鐵路鋼桁梁橋溫度調(diào)節(jié)器設(shè)置及維護管理研究

周杰

摘要 無縫線路是軌道現(xiàn)代化的一項重要技術(shù)措施，具有行車平穩(wěn)、減少養(yǎng)護維修工作量、延長設(shè)備使用壽命、提高旅客舒適度等優(yōu)點，可以大大降低輪軌撞擊所產(chǎn)生的振動、噪聲等環(huán)境污染。另外，鋼桁梁橋在溫度跨度等于lOOm時，因鋼梁伸縮和活載影響將產(chǎn)生20mm～40mm的軌縫，由于梁、軌的材質(zhì)不同，在溫度變化因素作用下的縱向變形也不同，縱向變形受到限制時就會轉(zhuǎn)化為內(nèi)應(yīng)力。如果鋼軌所承受的內(nèi)應(yīng)力與其他各種應(yīng)力疊加后超過鋼軌的容許應(yīng)力，將會影響到軌道的安全性、穩(wěn)定性，危及行車安全。解決這一問題的措施之一是鋪設(shè)鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器。以阻斷無縫線路鋼軌伸縮對橋梁梁體及墩臺狀態(tài)的影響，確保行車安全。本文以大準鐵路黃河特大橋為例，對既有鋼桁梁橋上無縫線路進行檢算，為橋上無縫線路的設(shè)計和施工提供技術(shù)支持，同時也為設(shè)備使用單位的日常檢查和安全管理提供參考。

關(guān)鍵詞 無縫線路；鋼桁梁；溫度力；伸縮力；撓曲力；縱向力

中圖分類號TG

文獻標識碼A

文章編號1674-6708（2015）155-0060-05

1 既有設(shè)備情況

黃河特人橋位于大準線DK223+136. 67 DK223+771. 09之間，為單線橋。橋跨組成為：大（同）方臺+9×32m混凝土簡支梁+（96+132+96）m下承式鋼桁梁橋+薛（家灣）方臺。本橋位于平坡、直線段，在人同側(cè)橋臺路基線路為R-800m曲線，住準旗側(cè)橋臺路基線路為曲線半徑R-600m的黃河隧道?；炷亮汗潭ㄖё诖笸较颍撹炝汗潭ㄖё?0號墩（如圖1）。

1.1 橋上無縫線路布置和鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器位置

橋上既有軌道為：鋼軌為60kg/m、U71鋼軌，在鋼桁梁的兩梁端處各設(shè)置一組單向鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器尖軌朝梁外方向，基本軌與混凝土梁及薛方臺路基長鋼軌焊聯(lián)。本橋所處地區(qū)歷年最高氣溫為38℃，最低氣溫為30.9℃。路基無縫線路設(shè)計鎖定軌溫范圍為20±5℃?；炷亮很壍啦捎糜胁辍II混凝土橋枕、彈條II型扣件，鋼桁梁采用木枕、彈條剛性扣件。

1.2 鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器參數(shù)

本橋共采用2組鋼軌溫度調(diào)節(jié)器，產(chǎn)品圖號為研線0618（09），允許伸縮最lOOOrnm。

2 無縫線路溫度力

2.1 設(shè)計鎖定軌溫

2.1.1 允許溫升

1）計算參數(shù)

曲線半徑：直線

軌枕布置：1810根/km

鋼軌附加縱向壓力：OkN/軌

鋼軌類型：60kg/m

軌道橫向阻力型式：II型枕（B1840）、曲線半徑R>800m

初始彎曲波長L0=7.2m，初始彎曲矢度f0=7.2mm，允許橫向變形[f]=0.2mm。

2）計算結(jié)果

采用不等變形波長理論，其計算模型及計算公式如圖3所示。

2.1.2 允許溫降

1）計算參數(shù)

荷載類型：前進型QJ蒸汽機車，速度：80km/h

鋼軌類型：60kg/m。

2）計算結(jié)果

采用TDS計算得到軌底動彎應(yīng)力分布如圖4所示，動載系數(shù)Kd=1+α+β=1.640，綜合動載系數(shù)Zd=（1+α+β）f=2.050。鋼軌允許溫降[△Td]=76.2℃，由強度允許溫降決定。

