准静态容许加速度指标 42

3.8山区铁路选线 43

3.9计算机辅助铁路线路设计 44

3.10用PASCOM软件评估乘客舒适度 47

3.10.1数值模型 48

3.10.2算例1：动态影响分析 48

3.10.3算例2：荷比高速轨道（NL段） 50

4轨道荷载 52

4.1概述 52

4.2轴重 52

4.3线路分类 52

4.4通过总重 53

4.5速度 54

4.6轨道荷载的产生原因及性质 55

4.7轨道竖向力 55

4.7.1竖向总轮载 55

4.7.2倾覆危险性 56

4.8轨道横向力 57

4.8.1总的车轮横向力 57

4.8.2脱轨危险性 57

4.8.3作用于轨道上的横向力 58

4.9纵向力 58

4.9.1产生原因 58

4.9.2温度力 59

4.9.3轨道爬行 59

4.9.4制动荷载 59

4.10速度和轴重增加的影响 59

4.10.1速度 59

4.10.2轴重增大 60

4.11车轮扁疤 64

4.12焊接不平顺的作用力 66

4.13轴箱加速度 67

5轨道静力设计 68

5.1引言 68

5.2支承模型 68

5.2.1文克尔支承模型 68

5.2.2点支承梁模型 68

5.2.3练习：钢轨支座刚度的确定 69

5.2.4连续支承钢轨模型 70

5.2.5点支承梁模型的近似模拟 71

5.3弹性地基梁模型 71

5.3.1微分方程的求解 71

5.3.2轮群作用 73

5.3.3二轴转向架 74

5.3.4负挠度 74

5.3.5铰接长梁（有缝线路） 75

5.3.6特征长度L的另一种表达式 75

5.3.7竖向弹性常数的快速求解方法 76

5.3.8轨道参数量级 76

5.4叠合梁模型 77

5.5 Pasternak地基模型 78

5.6轨道应力 80

5.6.1轨底中心应力 80

5.6.2动力放大系数 80

5.6.3轨底中心处的最大弯曲应力 82

5.6.4轨头内部应力 83

5.6.5Q/Y组合荷载所导致的钢轨应力 85

5.6.6钢轨参数表 87

5.7轨枕应力 87

5.8道床和路基上的应力 88

5.8.1引言 88

5.8.2道床垂直应力 89

5.8.3路基垂直应力 90

5.8.4 Odemark等效法 90

5.8.5土质分类 92

5.9练习题 93

5.9.1轨底疲劳 93

5.9.2轨头疲劳 94

5.9.3轨枕 94

5.9.4道床 95

5.9.5温度效应 95

5.10计算机模型 97

5.10.1 GEOTRACK程序 97

5.10.2 ANSYS程序 100

5.11两种嵌入式轨道结构设计案例 102

5.11.1 UIC54 ERS评估 102

5.11.2 SA42 ERS评估 103

5.11.3静态模型的输入和输出 104

5.11.4结论 104

6轨道动力设计 106

6.1引言 106

6.2动力学原理 107

6.2.1概述 107

6.2.2单质点弹簧系统 108

6.2.3钢轨低接头所产生的轮轨冲击力 111

6.2.4轨道激振源 112

6.3轨道建模 112

6.3.1总则 112

6.3.2轨道荷载与位移间的传递函数 113

6.3.3弹性地基梁 114

6.3.4点支承 120

6.4车轮竖向响应 120

6.4.1赫兹接触弹簧 120

6.4.2轮轨间的传递函数 121

6.5车辆线性模型 122

6.5.1车辆动力模型图式 122

6.5.2水平不平顺响应 123

6.5.3水平工况的结果组合 126

6.5.4轨向不平顺响应 127

6.5.5超高不平顺响应 127

6.5.6超高工况的结果组合 128

6.5.7 ISO加权的车体加速度 129

6.5.8荷兰铁路检查车传递函数的计算 130

6.6应用测试数据估算传递函数 134

6.6.1一般概念 134

6.6.2单输入单输出分析的基本原理 134

6.6.3多输入单输出（MISO）分析法 137

6.6.4统计可靠度 138

6.6.5数值分析 139

6.6.6应用 141

6.6.7 MISO估算的传递函数和使用模型计算的传递函数之间的对比 148

