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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:徐仁財
研究生(外文):Hsu, Jen-Tsai
論文名稱:鐵路小半徑軌道長軌化之探討(以宜蘭線蘇新至蘇澳間為例)
論文名稱(外文):Discussion of the little long rail of radius track of the railway(Su New to Su Australia among the station as example with Yilan line )
指導教授:張固宇陳俶季陳俶季引用關係
指導教授(外文):Chang, Ku-YuChern , Shuh- Gi
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣海洋大學
系所名稱:河海工程學系
學門:工程學門
學類:河海工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2006
畢業學年度:94
語文別:中文
論文頁數:120
中文關鍵詞:鐵路小半徑軌道長軌化
外文關鍵詞:railwaysmall radiustracklong rail
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中文摘要
軌道工程技術經過長期的發展迄今已逐漸朝向“省力化”與“高強度”的目標前進,以軌道型式而言無道碴軌道最能符合上述需求,但僅能採用於新建軌道上,在台鐵營業路線中尚有超過2000公里以上的軌道為石碴軌道,若欲改建為無道碴軌道因須兼顧列車運轉極為困難,故提升現有石碴軌道的強度並使其省力化向為工務同仁積極努力的目標。
一般而言於軌道上舖設長焊鋼軌,即可有效提高軌道強度並大幅減少養護工率,但舖設長焊鋼軌因軌道挫曲應力極大故首要考量橫向阻力是否足夠。軌道橫向阻力並非一成不變,受軌枕的材質、重量、尺寸、配置間隔及道碴的材料及體積等諸多因素影響,其他尚有鋪設經過時間、列車通過噸數,軌道養護作業等複雜因素,故即使是相同構造的軌道,阻力也未必相同,雖然台鐵在長焊鋼軌的舖設已積有數十年之經驗,但對於各種軌道狀態的道碴橫向阻力則尚未做過完整的舖設試驗及量測,且長焊鋼軌更從未舖設於銳曲線(半徑600公尺以下)之路線上。
再者鐵路局長焊鋼軌施工規範自九十一年修訂後已允許長焊鋼軌舖設於半徑300公尺以上之小半徑曲線上,但必須具備規定之橫向阻力。鐵路局宜蘭線正線上曲線半徑在300~400公尺間之小半徑曲線尚有72處,為配合人力精簡政策減少養護工率及成本,將小半徑曲線長焊鋼軌化實為一最簡捷方法,但小半徑曲線受長軌縱向軸力作用下其挫曲應力將較直線路段更大,如何提昇道碴橫向阻力以達到舖設長焊鋼軌之需求即為本試驗研討議題。
Abstract
The goal of already moving towards and " saving effort and melting " gradually so far through the development of the long-term in track engineering and " high strength " advances , there is not a track of cutting that can accord with above-mentioned demands most as for track modelling , but can only adopt on Yu Xin's track of building , still have more than more than 2000 kilometers track that cuts the track for the stone in the route of opening of a iron, if it is extremely difficult to want to reconstruct into and have no one to cut the track and give consideration to the train and operate, so improve the existing intensity of cutting the track of stone and make it save effort and melt to the goal making great efforts for the affair colleague of the worker actively.
Generally speaking lay and weld the rail long on the track , can improve the intensity of track effectively and reduce and maintain the worker rate by a wide margin , but lay long and weld the rail and frustrate the stress of the song greatly because of the track so consider horizontal obstruction primarily it is enough. The horizontal obstruction of the track is not unalterable, influenced by a great deal of factors , such as material , weight , size , disposing the interval and a material and volume cut of the sleeper ,etc., is it is it pass through time , train ton count , track maintenance work ,etc. complicated factor to lay to have still while being other, so even the same track that construct, obstruction may not the same either, though sets of iron long to weld to is it accumulate experience that have decades already to lay rail, but cut horizontal obstruction and has not done intact laying testing and quantity to examine to one of various kinds of track states yet, and long to weld rail it lays to be on-line on sharp way of curve (600 of radius under ) never even more.
Moreover it is on-line that the railway chief welds the rail construction norm and already allows to long weld the rail and lay in the little radius song of more than 300 metres in radius since revising in 91, but must possess the horizontal obstruction stipulated . Still there are 72 on-line small radius curves among 30000 metres of radius of curve on the line of Yilan of Railway Bureau, for cooperate with manpower simplify policy is it maintain worker rate and cost to reduce , small radius being curve long to weld rail one simple and direct method most in fact, but the small radius curve is frustrated stress of the song bigger than the highway section of the straight line by it under the long vertical axle strength function of rail , how to promote one to cut horizontal obstruction and regard reaching and laying the long demand of welding rail this test as and discuss topics.
