连盐铁路苏北灌溉总渠桥上无缝线路设计方案分析.pdf

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・轨道工程・蓬盐铁路苏北濯溉蘑渠桥上元缝线路设计方案分析黄群(中铁第五勘察设计院集团有限公司北京102600)摘要新建连云港至盐城客货共线铁路,铺设跨区间无缝线路有砟轨道,设计客车行车速度200k-n/h,全线大跨桥梁众多,其中跨沿海高速、苏北灌溉总渠特大桥主跨结构桥跨布置为(73+2×128+73)m连续梁+(73+4×128+73)m连续梁,2联大跨连续梁相邻布置,最大温度跨度达530m,设计难度大:对此,基于桥上无缝梁轨相互作用原理,对该桥桥上无缝线路设计方案进行优化分析,在桥上设计了2组伸缩调节器以及一段小阻力扣件。关键词桥上无缝线路梁轨相互作用温度跨度伸缩调节器中图分类号U213.9l;u443.312文献标识码A——文章编号10094539(2014)增l一0319041引言随着我国铁路项目建设的发展,尤其是高速铁路的大规模建设,大跨度桥上铺设无缝线路是我国铁路建设的关键技术之一,钢轨所受附加力尤其是温度附加力较大,对轨道和桥梁工程带来严峻考验¨。。当钢轨附加力过大,致使轨道强度或稳定性不足时,须设置钢轨伸缩调节器或者小阻力扣件。根据我国《铁路轨道设计规范》的要求,在温度跨度大于120m的混凝土梁上铺设无缝线路时,应根据计算结果确定铺设伸缩调节器12i。《铁路无缝线路设计规范》中规“定:线路、桥梁和轨道应系统设计,减少钢轨伸缩调”’“节器的设置刮。因而在铁路项目设计中,为了确保线路和桥梁的结构安全,确保列车的安全平稳运行,对于大跨度桥上无缝线路必须提出合理的设计方案,并进行科学的检算评估分析。2线桥概况连盐铁路正线中新建桥梁90座,占全线总长63.7%,其中跨沿海高速、苏北灌溉总渠特大桥全长12592.8m,主跨结构桥跨布置为(73+2×128+73)m连续梁+(73+4×138+73)m连续梁,2联大跨连续梁相邻布置(见图1),该桥具有结构型式复——收稿日期:20140325铁道建筑技术FM『L¨伪yCO ̄S丁开UC丁『0~丁ECH~0LOGy杂、跨数多、温度跨度大等特点,其中267~269号固定墩温度跨度201m,269~274号固定墩温度跨度530m,274~278号固定墩温度跨度361m,温度跨度大且集中,无可供参照的工程案例,对桥上无缝线路的设计带来很大难度。DKl76+093.195DKl76十497.095DKl77+157.095只昂手吾亏F吾弓手吾;F云i手吾习只晶267号墩269号墩274号墩278号墩32m简支粱(73+4×l28+73)m32m简支梁(73+2×128+73)m连续粱连续梁图1跨沿海高速、苏北灌溉总渠特大桥桥跨布置该桥铺设有砟轨道,采用60Ⅱkg/m钢轨,弹条型扣件,铺设跨区间无缝线路。客车设计行车速度为200km/h,货车设计行车速度为120km/h,主跨及其两侧简支梁位于直线和平坡上。主跨部分位于江苏省连云港市灌云县,最高轨℃℃温为57.7,最低轨温为一15.3,中间轨温为℃21.2,本地区设计锁定轨温为(27±℃5)。考虑到运营后桥上无缝线路受力与变形后轨道结构需保持良好的状态,跨沿海高速、苏北灌溉总渠桥上无缝线路拟选取与大桥相邻线路相同的设计锁定轨温(27±℃5)。3桥上无缝线路设计方案研究3.1设计思路及建立有限元模型基于《铁路无缝线路设计规范》的要求,采用2074f增7J319万方数据・轨道工程・ANSYS软件建立有限元模型,如图2所示,对桥上无缝线路钢轨温度力、伸缩附加力、挠曲附加力、制(启)动力、钢轨断缝值、梁轨快速相对位移进行计算分析,检算钢轨强度、稳定性、断缝值以及梁轨相对位移是否满足限值要求,相关计算参数根据规范进行取值。3-5一o。计算模型中,桥梁在温度作用下的纵向位移及列车作用下的制(启)动力是主动作用,均会通过梁轨间的纵向约束带动长钢轨产生纵向位移,进而在长轨条中产生纵向附加力;同时梁轨间的纵向约束力又会以相反方向作用于桥梁上翼缘,使桥梁的纵向位移发生改变,并传递至桥墩固定支座上,带动墩台产生纵向位移,产生桥墩附加力。a.整体b.梁端细邵图2苏北灌溉总渠特大桥桥上无缝线路模型基于非线形有限单元法的线桥墩一体化模型,从整个线、桥、墩系统出发,考虑了影响纵向力分布的2个重要因素:线路纵向阻力以及桥梁下部结构的纵向水平刚度。桥梁梁体采用实体单元建模,截面采用实际设计截面。