凌立如
丁静波;刘亚航;谷呈朋
【摘 要】钢轨伸缩调节器对协调长大桥上无缝线路因梁体温差引起的梁端及长钢轨伸缩位移起到重要作用。对调节器设置问题进行系统论述，介绍国内调节器设计使用情况，建议桥梁和轨道一体化设计，谨慎在曲线上设置调节器。并结合工程案例，计算分析了调节器设置计算方法以及调节器结构伸缩值，并且根据现场调研情况，提出设置调节器的建议。%Rail expansion joint plays an important role in coordinating the girder end's and long steel rail's expansion and contraction displacement, which is caused by temperature difference of continuous welded rail on long and major bridge. This paper systematically expounded relevant issues about rail expansion joint, and introduced the design and application situation of rail expansion joints in China at present. Furthermore, this paper suggested that: the bridge and track of railway should be designed in the form of integration with each other, and the designers should be cautious about arranging rail expansion joint on curved line. In addition, by combining with engineering project cases, this paper analyzed the calcu
lation method of rail expansion joint, and calculated the expansion and contraction values of rail expansion joint. Finally, based on field investigation, this paper made suggestion on how to arrange rail expansion joints.
【期刊名称】《铁道标准设计》
【年(卷),期】2014(000)008
【总页数】3页(P27-29)
【关键词】桥上无缝线路;钢轨伸缩调节器;设置
【作 者】丁静波;刘亚航;谷呈朋
【作者单位】赫伯特西蒙中铁工程设计咨询集团有限公司轨道工程设计研究院，北京 100055;中铁工程设计咨询集团有限公司轨道工程设计研究院，北京 100055;中铁工程设计咨询集团有限公司轨道工程设计研究院，北京 100055
【正文语种】中 文ire
【中图分类】U213.9+3
钢轨伸缩调节器(简称调节器)是重要的轨道部件,其功能是:协调长大桥梁因梁体温差引起的梁端伸缩位移和长钢轨的伸缩位移,使桥上无缝线路自动放散温度应力,从而减小轨道及桥梁所承受的无缝线路附加力作用,确保列车安全、平顺地通过。
国外铁路为有效地控制特大桥梁附加力和位移的影响,提高行车的平顺性和确保安全,要求在温度跨度180 m以上的混凝土桥和温度跨度120 m以上的钢桥上设置调节器。我国《铁路轨道设计规范》(TB10082—2005)对于桥上铺设无缝线路做了如下规定:温度跨度大于100 m的钢梁,每一温度跨度应铺设1组调节器;温度跨度大于120 m的混凝土梁,调节器设置应根据计算确定[1]。我国城市轨道交通调节器设置的主要目的:(1)避免无缝线路长钢轨纵向力向道岔传递;(2)大跨度连续梁上发生钢轨折断时,减小墩台所受断轨力[2],以提高行车平顺性和确保安全。
昆虫组合目前,铁路桥上采用的调节器均为曲线型钢轨伸缩调节器。曲线型是指基本轨由钢轨调节器导向卡(轨撑)使其形成半径300 m的曲线型基本轨并与尖轨密贴,在钢轨纵向力传递时,由基本轨伸缩释放纵向力,而尖轨固定,这样可实现梁轨伸缩,同时还消减了伸缩力、挠曲力以及
其他的钢轨纵向力的作用[3]。下面对调节器设置方法进行论述。
