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        有砟軌道簡支梁橋支座位置對無縫道岔的影響分析

        2011-02-02 06:54:14浩,王
        鐵道建筑 2011年3期
        關(guān)鍵詞:橋梁

        徐 浩,王 平

        (西南交通大學(xué) 高速鐵路工程教育部重點實驗室,成都 610031)

        有砟軌道簡支梁橋支座位置對無縫道岔的影響分析

        徐 浩,王 平

        (西南交通大學(xué) 高速鐵路工程教育部重點實驗室,成都 610031)

        橋上無縫道岔的受力和變形情況比較復(fù)雜,影響因素眾多。以單組18#單開道岔鋪設(shè)在簡支梁橋上為例,建立道岔—橋梁—墩臺一體化空間計算模型。利用有限單元法,考慮固定支座在左側(cè)和右側(cè)兩種工況,分析了簡支梁橋支座位置對無縫道岔受力和變形的影響。計算結(jié)果表明,當(dāng)固定支座在右側(cè)時,基本軌的伸縮位移遠大于固定支座在左側(cè)的情況,故應(yīng)盡量避免將固定支座設(shè)置在右側(cè)。

        簡支梁橋 橋上無縫道岔 支座位置 伸縮位移

        國外高速鐵路一般不在簡支梁上鋪設(shè)無縫道岔,認為道岔跨越簡支梁梁縫時,會產(chǎn)生較大的伸縮附加力和位移,從而影響道岔的穩(wěn)定性和幾何形位。同時認為,高速列車通過簡支梁梁縫時會產(chǎn)生較大的動力沖擊作用,因此,嚴禁道岔轉(zhuǎn)轍器、轍叉等薄弱部位跨越梁縫。我國在時速200 km提速線路上因受橋梁結(jié)構(gòu)等設(shè)計限制,在簡支梁上仍布置了部分無縫道岔,同時還是遵守了尖軌、心軌不跨越梁縫等設(shè)計原則。因此,本文針對有砟軌道簡支梁上鋪設(shè)無縫道岔,通過建立“岔—梁—墩一體化”計算模型,基于有限單元法,分析了支座位置對橋上無縫道岔受力和變形的影響。

        1 計算模型及參數(shù)

        1.1 計算模型

        在有砟軌道簡支梁橋上鋪設(shè)無縫道岔時,研究支座位置變化對無縫道岔的受力和變形的影響,并能較準確地計算不同支座位置對無縫道岔受力和變形的影響,由于道岔里軌發(fā)生伸縮位移后,帶動岔枕縱向移動和偏轉(zhuǎn),一部分作用力通過扣件傳遞給基本軌,一部分作用力通過岔枕傳給道床再傳遞給橋梁,橋梁因伸縮或撓曲在梁面上產(chǎn)生縱向位移,墩臺因道岔上傳下來的力在墩頂產(chǎn)生縱向位移,并帶動橋梁產(chǎn)生縱向位移。同時,梁的位移通過道床傳到道岔上,會導(dǎo)致鋼軌中的縱向力重新分布,進而再影響橋梁的受力與變形??梢?,鋼軌、岔枕、橋梁及墩臺是一個相互作用、相互影響的耦合系統(tǒng),只有建立一體化模型,才能弄清道岔及橋梁的受力變形規(guī)律。該系統(tǒng)中各種阻力按非線性阻力考慮,同時也可考慮常阻力和線性阻力,建立有砟軌道簡支梁橋“岔—梁—墩一體化”計算模型,如圖1所示。

        圖1 岔—梁—墩一體化模型

        1.2 計算參數(shù)

        以250 km/h客運專線60 kg/m鋼軌單組18#單開道岔鋪設(shè)在9跨32 m簡支梁上為例,無縫道岔布置在中間三跨梁上。

        有砟軌道線路縱向阻力按每枕12 kN計算,岔區(qū)每枕縱向阻力按枕長分布為4.6 kN/m,軌枕間距為0.6 m??奂枇θ棰蛐涂奂?,常阻力值為12.5 kN/組。道岔采用雙限位器,其阻力取為分段線性阻力,當(dāng)限位器子母塊貼靠,兩軌相對位移<1 mm時,限位器阻力取為1.5×105kN/m;當(dāng)兩軌相對位移>1 mm時,限位器阻力取為6×104kN/m,限位器子母塊間隙取為7 mm。道岔長翼軌間隔鐵阻力采用線性阻力,取為5×104kN/m。

        橋梁溫度變化幅度為15℃。兩邊橋臺的墩臺縱向剛度為1×107kN/m,中間橋墩的剛度均為1×105kN/m。梁跨為整體箱梁,截面形心距上翼緣為1.626 6 m,距下翼緣為1.577 4 m,截面慣性矩為3.704 4 m4/線[1-2]。道岔—橋梁布置如圖2所示。

