铁路桥梁梁端伸缩装置的结构特点研究

铁路桥梁梁端伸缩装置的结构特点研究

摘要：本文重点对上述铁路桥梁梁端伸缩装置的结构特点、优缺点进行介绍和对比，提出我国下一步铁路桥梁梁端伸缩装置自主化的思路和方向，适应行车需要，为我国铁路桥梁梁端伸缩装置的完全自主化提供参考。

关键词:铁路桥梁;梁端伸缩装置;梁缝;支撑梁;钢枕;小阻力扣件

1概述

为了满足江流航道运营需求，近年来在长江铁路大桥上，选用了大跨度钢结构连续梁。为适应大跨度钢结构连续梁的伸缩位移，梁缝设计一般达到±300mm以上，如武汉天兴洲长江大桥、南京大胜关长江大桥、铜陵长江大桥等。当轨道通过上述梁缝时，为确保轨道的连续性和平顺性，一般采用桥梁梁端伸缩装置，该装置一般铺设在两梁端之间、梁端与桥台之间或桥梁的铰接位置上，以满足桥梁伸缩位移的需要。桥梁梁端伸缩装置至少需要具备的功能:滑动功能，满足桥梁主桥最大位移伸缩量的要求;滑动部位具有足够的竖向刚度，能够支撑轨道及列车荷载;滑动部位具有足够的横向刚度，确保其上轨道的稳定。我国铁路轨道通过较大梁缝时，先后采用过梁端抬枕装置、箱形结构梁端伸缩装置以及支撑梁式梁端伸缩装置，其在使用过程中均存在一些问题，因此在高速线路上大多数采用的是BWG支撑梁式梁端伸缩装置，国产的结构仅仅在武汉天兴洲长江大桥(箱形结构梁端伸缩装置)上采用过。

2桥梁梁端伸缩装置

2.1梁端抬枕装置

2.1.1布置图该装置由2根纵梁、固定端垫板、活动端垫板、1根钢枕、连杆机构、轨道钢轨、小阻力扣件等组成，见图1。

2.1.2主要特点

(1)纵梁通过扣压件与梁缝两侧的混凝土枕连接，并通过扣压件将中间的钢枕抬起。(2)钢枕两端固定在纵梁上，钢枕中部通过扣压件支撑轨道钢轨，确保轨道的连续性。(3)纵梁一端扣件与纵梁之间为滑动扣压，一端为固定扣压(竖向螺栓栓接)，确保纵梁滑动端能够滑动。(4)轨道采用WJ－7B型小阻力扣件，适应钢轨的伸缩滑动。(5)连杆机构与梁缝两端混凝土枕连接并在中部与钢枕连接，保证钢枕始终处于梁缝中间。

2.1.3原理

梁缝发生位移时，钢轨在WJ－7B型小阻力扣件中能够伸缩，纵梁一端为滑动扣压，一端为固定扣压，确保了纵梁能够随着梁缝伸缩;同时纵梁为钢枕提供悬挂，将钢枕抬起，梁缝处钢轨由钢枕支撑，确保了轨道的连续性。连杆机构与梁缝两端混凝土枕连接并在中部与钢枕连接，保证钢轨枕始终处于梁缝中间。

2.1.4优缺点

(1)WJ－7B型扣件属于成熟扣件，支撑梁活动端扣件结构简单，调整方便。(2)2根纵梁制造精度和铺设平行度要求高，否则易出现卡阻现象。(3)纵梁活动端扣件制造精度要求高，其减摩性能很难保证，易出现伸缩阻力过大现象。(4)总梁固定端竖向螺栓受力状态不良，易出现剪断现象。(5)适应的梁缝范围小，一般在±300mm以内。(6)连杆机构稳定型差，位移伸缩过大时可能出现二力杆顶死现象。(7)现场养护时需要经常对滑动扣件进行涂油减摩养护。

