青藏线小南川1 号桥铺设无缝线路分析

王先民(青藏铁路公司工务部，青海 西宁810007)

1 桥梁及线路概况

小南川1 号大桥位于青藏线格拉段纳赤台车站与小南川站区间，其中心里程为K919+044，桥梁全长969.6m，孔跨式样设计为14-32m 预应力钢筋混凝土T 形梁，桥梁大部分为曲线，其最小曲线半径为1000m。该桥现为普通线路，P50 钢轨，碎石道床，X2 型混凝土桥枕，每公里铺设1760 根轨枕，Ⅰ型弹条扣件；现拟铺设全区间无缝线路，线路条件为铺设60kg/m 钢轨，主要采用既有的轨枕，每公里铺设1760 根，Ⅱ型弹条扣件，道床肩宽为45cm。

该桥所在线路最大坡度为6‰，格拉段机车类型为内燃NJ2 型，设计行车速度为120km/h。

2 桥上无缝线路伸缩附加力计算

2.1 基本参数

1）梁温差：混凝土有碴梁△t=15℃

2）线路纵向阻力：p=70N/cm/轨。

3） 钢 轨 为60kg/m， 断 面 面 积F ＝77.45cm2，弹性模量为E ＝2.1×105MPa。

2.2 计算图式

对于实体桥梁，当无缝线路固定区通过桥上时，如桥梁是5 跨以上的等跨度梁，可简化为按5 跨梁计算伸缩力，本计算按20 跨梁编程计算，墩顶纵向水平线刚度取600kN/cm/线，台顶纵向水平线刚度取2000kN/cm/线。

2.3 计算结果

钢轨伸缩附加力，钢轨最大附加拉力为114.683kN，出现在活动支座桥台梁端；钢轨最大附加压力为132.554kN，出现在邻近固定端桥台。梁轨纵向位移，最大墩顶水平位移为0.95mm ≤5=28mm，墩台顶位移满足要求。

最大墩台作用力发生在邻近固定端桥台，最大墩台力为93.4kN。

3 钢轨附加挠曲力计算

梁在列车荷载作用下，产生挠曲变形时，上缘收缩，下缘伸长，梁的各截面产生转动，引起上、下缘发生纵向位移。

3.1 计算假设

1)假设列车荷载分段进入梁内，分段长度为一跨梁长，略去前一荷载位置下挠曲力对后一荷载位置下挠曲力的影响。

2)梁的纵向位移按两跨梁上作用列车荷载计算，要考虑因荷载变化而产生附加纵向位移的影响。

3)对挠曲力和伸缩力分别计算，计算挠曲力时，不考虑伸缩力的影响。

4)假设固定支座能完全阻止梁的位移，略去活动支座摩擦力的影响。

3.2 计算参数

1)跨度32m 预应力混凝土简支梁，梁高h ＝2500mm，梁的弹性模量E ＝41.2×105N/cm2。

下翼缘与中性轴的距离为：

上翼缘与中性轴的距离为：

梁的换算惯性矩J ＝8.071×107cm4/片梁

2)列车荷载为中－活载，由中－活载换算全梁上平均均布荷载：

图1 中－活荷载图式

机车荷载跨：q1=524.1N/cm/片梁

车辆荷载跨：q2=410.3N/cm/片梁

3)线路纵向阻力

无列车荷载作用地段：p0=70N/cm/轨；

机车作用跨：p1=110N/cm/轨；

车辆作用跨：p2=70N/cm/轨。

梁的上翼缘挠曲位移曲线为：

式中，l—梁跨长度；

lx—为计算截面距活动支座的距离。

3.3 计算图式

计算附加挠曲力时，一般以列车荷载由活动端一侧进入梁内作为不利条件，按两跨梁布满列车荷载图式进行计算(编程计算)。

3.4 计算结果

附加挠曲力计算结果如图2 所示。钢轨承受的最大附加挠曲力发生在机车荷载跨的固定支 座 处，Pmax=146.53kN。12# 墩 墩 台 力 为8.0kN，13#墩墩台力为34.3kN，14#墩墩台力为120.2kN。

4 断缝检算

当地最高轨温Tmax=49℃，最低轨温Tmin=－34℃，取桥上无缝线路的锁定轨温与路基上无缝线路的锁定轨温相同，Ts=15±5℃，最大降温幅度54℃。

桥上一旦钢轨折断，温度力和伸缩力将按纵向阻力梯度在断缝处释放，形成较大断缝。断缝的大小与线路纵向阻力、温度拉力及钢轨折断位置有关。

本检算采用不考虑断轨力与伸缩力叠加的计算方法，由于不考虑钢轨折断后纵向力重分布的传统算法计算值偏差较大，断缝值明显偏小，故不采用这种方法。

图2 挠曲力及梁轨位移示意图

根据规范检算钢轨断缝时纵向阻力按常量取值，简支梁桥断缝点在活动端桥台拉力最大处，如图1 所示。检算断缝时，线路阻力取110N/cm/轨，该取值小于扣件阻力150 N/cm 和道床纵向阻力160N/cm，用其值计算偏于安全。断缝值及断轨力通过程序计算，结果如图3、4 所示。

由图4 计算得断缝值：yd =64.5mm<[yd]＝80mm。断缝检算满足要求。

图3 断轨后纵向力分布图

5 桥梁承受的断轨力检算

桥梁墩台及固定支座承受的断轨力，按一跨简支梁长的线路纵向阻力之和计算，但断轨力不得超过最大温度拉力。

断轨力检算合格。

图4 梁轨纵向位移图

6 曲线桥上横向力计算

曲线桥的墩台还承受温度力、伸缩力或挠曲力的横向分力。伸缩力和挠曲力的横向分力很小，可忽略不计。该桥位于半径R ＝800m 的曲线上。曲线桥上，墩台还承受温度力、伸缩力或挠曲力的横向分力，伸缩力和挠曲力的横向分力很小。

7 钢轨强度检算

桥上无缝线路钢轨应力，包括动弯应力、温度应力、伸缩附加应力或挠曲附加应力等。在低温时，活动端桥台处钢轨产生最大伸缩附加拉力，各跨桥梁的固端支座处钢轨产生最大挠曲附加拉力。活动端桥台、各跨桥梁的固端支座是桥上轨道强度检算的控制条件。高温时活动端桥台处钢轨产生最大伸缩压应力，该处是轨道稳定性检算的控制条件。强度检算满足要求。

8 稳定性检算

升温时，桥上无缝线路受到的温度压力和附加温度压力之和不应超过轨道稳定的容许压力。最大的附加温度压力产生在活动端桥台处。稳定性检算满足要求。

[1]铁道部.铁路桥涵设计基本规范 (TB10002.1-2005),北京：中国铁道出版社,2005 年

[2]颜秉善、陈岳源等.线路大修及换铺无缝线路的设计[M].北京：中国铁道出版社，1985 年

[3]卢耀荣.无缝线路安全储备量分析.铁道建筑研究所论文集(3)．北京：中国铁道出版社，1990 年

[4]铁道部.新建铁路桥上无缝线路设计暂行规定[M].北京：中国铁道出版社，2003 年