6.7车辆实时响应分析 149

6.8 Sperling乘坐指数W Z和ISO加权加速度之间的关系 152

6.9高级动力学模型的应用 154

6.9.1引言 154

6.9.2 RAIL模型 154

6.9.3几种不同轨道结构类型的对比 156

6.9.4路桥过渡段 160

6.10移动载荷作用下的轨道响应 161

6.10.1临界速度下的轨道响应 162

6.10.2道砟层的动力响应 165

6.10.3刚度过渡 166

6.10.4简论 168

7轨道稳定性和纵向力 169

7.1引言 169

7.1.1直线轨道与横向弹性阻力 170

7.1.2轨道方向不良与横向抗剪常量 172

7.2轨道稳定性：有限元模型 174

7.2.1总则 174

7.2.2有限元建模 175

7.2.3结果 179

7.2.4无缝道岔 182

7.3纵向力：分析建模 182

7.3.1一般考量因素 182

7.3.2纵向受力模型 183

7.3.3梁轨相互作用模型 184

7.4纵向力：有限元模型 187

7.4.1一般考量因素 187

7.4.2有限元模型 187

7.4.3纵向力计算示例 188

7.5轨道臌曲的高级数值模型 192

7.5.1引言 192

7.5.2使用CWERRI分析轨道状态 193

7.5.3纵向力分析 194

7.5.4轨道的横向状态 196

7.5.5轨道的垂向稳定性 197

7.5.6臌曲机理 198

7.5.7确定容许温度TALL的方法 198

7.5.8案例研究：有轨电车轨道的稳定性 199

8有砟轨道 201

8.1引言 201

8.2路基 202

8.3道床 203

8.4钢轨 204

8.4.1功能 204

8.4.2钢轨断面 204

8.4.3平底轨的几何形状 205

8.5钢轨接头和焊缝 206

8.5.1引言 206

8.5.2鱼尾板接头 206

8.5.3伸缩接头和伸缩装置 206

8.5.4桥梁过渡结构 207

8.5.5绝缘接头 207

8.5.6焊接接头 208

8.6轨枕 209

8.6.1引言 209

8.6.2木枕 210

8.6.3混凝土枕 211

8.6.4钢枕 214

8.7有砟轨道的发展 214

8.7.1引言 214

8.7.2宽枕 214

8.7.3框架式轨枕 215

8.7.4应用化学粘合剂实现道砟局部稳定 216

8.8扣件系统 216

8.8.1引言 216

8.8.2扣件分类 217

8.8.3铁垫板 217

8.8.4弹性扣件 218

8.8.5轨下垫板 219

8.9基础结构上连续铺设有砟道床及轨枕 220

8.9.1道砟垫 221

8.9.2轨枕垫 221

8.9.3超弹性扣件 222

8.10强化层 222

8.11平交道口 223

8.12电车轨道 224

8.12.1电车轨道的特点 224

8.12.2铺装电车轨道结构实例 226

8.13起重机轨道 228

9无砟轨道 229

9.1引言 229

9.2有砟轨道与无砟轨道对比 229

9.2.1有砟轨道 229

9.2.2无砟轨道 230

9.3无砟轨道上部结构设计 231

9.4浇筑到混凝土中的轨枕或支承块 232

9.4.1雷达2000 232

9.4.2旭普林 239

9.5带有沥青混凝土底座的结构 242

9.6预制板 243

9.6.1新干线板式轨道 244

9.6.2新干线板式轨道的最新设计 244

9.6.3博格板式轨道 248

9.7整体道床结构 249

9.8埋入式轨道 251

9.8.1埋入式轨道的特点 251

9.8.2埋入式轨道的施工 251

9.8.3埋入式轨道工程实例 252

9.8.4桥面板轨道 254

9.9软基上的弯曲刚性板 256

9.10连续支承的夹持式钢轨 258

9.10.1包裹式钢轨 259

9.10.2连续支承式槽型钢轨 260

9.10.3包套夹持式钢轨 260

9.11以EPS为基底材料的铁路无砟轨道结构 262

9.11.1引言 262

9.11.2带EPS基底层的无砟轨道结构组成 262

9.11.3静态性能 263

