⑴ 鋼軌的溫度
鋼軌溫度力分布圖（distribution fig of rail temperature stress）無縫線路的焊接長鋼軌被鎖定後，鋼軌內產生的溫度力沿鋼軌長度方向的分布。它的橫向坐標軸表示鋼軌長度，豎向坐標軸表示鋼軌溫度力的大小（拉力為正，壓力為負）。溫度力的大小與軌道阻力、軋溫變化幅度和鋼軌斷面大小等因素有關。伸縮區的溫度力還與鋼軌溫度變化的過程有關。
一條長軌條在同一軌溫下被鎖定後，即鎖定軌溫相同，軌溫升高或降低時，鋼軌不能伸縮而產生溫度力。此時溫度力首先受到接頭阻力與之平衡。在溫度力小於或等於接頭阻力時，溫度力圖為矩形（圖1中ABB＇A＇）。在溫度力超過接頭阻力後，長軌端開始伸縮，隨著鋼軌位移而產生軌道縱向阻力。從長軌端開始以逐根軌枕的縱向阻力來平衡增長的溫度力，溫度力超過接頭阻力愈多，就需要軋枕根數愈多的縱向道床阻力來平衡，這時，縱向道床阻力和接頭阻力共同來平衡溫度力，直到溫度力達到最大值為止（maxPt壓表示最大溫度壓力，maxPt拉表示最大溫度拉力）（圖1中ABCC＇B＇A＇）。圖1是鎖定軌溫為中間軌溫時，降溫狀態的溫度力圖（升溫狀態的溫度力圖為橫軸對稱的圖形）。
圖1 溫度力布圖
由圖1可看出，長鋼軌中部CC＇圍的溫度力完全被接頭阻力和縱向道床阻力所平衡，即在溫度力達到最大時，鋼軌不能伸縮，此區段叫做固定區。在長軌兩端部 BC 和B＇C＇段，當溫度力大於接頭阻力後，增大的溫度力由縱向道床阻力來抵抗。縱向道床阻力是沿著軌長分布的，其大小是以單位長度道床阻力為斜率而增長，所以不能完全平衡增大的溫度力，未被平衡的溫度力部分將釋放，表現為伸縮變形。長軌兩端產生伸縮變形的區段叫做伸縮區。
由圖1可知，根據一股鋼軌的受力平衡條件可以求得：
最低軌溫時鋼軌的最大溫度拉力：maxPt拉=pj+ιs r
最低軌溫時鋼軌的最大溫度壓力：maxPt壓=pj+ι＇s r
伸縮區長度：
式中，pj為一個接頭阻力（N）；r為單位長度縱向道床阻（N/mm）；ιs和ι＇s分別為鋼軌溫度拉力和鋼軌溫度壓力引起的伸縮區長度（cm）在鎖定軌溫為中間軌溫條件下：
L=lˊs ，︳maxPt壓︳=︳maxPt拉︳
若取鎖定溫度高於中間軌溫，長軌被鎖定以後，當軌溫隨氣溫發生循環往復變化時，則在軌溫變化過程中由於軌道阻力的正反向變作用，在伸縮區的鋼軌溫度力將有溫度力峰值出現。現以無縫線路長軌條一半（其餘一半與之對稱）的溫度力（圖2）為例說明如下。
圖2 溫度雙方變化時的溫度力圖
如鋼軌被鎖定後，當軌溫由t鎖下降到最低軌溫tmin時，鋼軌溫度力圖為ABCD，然後軌溫回升。升高到t1時，此時長軌端的溫度力正好等於接頭阻力，即Pt1=Pj，鋼軌的溫度力圖為B1OOC1D1，在O點鋼軌溫度力為零，B1O段的鋼軌溫度力為壓力，OC1D1段的鋼軌溫度力為拉力。當軌溫升高到t2 時，固定區C2D2段的鋼軌溫度力為零，而伸縮區的溫度力分布為AB1B2C2。當軌溫達到最高軌溫tmax時，溫度力分布圖為AB1KC3D3，在K點出現溫度力峰值Pt峰，此時的溫度力圖是不對稱的，即maxPt壓t拉，Pt峰=（maxPt壓+maxPt拉）/2
若取鎖定溫度低於中間軌溫，當軌溫隨氣溫發生循環往復變化時，其溫度力圖與上圖相反，在低溫一側出現溫度力峰值Pt峰，即maxPt壓> maxPt拉，同樣，Pt峰=（maxPt壓+maxPt拉）/2。
綜上所述，無縫線路溫度力圖有如下規律：①當鎖定軌溫為中間軌溫，在軌溫變化升到最高軌溫和降低到最低軌溫時所產生的溫度力分布圖是對稱的，軌溫的循環往復變化對最大的和最小的溫度力沒有影響。②當鎖定軌溫大於（或小於）中間軌溫，在軌溫的循環往復變化過程中在軌溫變化升到最高軌溫和降低到最低軌溫時所產生的溫度力分布圖是非對稱的，且在最高軌溫一側（或在最低軌溫一側）出現溫度力峰值，P峰的大小虧鎖定軌溫無關，只與最高軌溫和最低軌溫有關。③固定區的溫度力與軌溫變化幅度成正比例增減，伸縮區的溫度力與軌溫變化過程有關。當軌溫循環往復變化到固定區內的溫度力為零時。伸縮區內的溫度力不一定等於零。
