淺談橋上無縫線路的設(shè)計(jì)

本文格式為Word版，下載可任意編輯——淺談橋上無縫線路的設(shè)計(jì)橋上無縫線路的設(shè)計(jì)

1、引言

無縫線路由于消滅了大量的鋼軌接頭，因而具有行車平穩(wěn)、機(jī)車車輛及軌道維修費(fèi)用低、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，是鐵路現(xiàn)代化的主要內(nèi)容之一。橋上鋪設(shè)無縫線路以后，由于減輕了列車車輪的沖擊，改善了橋梁的受力狀態(tài)，因而能延長橋梁使用壽命，減少養(yǎng)護(hù)維修工作量。

橋上無縫線路不同于一般鋪設(shè)在路基上的無縫線路。橋跨結(jié)構(gòu)因溫度變化而伸縮，同時(shí)受到列車荷載作用而撓曲，因此，橋上無縫線路除受機(jī)車車輛荷載、軌溫變化和列車制動(dòng)等作用外，還將受到橋跨結(jié)構(gòu)伸縮變形引起的伸縮附加力和撓曲變形引起的撓曲附加力。與此同時(shí)，鋼軌也對(duì)橋跨結(jié)構(gòu)施加大小相等、方向相反的反作用力。橋上無縫線路一旦斷裂，不僅危及行車安全，也將對(duì)橋跨結(jié)構(gòu)施加斷軌附加力。所有這些，均將通過橋跨結(jié)構(gòu)而作用于墩臺(tái)上。這也是橋上無縫線路和路基上無縫線路的不同之處。2、橋上無縫線路設(shè)計(jì)步驟和相關(guān)規(guī)定

橋上無縫線路的設(shè)計(jì)，一般有以下的幾個(gè)步驟：1、設(shè)計(jì)范圍。寫出橋上線路的設(shè)計(jì)里程范圍與長度。2、設(shè)計(jì)范圍內(nèi)的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。主要包括：線路等級(jí)、正線數(shù)目、牽引種類、牽引定數(shù)、機(jī)車類型、限制坡度、最小曲線半徑、閉塞方式和運(yùn)輸模式。

線路平、縱斷面設(shè)計(jì)應(yīng)重視線路的平順性，提高旅客的乘坐舒適度。正線線路的平面圓曲線半徑應(yīng)因地制宜，合理選用。平面圓曲線

1

半徑應(yīng)根據(jù)軌道結(jié)構(gòu)類型按表1選用。優(yōu)先選用推薦曲線半徑，慎用最小和最大曲線半徑。必要時(shí)，可采用最小與最大曲線半徑間100m整倍數(shù)的曲線半徑。

表1有砟軌道線路平面曲線半徑（m）設(shè)計(jì)速度（km/h)350300推薦曲線半徑最小曲線半徑最大曲線半徑9000～11000700012000(14000)6000～90005000(4500)12000(14000)3、設(shè)計(jì)采用的規(guī)范。列出設(shè)計(jì)所涉及到的相關(guān)規(guī)范與規(guī)定。4、軌道結(jié)構(gòu)。主要包括：鋼軌的軌型與材質(zhì)、軌枕的型號(hào)以及每公里鋪設(shè)根數(shù)、扣件的類型與型號(hào)、道床的尺寸與道砟級(jí)配、道床鋪設(shè)要求。

正線軌道應(yīng)按一次鋪設(shè)跨區(qū)間無縫線路設(shè)計(jì)。正線應(yīng)依照線下工程類型選擇軌道結(jié)構(gòu)形式。橋梁隧道地段和正線地質(zhì)條件好的路基地段，宜集中成段鋪設(shè)無砟軌道。無砟軌道與有砟軌道之間應(yīng)設(shè)置過渡段。

正線有砟軌道結(jié)構(gòu)應(yīng)符合以下規(guī)定：

1）焊接用鋼軌應(yīng)采用100m定尺長的60kg/m新鋼軌，其質(zhì)量應(yīng)符合相關(guān)技術(shù)條件。

2）軌枕：應(yīng)采用混凝土軌枕，其技術(shù)性能應(yīng)符合有關(guān)技術(shù)條件的規(guī)定，每千米鋪設(shè)1667根。道岔應(yīng)鋪設(shè)混凝土岔枕。

3)扣件：鋪設(shè)與混凝土軌枕配套扣件。軌下膠墊的靜剛度宜為55～75kN/mm。

4)道床應(yīng)采用特級(jí)碎石道砟，并符合相關(guān)技術(shù)條件的要求。正線單線道床頂面寬度3.6m，道床厚度35cm，道床邊坡1：1.75，砟肩