9.11.4动态性能 264

9.11.5应用 265

9.12轨道弹性 265

9.13系统要求 266

9.13.1路基结构技术要求 266

9.13.2隧道内无砟轨道技术要求 268

9.13.3桥上无砟轨道技术要求 268

9.13.4过渡段技术要求 269

9.14无砟轨道系统的总体经验 270

9.15无砟轨道的维修统计 271

10钢轨 273

10.1引言 273

10.2现代钢轨生产工艺 273

10.2.1高炉冶炼 274

10.2.2炼钢 274

10.2.3真空脱气和氩气冲洗 277

10.2.4连续浇铸 277

10.2.5轧钢厂 279

10.2.6精加工车间 281

10.2.7检查和验收 284

10.2.8钢轨断面 286

10.2.9基于CEN的断面类型指标 286

10.3钢轨性能 287

10.3.1冶金学基本原理 287

10.3.2热处理 293

10.3.3钢轨等级 296

10.3.4耐磨性 299

10.3.5疲劳强度 300

10.3.6断裂力学 300

10.4钢轨焊接 305

10.4.1引言 305

10.4.2闪光焊 306

10.4.3荷兰铁路公司（NS）焊轨厂内对闪光焊的后处理 309

10.4.4铝热焊 311

10.4.5冷却速率 314

10.4.6焊缝几何形状的改善 316

10.4.7焊缝几何形状的标准 316

10.5钢轨失效 317

10.5.1轨端伤损 317

10.5.2非轨端处伤损 318

10.5.3焊接和焊补伤损 324

10.5.4钢轨伤损统计 327

11道岔和交叉 334

11.1单开道岔 334

11.1.1转辙器 334

11.1.2辙叉 336

11.1.3导轨 338

11.1.4道岔的钢轨和岔枕 338

11.2道岔的几何形位 338

11.3高速道岔 338

11.3.1介绍 338

11.3.2传统道岔设计方法 339

11.4车辆动力学 339

11.4.1现代高速道岔实例 339

11.5道岔和辙叉的表示方法 341

11.6道岔和交叉的类型 341

11.7渡线道岔 342

11.8道岔计算 343

11.8.1导曲线半径和辙叉角的关系 343

11.8.2道岔主要尺寸的计算 345

11.8.3道岔和交叉的几何设计 346

11.9道岔的制造、运输和铺设 347

12线路维护和大修 348

12.1概述 348

12.2一般维护方面 349

12.3轨道几何形位的临时维护 349

12.4钢轨打磨和整修 351

12.4.1钢轨打磨车 351

12.4.2钢轨铣磨车 353

12.5焊缝几何整修 354

12.5.1焊缝矫直器的工作原理 354

12.5.2移动式焊缝矫直 355

12.6捣固车 356

12.6.1概述 356

12.6.2捣固原理 358

12.6.3抄平和拨道 361

12.6.4 ALC 364

12.6.5 EM-SAT 366

12.7吹砟 368

12.7.1概述 368

12.7.2吹砟车的测量思想 369

12.7.3吹砟技术的应用 370

12.7.4轨道几何状态测量结果 372

12.7.5吹砟技术的未来 372

12.8预设起道量捣固法 372

12.9道床整形与稳定 374

12.10机械化维护机组 376

12.11道砟清筛机 376

12.12路基处理车 378

12.13高温作业 381

12.14轨道结构维护 382

12.15轨道大修概述 383

12.16人工轨道大修 383

12.17轨道机械化大修 384

12.17.1概述 384

12.17.2线路占用 384

12.17.3龙门吊起重法 385

12.17.4轨排法 385

12.17.5连续铺轨法 386

12.17.6轨道大修列车 390

12.18道岔更换 392

12.19轨道铺设 393

12.19.1概述 393

12.19.2轨道施工列车 393

12.19.3普拉托夫（Platow）系统 394

12.19.4法国高速铁路（TGV）轨道 395

12.20轨道几何形位劣化 396

