范俊毅

（中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 武漢 430063）

懷邵衡鐵路沅江特大橋按新建雙線鐵路橋梁設(shè)計(jì)，其橋梁主跨設(shè)計(jì)方案之一是按鋼桁拱設(shè)計(jì)，橋梁全長(zhǎng)857.90m，橋梁梁跨布置為3×24.6m簡(jiǎn)支梁＋4×32.6m 簡(jiǎn)支梁＋（40m＋64m＋40 m）連續(xù)梁＋（115 m＋230 m＋115 m）鋼桁拱＋1×32.6m 簡(jiǎn)支梁（梁跨順序按從小里程往大里程方向），除鋼桁拱采用的材料為鋼梁外，其余梁跨均為混凝土梁。橋上采用有砟軌道結(jié)構(gòu)，其中鋼軌采用60kg／m 重型軌，彈條Ⅴ形扣件，III形混凝土軌枕，一級(jí)碎石道砟。整座橋梁處于直線平坡地段，大橋鋼桁拱聯(lián)長(zhǎng)為460m，橋上無(wú)縫線路縱向力分析根據(jù)梁、軌相互作用的原理進(jìn)行計(jì)算，見圖1。

圖1 沅江特大橋全橋縱斷面布置示意圖

1 橋上無(wú)縫線路縱向力計(jì)算原理

橋上無(wú)縫線路縱向力包括伸縮力、撓曲力、斷軌力和制動(dòng)力。伸縮力是指橋梁與鋼軌因溫度變化產(chǎn)生的縱向相對(duì)位移引起的縱向力；撓曲力是指因橋梁在列車荷載作用下產(chǎn)生撓曲，引起橋梁與鋼軌縱向相對(duì)位移而產(chǎn)生的縱向力；斷軌力是指因鋼軌折斷引起橋梁與鋼軌縱向相對(duì)位移而產(chǎn)生的縱向力；牽引／制動(dòng)力是指由列車在橋梁上起動(dòng)或制動(dòng)，引起橋梁與鋼軌縱向相對(duì)位移而產(chǎn)生的縱向力［1］。

由上述定義可以看出，由于溫度的變化、列車荷載的作用或冬季鋼軌折斷，橋梁與鋼軌之間產(chǎn)生縱向相對(duì)位移，因線路縱向阻力的作用，梁軌縱向相對(duì)位移必然受到約束，因此梁軌間產(chǎn)生大小相等、方向相反的縱向力，致使梁軌產(chǎn)生變形。這樣橋梁和鋼軌就組成了一個(gè)互相平衡的力學(xué)體系。

橋上無(wú)縫線路縱向力計(jì)算根據(jù)上述梁軌相互作用原理建立模型計(jì)算。在實(shí)際計(jì)算中，一般取需要計(jì)算的主要梁跨及其臨近的5～6孔簡(jiǎn)支梁參與橋上無(wú)縫線路計(jì)算，但是鑒于沅江特大橋橋跨數(shù)量較少，取沅江特大橋所有橋跨參與橋上無(wú)縫線路計(jì)算。

2 橋上無(wú)縫線路計(jì)算參數(shù)

（1）氣溫、軌溫。當(dāng)?shù)貥O端最高氣溫為40.8℃，極端最低氣溫為－8.3 ℃。最高軌溫采用60.8 ℃，最低軌溫采用－8.3 ℃。

（2）梁溫度差取值。有砟軌道混凝土梁為15℃，鋼梁為25 ℃。

（3）設(shè)計(jì)荷載。采用鐵路荷載為中－活載。

（4）線路縱向阻力取值。有砟軌道除采用小阻力扣件地段外，線路縱向阻力取道床縱向阻力，鋪設(shè)小阻力扣件地段線路縱向阻力取扣件縱向阻力。橋上采用彈條V 形扣件地段，計(jì)算縱向力時(shí)取道床縱向阻力為15kN／m／軌。橋上采用彈條V 形小阻力扣件地段，計(jì)算縱向力時(shí)取扣件縱向阻力為8kN／m／軌。

3 橋上無(wú)縫線路設(shè)計(jì)

