铁路桥梁桥上普通线路改无缝线路的设计

铁路桥梁桥上普通线路改无缝线路的设计

摘要：以沪昆线资水（上行）大桥桥上普通线路改造为无缝线路为例，介绍了铁路桥上普通线路改造为无缝线路设计要点，为后期大规模的铁路桥上普通线路改无缝线路提供一定的设计和参考。

关键词：普通线路；改造；桥上无缝线路；检算

Abstract: the shanghai-Kunming line endowment water (up) bridge general line transformation for seamless line as an example, this paper introduces the general line on the railway bridge reconstruction for seamless line design for large-scale railway bridge, the late on ordinary line change seamless line to provide certain design and reference.

Keywords: general line; Modification; CWR; Check computation

1 概况

为适应线路运营条件的变化，越来越多的铁路局将管内部分线路上的普通线路改造成为无缝线路。按照规范规定[2]，若桥梁无病害，对于60kg/m轨，轨温最大变化幅度在60～70℃，桥长不大于220m时，可以在桥上铺设无缝线路；桥梁应位于无缝线路固定区；相应的有砟桥上使用混凝土枕时，梁跨度不应大于32m；无缝线路在桥梁两端的桥头路基上锁定长度不短于100m。超出上述范围的，应对钢轨、墩台受力状态、冬季钢轨折断时断缝的大小进行检算。只有检算结果未超过允许值时才可以铺设。因此，只有通过桥上无缝线路设计计算，检算结果满足相关要求，才能进行桥上普通线路为无缝线路的改造。

2工程实例

资水（上行）大桥，如图2-1所示。该桥地处沪昆线上，为一铁路单线桥梁，中心里程为：K1303+297.93，桥全长264.98m。既有桥为2×24m预应力钢筋混凝土简支梁+2×60m下承式连续钢桁梁+2×32m预应力钢筋混凝土简支梁。

图2-1资水（上行）大桥全桥布置示意图

2.1 运营条件和拟定的桥上无缝线路结构方案

根据线路运营条件和设备实际状况，拟定桥上无缝线路结构方案，进行检算，如不满足规范，需进行优化调整无缝线路结构方案的设计。本桥运营条件和拟定的无缝线路结构方案为：机车采用DF4型及SS8型；平面和纵断面按原设计；钢轨采用60kg/m新轨，考虑6mm的垂直磨耗；桥上适当位置调节器；铺设Ⅲ型混凝土桥枕（1760根/km）；钢桁梁桥上铺设木桥枕（3根/m）；混凝土有砟桥上采用弹条Ⅱ型及配套扣件，钢桁梁桥上维持现有扣件类型，但轨下胶垫采用不锈钢复合胶垫或钢轨与鉄垫板直接接触,扣压力须严格合乎要求；直线地段：有砟桥上道床顶面宽340cm，砟肩堆高15cm，道床厚度最小为30cm；混凝土有砟桥应根据道床顶面宽度和曲线超高实际情况加设挡砟板；锁定轨温：参照长沙地区，计算时最高轨温取63℃，最低轨温取-11.3℃，设计锁定轨温暂取32℃。

2.2 伸缩力、挠曲力和断轨力计算

按照桥上无缝线路梁轨相互作用原理[2]，根据沪昆线实际运营条件，在确定轨道结构和锁定轨温的基础上，对资水（上行）大桥进行了附加力计算。资水（上行）大桥伸缩力如图2-2所示，此时梁轨位移如图2-3所示；由于桥梁上设置一组伸缩调节器，桥梁位于钢轨伸缩区，所以不考虑桥上的断轨力；计算挠曲力，将公路荷载折算为铁路荷载计算；根据《新建铁路桥上无缝线路设计暂行规定》中挠曲力计算方法，连续梁应在边跨（一跨）或者固定支座至梁端的多跨梁上布置荷载。所以计算得两跨连续钢桁梁上的右边跨一跨加载钢轨挠曲力如图2-4所示；此时梁轨位移如图2-5所示；计算得两跨连续钢桁梁上的两跨加载钢轨挠曲力如图2-6所示，此时梁轨位移如图2-7所示；另外，计算得大龙端两跨32简支梁加载钢轨挠曲力如图2-8所示；此时梁轨位移如图2-9所示。

附加力计算结果汇总于表2-1。

表2-1资水（上行）大桥无缝线路附加力汇总

续表2-1资水（上行）大桥各墩附加伸缩力汇总

图2-2钢轨附加伸缩力图

图2-3计算伸缩力时梁轨位移图

图2-4钢桁梁右边跨一跨挠曲力图

图2-5钢桁梁右边跨一跨梁轨位移图

图2-6 两跨60m梁挠曲力

图2-7 两跨60m梁轨位移

图2-8大龙端两跨32m简支梁梁挠曲力

图2-9 大龙端两跨32m简支梁挠曲力梁轨位移图

2.3 桥台检算

资水（上行）大桥娄底台上的支座为固定支座，因此检算娄底台。资水（上行）大桥娄底台检算示意图如下。

图2-10 资水（上行）大桥娄底台检算示意图

垂直恒载（桥跨结构及台身自重）、台后土压力及活载侧压力均对桥台尾部A点取力矩，考虑台顶长钢轨作用力组合，进行桥台偏心和应力检算。经检算[8]（检算过程不予示出），结果满足相关规范要求。

2.4 桥墩检算

本桥位于直线线上，铁路单线。桥墩的截面形式均圆端形桥墩。顶帽采用200级钢筋混凝土，托盘、墩台采用200级混凝土，墩身采用150级片石混凝土。在各矩形墩的检算截面中，我们取5个不同的截面，分别为托盘底截面，距离托盘底H/3墩身截面，距离托盘底H/2墩身截面，距离托盘底2H/3墩身截面及墩身底截面。检算桥墩各截面的合力偏心距及强度。经检算[8]（检算过程不予示出），结果满足相关规范要求。

2.5 轨道结构检算

根据桥上无缝线路设计规范[2]，轨道结构检算各结果如表2-2。

表2-2 锁定轨温为32℃时按强度和稳定性检算结果汇总（单位℃）

可见，当锁定轨温为32℃；设计锁定轨温间隔采用8℃时，实际最大温升幅度能满足轨道稳定安全条件。施工时，钢轨在29℃～37℃中的某一温度值锁定。

2.6 断缝检算

无缝线路在最低轨温时可能发生断轨，断缝λ经检算为4.94cm。

混凝土有砟桥上钢轨折断的允许轨缝为8cm，断缝检算通过。

2.7 支座锚栓抗剪强度检算

资水（上行）大桥桥上单线，支座锚栓数量为8个，锚栓的直径d＝2.7cm，材料为A3钢，容许剪应力[τ]＝120MPa，则容许剪力为：

由资水（上行）大桥无缝线路附加力汇总表（表2-1），可见全桥固定支座所承受的最大组合纵向力为2倍伸缩力

Q＝2T2＝2×169.8＝339.6kN

可见，最大组合纵向力不大于锚栓的容许剪力，所以支座锚栓抗剪强度检算通过。

以上检算表明，采用如下桥上无缝线路结构方案及锁定轨温，资水（上行）