2

堆高15cm，雙線道床頂面寬度應(yīng)分別按單線設(shè)計(jì)。線路開通前，道床密實(shí)度不得小于1.75g/cm3,支承剛度不得小于120kN/mm，縱向阻力不得小于14kN/枕，橫向阻力不等小于12kN/枕。

5）軌道鋪設(shè)精度。根據(jù)新建鐵路相關(guān)規(guī)范要求，列出軌道靜態(tài)平順度。

正線軌道靜態(tài)平順度鋪設(shè)精度標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合表2。

表2有砟軌道平順度鋪設(shè)精度標(biāo)準(zhǔn)

幅值(mm)弦長（m)高低軌向2210水平2扭曲（6.25m)2——軌距±26、曲線外軌超高設(shè)置。曲線外軌超高按新線道碴計(jì)算公式設(shè)置：Δh=7.6Vmax2/R。

7、無縫線路設(shè)計(jì)與說明。其中包括了：軌條布置、鎖定軌溫的計(jì)算、鋼軌伸縮調(diào)理器的布置、小阻力扣件設(shè)置以及橋上無縫線路設(shè)計(jì)。

1）單元軌節(jié)的長度應(yīng)根據(jù)線路條件、工點(diǎn)狀況、施工工藝等因素綜合研究確定，一般宜為1000～2000m。

2）無縫線路的設(shè)計(jì)鎖定軌溫應(yīng)根據(jù)線路通過地區(qū)的最高和最低軌溫、無縫線路的允許溫降和允許溫升計(jì)算確定，并滿足無縫線路的斷縫檢算要求。無縫線路應(yīng)在設(shè)計(jì)鎖定軌溫范圍內(nèi)鎖定，且相鄰單元軌節(jié)間的鎖定軌溫差不應(yīng)大于5℃，同一單元軌節(jié)左右股鋼軌的鎖定軌溫差不應(yīng)大于3℃，同一區(qū)間內(nèi)單元軌節(jié)的最高與最低鎖定軌溫不應(yīng)大于10℃。

3）鋼軌斷縫允許值可取7cm；對(duì)于采用小阻力扣件的無砟軌道，

3

當(dāng)檢算斷縫值不能滿足上述要求時(shí)，鋼軌斷縫允許值可適當(dāng)加大，但不得超過10cm。

4）鋼軌伸縮調(diào)理器宜少用或不用；宜設(shè)置在直線地段，當(dāng)必需設(shè)置在曲線地段時(shí)，應(yīng)采用與曲線半徑相適應(yīng)的鋼軌伸縮調(diào)理器，且鋼軌伸縮調(diào)理器不宜與豎曲線重疊；其基本軌應(yīng)與相鄰鋼軌同軌型、同鋼種，尖軌采用AT軌。

5）無縫線路位移觀測樁的設(shè)置應(yīng)符合以下規(guī)定：線路區(qū)間、鋼軌伸縮調(diào)理器和道岔均應(yīng)按單元軌節(jié)設(shè)置位移觀測樁，位移觀測樁必需預(yù)先埋設(shè)穩(wěn)固，在單元軌節(jié)兩端就位后馬上進(jìn)行標(biāo)記，標(biāo)記應(yīng)明顯、耐久、可靠。

3、橋上無縫線路縱向附加力的計(jì)算

橋上軌道的設(shè)計(jì)關(guān)鍵的是無縫線路的設(shè)計(jì)與說明。解決橋上無縫線路縱向附加力的分布與傳遞問題是其重點(diǎn)。橋上無縫線路縱向附加力指的是在溫度變化及列車荷載的作用下，鋼軌所承受的伸縮附加力、撓曲附加力、斷軌力以及制動(dòng)力等，這些附加力的計(jì)算是檢算鋼軌強(qiáng)度及墩臺(tái)強(qiáng)度與穩(wěn)定性的前提。由于高速鐵路橋梁的結(jié)構(gòu)型式多種多樣，國內(nèi)對(duì)鋼軌所承受的附加力計(jì)算方法進(jìn)行了大量研究，但無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。因此，在特大橋上鋪設(shè)無縫線路，按規(guī)范要求均需要單獨(dú)設(shè)計(jì)。對(duì)無縫線路縱向附加力的計(jì)算，一般是先建立計(jì)算模型，根據(jù)計(jì)算模型通過編制相應(yīng)的計(jì)算程序進(jìn)行計(jì)算。提供一西南交通大學(xué)計(jì)算模型：