⑵ 高鐵鋼軌溫度力計算：
解：△tmax壓=Tmax- Tsmin=60-（20-5）=45℃
△tmax拉=Tsmax- Tmin=（20+5）-（-30）=55℃
因為△tmax拉＞△tmax壓，故maxPt拉＞maxPt壓
故，最大溫度力maxPt拉＝250*F*△tmax拉=250×77.45×【25-（-30)】 =1064937.5N
l＝(1064937.5－460000)／91＝6648cm＝66.48m
答：伸縮區長度為66.48m。
⑶ 什麼是無縫線路緩沖區
焊接長鋼軌兩端的接頭阻力是一個集中力，而沿線道床阻力則是一個分布力，如道床縱向阻力以每米鋼軌的阻力（千牛/米）表示，則在離軌端處，兩者之和為+。此值隨的增大而增大,如焊接長鋼軌的長度為，其最大值可達+/2。但是，當地的最高軌溫總是有限的，因而最大軌溫變化幅度[max1]也將是有限的。所以,要平衡由此而產生的最大溫度力[max1]=[max1],並不需要動用焊接長鋼軌上的全部道床阻力,而只要動用靠近軌端長度為的一部分就可以了。此時，溫度力和阻力的平衡式為[max1]=+，由此求取的值。在范圍內一部分自由伸縮由於接頭阻力及道床阻力的限制而不能實現，從而出現不同程度的限制伸縮。這一區域稱為伸縮區。兩端伸縮區以外的中間部分，全部自由伸縮被限制，因而處於完全固定的狀態，這一區域稱為固定區。由此可見，無縫線路上最大溫度力出現在固定區，它僅與鋼軌的最大軌溫變化幅度有關。從理論上說，焊接長鋼軌的長度可以不受任何限制，但實際鋪設時還應當考慮其他方面的因素。例如，在兩個自動閉塞區分界處，長鋼軌要斷開，以便安裝絕緣接頭；而在接近車站兩端道岔群時，也要把長鋼軌中斷，以利道岔的養護和維修。在焊接長鋼軌中斷處，應設緩沖區。緩沖區由2～4或更多根標准鋼軌組成。目的是便於調整軌縫，放散應力和修理及更換絕緣接頭和道岔。
強度及穩定性
為防止鋼軌斷裂，無縫線路應具有足夠的強度。無縫線路強度計算的要求是：在列車動力作用下，焊接長鋼軌所受的彎曲應力、溫度應力及制動力的總和，不超過鋼軌鋼料的容許應力。
無縫線路除滿足強度要求外，還必須滿足穩定性要求。實踐和理論表明，無縫線路在垂直面上臌曲的可能性是很小的，脹軌跑道總是在水平面上發生，首先在軌道的原始彎曲處開始。當軌溫不高,溫度壓力不大時,軌道的臌曲變形極小;隨著軌溫及溫度壓力的繼續增大,軌道變形將隨之逐漸
增加，但不會引起突然破壞；一旦溫度壓力升高到某一臨界值後,如壓力稍有增大或受外力干擾時，軌道變形就會突然急劇增加，終於導致穩定性的完全喪失。軌道臌曲的漸變階段稱為脹軌。突變階段稱為跑道。
無縫線路的穩定問題是一個力學平衡問題。平衡因素以溫度壓力和軌道原始彎曲為一方，軌道框架剛度和道床橫向阻力為另一方。前者為破壞穩定的因素，後者為保持穩定的因素,無縫線路的穩定與否,就是雙方消長變化的結果。保證無縫線路穩定的基本要求在於盡可能地增加其保持穩定的因素，減少其破壞穩定的因素。主要措施有：提高無縫線路的軌道框架剛度，即採用重型鋼軌、混凝土軌枕及強力扣件；提高道床橫向阻力；保持線路方向良好；消滅鋼軌硬彎，力求焊縫平直；保證路基無翻漿下沉等病害。
用長軌鋪設的鐵路線路。通常使用的標准鋼軌長度為12.5米和25米兩種。把10根或20根標准鋼軌先在工廠焊接成125－250米的鋼軌，再用特別編組的運軌車運到鋪設工地，焊接成1000－2000米的長軌鋪設在線路上，就成為無縫線路。