(1)单向调节器的尖轨宜顺列车运行方向布置。由于调节器尖轨为固定,基本轨纵向移动,避免列车运行车轮碾压使基本轨移动,而影响无缝线路钢轨内的纵向力;调节器基本轨、尖轨接头距桥梁横梁、桥台胸墙或支座的距离不应小于2 m[4];混凝土桥梁上铺设无缝线路,根据设计可在桥梁中部设置双向调节器。调节器基本轨接长钢轨线路宜采用小阻力扣件,其铺设长度应按计算确定,一般约为150 m。
(2)时速小于160 km的客货共线铁路,调节器不宜设置在半径小于1 500 m的曲线上,也不宜设置在竖曲线上。这是由于调节器基本轨设计单向伸缩量一般300～500 mm,基本轨全长约8 500 mm,工作长度(与尖轨密贴)7500 mm,半径1500 m的曲线引起的正矢差正好在允许范围4 mm内,故要求调节器应设置在半径大于1 500 m的曲线上。设计时速200 km及以上时,由于曲线引起的正矢差仅2 mm,调节器宜设置在半径大于3 000 m的曲线上,并且应加强桥梁与轨道一体化设计,避免曲线上设置调节器。
(3)低温时,活动梁端桥台处钢轨产生最大伸缩拉力,各跨梁的固定端支座处钢轨产生最大的挠曲拉力。高温时,活动梁端桥台处钢轨产生最大伸缩压力。因此,考虑到梁轨相互作用的稳
定控制,钢轨伸缩调节器一般设置在梁的活动端[5]。当调节器布置在梁端时,尖轨不可跨越梁端,当每跨或每联的两端都设置调节器时,不得将尖轨同时设在两端梁内。梁端一般为活动支座和固定支座,尖轨跨越梁端,活动支座会使尖轨因梁伸缩而不固定,若把尖轨同时设在跨和联的两端,梁跨梁端全处于固定区,钢轨的温度力释放不掉。
以南京长江大桥正桥3×160 m连续梁布置调节器为例[6]:左下行线,尖轨顺列车运行方向布置,尖轨设置在简支梁跨上,基本轨设置在连续梁的主联上;右上行线,尖轨设置在连续梁的主联上,基本轨设置在简支梁跨上。这样左端简支梁跨右边活动支座,低温时受压,连续梁的压力由基本轨伸缩释放一部分。连续梁右边固定支座后有2个活动支座,能够缓解连续梁右端活动支座的受压,从而保持无缝线路的稳定。
因此,布置调节器时,不仅应分析梁跨关系,还要考虑固定支座和活动支座的设置。
穿墙记
3.1 确定调节器设置方案
桥上设置调节器有2个基本因素:(1)钢轨安全储备不足,各项应力之和超过其允许应力值;(2)列车在快速制动条件下位移过大,相对位移超过4 mm,使得道砟松动,影响安全。通过桥上无缝线路检算,分析应力和位移,其中一个因素不满足时,就应设置调节器。
以南广铁路肇庆西江特大桥为例,其主桥为25 m+50 m+386 m+50 m+49 m钢混结构连续梁拱,位于直线,辅跨为32 m简支梁,位于8 000 m曲线地段,全桥最大温度跨度达到280 m。所在地区最高轨温达58.7℃,最低轨温-1.0℃,设计锁定轨温为35℃。轨道结构铺设有砟轨道,100 m定尺长钢轨(材质为U75V),每千米铺设1 667根Ⅲc型混凝土枕,配套弹条Ⅴ型扣件,按一次铺设跨区间无缝线路设计。
西江特大桥无缝线路设计时考虑了设与不设调节器2个方案。通过建立有限元梁轨相互作用模型计算,不设调节器时,桥上钢轨最大附加力达到474 kN (61 MPa),检算后各项钢轨的应力超过了钢轨允许附加应力[σ]=361 MPa,钢轨安全储备不足,并且快速制动时,钢轨相对位移大于4 mm,影响运营安全,因此采用设置调节器方案。
在西江特大桥主桥两端辅跨上设置单向调节器,通过建立模型计算,桥上附加力降低比较明显,且能完全释放梁端位移,较好解决梁轨相互作用,见图1。
3.2 伸缩预留量计算
保定爆炸调节器的预留量y是由温度变化产生的钢轨伸缩、活载对梁的作用及线路可能产生的爬行量
3个因素控制,预留量计算公式为y=y1+y2+y3+y4。其中,列车荷载作用下梁端部的最大位移量y2和钢轨在其他纵向力作用下而产生的位移量y4均可不计;y1是梁因温度变化而产生的伸缩量;y3是钢轨因温度变化产生的伸缩量。
例如常用的曲线型单向调节器(专线9761),基本轨与尖轨贴合面采用半径300 m的圆曲线,设计伸缩预留量为±500 mm[6]。以地区年温差39.7℃计算,温度跨度280 m时梁因温度变化而产生的伸缩量y1= 101 mm;钢轨因温度变化产生的伸缩量y3=131 mm,最后确定调节器的伸缩量y=232 mm。一般计算调节器的伸缩量y均不应大于允许伸缩量之半,因此设计的调节器(专线9761)伸缩量为±500 mm,具有足够的伸缩余量,满足桥上无缝线路设计使用要求。