2.1.5试验效果

伸缩阻力的试验采用精度不低于1kN的油压千斤顶顶推活动端临近钢枕的混凝土枕，重复3次试验见图2;另外将活动端混凝土枕整体抬升1mm，重复顶推试验;再将固定端混凝土枕整体抬升1mm，重复顶推试验;再者将活动端混凝土枕抬升1mm、固定端混凝土枕降低1mm，重复顶推试验;最后将活动端混凝土枕降低1mm、固定端混凝土枕抬升1mm，重复顶推试验。试验结果表明:当施加5kN的顶推力时，活动端混凝土枕和钢轨枕已开始活动，连杆机构运转状况良好。钢轨枕在移动过程中，距离邻近的混凝土枕间距最大偏差为14mm。扣压件和扣件状态良好。

2.2箱形结构梁端伸缩装置

2.2.1布置图

该装置由2根支撑梁、2个固定位移控制箱、2个活动位移控制箱、2根活动钢枕、6根固定钢枕、2根过渡钢枕、2根侧向导轨等组成。

2.2.2主要特点

(1)该装置张开时滑动轨枕之间的最大中心距不得超过650mm，伸缩装置合龙时，相邻轨枕的最小边距不小于50mm，伸缩位移理论上达到±600mm。(2)固定位移控制箱、活动位

移控制箱与两端的固定钢枕栓接，致使该装置能够满足其两侧梁体顺桥向、横桥向和竖向位移以及转动的要求。(3)两端的位移控制箱与固定钢枕栓接，确保位移控制箱的固定。(4)支撑梁一端通过固定端横向位移挡块，与固定位移控制箱紧固，另一端通过活动端横向位移挡块，与活动端位移控制箱间隙配合，实现支撑梁在活动端位移控制箱中滑动。一般是通过对调节螺栓施加不同扭矩，调节导轨的抵抗纵向阻力的数值，达到导轨一端固定(“紧”状态)，一端活动效果(“松”状态);。(5)支撑梁通过吊架本体支撑活动钢枕，在梁缝位置支撑钢轨，保持轨道的连续支撑。(6)为降低梁体伸缩时横向位移，引导支撑梁的平行伸缩，在轨道两侧设置了侧向导轨，侧向导轨一端固定，一端滑动，以适应梁体的伸缩。(7)该装置的各钢枕通过双连杆机构连接，确保中心距均匀变化。

2.2.3原理

当主桥梁体发生伸缩位移时，将带动固定端位移控制箱和侧向导轨一并滑动，支撑梁固定端的随固定端位移控制箱滑动，此时支撑梁活动端伸入活动端位移控制箱内;同时侧向导轨滑动端亦滑动前移。滑动钢枕与固定钢枕之间通过双连杆结构约束，当梁体伸缩时，由于受到双连杆限制，将均匀的缩小间距，滑动钢枕通过吊架本体与支撑梁连接，长度方向自由约束，实现活动钢枕在支撑梁上滑动，同时活动钢枕对钢轨进行支撑，实现梁缝伸缩时有效均匀的支撑，确保了行车的安全。

2.2.4优缺点

(1)适应范围广，能够适应至少±400mm以上梁缝伸缩工况。(2)位移控制箱及支撑梁能够很好对钢轨实现支撑。(3)侧向导轨能够有效的导向，确保伸缩时轨道的方向稳定，同时增加了轨道的横向刚度。(4)位移控制箱制造精度高，质量控制难度大，特别是活动端横向位移挡块，既要对支撑梁进行约束，又要能够确保支撑梁的伸缩滑动。(5)钢枕制造、焊接质量难度大。(6)机构复杂，对各个部件质量要求高，特别是滑动部位制造精度、装配精度。

(7)装配难度大。

2.2.5试验效果

为了验证产品性能:在设计荷载作用下进行了支撑梁横向位移、竖向位移、伸缩装置的伸缩阻力、轨枕中心距均匀性等试验项目。试验在专用试验台座上进行，试验台座由钢板制成，在台座上焊接水平力反力架和垂直力反力架。在竖向250kN荷载作用下，测得伸缩装置竖向位移变形≤1mm，在100kN横向荷载作用下，测得伸缩装置横向位移变形≤1mm;对伸缩装置进行伸缩试验，在伸缩荷载≤50kN时，伸缩装置即开始滑动，能够确保伸缩装置均匀的伸缩。