12.20.1简介 396

12.20.2历史记录 397

12.20.3影响轨道几何形位劣化的因素 398

12.20.4轨道几何形位劣化速率 399

12.20.5捣固的影响 400

12.20.6焊缝矫直的影响 401

12.20.7波形磨耗的发展 403

12.20.8吹砟的影响 404

12.20.9轨道横向阻力的发展 404

13轨道数值优化 407

13.1概述 407

13.2结构优化要点 408

13.2.1一般优化问题 408

13.2.2求解过程 408

13.2.3近似概念 409

13.3 MARS方法 410

13.4埋入式轨道结构（ERS， Embedded Rail Structure）的优化设计 412

13.4.1概述 412

13.4.2 ERS优化设计的要求 413

13.4.3优化问题 416

13.4.4结论与建议 422

13.5运用优化技术确定道床横向阻力 423

13.5.1概述 423

13.5.2轨道横向阻力测试 424

13.5.3道砟参数辨识 425

13.5.4结论 429

13.6轨道动力特性辨识 429

13.6.1概述 429

13.6.2锤击试验 430

13.6.3数值模型 432

13.6.4轨道参数辨识 432

13.6.5数值结果 433

13.6.6结论 434

14检测与验收 436

14.1概述 436

14.2部件检测和验收 436

14.2.1力学性能 436

14.2.2弹性性能 437

14.2.3强度特性 441

14.2.4稳定性 442

14.2.5耐久性和疲劳性能 443

14.2.6部件的特殊性能 445

14.3结构检测和验收 446

14.3.1轨道结构的噪声和振动检测 446

14.3.2旅客舒适度和运行品质 448

14.3.3轨道结构的动力性能 450

15噪声和振动 454

15.1概述 454

15.2几个名词 454

15.3地面振动 455

15.3.1概述 455

15.3.2土壤中波的传播 457

15.3.3人的感知 460

15.3.4实测振动 462

15.3.5振动衰减 464

15.3.6有砟轨道减振措施 464

15.3.7无砟轨道减振措施 465

15.3.8地面轨道减振措施 465

15.4铁路噪声 466

16检查及检测体系 469

16.1铁路基础设施监测 469

16.2隧道监测 469

16.3桥梁监测与管理 471

16.4下部基础结构监测 472

16.4.1下部基础结构状态参数 473

16.4.2探地雷达 473

16.4.3测量轨道刚度 475

16.4.4红外热成像检测 480

16.4.5激光诱导荧光（LIF：Laser Induced Fluorescence）的锥形透度计测量 480

16.4.6非侵入式含水量监测 481

16.5道岔和交叉的监测与管理 483

16.5.1概述 483

16.5.2 EURAILSCOUT道岔及交叉监测系统 483

16.5.3 SwitchView软件 485

16.5.4道岔状态监测和维护管理 487

16.5.5 CEDIAS-铁路线路诊断系统 492

16.6钢轨超声波探伤 493

16.6.1概述 493

16.6.2 EURAILSCOUT公司的超声波探伤列车 493

16.6.3钢轨超声波检测系统的结构 495

16.6.4探测系统 496

16.6.5电子传感器 498

16.6.6事件处理器 499

16.6.7在线控制和数据解读 500

16.6.8离线数据分析和报告生成 500

16.6.9荷兰铁路公司的超声波检测计划 502

16.7轨道检查车 505

16.7.1概述 505

16.7.2轨道检测系统 505

16.7.3钢轨检测系统 507

16.7.4接触网检查 507

16.7.5视频检测系统 509

16.7.6测量数据的处理与记录 509

16.7.7轨检车 509

16.8轨检系统 512

16.8.1概述 512

16.8.2几何不平顺检测的几个概念 512

16.8.3用于维护决策的轨道质量评估 514