扣件系统采用非线形弹簧单元模拟。3.2方案分析(1)方案一:不设伸缩调节器、全桥采用常阻力扣件。表1钢轨强度检算(方案一)动弯温度伸缩和挠制动附钢轨容应力应力/应力/曲附加应加应力/∑∥许应力/结论力较大值/MPaMPaMPaMPaMPaMPa拉力120.25116.56139.83642.013418.66363.1不通过压力154.9690.52139.83642.013427.33363.1不通过表2轨道稳定性检算(方案一)温度附加∑P/容许结论压力/kN压力/kNkN压力/kN701.071083.03l784.1l1515不通过320铁道建筑技术从表1和表2中可以看出,结构设计方案一不能满足钢轨强度和稳定性要求,不做进一步检算,方案一不可行。从计算结果看,钢轨附加压力过大,考虑在桥上设置小阻力扣件。(2)方案二:不设伸缩调节器、全桥采用小阻力扣件。表3钢轨强度检算(方案二)动弯温度伸缩和挠应力应力/应力/曲附加应制动附钢轨容力较大值/加应力/∑盯/许应力/结论MPaMPaMPaMPaMPaMPa拉力120.25116.569679538.279371.88363.1不通过压力154.9690.5296.79538.279380.55363.1不通过表4轨道稳定性检算(方案二)温度附加∑P/容许压力/kN压力/kNkN压力/kN结论701.07749.68l456.75l515通过从表3和表4中,结构设计方案二不能满足钢轨强度要求,不做进一步检算,方案二不可行。考虑到钢轨附加压力仍然过大,在两联连续梁中间梁缝附近设置钢轨伸缩调节器。(3)方案三:设置一组单向伸缩调节器。在DKl76+510.145处设置一组单项伸缩调节器,基本轨位于小里程方向,在基本轨一侧一段范围内布置小阻力扣件,如图3所示。——f_Df一Do_可1r可_D—o]r_Urlm——o_10_1图3钢轨伸缩调节器布置表5钢轨强度检算(方案三)动弯应基本温度应力力+伸缩附制动附加∑盯/钢轨容许结论力/MPa应力/MPaMPa应力/MPa加力/MPa拉力120.25197.88424.860342.99363.1通过压力154.96185.47724.860365.30363.1不通过从表5中可以看出,钢轨强度检算不满足要求。不做进一步检算,方案三不可行;由于此时钢轨附加力最大值位于5跨连续梁大里程端,考虑在5跨连续梁大里程端设置小阻力扣件。(4)方案四:设置一组单向伸缩调节器,另设一段小阻力扣件。RAlU~AYcoNsTRUcTlONTEcHNOLoGY2014《增1}万方数据・轨道工程・在DKl76+510.145处设置一组单项伸缩调节器,在5跨连续梁大里程边跨以及相邻两跨简支梁图4钢轨基本温度力+伸缩附加力(最大温升)表6方案四计算结果至迁上布设小阻力扣件,计算结果见表6,部分计算结果如图4~图6所示。15010050至。迁一50一lOO—150—200图5景整苎孝兰罂。:尊缩图6钢轨制动力附加力(最大温降)一………~检算计算内容项目温度应力+钢轨容强钢轨动弯(伸缩或挠曲)制动附加应力合许应力/度应力/MPa附加应力/应力/MPa计/MPaMPa检MPa算120.25180.22924.50l324.98363.1154.96173.22724.50l352.688钢轨容稳定温度应力+(伸缩或挠曲)纵向压力合计/kN许压力/性检驸加应力/kNkN算l341.641“341.l515断缝断缝计算值/mm断缝允许值/mm值检算59.67270快速位梁轨区域快速位移计算值/mm移允许相对值/mm位移伸缩调节器区8.1630检算常阻力扣件区1.4234从表6中可以看出,从检算结果来看方案四是可行的。(5)方案五:设置2组单向伸缩调节器,另设一段小阻力扣件。从方案四可以看出,设置一组单向伸缩调节器,5跨连续梁大里程端设置小阻力扣件,计算结果满足要求。但5跨连续梁右大里程端DKl77+157.095梁缝处钢轨受力相对限值富余量较小,且274号固定墩受力较大,为改善钢轨和桥墩受力条件且防止以后可能出现梁端小阻力扣件窜出、轨向不良等病害,在大里程端设置小阻力扣件不理想的情况下,考虑在DKl77+140.695处设置钢轨伸缩调节器;同时为进一步改善DKl76+093.195处钢轨受力和269号固定墩受力,在左端连续梁边跨以及相邻两跨简支梁处设置小阻力扣件,如图7所示。