2.1.3 設(shè)計鎖定軌溫范圍

1）計算參數(shù)

地區(qū)：大淮線黃河特人橋，最高軌溫Tmax=58℃，最低軌溫Tmin=-30.9℃，允許溫升[△Tu]=50.O℃，允許溫降[△Td]=76.2℃，鎖定軌溫上下限幅度△Ts=±5℃。

2） 計算結(jié)果

計算得到，中和溫度Te=20℃，設(shè)計鎖定軌溫范同Ts=20±5℃，即：15℃～25℃.

最大溫升幅度△Tumax=43.O℃<=[△Tu]，最大溫降幅度△Tdmax=55.9℃<=[△Td]。

校驗結(jié)果：合格！

2.2 斷縫檢算

2.2.1計算參數(shù)

鋼軌類型：60kg/m，鋼軌溫降△Td=-43℃，有碴軌道，斷縫允許值[λ]=8cm，線路阻力區(qū)段如圖5所示。

2.3 橋上無縫線路縱向力

2.3.1 伸縮力

1）混凝土梁橋

如圖9所示，建立混凝土梁伸縮力模型。采用BCWR5.O計算，計算得到墩臺承受無縫線路伸縮力T1的值如下表所列，鋼軌縱向力及梁軌位移如圖7所示，鋼軌縱向力及墩臺T1分布如圖8所示。由此得到，混凝土梁固定墩最大T1出現(xiàn)在伸縮區(qū)的起點，即T1=249.6kN/軌（計算疊代誤差原因，計算結(jié)果為254.2kN/軌），伸縮區(qū)起點鋼軌截面最大縱向位移31.1mm（該值也是調(diào)節(jié)器的基本軌最大位移量）。

2）鋼桁梁橋

由于在鋼桁梁兩梁端各設(shè)置一組鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器，因此，鋼桁梁固定墩承受梁上長鋼軌伸縮力T1、撓曲力T2、斷軌力T3均為O。

但是，由于溫差影響，鋼桁梁內(nèi)長鋼軌在夏季和冬季存在溫度力。如圖9所示，夏季鋼軌最大溫升幅度為43℃時的鋼桁梁內(nèi)長鋼軌溫度力（壓力）分布。由此可見，在橋梁中部鋼軌最大溫度壓力為345.4kN/軌。同樣可以得到，冬季鋼軌最大溫降幅度為-55.9℃時的長鋼軌溫度力（拉力）分布，如圖10所示。由此可見，在橋梁中部鋼軌最大溫度壓力為592. 6kN/軌。

因此，工務(wù)部門在鋼桁梁內(nèi)進行抬道作業(yè)時，同樣應(yīng)遵守允許軌溫作業(yè)條件。

2.3.2 撓曲力

由于在鋼桁梁兩梁端各設(shè)置一組鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器，因此，鋼桁梁固定墩承受梁上長鋼軌伸縮力T1、撓曲力T2、斷軌力T3均為O。故在此略去鋼桁梁撓曲力計算。

混凝土梁伸縮區(qū)：

從5.1伸縮力計算可知，伸縮區(qū)由伸縮力控制，因此，以下計算固定區(qū)撓曲力。如圖11所示，建立撓曲力計算模型。采用BCWR5.O計算得到各墩承受撓曲力如下表所列。

由此得到固定區(qū)車前撓曲力T2=110.2kN/軌。圖12、圖13分別為鋼軌撓曲力及各墩T2分布。

2.3.3 斷軌力

由于在鋼桁梁兩梁端各設(shè)置一組鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器，因此，鋼桁梁固定墩承受梁上長鋼軌伸縮力Tl、撓曲力T2、斷軌力T3均為O。

混凝土梁伸縮區(qū)不計斷軌力，即T3=O。固定區(qū)斷軌力為滿孔線路阻力，即T3=32×8.8=281.6kN/軌。

2.3.4 制動力

由于本橋為單線橋，制動力T4屬附加力，T4值按現(xiàn)行橋規(guī)取梁上滿孔（聯(lián)）一線列車靜載的10%，且T4已在橋梁設(shè)計中檢算過，故在此不再進行檢算。

