7 无缝线路技术 - 桥上无缝线路课件讲解

五、桥上无缝线路设计Page

1（一）桥上无缝线路的优点可以减轻列车车轮对桥梁的冲击改善列车和桥梁的运营条件延长设备使用寿命减少养护维修工作量这些优点在行车速度提高时尤为显著。Page

2（二）桥上无缝线路的受力特点

桥上无缝线路不同于一般铺设在路基上的无缝线路。桥跨结构因温度变化而伸缩，同时受到列车荷载作用而挠曲，因此，桥上无缝线路除受机车车辆荷载，轨温变化和列车制动作用外，还将受到桥跨结构伸缩变形引起的伸缩附加力和挠曲变形引起的挠曲附加力。与此同时，钢轨也对桥跨结构施加大小相等方向相反的反作用力。桥上无缝线路一旦断裂，不仅危及行车安全，也将对桥跨结构造成断轨附加力，所有这些附加力均将通过桥跨结构而作用于墩台上。Page

3（三）桥上无缝线路的设计要求严格控制轨道与桥梁相互作用的附加力；控制长轨条的纵向力，保证无缝线路稳定性和钢轨强度；控制钢轨折断时的断缝，确保行车安全；控制桥梁墩台的纵向水平力值，确保桥梁的安全使用。

设计桥上无缝线路时，为保证轨道及桥梁结构的安全,提高行车的平稳性和舒适性，在设计中必须充分考虑无缝线路与桥梁的相互作用：Page

4（四）桥上无缝线路的扣件布置扣件布置原则：大跨度、高墩桥梁减小扣件纵向阻力，小跨度、矮墩桥梁增大扣件纵向阻力。长期运营实践证明，使用小阻力扣件有利于减小墩台和轨道结构受力。同时使用小阻力扣件是避免采用钢轨伸缩调节器的最有效措施。但是过小的扣件纵向阻力会使焊接长钢轨低温断裂后产生过大的轨缝，影响行车安全。因此，扣件纵向阻力要有个合理的取值。Page

5（五）桥上无缝线路的伸缩调节器布置对混凝土梁桥：根据墩台受力检算，能不设钢轨伸缩调节器尽可能不设，为使混凝土连续梁的固定墩受力减小，也可在中跨的跨中设置双向调节器，只当混凝土连续梁的梁长很长或条件困难的情况下才在梁的两端分别设置调节器。对钢梁桥：因梁的伸缩位移量很大，为补偿钢梁位移引起的钢轨位移，应在梁端设置钢轨伸缩调节器。Page

6伸缩调节器Page

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桥上无缝线路设计除计算长钢轨的温度力作用之外，还应计算桥上纵向附加力作用，包括：伸缩力、挠曲力、断轨力。伸缩力、挠曲力经常作用于桥梁，是主力荷载。断轨力偶尔作用于桥梁，是特殊荷载。（六）桥上无缝线路的附加力Page

81、伸缩力

梁跨结构因温度变化而伸缩。在明桥面上，梁跨结构（翼缘）产生的伸缩位移，受到梁轨间联结的约束，使钢轨产生纵向附加力的作用。在有砟桥上，道床也对梁、轨间的相对位移产生约束阻力，使钢轨形成附加纵向力。伴随温度变化，因梁轨相对位移而产生的钢轨纵向附加力称之为伸缩力。Page

9梁位移钢轨位移温度力作用下梁、轨位移Page

102、挠曲力

在列车荷载作用下，梁跨结构因挠曲引起梁轨相对位移而产生的钢轨纵向附加力称之为挠曲力。Page

11Δ0/2Δ0/2Δ0Δ0h1h2lΔxPage

123、断轨力

因桥上长钢轨折断，引起桥跨结构与长钢轨相对纵向位移而产生的纵向力称为断轨力。断轨力通过梁、轨间的约束传递于墩台的固定支座。Page

13①桥梁固定支座是理想的铰支座，不计活动支座对梁体纵向位移的影响；②梁体温度变化仅为单方向的升温和降温，不考虑梁温升降的交替变化；③计算挠曲力时，简支梁按两跨梁上布置列车荷载计算，连续梁在边跨（1跨）或固定支座至梁端的多跨梁上布置荷载计算；④不考虑伸缩力、挠曲力的相互影响，伸缩力、挠曲力分别计算。1、计算假定

（七）伸缩力、挠曲力计算方法

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14（1）力学平衡方程（2）变形协调方程（3）边界条件2、基本方程式Page

