浅谈桥上无缝线路的设计

桥上无缝线路的设计

1、引言

无缝线路由于消灭了大量的钢轨接头，因而具有行车平稳、机车车辆及轨道维修费用低、使用寿命长等优点，是铁路现代化的主要内容之一。桥上铺设无缝线路以后，由于减轻了列车车轮的冲击，改善了桥梁的受力状态，因而能延长桥梁使用寿命，减少养护维修工作量。

桥上无缝线路不同于一般铺设在路基上的无缝线路。桥跨结构因温度变化而伸缩，同时受到列车荷载作用而挠曲，因此，桥上无缝线路除受机车车辆荷载、轨温变化和列车制动等作用外，还将受到桥跨结构伸缩变形引起的伸缩附加力和挠曲变形引起的挠曲附加力。与此同时，钢轨也对桥跨结构施加大小相等、方向相反的反作用力。桥上无缝线路一旦断裂，不仅危及行车安全，也将对桥跨结构施加断轨附加力。所有这些，均将通过桥跨结构而作用于墩台上。这也是桥上无缝线路和路基上无缝线路的不同之处。

2、桥上无缝线路设计步骤和相关规定

桥上无缝线路的设计，一般有以下的几个步骤：

1、设计范围。写出桥上线路的设计里程范围与长度。

2、设计范围内的主要技术标准。主要包括：线路等级、正线数目、牵引种类、牵引定数、机车类型、限制坡度、最小曲线半径、闭塞方式和运输模式。

线路平、纵断面设计应重视线路的平顺性，提高旅客的乘坐舒适度。正线线路的平面圆曲线半径应因地制宜，合理选用。平面圆曲线

半径应根据轨道结构类型按表1选用。优先选用推荐曲线半径，慎用最小和最大曲线半径。必要时，可采用最小与最大曲线半径间100m 整倍数的曲线半径。

3、设计采用的规范。列出设计所涉及到的相关规范与规定。

4、轨道结构。主要包括：钢轨的轨型与材质、轨枕的型号以及每公里铺设根数、扣件的类型与型号、道床的尺寸与道砟级配、道床铺设要求。

正线轨道应按一次铺设跨区间无缝线路设计。正线应按照线下工程类型选择轨道结构形式。桥梁隧道地段和正线地质条件好的路基地段，宜集中成段铺设无砟轨道。无砟轨道与有砟轨道之间应设置过渡段。

正线有砟轨道结构应符合下列规定：

1）焊接用钢轨应采用100m定尺长的60kg/m新钢轨，其质量应符合相关技术条件。

2）轨枕：应采用混凝土轨枕，其技术性能应符合有关技术条件的规定，每千米铺设1667根。道岔应铺设混凝土岔枕。

3)扣件：铺设与混凝土轨枕配套扣件。轨下胶垫的静刚度宜为55～75kN/mm。

4)道床应采用特级碎石道砟，并符合相关技术条件的要求。正线单线道床顶面宽度3.6m，道床厚度35cm，道床边坡1：1.75，砟肩

堆高15cm，双线道床顶面宽度应分别按单线设计。线路开通前，道床密实度不得小于1.75g/cm3,支承刚度不得小于120kN/mm，纵向阻力不得小于14kN/枕，横向阻力不等小于12kN/枕。

5）轨道铺设精度。根据新建铁路相关规范要求，列出轨道静态平顺度。

正线轨道静态平顺度铺设精度标准应符合表2。

表2 有砟轨道平顺度铺设精度标准

6、曲线外轨超高设置。曲线外轨超高按新线道碴计算公式设置：Δh=7.6Vmax2/R。

7、无缝线路设计与说明。其中包括了：轨条布置、锁定轨温的计算、钢轨伸缩调节器的布置、小阻力扣件设置以及桥上无缝线路设计。

1）单元轨节的长度应根据线路条件、工点情况、施工工艺等因素综合研究确定，一般宜为1000～2000m。

2）无缝线路的设计锁定轨温应根据线路通过地区的最高和最低轨温、无缝线路的允许温降和允许温升计算确定，并满足无缝线路的断缝检算要求。无缝线路应在设计锁定轨温范围内锁定，且相邻单元轨节间的锁定轨温差不应大于5℃，同一单元轨节左右股钢轨的锁定轨温差不应大于3℃，同一区间内单元轨节的最高与最低锁定轨温不应大于10℃。

3）钢轨断缝允许值可取7cm；对于采用小阻力扣件的无砟轨道，

当检算断缝值不能满足上述要求时，钢轨断缝允许值可适当加大，但不得超过10cm。

4）钢轨伸缩调节器宜少用或不用；宜设置在直线地段，当必须设置在曲线地段时，应采用与曲线半径相适应的钢轨伸缩调节器，且钢轨伸缩调节器不宜与竖曲线重叠；其基本轨应与相邻钢轨同轨型、同钢种，尖轨采用AT轨。

5）无缝线路位移观测桩的设置应符合下列规定：线路区间、钢轨伸缩调节器和道岔均应按单元轨节设置位移观测桩，位移观测桩必须预先埋设牢固，在单元轨节两端就位后立即进行标记，标记应明显、耐久、可靠。

3、桥上无缝线路纵向附加力的计算

桥上轨道的设计关键的是无缝线路的设计与说明。解决桥上无缝线路纵向附加力的分布与传递问题是其重点。桥上无缝线路纵向附加力指的是在温度变化及列车荷载的作用下，钢轨所承受的伸缩附加力、挠曲附加力、断轨力以及制动力等，这些附加力的计算是检算钢轨强度及墩台强度与稳定性的前提。由于高速铁路桥梁的结构型式多种多样，国内对钢轨所承受的附加力计算方法进行了许多研究，但无统一标准。因此，在特大桥上铺设无缝线路，按规范要求均需要单独设计。对无缝线路纵向附加力的计算，一般是先建立计算模型，根据计算模型通过编制相应的计算程序进行计算。提供一西南交通大学计算模型：

在满足工程应用的前提下，通过一定的简化处理，将轨道、桥梁

及其墩台作为一个整体系统来建立桥上无缝线路钢轨纵向附加力的计算模型，这样可以全面反映梁轨之间的相互作用，使计算结果更加真实可靠。将钢轨按轨枕间距离散成梁单元，在单元的节点处，钢轨受到道床的垂直反力和水平作用力，假定力与位移的关系满足Winkler假定。道床的作用可用一系列一端与钢轨铰接、另一端固结的梁单元来模拟。对上承式混凝土桥梁来说，在列车荷载的作用下梁中性轴处的变形与梁上下翼缘的变形相差较大，不能用一根表征梁中性轴处变形的等直梁来模拟桥梁。为了反映在桥梁高度方向上变形的差别，采用材料力学中的平截面假定，即按一定的间隔（划分单元的长度）在桥梁中心轴上加一系列竖向刚臂来模拟水平截面假定，在桥梁支座处还需加下翼缘刚臂。

桥梁支座分固定支座和活动支座2种，并考虑钢支座和橡胶支座2种情况，对固定钢支座不考虑其变形，而对于摇轴支座、板式橡胶支座和盆式橡胶支座，根据其所能承受额水平力以等效的梁单元模拟。在计算模型种，桥墩也采用梁单元模拟。最后将轨道模型与桥梁支座与墩台组合在一起，就可以得以下桥上无缝线路钢轨纵向力的计算模型示意图1。