3.1 橋上無(wú)縫線路設(shè)計(jì)方案

沅江特大橋鋼桁拱聯(lián)長(zhǎng)為115m ＋230m ＋115m，鋼桁拱兩端的溫度跨度分別為385 m 和147m，根據(jù)《鐵路軌道設(shè)計(jì)規(guī)范》［2］的規(guī)定：溫度跨度大于100m 的鋼梁，每一溫度跨度應(yīng)鋪設(shè)一組鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器。因此根據(jù)規(guī)范的規(guī)定即使不直接計(jì)算，也可以判斷需在該特大橋的鋼桁拱上設(shè)置鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器。并且在實(shí)際計(jì)算中不考慮鋪設(shè)鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器的情況下，橋上無(wú)縫線路鋼軌承受的應(yīng)力超過(guò)了規(guī)范容許的鋼軌應(yīng)力值。因此，沅江特大橋上必須設(shè)置鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器，否則將危及行車安全。但考慮到鋼桁拱的縱向位移較大，為使鋼桁拱及其墩臺(tái)受力均衡，不考慮在鋼桁拱的跨中設(shè)置鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器的方案，而是在鋼桁拱的兩端設(shè)置鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器，這樣不僅可以降低橋上無(wú)縫線路長(zhǎng)鋼軌的縱向力，還可以降低橋梁墩臺(tái)受到的縱向水平力。

3.2 設(shè)計(jì)方案具體內(nèi)容

在鋼桁拱的兩端設(shè)置4組單向鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器，其長(zhǎng)度為11.4 m，鋼桁拱梁端的伸縮位移量為±220mm，而鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器基本軌的最大伸縮量不小于±250 mm，可以滿足使用要求，并且鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器基本軌始端和尖軌跟端焊接接頭距離鋼桁拱的兩端距離至少2 m，從而避開梁端伸縮縫位置，緊靠鋼桁拱小里程一側(cè)的40 m＋64m＋40m連續(xù)梁范圍內(nèi)均為無(wú)縫線路伸縮區(qū)，鋼桁拱大里程一側(cè)的1×32.6 m 簡(jiǎn)支梁及其路基上75m 范圍內(nèi)也是無(wú)縫線路伸縮區(qū)。

一般在橋上設(shè)置鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器時(shí)，同時(shí)在其基本軌一側(cè)100m 范圍內(nèi)設(shè)置小阻力扣件，但是考慮到實(shí)際施工中的方便及其他因素，在鋼桁拱小里程一側(cè)的40m＋64m＋40m 連續(xù)梁和鋼桁拱大里程一側(cè)的1×32.6 m 簡(jiǎn)支梁及其路基上75m 范圍內(nèi)設(shè)置彈條V 形小阻力扣件，降低線路縱向阻力，便于鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器的伸縮。在其他簡(jiǎn)支梁上（固定區(qū)）采用與橋梁兩端路基一致的軌道結(jié)構(gòu)。橋上和路基地段線路道床肩寬均為45cm，砟肩堆高15cm，橋上無(wú)縫線路鎖定軌溫與橋梁兩端路基上無(wú)縫線路鎖定軌溫一致。

3.3 橋上無(wú)縫線路縱向力計(jì)算結(jié)果

在沅江特大橋鋼桁拱兩端設(shè)置鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器的情況下，計(jì)算得到的各固定墩在各種工況下承受的無(wú)縫線路附加力見表1。

表1 沅江特大橋各固定墩在各種工況下承受的無(wú)縫線路附加力

表1中的斷軌力是按常量阻力進(jìn)行計(jì)算的，當(dāng)斷軌力計(jì)算值大于固定區(qū)鋼軌溫度力時(shí)，斷軌力取固定區(qū)鋼軌溫度力，并且當(dāng)橋梁位于伸縮區(qū)時(shí)，作用在墩臺(tái)上的斷軌力可不計(jì)。由表1可以看出，鋼桁拱的固定墩（即12號(hào)墩）在伸縮和撓曲工況下所承受的無(wú)縫線路附加力都較小，而與鋼桁拱相鄰的40m＋64m＋40 m 連續(xù)梁和32 m簡(jiǎn)支梁承受的無(wú)縫線路附加力較大，但是其余梁跨承受的無(wú)縫線路附加力均較小，這是由于鋼桁拱兩端設(shè)置鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器以后，有一部分無(wú)縫線路縱向力釋放到了臨近鋼桁拱的梁跨上的緣故。

4 結(jié)語(yǔ)

沅江特大橋鋼桁拱由于溫度跨度很大，經(jīng)過(guò)檢算必須采用鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器，但是鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器是軌道的薄弱環(huán)節(jié)，一般設(shè)計(jì)中應(yīng)該盡量少用或不用，原則上只在橋上或岔區(qū)無(wú)縫線路并經(jīng)過(guò)檢算必須采用時(shí)方可使用，而且實(shí)際施工完成后，對(duì)橋上鋪設(shè)鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器的地段應(yīng)加強(qiáng)維護(hù)，以保證行車安全。

［1］TB10015 鐵路無(wú)縫線路設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：中國(guó)鐵道出版社，2005.

［2］TB10082鐵路軌道設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：中國(guó)鐵道出版社，2013.