无轨道在城际轨道交通线中的应用

无轨道在城际轨道交通线中的应用

随着经济和社会的发展，城市群区域合作的加快，具有快速运输、安全舒适、低环境影响的快速城市轨道交通正在加速建设，如中国长江三角洲的宁杭州市中心、咸宁市中心、珠江三角洲的大城市、武汉城市群的转移瘤、武先生、武孝、武黄等长距离公共交通城市。在城际铁路无砟轨道与桥梁接口设计中,梁端扣件节点间距不能满足规范要求的问题越来越突出,本文结合广珠城际工程实际,对梁端扣件节点间距超过规范650mm要求的问题进行设计方案探讨。1梁端扣除件的连接距离超过650mm1.1线上简支梁的布置城际铁路多修在城市群,沿线经济发达,受地形条件的限制,选线时3000m以下的曲线半径不可避免。以广珠城际为例,全线的曲线半径绝大多数在1600~4000m范围,在曲线上架设桥梁时,因现行的简支梁通用图为直线梁,在曲线上布置简支梁时形成扇形口梁缝,扇形口的最小值取决于桥梁铺设时100mm的施工要求,简支梁在梁缝处的布置示意图如图1所示。扇形口梁缝与曲线半径有关,曲线半径越小,扇形口开口值越大。1.2道板长度类型在铁道部经规院颁发的CRTSI型板式无砟轨道通用参考图中,梁端轨道板长度类型共2种:3685mm与4856mm,其中3685mm长度的轨道板板端距轨道板上最外一组扣件距离为260.5mm,4856mm的梁端轨道板板端扣件最小距离为268.5mm。1.3给梁缝的最大出现通道即以32m简支梁为例,梁缝处轨道板板端距轨道板上最外一组扣件距离为260.5mm,按此计算,当扣件节点间距为650mm时,桥梁梁缝的最大值为129mm(650-260.5×2=129mm),若考虑桥梁徐变上拱的影响,留给桥梁梁缝的最大值应小于129mm。而32m简支梁在曲线上布置时,由于扇形口的存在,当曲线半径在3000m以下时,梁端的扣件节点间距将超过650mm。在城际轨道交通设计中,受地形的限制,曲线半径在3000m以下较普通,因此梁端的扣件节点间距超过规范650mm规定的问题尤为突出,须开展进一步的研究。2轨道板板端间距为解决梁端扣件节点间距超过650mm的问题,对设计规范、CRTSI型轨道板通用参考图进行了分析研究,拟采用突破设计规范的思路,将梁缝处扣件节点最大间距放大至725mm,将轨道板板端第一组扣件与板端距离缩短至225mm。以32m简支梁为例,设计方案梁缝处桥上扣件节点间距典型立面布置图如图2所示。3计方案分析论证为保证列车运行的安全性、可靠性,必须对设计方案进行分析论证,下面从钢轨挠度、梁缝处最大扣件节点间距断缝时钢轨弹性挤开量、板端混凝土剪切应力3个方面进行论证分析。3.1不同触发点之间的距离的钢筋压力测试3.1.1扣件刚度分析60kg/m钢轨,弹性模量E=2.1×107N/cm2,水平轴惯性矩3217cm4,下部断面系数396cm3,上部断面系数339cm3;扣件WJ-7B型,扣件刚度=30kN/mm;计算轴重17t。3.1.2方案应用边界条件针对32m简支梁,常规扣件间距(图3中b值)取636mm时,分析梁缝处扣件间距(图3中a值)取636mm、650mm和725mm3种情况的设计方案。对于每种方案计算当轮重分别作用于图3中①、②、③、④、⑤所示5个位置时梁缝处钢轨的位移、弯矩和应力,每种方案共5个计算工况。为以下分析描述方便,对各计算方案和计算工况编号如表1所示。3.1.3评估指标按照广州试验段板式无砟轨道技术转让资料中日方提出的钢轨挠度的增加量不大于0.15mm的检验标准来评判。