2.3.5 縱向力小結(jié)

從以上計算可以得到混凝土梁固定墩縱向力如表1所示。

2.3.6 墩頂縱向力組合

采用BCWR軟件計算，得到墩頂縱向力組合如下。

1）伸縮區(qū)

按“主力”檢算，取δ=1，組合值為：2股鋼軌伸縮力傳遞，F(xiàn)l=199.2kN。

2）固定區(qū)

（1）按“主力”檢算，取6=1，組合值為：

2 股鋼軌撓曲力傳遞，F(xiàn)l=220.4kN。

（2）按“主力+特殊荷載”檢算，取δ=1.35，組合值為：

1股鋼軌撓曲力，另1股鋼軌斷軌力傳遞，F(xiàn)3=391.8kN。

2.4 橋墩檢算

選取伸縮區(qū)較不利的固定墩8#墩進行檢算，8#墩為空心墩，墩底空心截面為較不利截面，因此檢算該截面應(yīng)力。

2.4.1 荷載

墩頂承受左右兩側(cè)32m梁的恒載相同，即N1=N2=1117.3kN。

根據(jù)《豐鎮(zhèn)至準格爾線黃河特大橋施工設(shè)計4、5、6、7、8橋墩詳圖》，8號墩墩帽及墩身空心部分的鋼筋及混凝土重為：

N3-126.8×25+ （338.6-21.1）×25=11032.5kN

8#墩頂無縫線路縱向力：Fl=499.2kN。

2.4.2 墩底空心截面計算

墩底空心部分截面如圖14所示，b=4.63m，h=5.22m，a=0.04m。

墩身采用250號鋼筋混凝土，n=15，彈性模量Eh=2.9×l07kN/㎡。鋼筋為A3鋼，其允許應(yīng)力[σ g]=130MPa。

該截面至墩頂高H=0. 36+2.1+417-6=43.16m。

因此，在主力F1作用下，8號墩墩底空心截面混凝土、鋼筋應(yīng)力和穩(wěn)定性均合格。

3 設(shè)有溫度調(diào)節(jié)器的無縫線路養(yǎng)護維修注意事項

無縫線路在鋼桁梁的兩梁端各設(shè)置了一組單向調(diào)節(jié)器，與調(diào)節(jié)器基本軌焊聯(lián)的長鋼軌在一定范圍內(nèi)處于無縫線路伸縮區(qū)。防止無縫線路脹軌跑道、防止軌道爬行、以及確保鋼軌調(diào)節(jié)器的安全使用是本橋無縫線路養(yǎng)護維修的重點。為此，線路養(yǎng)護部門應(yīng)注意以下幾點。

包括混凝土梁范圍和鋼桁梁范圍內(nèi)的長鋼軌，在冬、夏季節(jié)均存在較大的溫度力，養(yǎng)護維修工作應(yīng)嚴格按照有關(guān)無縫線路的作業(yè)允許軌溫進行作業(yè)。

養(yǎng)護維修作業(yè)方法的制定應(yīng)使無縫線路在作業(yè)后能迅速恢復(fù)到驗收狀態(tài)為前提。

在橋上無縫線路在冬、夏季節(jié)應(yīng)加強無縫線路的位移觀測。

4）橋臺外線路應(yīng)加強鎖定，加大扣件扭矩，防止橋臺外線路爬行造成橋上無縫線路鎖定軌溫改變。

4 結(jié)論

本文在認真分析大準鐵路黃河特大橋鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器設(shè)置條件及依據(jù)的基礎(chǔ)上，詳細的分析了鋼桁梁橋上無縫線路受力的特點、特性，通過數(shù)據(jù)演算，明確了無縫線路鋼桁梁橋上設(shè)置溫度調(diào)節(jié)器的必要性和可行性。

參考文獻

[1]鐵路橋隧建筑物大修維修規(guī)則.

[2]對稱連續(xù)梁橋上無縫線路最大溫度跨度適應(yīng)性研究.鐵道工程學(xué)報，2013 （10）.

[3]鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)與布置研究，2011.