铁路工程通用参考图的修订与应用

铁路工程通用参考图的修订与应用

1道而非塔线段的道架与挡墙距离铁路桥梁设计的基本标准（bt10002.1-2005）在原来的基础上进行了修订。修订的内容包括列车的最高行驶速度、桥梁结构的正常使用期限、梁水平的开口和频率的限制。另外,调整了道碴桥面轨下枕底道碴的厚度,增加了挡碴墙内侧距线路中心距离的规定等。基于修订后的新规范,铁道部经济规划研究院发布了铁路工程建设通用参考图。以通桥(2005)2101(以下简称“通桥2101”)为例,其适用范围中明确最小曲线半径为1200m。然而在实际设计中,站线和牵出线的曲线半径往往小于1200m,超过这种T梁的应用范围。针对这个问题,本文从结构受力中两片式简支曲线上梁活载偏载系数及桥梁构造出发,分析500～1200m半径区段采用新通用参考图的可行性。2曲线梁的基本布局及测点布置一般预应力混凝土简支T梁的设计须从强度、刚度、耐久性三方面出发,选定截面形式、梁的高度和其他各主要部分的尺寸,检算其强度、抗裂性、应力、裂缝宽度及变形。对于曲线梁的受力情况来说,活载偏载系数是一个关键因素。本文从T梁布置在不同的小半径曲线上时的活载偏载系数与通用图中明确的适用条件计算出的活载偏载系数比较,确认其是否能适用于小半径曲线上。位于曲线上的两片式简支梁,由于线路中线与梁中线的偏移、离心力的作用和超高的设置,将使每片梁发生偏载,从而使得梁各截面的弯矩和剪力比直线上梁增大(减小)。严格来说,此时每片梁除产生平面弯曲外还伴随着扭转,但由于两片T梁采用预应力混凝土横隔板连接成整体,扭矩的影响很小。设计时为简化计算,T梁按平面弯曲考虑,仅采用活载偏载系数来反映弯矩和剪力的增大。对道碴桥面T梁来说,活载是通过枕木和道碴传递到梁上的,由于梁的刚度比道碴刚度大得多,可以作出以下假设:(1)假定作用在梁顶部的荷载强度按直线分布;(2)荷载通过枕木在枕底道碴按1∶1坡度分布;(3)线路沿梁长方向的曲线形状按抛物线变化。由此可以推导出梁弯矩偏载系数、剪力偏载系数的数学表达式。曲线梁平面布置示意见图1。图1中,l1、l2——线路中线分别至外侧和内侧分布线脚的距离;L——计算跨度;m——活载外侧与内侧分布线脚处的强度比,其中,m=σ1σ2=l1+l2+bel1+l2−be;m=σ1σ2=l1+l2+bel1+l2-be;e——梁顶处的活载合力作用点距l1+l2的中点距离;f——桥墩中心距为弦长的中矢;f1——梁中心线为弦长的中矢;x——计算截面至梁端的距离。外梁弯矩偏载系数η0Mx=2[(1+m)(l1+l2)+(m−1)(l2−f1)](1+m)(l1+l2)2×[l1+f1−f3+2f3L2x(L−x)]ηΜx0=2[(1+m)(l1+l2)+(m-1)(l2-f1)](1+m)(l1+l2)2×[l1+f1-f3+2f3L2x(L-x)]内梁弯矩偏载系数η1Mx=2[2(l1+l2)+(m−1)(l2−f1)](1+m)(l1+l2)2×[l2−f1+f3−2f3L2x(L−x)]ηΜx1=2[2(l1+l2)+(m-1)(l2-f1)](1+m)(l1+l2)2×[l2-f1+f3-2f3L2x(L-x)]外梁剪力偏载系数η0Qx=2[(1+m)(l1+l2)+(m−1)(l2−f1)](1+m)(l1+l2)2×[l1+f1−f3+2f3L2x(2L−3x)]ηQx0=2[(1+m)(l1+l2)+(m-1)(l2-f1)](1+m)(l1+l2)2×[l1+f1-f3+2f3L2x(2L-3x)]内梁剪力偏载系数η1Qx=2[2(l1+l2)+(m−1)(l2−f1)](1+m)(l1+l2)2×[l2−f1+f3−2f3L2x(2L−3x)]ηQx1=2[2(l1+l2)+(m-1)(l2-f1)](1+m)(l1+l2)2×[l2-f1+f3-2f3L2x(2L-3x)]表1～表4为《铁路线路设计规范》(GB50090—2006)中规定的在不同的速度下,困难地段线路平面最小曲线半径以及计算得出的T梁活载偏载系数与通桥2101中设计速度160km/h、最小曲线半径1200m时得到的活载偏载系数比较。从上表可见:小半径情况下,由于列车速度较低,内、外梁活载剪力偏载系数均小于通桥2101适用条件下的活载偏载系数;内、外梁活载弯矩偏载系数500m半径时小于通桥2101,600、800m半径时由于行车速度加快,略大于通桥2101,超过最多的为32m跨、600m半径的情况,但也仅为1.35%。因此可以认为在时速120km及以下的情况下,曲线半径500～800m时,T梁的计算荷载基本不超过通桥2101的计算荷载,结构在受力方面满足规范要求。3t梁跨径测长和边跨径根据《铁路桥涵设计基本规范》(TB10002.1—2005)3.3.6条要求,道碴槽挡碴墙内侧距线路中心不应小于2.2m,轨下枕底道碴厚度不应小于0.30m。而99版的桥规规定道碴槽顶面外缘宽度不宜小于3.9m,轨下枕底道碴厚度不应小于0.25m。规范修改的原因有两点:一是因提速列车技术要求的提高,混凝土桥跨结构有碴轨道桥面道床厚度应适当加大,以减少提速列车对桥梁的冲击。由于道床厚度加大,原规范的不宜小于3.9m道碴桥面的道碴槽顶面外缘宽度已不能满足构造要求,因此需要相应加宽;二是为满足采用大型养路机械的桥梁养护需要。通桥2101设计的道碴槽挡碴墙内侧距线路中心为2.25m,比规范要求的多了5cm。所以,只要T梁在曲线布置时偏距不大于10cm,利用通桥2101的宽度富裕量,还是能满足规范要求。根据不同最小曲线半径及梁跨曲线布置偏距详见表5。从表5可见,800m半径时,24m及以下跨径的T梁能满足要求;600m半径时,20m及以下跨径的T梁能满足要求;500m半径时,只有16m跨径的T梁能满足要求。4半经使用要求(1)从受力角度出发,在活载增加及其小或者减小的情况下,完全能满足通桥2101T梁500～1