铁路大梁缝地段无砟轨道设计研究

2013-07-26刘巍

四川建筑 2013年2期

刘巍

(中铁第一勘察设计院集团有限公司，陕西西安710043)

大西线渭洛河桥位于渭南市北，全长71.351k m，主跨采用7联(48+4×80+48)m连续梁，设计梁缝初始值为300 mm，考虑温度变化、梁体收缩徐变、桥梁支座预偏等因素引起梁缝变化，梁缝最大值为554 mm，按照轨枕中心至梁端距离220 mm计算，梁缝处最大轨枕间距可达到994 mm。列车通过较大的钢轨支承间距时，在相邻钢轨支承点中部将引起钢轨较大的垂向、横向位移，形成短波不平顺，列车对轨道及下部结构的冲击作用加剧，降低旅客乘车舒适性，缩短轨道结构及部件的使用寿命;同时，钢轨内产生应力集中，严重时甚至可能危及行车安全。因此，需要在梁端钢轨支承间距过大处采取加强措施，避免或降低线路位移过大、刚度不均、应力集中等问题，降低梁缝处轨道结构不平顺，提高列车运行安全性和舒适性。

1 大梁缝地段轨道设计方案

国内外对于梁缝处轨枕支承间距超限的问题，主要有四种方案。

(1)方案一:加大钢轨截面。采用钢轨加强措施，加大钢轨截面积，能够减小钢轨竖向位移、降低钢轨应力。

(2)方案二:设置BWG梁端抬枕装置。在钢轨外侧设置两根纵梁，纵梁安装在梁缝两侧各两根轨枕上，起到“扁担”作用，在梁缝处增加钢枕，与两侧纵梁连接固定，在钢枕上安装扣件支承钢轨。当梁缝变化时，通过剪刀形位移分配装置调整钢枕位置，改变扣件节点间距。如图1所示。

图1 BWG梁端抬枕装置

(3)方案三:过渡板。设置跨梁缝过渡板，过渡板结构由过渡板和限位板组成，过渡板底面设板式支座，板端部设限位结构限制过渡板在横向的移动，限位板通过梁面预埋钢筋与桥梁相连。如图2所示。

(4)方案四:混凝土垫梁。垫梁跨越梁缝，搭接在梁缝两侧的梁跨上。垫梁支承在底座上，通过固定端传力键和活动端纵肋实现限位。垫梁与底座接触面固定端一侧铺设土工布隔离层，滑动端一侧设置不锈钢摩擦副或不锈钢板与高密度聚乙烯板滑动副，以保证垫梁与底座之间能够相对滑动。如图3所示。

上述四种方案比较及应用情况如表1所示。

2 大西线大梁缝地段轨道结构设计

综上分析，垫梁结构可与区间采用基本一致的轨道结构，结构整体性好，能够适应超大梁缝情况。通过加强现场施工管理可以达到预期目的。推荐大西线渭洛河特大桥大跨连续梁大梁缝地段采用垫梁结构。

图2 梁端过渡板

图3 混凝土垫梁

表1 梁端处理方案比较

2.1 垫梁结构设计

2.1.1 轨枕及扣件

采用与区间一致的SK－2型双块式轨枕和WJ－8型扣件，有利于保持轨道结构基本统一，刚度均匀。

2.1.2 垫梁

垫梁内配置钢筋笼，纵横向钢筋交叉处以及与轨枕桁架钢筋交叉处均进行绝缘。

2.1.3 底座

垫梁下部设置混凝土底座，混凝土底座采用钢筋混凝土结构，混凝土强度等级 C40，高度约100 mm，宽度与垫梁等宽。

底座内配置单层钢筋网片。固定端传力键凹槽四周设置斜筋，防止沿凹槽四周产生裂缝。

底座顶面水平，在固定端传力键对应位置设置凹槽，凹槽四周均粘贴橡胶垫片。在垫梁纵肋对应位置设置滑动槽。底座与垫梁的水平接触面采用打磨工艺打磨平整、光滑，并设置不锈钢板摩擦副，以保证底座与垫梁之间能够充分滑动。

跨越梁缝处底座断开，在垫梁下填充挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板，以缓解梁端转角对垫梁和上部轨道结构的影响。

2.2 结构计算分析

2.2.1 有限元模型及参数

建立“梁－板－板”有限元计算模型，对垫梁结构进行静力分析。其中，钢轨采用梁单元来模拟;扣件采用线性弹簧单元模拟;垫梁、底座均用壳单元来模拟，由于模型中仅考虑竖向荷载的作用，垫梁的凸台和纵肋可看作与底座板是一体的;桥梁采用实体单元模拟。模型如图4所示，计算参数如表2所示。

图4 垫梁有限元模型

表2 计算参数表

续表2

2.2.2 不同荷载工况垫梁的分析

考虑的荷载主要有:列车荷载、温度荷载、梁端转角，并按1.0系数进行荷载组合。其中列车荷载取为300 kN，作用在垫梁中部时为最不利工况;温度荷载仅考虑垂向温度的影响，温度梯度取45℃/m。垫梁上下表面的温度差△t=45×0.35=15.75℃;梁端转角按桥梁与桥梁间的相对转角限值2‰rad进行计算。不同荷载工况下垫梁受力计算结果如表3所示。