华北气候条件的无缝线路改造设计(4)
1.4 设计重难点
本设计主要包括线路的平纵断面以及横断面的设计、轨道的强度检算、无缝线路的结构设计、桥上无缝线路的设计和线路的施工组织设计等内容。本次设计的重点有缓和曲线和夹直线长度的确定、有限元模型的建立、C语言程序的编程计算、锁定轨温的确定、桥上无缝线路设计时的伸缩力和挠曲力的试算以及长轨条的布置等。有限元模型和C语言程序都是是用来验证本次设计的手算的轨道强度检算的正确性的，这就要求要做到手算结果与计算机分析结果要尽量一致，而且这三种计算结果的误差要控制在误差允许范围之内。桥上无缝线路设计中的伸缩附加力和挠曲附加力的试算也是本次设计的重点，必须阅读许多的书籍和通过大量的试算，来一步步接近我们所要的结果，从而这也就加大了我们的计算工作量。
长轨条的布置和有限元模型的建立是较大的难点，也是设计过程中必须高度重视的关键环节。在长轨条的布置的确定中，首先要确定我们的单元轨节长度，理论上，无缝线路的轨条是无限长的，但是由于考虑到在温度力的作用下会影响到无缝线路的稳定性，因此要保证轨条长度不能太长，而且在长轨条之间要设置缓冲区。另外还需要计算标准轨与标准轨之间的预留轨缝和长轨条与标准轨之间的预留轨缝，这些预留轨缝是保证无缝线路的稳定的重要前提。在有限元分析中，本次设计中的钢轨采用的是Beam 188自定义梁截面单元，因此，需要先在Auto CAD中画出钢轨的截面，并保存为sat文件，最后再将sat文件导入到有限元分析软件中，进行网格划分和拉伸，最后生成标准长度的钢轨模型，进而进行有限元分析，最后得到所要求的结果。在网格划分时，要想得到较理想的网格划分结果，就必须严格控制每一个小部分，最后用映射的方法来得到网格，因为钢轨截面中包括很多的圆弧，因此这也就使得网格划分时会出现很多不是直线的部分，因此在划分网格单元时要认真细心。总之，在设计的过程中，要认真的对待每一个环节。
2 线路的平面和纵断面设计
线路的平面和纵断面决定了它的空间位置。线路的平面是指线路在平面上的具体位置，也就是指线路中心线在水平面上的投影；线路纵断面是沿线路中心线所作的铅垂剖面在纵向展直后，线路中心线的立面图，表示线路的起伏情况，其高程为路肩高程。
线路平面和纵断面设计必须满足以下三方面的基本要求：
(1)必须保证行车安全和平顺。主要指铁路设计相关规范所规定的技术标准中所要求的：机车运行中不脱钩、不断钩、不脱轨、不中途停车、不运缓与旅客乘车舒适等。
(2)应力争节约资金。就是在减少工程数量、降低工程造价的同时，还要考虑为施工、运营、文修时的便利。在工程造价方面，线路尽量选择顺地面爬行，但往往因起伏弯曲太大，导致运营费用增大；在运营费用方面，线路应当又平又直，但这样会增大工程量，工程造价进而增加。因此，设计方案的确定必须根据设计线路的特点，分析设计路段的具体情况，综合考虑工程技术水平和运营的要求，通过方案比较，正确处理两者之间的矛盾。
(3)一方面满足各类建筑物的技术要求，另一方面还要保证他们协调配合、总体方案布置合理。铁路上要修建车站、桥涵、隧道、路基、道口和支挡、防护等大量建筑物，线路平面和纵断面设计不仅关系到这些建筑物的工程量和结构类型选择，并且影响其安全稳定和运营条件。
2.1线路平面设计
线路的平面设计是指将直线、缓和曲线和圆曲线这三种线形进行合理的组合，以达到为列车运行提供一个安全、平顺的运行轨迹的目的。