        圖2 道岔—橋梁布置示意

        2 計算結(jié)果與分析

        2.1 計算工況

        支座的布置形式主要考慮每跨簡支梁上左側(cè)為固定支座,右側(cè)為活動支座,道岔里軌的伸縮位移方向與橋梁伸縮位移方向相反,將此種支座布置方式(見圖2)視為工況一。

        工況二:岔橋布置方式仍如圖2所示,所不同的是每跨簡支梁上左側(cè)為活動支座,右側(cè)為固定支座,道岔里軌的伸縮位移方向與橋梁伸縮位移方向相同。

        計算中道岔溫度變化為50℃,橋梁溫度變化為15℃。

        2.2 計算結(jié)果分析

        2.2.1 基本軌的伸縮力

        兩種支座布置形式下橋上無縫道岔基本軌伸縮力比較見圖3,鋼軌縱向力以壓力為正。從圖3可見,道岔范圍內(nèi)基本軌的縱向力分布規(guī)律完全相同,說明道岔里軌的伸縮起著主導(dǎo)作用,即使橋梁伸縮位移與里軌伸縮位移方向相同,岔區(qū)范圍內(nèi)的梁軌相對位移也未發(fā)生大的變化,因而由里軌通過道床傳遞至基本軌的附加力是相同的;在道岔前后,普通橋上無縫線路鋼軌伸縮附加力分布規(guī)律則相反,工況一在橋梁右端出現(xiàn)最大附加壓力,工況二在左橋臺處出現(xiàn)最大附加壓力,該區(qū)域已遠離岔區(qū),僅有橋梁伸縮在起作用,因而鋼軌伸縮附加力的分布規(guī)律與普通橋上無縫線路是一致的。

        2.2.2 基本軌與橋梁的伸縮位移

        不同支座布置形式的橋上無縫道岔鋼軌與橋梁伸縮位移如圖4所示,圖4中鋼軌及橋梁位移以向右為正。由圖4可見,當(dāng)橋梁伸縮位移與道岔里軌伸縮位移方向相同時,基本軌的伸縮位移方向全部向左,最大伸縮位移達到7.7 mm,遠大于工況一情況下的3.0 mm,這種布置方式明顯會造成無縫道岔較大的縱向爬行,對保持道岔的穩(wěn)定性是不利的,應(yīng)盡量避免采用橋梁支座布置方式。

        圖3 基本軌伸縮附加力比較

        圖4 基本軌與橋梁伸縮位移比較

        2.2.3 其它計算結(jié)果

        簡支梁支座不同布置形式時道岔尖軌與心軌尖端處的枕軌相對位移、傳力部件的縱向力、墩臺縱向力等計算結(jié)果比較如表1所示。表1中鋼軌位移及墩臺縱向力以向右為正。

        3 結(jié)論與建議

        1)計算表明,簡支梁固定支座布置在右側(cè)與布置在左側(cè),對道岔里軌伸縮位移、傳力部件受力影響不大,這一規(guī)律與基本軌伸縮附加力相同;岔前梁端直基本軌折斷后,斷縫及非折斷鋼軌的附加拉力略有增大。

        2)固定支座布置在右側(cè)時,右橋臺要承受4根鋼軌的伸縮附加力,固定支座布置在左側(cè)時,左橋臺只承受2根鋼軌的伸縮附加力,兩者受力有較大差別。

        3)從每一梁跨傳遞至固定支座所在橋墩上的縱向力來看,固定支座布置在右側(cè),橋梁與道岔里軌伸縮方向相同時,橋墩所受縱向力較固定支座布置在左側(cè)時有所降低,這種布置方式對橋墩的受力是有利的。

        [1]王平,劉學(xué)毅.無縫道岔計算理論與設(shè)計方法[M].成都:西南交通大學(xué)出版社,2007:254-257.

        [2]曹洋,王平,陳嶸.連續(xù)梁橋上無縫道岔斷軌力計算分析[J].交通運輸工程與信息學(xué)報,2009,7(4):33-37.

        [3]趙才友,王平.特殊工況下橋上縱連板式無砟軌道無縫道岔溫度力研究[J].鐵道建筑,2010(6):104-107.

        [4]劉衍峰,高亮,馮雅薇.橋上無縫道岔受力與變形的有限元分析[J].北京交通大學(xué)學(xué)報,2006,30(1):66-70.

        [5]楊榮山,劉學(xué)毅,王平.簡支梁橋上無縫道岔縱向力影響因素分析[J].西南交通大學(xué)學(xué)報,2008,43(5):666-672.

        [6]曾志平,陳秀芳,趙國藩.連續(xù)梁橋上無縫道岔伸縮力與位移計算[J].交通運輸工程學(xué)報,2006,6(1):34-38.

        U213.6;U448.21+7

        A

        1003-1995(2011)03-0090-03

        2010-09-29;

        2010-12-15

        國家自然科學(xué)基金資助項目(51008256)

        徐浩(1989— ),男,湖北天門人,博士研究生。

        (責(zé)任審編 白敏華)

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