青藏線小南川1 號橋鋪設(shè)無縫線路分析

王先民(青藏鐵路公司工務(wù)部，青海 西寧810007)

1 橋梁及線路概況

小南川1 號大橋位于青藏線格拉段納赤臺車站與小南川站區(qū)間，其中心里程為K919+044，橋梁全長969.6m，孔跨式樣設(shè)計為14-32m 預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土T 形梁，橋梁大部分為曲線，其最小曲線半徑為1000m。該橋現(xiàn)為普通線路，P50 鋼軌，碎石道床，X2 型混凝土橋枕，每公里鋪設(shè)1760 根軌枕，Ⅰ型彈條扣件；現(xiàn)擬鋪設(shè)全區(qū)間無縫線路，線路條件為鋪設(shè)60kg/m 鋼軌，主要采用既有的軌枕，每公里鋪設(shè)1760 根，Ⅱ型彈條扣件，道床肩寬為45cm。

該橋所在線路最大坡度為6‰，格拉段機(jī)車類型為內(nèi)燃NJ2 型，設(shè)計行車速度為120km/h。

2 橋上無縫線路伸縮附加力計算

2.1 基本參數(shù)

1）梁溫差：混凝土有碴梁△t=15℃

2）線路縱向阻力：p=70N/cm/軌。

3） 鋼 軌 為60kg/m， 斷 面 面 積F ＝77.45cm2，彈性模量為E ＝2.1×105MPa。

2.2 計算圖式

對于實體橋梁，當(dāng)無縫線路固定區(qū)通過橋上時，如橋梁是5 跨以上的等跨度梁，可簡化為按5 跨梁計算伸縮力，本計算按20 跨梁編程計算，墩頂縱向水平線剛度取600kN/cm/線，臺頂縱向水平線剛度取2000kN/cm/線。

2.3 計算結(jié)果

鋼軌伸縮附加力，鋼軌最大附加拉力為114.683kN，出現(xiàn)在活動支座橋臺梁端；鋼軌最大附加壓力為132.554kN，出現(xiàn)在鄰近固定端橋臺。梁軌縱向位移，最大墩頂水平位移為0.95mm ≤5=28mm，墩臺頂位移滿足要求。

最大墩臺作用力發(fā)生在鄰近固定端橋臺，最大墩臺力為93.4kN。

3 鋼軌附加撓曲力計算

梁在列車荷載作用下，產(chǎn)生撓曲變形時，上緣收縮，下緣伸長，梁的各截面產(chǎn)生轉(zhuǎn)動，引起上、下緣發(fā)生縱向位移。

3.1 計算假設(shè)

1)假設(shè)列車荷載分段進(jìn)入梁內(nèi)，分段長度為一跨梁長，略去前一荷載位置下?lián)锨笠缓奢d位置下?lián)锨Φ挠绊憽?/p>

2)梁的縱向位移按兩跨梁上作用列車荷載計算，要考慮因荷載變化而產(chǎn)生附加縱向位移的影響。

3)對撓曲力和伸縮力分別計算，計算撓曲力時，不考慮伸縮力的影響。

4)假設(shè)固定支座能完全阻止梁的位移，略去活動支座摩擦力的影響。

3.2 計算參數(shù)

1)跨度32m 預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁，梁高h(yuǎn) ＝2500mm，梁的彈性模量E ＝41.2×105N/cm2。

下翼緣與中性軸的距離為：

上翼緣與中性軸的距離為：

梁的換算慣性矩J ＝8.071×107cm4/片梁

2)列車荷載為中－活載，由中－活載換算全梁上平均均布荷載：

圖1 中－活荷載圖式

機(jī)車荷載跨：q1=524.1N/cm/片梁

車輛荷載跨：q2=410.3N/cm/片梁

3)線路縱向阻力

無列車荷載作用地段：p0=70N/cm/軌；

機(jī)車作用跨：p1=110N/cm/軌；

車輛作用跨：p2=70N/cm/軌。

梁的上翼緣撓曲位移曲線為：

式中，l—梁跨長度；

lx—為計算截面距活動支座的距離。

3.3 計算圖式

計算附加撓曲力時，一般以列車荷載由活動端一側(cè)進(jìn)入梁內(nèi)作為不利條件，按兩跨梁布滿列車荷載圖式進(jìn)行計算(編程計算)。

3.4 計算結(jié)果

附加撓曲力計算結(jié)果如圖2 所示。鋼軌承受的最大附加撓曲力發(fā)生在機(jī)車荷載跨的固定支 座 處，Pmax=146.53kN。12# 墩 墩 臺 力 為8.0kN，13#墩墩臺力為34.3kN，14#墩墩臺力為120.2kN。