●——●—五D正_D———a口_zr叮_o—————————a勺_-口1r_叮弋n口矗口1图7设置2组单向伸缩调节器以及部分小阻力扣件方案4结论从跨沿海高速、苏北灌溉总渠特大桥桥上无缝线路检算中钢轨强度、稳定性、断缝值、梁轨相对位移的计算结果来看,方案四、五均可以满足要求。然而,从结构的安全性、受力的合理性等方面考虑,方案四钢轨受力相对限值富余量较小,且2联连续梁固定墩受力较大,结构设计方案五可以极大的改善钢轨和桥墩受力;另外,鉴于该线路旅客列车设计行车速度为200km/h,对线路的稳定性和安全性的要求较高;通过方案优化结构设计,不但可以改善运营养护条件,还能减少钢轨附加力,减少墩台圬工使用量,降低工程造价。综合多种因素,优先采用结构设计方案五,即在(73+4×128+73)m连续梁两端设置钢轨伸缩调节器结构,左端伸缩调节器基本轨设置在小里程方向,右端伸缩调节器基本轨位于大里程方向,并在基本轨后大约100m范围布置小阻力扣件;同时在(73+2×128+铣道建麓技7RRA『LMyCO~S丁开UC丁fO~丁ECH~0LOGy2DT4f增7J321000O0O0000∞∞∞∞∞加印加加∞∞∞∞∞∞∞02468024一一一一一一蚤\钆万方数据・轨道工程・73)m连续梁左侧边跨以及相邻两跨简支梁布置小道温度跨度的研究[J].铁道工程学报,2012,166(7):阻力扣件。综上所述,该桥桥上无缝线路的设计是ll一13,28.合理的,这对国内同类型的长大跨度混凝土连续梁[2]中华人民共和国铁道部.TB—100822005铁路轨道桥上无缝线路的设计具有借鉴意义。—设计规范[s].北京:中国铁道出版社,2叭2:3334.谬丐x陬铁路无缝线路设计规范[s].北京:中国铁道出版[1]崔利红,郭福安,江忠贵,等.长大?昆凝土桥梁无砟轨社,2叭3.(上接第30l页)专用线车站的改扩建一般不是孤立的,往往伴3.4重点问题说明随着其他相关工程,或作为企业改建的配套工程,(1)施工过渡方案中,除第五步需封闭车站施也有可能引起企业的相关改建工程。系统间既有工外,其余阶段车站均维持运营,既有单车翻车机、相互配合、衔接,也有互相制约。这就要求在制定双线卸煤沟以及新建双车翻车机中至少有一套系专用线施工过渡方案的过程中,要统筹考虑与相关统正常运转以保证电厂来煤需要。工程的配套与协调,包括建设工期、施工顺序、工艺(2)在电厂站封闭施工之前,通过电厂储煤系接口以及平立面关系等方面。统提前储备煤量;封闭施工过程中通过公路运输系(3)尽量减少对接轨站的影响。统暂时替代铁路系统;过渡过程中公路运输系统作专用线通过接轨站与铁路干线连接。专用线为应急替代方案。车站虽然具有一定的独立性和封闭性,但在改建过(3)电厂专用线现状接轨于陇海线连云港站,程中既要维持运营保障生产,又要注重安全,生产连云港站是连云港地区的主要客运站。在施工过组织压力很大,难免会对接轨站造成一定影响,甚渡过程中,要合理安排专用线运输组织,尽量减少至扰乱铁路干线正常的运输组织。因此,在制定专对接轨站的影响,保证其正常运营,避免压车等情用线车站施工过渡方案时,要合理安排过渡期间专趼.发牛.用线生产运营,优化运输组织方案,充分考虑突发意外情况,尽量减小对接轨站的不利影响j4专用线车站施工过渡的原则5结束语通过对新海发电有限公司铁路专用线改建工程施工过渡方案的总结与分析,可以归纳出专用线车站铁路车站施工过渡是一项系统工程,专用线车的施工过渡设计,除了在国铁施工过渡中应当普遍遵站因其作业特点和服务对象的不同,其施工过渡方循的原则以外,还有以下几个方面需要特别注意:案侧重点也有所变化。在制定过渡方案的过程中(1)保安全与保生产两手都要抓。应充分考虑业主的要求,征求运输管理部门的意既有铁路改建,安全是第一位;专用线车站一见,根据施工过渡的基本原则,制定科学、合理的施般服务于特定的企业,对于维持企业的正常生产、工过渡方案,保证工程的顺利实施。保障企业效益往往起着至关重要的作用。因此,专参考文献用线车站改建要重视施工过渡方案的设计,要充分煮璧:!!!主竺罂:方夏暑苎寰謦孽型竺持三¨’3篇嚣篓篙,嬲轰要訾一觚站基本运营,保证其正常生产组织的需要;另一方[2]窃石菜.美;站场麦造箍工过渡方案制定的几项原则面要重视过渡方案的安全性和可操作性,为企业减[J]-煤,2005,14(2):35.(2)铁路过渡与主体或其他配套工程相协调。与经济,2011,33(10):31.万方数据
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