無軌道在城際軌道交通線中的應(yīng)用

隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，城市群區(qū)域合作的加快，具有快速運(yùn)輸、安全舒適、低環(huán)境影響的快速城市軌道交通正在加速建設(shè)，如中國長江三角洲的寧杭州市中心、咸寧市中心、珠江三角洲的大城市、武漢城市群的轉(zhuǎn)移瘤、武先生、武孝、武黃等長距離公共交通城市。在城際鐵路無砟軌道與橋梁接口設(shè)計(jì)中,梁端扣件節(jié)點(diǎn)間距不能滿足規(guī)范要求的問題越來越突出,本文結(jié)合廣珠城際工程實(shí)際,對(duì)梁端扣件節(jié)點(diǎn)間距超過規(guī)范650mm要求的問題進(jìn)行設(shè)計(jì)方案探討。1梁端扣除件的連接距離超過650mm1.1線上簡(jiǎn)支梁的布置城際鐵路多修在城市群,沿線經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá),受地形條件的限制,選線時(shí)3000m以下的曲線半徑不可避免。以廣珠城際為例,全線的曲線半徑絕大多數(shù)在1600~4000m范圍,在曲線上架設(shè)橋梁時(shí),因現(xiàn)行的簡(jiǎn)支梁通用圖為直線梁,在曲線上布置簡(jiǎn)支梁時(shí)形成扇形口梁縫,扇形口的最小值取決于橋梁鋪設(shè)時(shí)100mm的施工要求,簡(jiǎn)支梁在梁縫處的布置示意圖如圖1所示。扇形口梁縫與曲線半徑有關(guān),曲線半徑越小,扇形口開口值越大。1.2道板長度類型在鐵道部經(jīng)規(guī)院頒發(fā)的CRTSI型板式無砟軌道通用參考圖中,梁端軌道板長度類型共2種:3685mm與4856mm,其中3685mm長度的軌道板板端距軌道板上最外一組扣件距離為260.5mm,4856mm的梁端軌道板板端扣件最小距離為268.5mm。1.3給梁縫的最大出現(xiàn)通道即以32m簡(jiǎn)支梁為例,梁縫處軌道板板端距軌道板上最外一組扣件距離為260.5mm,按此計(jì)算,當(dāng)扣件節(jié)點(diǎn)間距為650mm時(shí),橋梁梁縫的最大值為129mm(650-260.5×2=129mm),若考慮橋梁徐變上拱的影響,留給橋梁梁縫的最大值應(yīng)小于129mm。而32m簡(jiǎn)支梁在曲線上布置時(shí),由于扇形口的存在,當(dāng)曲線半徑在3000m以下時(shí),梁端的扣件節(jié)點(diǎn)間距將超過650mm。在城際軌道交通設(shè)計(jì)中,受地形的限制,曲線半徑在3000m以下較普通,因此梁端的扣件節(jié)點(diǎn)間距超過規(guī)范650mm規(guī)定的問題尤為突出,須開展進(jìn)一步的研究。2軌道板板端間距為解決梁端扣件節(jié)點(diǎn)間距超過650mm的問題,對(duì)設(shè)計(jì)規(guī)范、CRTSI型軌道板通用參考圖進(jìn)行了分析研究,擬采用突破設(shè)計(jì)規(guī)范的思路,將梁縫處扣件節(jié)點(diǎn)最大間距放大至725mm,將軌道板板端第一組扣件與板端距離縮短至225mm。以32m簡(jiǎn)支梁為例,設(shè)計(jì)方案梁縫處橋上扣件節(jié)點(diǎn)間距典型立面布置圖如圖2所示。3計(jì)方案分析論證為保證列車運(yùn)行的安全性、可靠性,必須對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析論證,下面從鋼軌撓度、梁縫處最大扣件節(jié)點(diǎn)間距斷縫時(shí)鋼軌彈性擠開量、板端混凝土剪切應(yīng)力3個(gè)方面進(jìn)行論證分析。3.1不同觸發(fā)點(diǎn)之間的距離的鋼筋壓力測(cè)試3.1.1扣件剛度分析60kg/m鋼軌,彈性模量E=2.1×107N/cm2,水平軸慣性矩3217cm4,下部斷面系數(shù)396cm3,上部斷面系數(shù)339cm3;扣件WJ-7B型,扣件剛度=30kN/mm;計(jì)算軸重17t。3.1.2方案應(yīng)用邊界條件針對(duì)32m簡(jiǎn)支梁,常規(guī)扣件間距(圖3中b值)取636mm時(shí),分析梁縫處扣件間距(圖3中a值)取636mm、650mm和725mm3種情況的設(shè)計(jì)方案。對(duì)于每種方案計(jì)算當(dāng)輪重分別作用于圖3中①、②、③、④、⑤所示5個(gè)位置時(shí)梁縫處鋼軌的位移、彎矩和應(yīng)力,每種方案共5個(gè)計(jì)算工況。為以下分析描述方便,對(duì)各計(jì)算方案和計(jì)算工況編號(hào)如表1所示。3.1.3評(píng)估指標(biāo)按照廣州試驗(yàn)段板式無砟軌道技術(shù)轉(zhuǎn)讓資料中日方提出的鋼軌撓度的增加量不大于0.15mm的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)來評(píng)判。