4 斷縫檢算

當(dāng)?shù)刈罡哕墱豑max=49℃，最低軌溫Tmin=－34℃，取橋上無縫線路的鎖定軌溫與路基上無縫線路的鎖定軌溫相同，Ts=15±5℃，最大降溫幅度54℃。

橋上一旦鋼軌折斷，溫度力和伸縮力將按縱向阻力梯度在斷縫處釋放，形成較大斷縫。斷縫的大小與線路縱向阻力、溫度拉力及鋼軌折斷位置有關(guān)。

本檢算采用不考慮斷軌力與伸縮力疊加的計算方法，由于不考慮鋼軌折斷后縱向力重分布的傳統(tǒng)算法計算值偏差較大，斷縫值明顯偏小，故不采用這種方法。

圖2 撓曲力及梁軌位移示意圖

根據(jù)規(guī)范檢算鋼軌斷縫時縱向阻力按常量取值，簡支梁橋斷縫點在活動端橋臺拉力最大處，如圖1 所示。檢算斷縫時，線路阻力取110N/cm/軌，該取值小于扣件阻力150 N/cm 和道床縱向阻力160N/cm，用其值計算偏于安全。斷縫值及斷軌力通過程序計算，結(jié)果如圖3、4 所示。

由圖4 計算得斷縫值：yd =64.5mm<[yd]＝80mm。斷縫檢算滿足要求。

圖3 斷軌后縱向力分布圖

5 橋梁承受的斷軌力檢算

橋梁墩臺及固定支座承受的斷軌力，按一跨簡支梁長的線路縱向阻力之和計算，但斷軌力不得超過最大溫度拉力。

斷軌力檢算合格。

圖4 梁軌縱向位移圖

6 曲線橋上橫向力計算

曲線橋的墩臺還承受溫度力、伸縮力或撓曲力的橫向分力。伸縮力和撓曲力的橫向分力很小，可忽略不計。該橋位于半徑R ＝800m 的曲線上。曲線橋上，墩臺還承受溫度力、伸縮力或撓曲力的橫向分力，伸縮力和撓曲力的橫向分力很小。

7 鋼軌強(qiáng)度檢算

橋上無縫線路鋼軌應(yīng)力，包括動彎應(yīng)力、溫度應(yīng)力、伸縮附加應(yīng)力或撓曲附加應(yīng)力等。在低溫時，活動端橋臺處鋼軌產(chǎn)生最大伸縮附加拉力，各跨橋梁的固端支座處鋼軌產(chǎn)生最大撓曲附加拉力?；顒佣藰蚺_、各跨橋梁的固端支座是橋上軌道強(qiáng)度檢算的控制條件。高溫時活動端橋臺處鋼軌產(chǎn)生最大伸縮壓應(yīng)力，該處是軌道穩(wěn)定性檢算的控制條件。強(qiáng)度檢算滿足要求。

8 穩(wěn)定性檢算

升溫時，橋上無縫線路受到的溫度壓力和附加溫度壓力之和不應(yīng)超過軌道穩(wěn)定的容許壓力。最大的附加溫度壓力產(chǎn)生在活動端橋臺處。穩(wěn)定性檢算滿足要求。

[1]鐵道部.鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范 (TB10002.1-2005),北京：中國鐵道出版社,2005 年

[2]顏秉善、陳岳源等.線路大修及換鋪無縫線路的設(shè)計[M].北京：中國鐵道出版社，1985 年

[3]盧耀榮.無縫線路安全儲備量分析.鐵道建筑研究所論文集(3)．北京：中國鐵道出版社，1990 年

[4]鐵道部.新建鐵路橋上無縫線路設(shè)計暫行規(guī)定[M].北京：中國鐵道出版社，2003 年