15（1）力学平衡方程

在钢轨计算长度范围内，截取微段长度dx，其受力如图所示：钢轨微段受力示意图

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16(7-69)(7-70)(7-71)Page

17(7-72)Page

18（2）变形协调方程

一般情况下，在梁跨某个部位存在梁、轨相对位移为零（即轨、梁的位移量相等）的点，由此建立梁轨变形协调方程：A、第一变形协调方程(6-73)Page

19梁位移钢轨位移温度力作用下梁、轨位移FHxPage

20竖向荷载作用下梁、轨伸缩位移

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21(7-74)(7-75)Page

22B、第二变形协调方程

位于无缝线路固定区的桥梁，在伸缩力和挠曲力的分布范围内，钢轨拉伸和压缩变形的代数和应为零，其变形协调方程式为：(7-76)Page

23（3）边界条件

在无缝线路固定区，发生钢轨位移的起点及终点，其位移及钢轨附加力均为零，即存在下列边界条件：Page

24(7-73)(7-76)(7-72)(7-77)(7-78)Page

25伸缩力计算

在桥上无缝线路设计中，线路纵向阻力取为常数，由（7-69）可知，其长钢轨的纵向附加力是呈折线变化的，梁轨间约束阻力r在各梁跨的梁、轨位移相等点发生方向变化，与之对应的钢轨纵向附加力图的斜率也发生改变。作为伸缩力计算例题，拟定简支梁的伸缩力变化如图1所示，并可通过逐步试算的方法求解，具体说明如下：(7-69)Page

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27ABCMrrrrr0r0l0Pk1lk2P2P3P1Nl01y0yAyByCyk1=△k1yk2=△k2梁位移曲线钢轨位移曲线Pk2L=32mL=32mlk1图1Page

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计算从第一跨固定端开始，先假定一个l0值，根据温度力图逐步计算钢轨的位移，并根据梁轨位移协调条件计算出各跨梁轨位移相等的位置lki值，在此基础上，验算钢轨的变形协调条件是否成立，若条件不满足，则重新设定l0值继续上述计算步骤，直至钢轨第二变形协调条件满足为止。

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29(a)(b)Page

30(c)Page

31ABCMrrrrr0r0l0Pk1lk2P2P3P1Nl01y0yAyByCyk1=△k1yk2=△k2梁位移曲线钢轨位移曲线Pk2L=32mL=32mlk1图1Page

32Page

33(d)(e)Page

34ABCMrrrrr0r0l0Pk1lk2P2P3P1Nl01y0yAyByCyk1=△k1yk2=△k2梁位移曲线钢轨位移曲线Pk2L=32mL=32mlk1图1Page

35（f）Page

36Page

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38挠曲力计算梁跨结构在列车荷载作用下发生挠曲，致使其翼缘发生纵向位移。对于上承式简支梁，一般需计算其上翼缘的位移。以简支梁为例，说明列车荷载作用下，梁体上翼缘纵向位移计算方法。将列车荷载化为均布荷载q，如图2（a）所示。1）列车荷载作用下简支梁纵向位移计算Page

39中—活载图式(距离以m计)ZK标准活载图式Page

40图2上承简支梁上缘位移计算图Δ0/2Δ0/2Δ0Δ0h1h2lΔxPage

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442）单跨加载条件下，简支梁挠曲力计算

单跨简支梁挠曲力（活动端迎车）计算为例进行说明，其钢轨挠曲力及梁、轨位移曲线如图3所示。线路阻力为常数。Page

45l1l0lkP1r1r2r3r4P2K图3活动端迎车挠曲力计算图Page

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48(a)(b)

以上两个方程包含两个未知数l0、lK，可以通过数值方法求解，从而可计算出挠曲力和钢轨位移。计算方法与伸缩力计算基本相同。

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50挠曲力计算参数及其计算步骤

已知上承式钢板梁桥，跨度32m，扣件布置为1-8-1，机车荷载位于桥梁固定端。当分段长度a=2m时，梁的上翼缘纵向位移计算值见表7-1。表7-1梁的上翼缘纵向位移计算值Page

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52l1l0lkP1r1r2r3r4P2KPage

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54①②Page

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56l1l0lkP1r1r2r3r4P2KPage

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当钢轨受到最大温度拉力和附加伸缩力的共同作用时，钢轨可能断裂。为了保证行车安全，要求在两力作用下发生的钢轨断缝值小于允许值，断缝值可按下式计算：1）断缝计算（八）断缝和断轨力计算方法

式中：——线路纵向阻力；——附加伸缩力产生的最大位移(mm)；——允许短轨轨缝长度(mm)。Page

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当钢轨断裂后，纵向力就作用在桥梁墩台和固定支座上，按一跨简支梁长（或一连续梁长）之内的线路纵向力之和计算，但断轨力不大于最大温度拉力，于是可得断轨力计算公式为：2）断轨力计算式中：——一跨简支梁或一连续梁的长度。

无论是单线还是双线桥，只计算一根钢轨的断轨力。Page

60（1）有砟轨道线路纵向阻力取值应符合以下规定：1、基本参数

（A）桥上与桥梁两端路基采用一致的轨道结构：计算伸缩力，纵向阻力取70N/cm；计算挠曲力，轨面无载时，纵向阻力取70N/cm；轨面有载时，机车下纵向阻力取110N/cm，车辆下纵向阻力取70N/cm。（B）桥上与桥梁两端路基采用不一致的轨道结构（桥上无缝线路扣件扣压力及摩擦系数低于路基无缝线路）：线路纵向阻力r(N/cm)值应按下式计算：

r=2ζPμ/aζ线路纵向阻力系数，P－单个扣件的扣压力（N）；μ－钢轨与轨下胶垫的综合摩擦系数；a－轨枕间距(cm)。（九）桥上无缝线路设计

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61（A）钢梁桥上采用K型分开式扣件，扣件布置形式为1（紧）－n（松）－1（紧）（螺母扭力矩80～120N·m），线路纵向阻力r（N/cm）值应按下式计算：

r=2ζ(P1+nP2)μ/[(n+1)a]