目 錄
中文摘要------------------------------------------------- I
英文摘要------------------------------------------------ III
目錄------------------------------------------------------ V
表目錄--------------------------------------------------- XI
圖目錄------------------------------------------------- XIII
照片目錄------------------------------------------------- XV
第一章 緒論----------------------------------------------- 1
1.1研究動機--------------------------------------------- 1
1.2研究目的--------------------------------------------- 1
1.3研究方法--------------------------------------------- 2
1.4研究內容--------------------------------------------- 3
第二章 軌道概論------------------------------------------- 5
2.1軌道結構-------------------------------------------- 5
2.1.1軌道基本結構----------------------------------- 5
2.1.2軌道路基--------------------------------------- 6
2.1.3道碴(ballast)--------------------------------- 10
2.1.4 枕木------------------------------------------ 11
2.1.5 鋼軌------------------------------------------ 12
2.1.5.1鋼軌斷面形狀----------------------------- 12
2.1.5.2 鋼軌長度-------------------------------- 13
2.1.5.3 鋼軌大小-------------------------------- 14
2.1.5.4 鋼軌成分------------------------------- 15
2.1.6 鋼軌扣件------------------------------------ 15
2.2 長焊鋼軌------------------------------------------ 17
2.2.1長焊鋼軌之焊接種類----------------------------- 18
2.2.1.1電阻火花焊接法--------------------------- 18
2.2.1.2瓦斯壓接法------------------------------- 19
2.2.1.3熱劑焊接法------------------------------- 19
2.2.2 舖設長焊鋼軌的路線限制----------------------- 20
2.2.3 長焊鋼軌重新舖定(應力解除) ----------------- 21
2.2.4 長焊鋼軌重新舖定方法------------------------ 22
2.2.4.1 鋼軌放鬆法------------------------------ 22
2.2.4.2 拉軌器解除應力法------------------------ 23
2.3 相關名詞定義------------------------------------ 24
第三章 文獻回顧----------------------------------------- 39
3.1 作用於軌道上之力----------------------------------- 39
3.1.1 軸向力---------------------------------------- 40
3.1.2 橫向力---------------------------------------- 40
3.1.3 豎向力---------------------------------------- 41
3.2 列車的運動阻力-------------------------------------- 41
3.2.1 行駛阻力-------------------------------------- 41
3.2.2 坡度阻力-------------------------------------- 42
3.2.3 彎道阻力-------------------------------------- 43
3.3 軌道的各種阻力------------------------------------- 44
3.3.1 縱向阻力-------------------------------------- 44
3.3.1.1 接頭阻力--------------------------------- 44
3.3.1.2 扣件阻力--------------------------------- 44
3.3.1.3 道碴縱向阻力----------------------------- 45
3.3.2 橫向阻力-------------------------------------- 47
3.3.2.1道碴橫向阻力------------------------------ 47
3.3.2.2 軌道框架水平剛度------------------------- 51
3.3.3 豎向阻力-------------------------------------- 52
3.3.3.1 道碴豎向阻力----------------------------- 52
3.3.3.2 軌道框架垂直剛度------------------------ 52
3.4 軌道之不穩定與穩定因素------------------------------ 53
3.4.1軌道不穩定因素--------------------------------- 53
3.4.1.1 溫度壓力-------------------------------- 53
3.4.1.2 軌道原始彎曲---------------------------- 53
3.4.2 軌道穩定因素--------------------------------- 54
3.4.2.1 道碴阻力-------------------------------- 54
3.4.2.2 軌框剛度-------------------------------- 58
3.5 鋼軌接頭對軌道的影響------------------------------- 58
3.6 軌道挫屈(Buckling) -------------------------------- 59
3.6.1肇生軌道挫屈的原因---------------------------- 59
3.6.2 軌道挫屈原理 -------------------------------- 60
3.7 長焊鋼軌的養護------------------------------------- 61