3.1.4比扣件節(jié)點(diǎn)間距經(jīng)檢算,梁縫處扣件節(jié)點(diǎn)間距725mm比扣件節(jié)點(diǎn)間距650mm的鋼軌撓度增加0.111mm,滿足鋼軌撓度的增加量不大于0.15mm的要求。3.2在打開和縫紉最大觸發(fā)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)距離時(shí)，確認(rèn)鋼的彈性壓縮3.2.1扣件垂向剛度60kg/m鋼軌,鋼軌偏心距e=23mm;扣件WJ-7B型扣件垂向剛度:KV=30kN/mm,橫向剛度:KH=120kN/mm;設(shè)計(jì)荷載:0.6UIC;橫向力:40kN。3.2.2當(dāng)前項(xiàng)目的施工按大梁縫處最大扣件節(jié)點(diǎn)間距分別為725mm、700mm和650mm3種工況進(jìn)行斷縫處鋼軌彈性擠開量計(jì)算。3.2.3順車軌軌彈性擠開量允許值分析根據(jù)鐵道科學(xué)研究院主持的部控科研項(xiàng)目《客運(yùn)專線無碴軌道無縫線路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的研究》(鐵建技(2005)第13號(hào))研究成果,車輪運(yùn)行在車輪與軌頭工作面接觸點(diǎn)至車輪輪緣范圍內(nèi)均能復(fù)位,能夠保證車輪安全運(yùn)營的水平距離為11.5mm,因此11.5mm為順車軌軌頭彈性擠開量最大限值,考慮安全儲(chǔ)備,取安全系數(shù)1.3,則彈性擠開量允許值[δ]=8.8mm。3.2.4鋼管彈性擠開量計(jì)算分別對(duì)扣件節(jié)點(diǎn)間距為725mm、700mm和650mm3種工況進(jìn)行斷縫處鋼軌彈性擠開量檢算,結(jié)果如表2所示。由表2可以看出:扣件節(jié)點(diǎn)間距越大,順車軌懸臂越長,斷縫處的鋼軌彈性擠開量越大;當(dāng)扣件節(jié)點(diǎn)間距達(dá)到725mm時(shí),斷縫處的鋼軌彈性擠開量為8.04mm,小于彈性擠開量的限值8.8mm,可滿足要求。3.3混凝土剪切應(yīng)力為了減小梁縫處扣件節(jié)點(diǎn)間距的距離,將通用圖梁端軌道板板端第一組扣件與板端最小距離縮短至225mm,為此須對(duì)軌道板內(nèi)預(yù)埋扣件套管處的混凝土剪切應(yīng)力進(jìn)行檢算。3.3.1設(shè)計(jì)參數(shù)鋼軌:60kg/m;荷載:0.6UIC;扣件:WJ-7B型,扣件阻力7kN/m/軌;輪軌的粘著系數(shù)取值0.164。3.3.2當(dāng)前項(xiàng)目的施工檢算軌道板內(nèi)預(yù)埋扣件套管處縱向受力時(shí)混凝土剪切應(yīng)力。3.3.3預(yù)埋扣件套管處軌道板混凝土剪切應(yīng)力按CRTSI型板式無砟軌道技術(shù)轉(zhuǎn)讓資料提供的檢算方法及檢算指標(biāo)評(píng)判:預(yù)埋扣件套管處軌道板混凝土剪切應(yīng)力應(yīng)不大于0.3MPa,當(dāng)混凝土剪切應(yīng)力超過0.3MPa時(shí),應(yīng)計(jì)算補(bǔ)強(qiáng)鋼筋,但剪切應(yīng)力不能超過0.7MPa。3.3.4預(yù)埋螺栓套管處剪切應(yīng)力經(jīng)過檢算,梁端軌道板板端第一組扣件與板端最小距離縮短至225mm,預(yù)埋螺栓套管處的剪切應(yīng)力計(jì)算滿足混凝土剪切應(yīng)力不大于0.3MPa的要求。3.4縫處最大扣件節(jié)點(diǎn)間距斷縫綜上所述,當(dāng)梁縫處扣件節(jié)點(diǎn)間距達(dá)到725mm時(shí),梁縫處鋼軌撓度、梁縫處最大扣件節(jié)點(diǎn)間距斷縫時(shí)鋼軌彈性擠開量均滿足相關(guān)評(píng)判標(biāo)準(zhǔn),梁縫處扣件節(jié)點(diǎn)最大間距放大至725mm的設(shè)計(jì)方案可行,通過對(duì)板端混凝土剪切應(yīng)力檢算,將軌道板板端第一組扣件與板端距離縮短至225mm方案可行。4梁縫處最大扣件節(jié)點(diǎn)間距以廣珠城際軌道交通工程為實(shí)例,對(duì)城際軌道交通橋梁梁端扣件節(jié)點(diǎn)間距進(jìn)行了分析研究,通過研究得出以下結(jié)論:(1)梁縫處鋼軌彎矩、應(yīng)力及動(dòng)位移隨著扣件節(jié)點(diǎn)間距的增大而增大,因此梁端扣件間距不能任意放大,城際軌道交通梁端扣件節(jié)點(diǎn)間距在動(dòng)態(tài)最不利的情況下,必須嚴(yán)格控制在725mm以內(nèi)。(2)梁縫處的扣件節(jié)點(diǎn)間距越大,順車軌懸臂越長,斷縫處的鋼軌彈性擠開量越大;當(dāng)扣件節(jié)點(diǎn)間距達(dá)到725mm時(shí),斷縫處的鋼軌彈性擠開量已經(jīng)接近了彈性擠開量的限值。(3)梁縫處扣件節(jié)點(diǎn)間距越大,扣件上拔力也隨著增大,為