在滿足工程應(yīng)用的前提下，通過一定的簡化處理，將軌道、橋梁

4

及其墩臺(tái)作為一個(gè)整體系統(tǒng)來建立橋上無縫線路鋼軌縱向附加力的計(jì)算模型，這樣可以全面反映梁軌之間的相互作用，使計(jì)算結(jié)果更加真實(shí)可靠。將鋼軌按軌枕間距離散成梁單元，在單元的節(jié)點(diǎn)處，鋼軌受到道床的垂直反力和水平作用力，假定力與位移的關(guān)系滿足Winkler假定。道床的作用可用一系列一端與鋼軌鉸接、另一端固結(jié)的梁單元來模擬。對(duì)上承式混凝土橋梁來說，在列車荷載的作用下梁中性軸處的變形與梁上下翼緣的變形相差較大，不能用一根表征梁中性軸處變形的等直梁來模擬橋梁。為了反映在橋梁高度方向上變形的區(qū)別，采用材料力學(xué)中的平截面假定，即按一定的間隔（劃分單元的長度）在橋梁中心軸上加一系列豎向剛臂來模擬水平截面假定，在橋梁支座處還需加下翼緣剛臂。

橋梁支座分固定支座和活動(dòng)支座2種，并考慮鋼支座和橡膠支座2種狀況，對(duì)固定鋼支座不考慮其變形，而對(duì)于搖軸支座、板式橡膠支座和盆式橡膠支座，根據(jù)其所能承受額水平力以等效的梁單元模擬。在計(jì)算模型種，橋墩也采用梁單元模擬。最終將軌道模型與橋梁支座與墩臺(tái)組合在一起，就可以得以下橋上無縫線路鋼軌縱向力的計(jì)算模型示意圖1。

5

圖1無縫線路鋼軌縱向附加力計(jì)算模型

上述無縫線路縱向附加力計(jì)算模型為平面框架結(jié)構(gòu)，可采用平面桿系結(jié)構(gòu)有限元方法分析。荷載模式包括中中—活載、ZK標(biāo)準(zhǔn)活載、實(shí)際列車輪載等。通過編制計(jì)算程序BCWR，就可以針對(duì)不同的工況（溫度附加力、制動(dòng)附加力、撓曲附加力，斷軌力以及各種工況的組合），不同的橋梁結(jié)構(gòu)（簡支梁混凝土橋、連續(xù)梁混凝土橋、連續(xù)剛構(gòu)混凝土橋），同時(shí)計(jì)算出鋼軌及墩臺(tái)的受力與變形。4、結(jié)語

目前，我國橋上無縫線路設(shè)計(jì)特別是大跨度橋梁無縫線路設(shè)計(jì)還缺乏有關(guān)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)，給橋上無縫線路的設(shè)計(jì)帶來了一定的難度。加強(qiáng)對(duì)橋上無縫線路的理論和實(shí)際研究，有利于形成完善的設(shè)計(jì)理論體

6

系，對(duì)于充分發(fā)揮橋上無縫線路的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)越性有重大理論與現(xiàn)實(shí)意義。

7

附注：一、設(shè)計(jì)原則

橋上無縫線路的設(shè)計(jì)，應(yīng)遵循以下原則：

（一）無縫線路設(shè)計(jì)要最大限度地減小軌道和橋梁所承受的附加縱向力，使橋上線路具有廣泛鋪設(shè)無縫線路的可能性。

（二）無縫線路結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，既要滿足軌道強(qiáng)度和穩(wěn)定性的要求，又要使橋梁受力合理，以保證橋梁和軌道運(yùn)營的安全、可靠。（三）應(yīng)盡可能增加焊接軌條的長度，減少橋梁及其附近的鋼軌接頭。提高軌道的整體性和連續(xù)性，以適應(yīng)高速和重載運(yùn)輸?shù)男枨蟆?四)無縫線路的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，要考慮便于線路的養(yǎng)護(hù)維修。二、設(shè)計(jì)分類

橋上無縫線路的設(shè)計(jì)，目前是按跨度的不同來分類，一般分為兩種類型。

（一）中、小跨度橋上無縫線路

中小跨度橋，系指橋跨在60m以下的橋梁。多數(shù)為簡支梁。為減少梁軌之間的相互作用力，對(duì)橋上的鋼軌扣件要做特別處理。尋常采用降低扣件主力的方法。但扣件阻力又不能降低過多。否則，不但鋼軌有可能產(chǎn)生爬行，而且低溫下鋼軌一旦折斷，將出現(xiàn)過大斷縫，將要挾行車安全。所以，橋上無縫線路的設(shè)計(jì)，為滿足強(qiáng)度、穩(wěn)定、控制鋼軌斷縫等項(xiàng)要求，對(duì)各種制約因素應(yīng)綜合考慮，合理組合