ζ－线路纵向阻力系数，P1－扣紧轨底时K型扣件扣压力，取7500kN；P2－不扣紧轨底时K型扣件扣压力，取500kN；μ－钢轨与轨下胶垫的综合摩擦系数；a－轨枕间距（cm）（B）混凝土桥梁无砟轨道，线路纵向阻力r（N/cm）值应按下式计算：

r=2ζPμ/a（2）无砟轨道线路纵向阻力取值应符合以下规定：Page

622、桥上无缝线路纵向附加力计算规定

（1）伸缩力和挠曲力等跨混凝土简支梁位于无缝线路（60kg/m轨）固定区时，其相邻桥墩纵向水平线刚度之差小于较小墩的50％时，伸缩力可按附表7-1取值；采取中－活载设计的桥梁，挠曲力按附表7-2取值；采用ZK标准活载设计的桥梁，挠曲力按附表7-3取值。简支梁位于无缝线路伸缩区时，伸缩力T1（N）按下式计算：

T1＝rL式中，r－伸缩区线路纵向阻力（N/cm）；L－简支梁的跨度（cm），若L大于无缝线路伸缩区长度，L取用伸缩区长度。转到下一页Page

63返回附表7-1固定区单股钢轨作用于桥梁的伸缩力Page

64返回附表7-2设计荷载采用中-活载时，单股钢轨作用于桥梁的挠曲力Page

65返回附表7-3设计荷载采用ZK标准活载时，单股钢轨作用于桥梁的挠曲力Page

66在连续梁的一端设置钢轨伸缩调节器时，伸缩力T1（N）按下式计算：T1＝rL式中:r－伸缩区线路纵向阻力（N/cm）；L－连续梁的梁长（cm），若L大于伸缩区长度，L取伸缩区长度。在连续梁的中部或两端设置钢轨伸缩调节器时，无缝线路作用在连续梁桥墩的伸缩力可不计。连续梁位于无缝线路固定区时，伸缩力与挠曲力应根据桥上无缝线路设计规定专门计算。

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（2）断轨力简支梁桥位于无缝线路固定区时，断轨力Ts按下式计算：Ts＝rL式中，r－固定区线路纵向阻力（N/cm）；L－简支梁的跨度(cm)，若L大于断轨时伸缩区长度，L取断轨时伸缩区长度。若在连续梁中部设置钢轨伸缩调节器，断轨力按下式计算：Ts＝rL/2式中，

r－线路纵向阻力（N/cm）；L－连续梁梁长(cm)，若L/2大于无缝线路断轨时所形成的伸缩区长度，L/2取断轨时伸缩区长度。Page

683、计算内容允许温升计算允许温降计算设计锁定轨温计算单元轨节布置钢轨伸缩调节器设置纵向力组合及墩台检算Page

69（1）允许温升计算

桥上无缝线路允许温升应根据线路稳定性计算确定，并考虑无缝线路纵向力的影响。桥上无缝线路允许温升按下式计算：Page

70（2）允许温降计算

桥上无缝线路允许温降由钢轨强度检算确定，并考虑无缝线路纵向力的影响。允许温降按下式计算：Page

71（3）设计锁定轨温计算

桥上无缝线路设计锁定轨温应根据气象资料、允许温降、允许温升计算确定，并应满足桥上无缝线路断缝检算要求。同时还应满足无缝线路相邻单元轨节间的锁定轨温差不大于5℃，同一设计锁定轨温无缝线路区段内单元轨节的最高与最低锁定轨温差不大于10℃。桥上无缝线路设计锁定轨温按下式计算。Page

72（4）单元轨节布置

桥上无缝线路由一个或若干个单元轨节组成，并应与桥梁两端路基无缝线路焊联，使之成为区间无缝线路的一部分，在连续梁的两端设置钢轨伸缩调节器时，单元轨节宜按梁分段；在连续梁的跨中或一端设置钢轨伸缩调节器时，单元轨节的长度可根据线路条件等因素确定。Page

73（5）钢轨伸缩调节器设置钢轨伸缩调节器的设置部位与数量应视桥梁墩台及线路设计情况确定。温度跨度大于100m的钢梁，应在活动支座梁端设置一组钢轨伸缩调节器。(温度跨度是指桥墩相邻两联梁（含简支梁）固定支座间的距离，或与桥台毗邻的桥墩固定支座至桥台挡砟墙间的距离)温度跨度大于120m的混凝土连续梁，应设置一组或多组钢轨伸调节器，多联连续梁可考虑共用钢轨伸缩调节器。Page

74钢轨伸缩调节器不应设置在曲线半径R≤1500m的曲线上，也不宜设置在竖曲