16.9 EURAILSCOUT公司的综合检测车 515

16.9.1概述 515

16.9.2轨道几何形位检测 516

16.9.3接触网检测 516

16.9.4钢轨断面测量 520

16.9.5钢轨检查系统 521

16.9.6视频检测系统 523

16.9.7数据处理和存储 524

16.10荷兰铁路轨检系统中的BMS（Body Measurement System） 527

16.10.1通过轴箱加速度检测短波不平顺 527

16.10.2惯性测量原理 528

16.10.3动态信号 529

16.10.4准静态信号 533

16.10.5确定轨道参数的信号叠加 534

16.10.6信号分析 537

16.11车辆响应分析VRA 545

16.11.1概述 545

16.11.2计算原理 546

16.12 BMS检测活动成果 547

16.12.1荷兰铁路的分布函数 547

16.12.2“ORE D 161欧洲之行”成果 547

16.12.3轨道谱 548

16.13 T-16 ： FRA的高速实验车 548

16.13.1概述 548

16.13.2设备和测量功能 549

16.14钢轨断面管理 551

16.15钢轨伤损管理 553

16.15.1概述 553

16.16道砟检测与管理 554

16.17手持式检查设备 555

16.17.1手持式超声波设备MT 95 555

16.17.2手持式地质雷达 556

16.17.3 AUTOGRAPH 556

16.17.4 MINIPROF 557

16.17.5 RAILPROF 565

16.18 潘得路杰克逊（Pandrol Jackson）公司的Sys-10型钢轨探伤仪 568

17高速铁路轨道 570

17.1概述 570

17.1.1车辆响应 570

17.1.2轨道几何形位 572

17.1.3钢轨几何形位和焊缝几何形位 573

17.1.4时速300 km的轨道质量标准 574

17.2韩国高速铁路项目 578

17.2.1概述 578

17.2.2土木工程 578

17.2.3轨道主要技术参数 579

17.2.4轨道铺设 579

17.2.5轨道安装 579

17.2.6接触网及列控系统 580

17.3铁路隧道的尺寸 581

17.3.1概述 581

17.3.2露天状况下的空气阻力 581

17.3.3隧道内的状况 581

17.3.4隧道的基本设计标准 583

17.3.5列车外部空气压力的计算 583

17.3.6隧道模型 584

17.3.7列车内部空气压力变化的计算 585

17.3.8标准 586

17.3.9荷兰高速铁路隧道的计算结果 587

17.4磁悬浮的应用 587

17.4.1概述 587

17.4.2日本系统 588

17.4.3德国Transrapid系统 589

18轨道维护管理系统 594

18.1概述 594

18.2预测与规划的基本数据 595

18.3轨道几何形位 596

18.4几何形位劣化的预测 596

18.5分析原理 597

18.6车轮缺陷监测系统 599

18.7合理的铁路管理系统 599

18.8 ECOTRACK轨道养护维修系统 599

18.8.1概述 599

18.8.2概览 600

18.8.3系统功能和流程 601

18.8.4 ECOTRACK系统的特征 605

19铁路资产管理系统 606

19.1铁路资产管理系统概念 606

19.2 AMS开发 607

19.3铁路资产定位 608

19.3.1采用正射影像图技术 608

19.3.2采用激光、视频和GPS技术 609

19.3.3视频测量 610

19.3.4采用卫星影像技术 613

19.4铁路资产管理系统的整合 615

19.5 AMS子系统 617

20寿命周期成本分析 619

20.1寿命周期成本 619

20.1.1寿命周期成本原理 619

20.2轨道寿命周期成本DSS（决策支持系统） 623

20.3最新研究 627

20.3.1高速线路的轨道设计 628

20.3.2轨道与道岔的维护更换策略 630

20.3.3结论 631

参考文献 632