3.1.4比扣件节点间距经检算,梁缝处扣件节点间距725mm比扣件节点间距650mm的钢轨挠度增加0.111mm,满足钢轨挠度的增加量不大于0.15mm的要求。3.2在打开和缝纫最大触发点的节点距离时，确认钢的弹性压缩3.2.1扣件垂向刚度60kg/m钢轨,钢轨偏心距e=23mm;扣件WJ-7B型扣件垂向刚度:KV=30kN/mm,横向刚度:KH=120kN/mm;设计荷载:0.6UIC;横向力:40kN。3.2.2当前项目的施工按大梁缝处最大扣件节点间距分别为725mm、700mm和650mm3种工况进行断缝处钢轨弹性挤开量计算。3.2.3顺车轨轨弹性挤开量允许值分析根据铁道科学研究院主持的部控科研项目《客运专线无碴轨道无缝线路设计标准的研究》(铁建技(2005)第13号)研究成果,车轮运行在车轮与轨头工作面接触点至车轮轮缘范围内均能复位,能够保证车轮安全运营的水平距离为11.5mm,因此11.5mm为顺车轨轨头弹性挤开量最大限值,考虑安全储备,取安全系数1.3,则弹性挤开量允许值[δ]=8.8mm。3.2.4钢管弹性挤开量计算分别对扣件节点间距为725mm、700mm和650mm3种工况进行断缝处钢轨弹性挤开量检算,结果如表2所示。由表2可以看出:扣件节点间距越大,顺车轨悬臂越长,断缝处的钢轨弹性挤开量越大;当扣件节点间距达到725mm时,断缝处的钢轨弹性挤开量为8.04mm,小于弹性挤开量的限值8.8mm,可满足要求。3.3混凝土剪切应力为了减小梁缝处扣件节点间距的距离,将通用图梁端轨道板板端第一组扣件与板端最小距离缩短至225mm,为此须对轨道板内预埋扣件套管处的混凝土剪切应力进行检算。3.3.1设计参数钢轨:60kg/m;荷载:0.6UIC;扣件:WJ-7B型,扣件阻力7kN/m/轨;轮轨的粘着系数取值0.164。3.3.2当前项目的施工检算轨道板内预埋扣件套管处纵向受力时混凝土剪切应力。3.3.3预埋扣件套管处轨道板混凝土剪切应力按CRTSI型板式无砟轨道技术转让资料提供的检算方法及检算指标评判:预埋扣件套管处轨道板混凝土剪切应力应不大于0.3MPa,当混凝土剪切应力超过0.3MPa时,应计算补强钢筋,但剪切应力不能超过0.7MPa。3.3.4预埋螺栓套管处剪切应力经过检算,梁端轨道板板端第一组扣件与板端最小距离缩短至225mm,预埋螺栓套管处的剪切应力计算满足混凝土剪切应力不大于0.3MPa的要求。3.4缝处最大扣件节点间距断缝综上所述,当梁缝处扣件节点间距达到725mm时,梁缝处钢轨挠度、梁缝处最大扣件节点间距断缝时钢轨弹性挤开量均满足相关评判标准,梁缝处扣件节点最大间距放大至725mm的设计方案可行,通过对板端混凝土剪切应力检算,将轨道板板端第一组扣件与板端距离缩短至225mm方案可行。4梁缝处最大扣件节点间距以广珠城际轨道交通工程为实例,对城际轨道交通桥梁梁端扣件节点间距进行了分析研究,通过研究得出以下结论:(1)梁缝处钢轨弯矩、应力及动位移随着扣件节点间距的增大而增大,因此梁端扣件间距不能任意放大,城际轨道交通梁端扣件节点间距在动态最不利的情况下,必须严格控制在725mm以内。(2)梁缝处的扣件节点间距越大,顺车轨悬臂越长,断缝处的钢轨弹性挤开量越大;当扣件节点间距达到725mm时,断缝处的钢轨弹性挤开量已经接近了弹性挤开量的限值。(3)梁缝处扣件节点间距越大,扣件上拔力也随着增大,为