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无缝线路论文：桥梁无缝线路设计简析作者：戴金松单位：中铁第四勘察设计院集团有限公司桥上无缝线路的空间有限元模型根据桥梁结构采用的单元类型可分为梁系模型、梁—板模型和梁—实体模型等，综合比较计算精度、建模难易程度和计算效率等方面的因素，本项目采用梁系计算模型，桥梁结构采用三维梁单元模拟;桥梁的上下翼缘高度采用刚臂进行模拟，并按照各自的截面特性和材料特性赋值进行计算。钢轨采用梁单元模拟;扣件利用非线性弹簧单元模拟，桥墩纵向水平线刚度采用线性弹簧单元模拟。整个桥上无缝线路模型组成为:100m路基+6×32m简支梁+7×(48+4×80+48)m连续梁+(40+2×64+40)m连续梁+6×32m简支梁+100m路基。钢轨两端节点位于无缝线路固定区，有限元模型中按固结约束进行处理。多联大跨连续梁桥上无缝线路设计方案(单位:m)2.2计算参数梁伸缩温差:混凝土梁伸缩温差取值为20℃。轨温:当地历年最高气温42.8℃，最低气温－12.5℃。设计采用最高轨温Tmax=42.8+20.0=62.8℃，最低轨温Tmin=－12.5℃。扣件纵向阻力:该桥铺设WJ-8B型扣件，扣件纵向阻力模型采用双线性阻力模型，对于常阻力扣件，滑移动阻力值为24kN/m/轨，弹塑性临界点为2.0mm;铺设小阻力扣件地段，滑移动阻力值为6.5kN/m/轨，弹塑性临界点为0.5mm。列车荷载:桥梁列车荷载采用ZK标准荷载。检算钢轨强度时，采用动车组轴重为17t的荷载图式。第4页共4页 设计方案一方面不设置钢轨伸缩调节器，对桥梁固定支座位置进行优化，尽量减小桥梁温度跨度，以减小钢轨伸缩附加力;另一方面同时优化钢轨伸缩调节器数量和桥梁固定支座布置，释放钢轨伸缩附加力峰值，并减少钢轨伸缩调节器数量。本文选取以下两种方案进行对比分析，各方案的结构设计图。方案一:通过调整固定支座位置，尽量减小桥梁的最大温度跨度，并使各温度跨度分布较为均匀。调整后固定支座位于各连续梁中间桥墩处，最大温度跨度为416m，各温度跨度分别为312m+6×416m+240m。连续梁边跨采用小阻力扣件，全桥不设钢轨伸缩调节器。方案二:该方案同时优化钢轨伸缩调节器数量和桥梁固定支座位置，优化后连续梁固定支座设置在边跨，最大温度跨度为736m，各温度跨度分别为72m+536m+96m+736m+96m+736m+96m+736m+80m。连续梁边跨采用小阻力扣件，全桥每线各设置4组单向钢轨伸缩调节器。调节器设于各长大温度跨度(1个536m、3个736m)梁端处，以释放梁端钢轨温度力及钢轨附加力峰值。计算结果及分析第4页共4页 计算结果两方案钢轨伸缩附加力及梁轨相对位移分别方案一钢轨伸缩附加力的最大拉力为613.833kN，最大压力为－321.995kN。温度作用下，梁轨相对位移最大值为41.34mm。方案二钢轨伸缩附加力的最大拉力为183.530kN。方案比选根据我国既有规范的检算方法，其中钢轨附加应力取伸缩应力或挠曲应力的大值进行检算。无砟轨道桥梁一般采用箱梁，梁体刚度较大，钢轨挠曲附加力小于伸缩附加力，且该桥温度跨度非常大，钢轨伸缩附加力更是起主导作用，因此轨道强度检算取钢轨伸缩附加力进行计算。通过以上计算分析得出:方案一，由于方案中各温度跨度分布较为均匀，(48+4×80+48)m连续梁各固定墩所承受伸缩附加力很小。另外，(40+2×64+40)m连续梁桥墩所承受的伸缩附加力并不大，其值为193.246kN/轨;但紧邻连续梁简支梁桥墩受力较大，达到131.351kN/轨。尽管从钢轨强度检算及断缝检算结果来看，两者均满足要求。但是，连续梁梁端钢轨伸缩附加力达到613.833kN，将会使该处的轨道平顺度难以保持;另外梁端处梁轨相对位移非常大，最大达到41.34mm，将使梁端附近的扣件垫板与钢轨长期处于反复大位移状态，会缩短扣件的使用寿命。方案二，该方案在连续梁梁端设置了4组钢轨伸缩调节器，释放了温度跨度为736m的钢轨伸缩附加力峰值。并通过调整固定支座位置，减小相邻两侧温度跨度为96m，钢轨纵向附加力显著减小。综上所述，方案一虽然不设钢轨伸缩调节器，且钢轨强度在设计中不起控制作用，但梁端处钢轨伸缩附加力及梁轨相对位移均较大，不利于轨道形位的保持，会大大增加线路的养护维修工作量，因此，该方案不可行。方案二通过调整固定支座和钢轨伸缩调节器的布置，最终形成4个大的温度跨度(3个736m、1个536m)，仅需4处设置钢轨伸缩调节器，桥梁及轨道受力较为合理，且减少钢轨伸缩调节器的数量，优化了桥上无缝线路的运营条件。因此，推荐采用方案二。结论及建议第4页共4页 本文根据多联大跨连续梁桥上无缝线路的特点，以某在建工程多联大跨度连续梁桥为工程案例，结合以往多联大跨连续梁桥上无缝线路运营经验，开展了多联大跨连续梁桥上无缝线路设计方案的研究，得出如下结论:1)多联大跨连续梁桥上无缝线路设计方案应优先通过调整固定支座位置，减小桥梁温度跨度，且使各温度跨度尽量均匀分布，以达到不设钢轨伸缩调节器并使桥梁墩台受力不至于过大的目的。2)必须设置钢轨伸缩调节器时，应对其设置数量进行优化，可通过调整桥墩固定支座位置，形成几个较大温度跨度，以尽量少设钢轨伸缩调节器。3)从当前已建多联大跨连续梁桥上双向钢轨伸缩调节器现场运营情况看，小阻力扣件范围内基本轨基本上观测不到梁轨发生相对位移，但小阻力扣件与普通扣件连接处光带不均匀、线路轨向发生1mm变化现象有一定普遍性，这说明钢轨伸缩调节器基本轨一侧采用小阻力扣件对轨道平顺性有一定影响。因此，多联大跨连续梁桥梁端设置钢轨伸缩调节器时，建议优先采用单向钢轨伸缩调节器，调节器尖轨一侧采用常阻力扣件。第4页共4页