3.8 長焊鋼軌的整修------------------------------------- 64
3.9 道碴阻力與軌框彎曲強度----------------------------- 65
3.10 小半徑曲線之長焊鋼軌------------------------------ 69
3.10.1 小半徑曲線長焊鋼軌之特點-------------------- 69
3.10.2小半徑曲線長焊鋼軌設計應注意事項------------- 71
第四章 試驗方法---------------------------------------- 88
4.1 試驗地點------------------------------------------ 88
4.2 試驗日期------------------------------------------ 89
4.3 試驗內容------------------------------------------ 89
4.3.1、曲線外軌側道碴肩部加高---------------------- 90
4.3.2、撒布固結安定劑------------------------------ 90
4.3.2.1 撒布固結安定劑施工過程------------------ 92
4.3.2.2 撒布安定劑施作標準--------------------- 92
4.3.3、安裝挫屈防止鈑------------------------------ 93
4.3.3.1 安裝挫屈防止鈑施工過程------------------ 93
4.4、現場道碴橫向阻力量測------------------------------ 93
4.4.1 使用儀器------------------------------------- 93
4.4.2 道碴橫向阻力量測注意事項-------------------- 94
4.4.3 道碴橫向阻力現場量測作業程序----------------- 95
4.4.4 道碴橫向阻力之換算--------------------------- 96
第五章 試驗目的、結果與分析---------------------------- 106
5.1 試驗目的---------------------------------------- 106
5.2 試驗結果---------------------------------------- 107
5.3 結果分析---------------------------------------- 107
第六章 結論與建議------------------------------------- 116
6.1 結果討論----------------------------------------- 116
6.2 建議--------------------------------------------- 117
參考文獻----------------------------------------------- 119













表 目 錄
表2.1 軌道路基級配規定-----------------------------------27
表3-1 道碴縱向阻力值----------------------------------- 73
表3-2 正常軌道道碴橫向阻力(N/mm)--------------------- 73
表3-3 橫向阻力係數------------------------------------- 73
表3-4 路線維修作業後道碴碴的橫向阻力變化---------------- 74
表3-5 鋼軌慣性矩值------------------------------------- 74
表3-6 長焊鋼軌區間道碴橫向阻力表------------------------ 74
表3-7道碴肩部標準表------------------------------------- 75
表3-8 荷蘭道碴橫向阻力測量值----------------------------- 76
表3-9 橫方向軌道床抵抗力的實驗值(日本國鐵) -------------- 76
表3-10橫方向軌道床抵抗力的實驗值(德國國鐵) -------------- 76
表3-11橫方向軌道床抵抗力的實驗值(法國國鐵) -------------- 77
表3-12 依據碎石狀態之軌道床抵抗力的變化(1952年德國國鐵)-- 77
表3-13 碎石量別之道碴阻力-------------------------------- 78
表5-1 曲線A(東正線)R=304 L=75 位移-施力換算道碴橫向阻
力表---------------------------------------------- 109

表5-2 曲線B(東正線)R=300 L=75 位移-施力換算道碴橫向阻
力表---------------------------------------------- 110
表5-3 曲線C(東正線)R=400 L=80 位移-施力換算道碴橫向阻
力表----------------------------------------------- 111
表5-4 曲線D(西正線)R=300 L=75位移-施力換算道碴橫向阻
力表----------------------------------------------- 112
表5-5 曲線E(西正線)R=304 L=75 位移-施力換算道碴橫向阻
力表----------------------------------------------- 113
表5-6 曲線F(西正線)R=400 L=80位移-施力換算道碴橫向阻
力表----------------------------------------------- 114
表5-7各種工法之比較------------------------------------- 115







圖 目 錄
圖2.1 道碴型軌道結構示意圖---------------------------------------------- 28
圖2-2 各種鋼軌---------------------------------------------------------------- 28
圖2-3 平底鋼軌---------------------------------------------------------------- 28
圖2-4 各型扣件原理---------------------------------------------------------- 29
圖2-5各型彈性扣件----------------------------------------------------------- 30
圖2-6 長焊鋼軌軸壓力分佈圖--------------------------------------------- 31
圖2-7 長焊鋼軌應力解除檢查點分布圖---------------------------------- 31
圖3-1軌道上之作用力-------------------------------------------------------- 79
圖3-2轉向橫向力產生的輪重變動----------------------------------------- 79
圖3-3未被平衡離心力產生的輪重變動----------------------------------- 79
圖3-4 幾何學的蛇行動------------------------------------------------------ 80
圖3-5 列車坡度阻力示意圖----------------------------------------- 80
圖3-6道碴縱向阻力與道碴位移關係-------------------------------------- 81
圖3-7軌枕橫向阻力與位移關係-------------------------------------------- 81
圖3-8 軌枕與道碴滑動體--------------------------------------------------- 82
圖3-9. 外軌橫壓與速度關係---------------------------------------------- 82
圖3-10. 橫壓變動部份------------------------------------------------------ 83
圖3-11 接頭橫壓衝擊部份與速度關係----------------------------------- 83
圖3-12. 接頭良窳的橫壓波形差異---------------------------------------- 84
圖3-13 接頭實測形狀-------------------------------------------------------- 84
圖3-14 軌道挫屈原理-------------------------------------------------------- 85
圖3-15 鋼軌受壓而產生挫屈現象------------------------------------------ 85
圖3-16 軌道床肩寬抵抗圖 (義大利式) ----------------------------------- 86
圖3-17道碴橫向阻力示意圖------------------------------------------------- 86
圖3-18道碴縱向阻力示意圖------------------------------------------------- 87
圖4-1 施工地段位置略圖及軌道斷面圖----------------------- 98
圖4-2 道碴橫向阻力量測地點略圖--------------------------- 99
圖4-3 挫屈防止鈑---------------------------------------- 99
圖4-4 道碴橫向阻力測定器示意圖--------------------------100
圖4-5 量測值下載至電腦自動產生圖表--------------------- 100
圖4-6 以中心線分割,視為單側軌框,道碴橫向阻力以單側軌
框計算---------------------------------------------101


照 片 目 錄

照片2.1 電阻火花焊接作業---------------------------------------------- 32
照片2.2 品質檢驗:電阻火花焊接硬度試驗------------------------- 32
照片2.3 品質檢驗:電阻火花焊彎曲試驗--------------------------- 33
照片2.4 電阻火花焊接之鋼軌------------------------------------------- 33
照片2.5 瓦斯壓接機設備(固定座) ------------------------------------- 34
照片2.6 瓦斯壓接機設備(焊接頭修整/鏟除機) ---------------------- 34
照片2.7 瓦斯壓接機設備(接頭預熱裝置) ---------------------------- 35
照片2.8 瓦斯壓接之鋼軌-------------------------------------------------- 35
照片2.9現場熱劑焊接作業(組模) --------------------------------------- 36
照片2.10 現場熱劑焊接作業(坩鍋) ----------------------------------- 36
照片2.11 現場熱劑焊接作業(預熱後澆注) ---------------------------- 37
照片2.12 現場熱劑焊接作業(焊接頭磨平) ---------------------------- 37
照片2.13 熱劑焊接之鋼軌(軌腹及底部均留有殘渣) ---------------- 38
照片4-1 加高曲線外軌側道碴------------------------------ 102
照片4-2 石碴材料撒布固結劑後透水性良好------------------ 102
照片4-3 環氧樹酯硬化劑膠結用機械(自動控制混合配比及噴出
壓力)------------------------------------------ 103
照片4-4 以高壓水先噴洗石碴(膠結劑物料及機械裝置於35T
平車上)---------------------------------------- 103
照片4-5 噴灑膠結劑撒布作業中--------------------------- 104
照片4-6 安裝挫屈防止鈑--------------------------------- 104
照片4-7拆除扣件裝置及安裝變位計------------------------ 105
照片4-8 安裝壓力計------------------------------------- 105
照片4-9 安裝完成資料自動讀取--------------------------- 105
參考文獻
1. 佐藤吉彥,新軌道力學,2001年11月
2. 黃輝龍,” 軌道與車輛的相互作用(二)”,台鐵資料季刊第315期,2003年9月
3. 陳雙源,林宜勝,”列車行駛阻力公式的分析及驗證”,第24屆全國力學會議,2000年12月9-10日,中原大學。
4. 林宜勝、陳雙源,”軌道列車曲線阻力和坡度阻力之探討”,台鐵資料,V304,2000。
5. 林文雄,”長焊鋼軌之基本理論與應用(一)”,台鐵資料季刊第320期,2004年12月
6. 佐藤吉彥著,徐涌譯,“新軌道力學”,中國鐵道出版社,2001。
7. 張欽亮,”德國Bauform軌道系統與本地U形道床(一)”,台鐵資料季刊第322期,2005年6月
8. Evans,Ballast,Track Technology Course 1993,British Rail Research,1993。
9. Shenton,Ballast and Foundation,Track Technology Course 1993,British Rail Research,1993。
10. 交通部中華民國91年11月13日交技字第0910011237號函頒布之「台鐵1067公厘軌距鐵路長焊鋼軌舖設及養護規範」。
11. 黃民仁,”鐵路提高速度,台鐵資料季刊第310期,2002年6月。
12. 陳世昌,”列車出軌事故原因探討-軌道檢視”,台鐵資料季刊第308期,2001年12月
13. 林文雄,”長焊鋼軌之基本理論與應用(二)”,台鐵資料季刊第321期,2005年3月
14. 蘇應森、張炳熙,”長鋼軌實務”, 台鐵員訓中心教材,2000年1月
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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