劉 巍

(中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司，陜西西安710043)

大西線渭洛河橋位于渭南市北，全長71.351k m，主跨采用7聯(lián)(48+4×80+48)m連續(xù)梁，設(shè)計梁縫初始值為300 mm，考慮溫度變化、梁體收縮徐變、橋梁支座預(yù)偏等因素引起梁縫變化，梁縫最大值為554 mm，按照軌枕中心至梁端距離220 mm計算，梁縫處最大軌枕間距可達(dá)到994 mm。列車通過較大的鋼軌支承間距時，在相鄰鋼軌支承點中部將引起鋼軌較大的垂向、橫向位移，形成短波不平順，列車對軌道及下部結(jié)構(gòu)的沖擊作用加劇，降低旅客乘車舒適性，縮短軌道結(jié)構(gòu)及部件的使用壽命;同時，鋼軌內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力集中，嚴(yán)重時甚至可能危及行車安全。因此，需要在梁端鋼軌支承間距過大處采取加強措施，避免或降低線路位移過大、剛度不均、應(yīng)力集中等問題，降低梁縫處軌道結(jié)構(gòu)不平順，提高列車運行安全性和舒適性。

1 大梁縫地段軌道設(shè)計方案

國內(nèi)外對于梁縫處軌枕支承間距超限的問題，主要有四種方案。

(1)方案一:加大鋼軌截面。采用鋼軌加強措施，加大鋼軌截面積，能夠減小鋼軌豎向位移、降低鋼軌應(yīng)力。

(2)方案二:設(shè)置BWG梁端抬枕裝置。在鋼軌外側(cè)設(shè)置兩根縱梁，縱梁安裝在梁縫兩側(cè)各兩根軌枕上，起到“扁擔(dān)”作用，在梁縫處增加鋼枕，與兩側(cè)縱梁連接固定，在鋼枕上安裝扣件支承鋼軌。當(dāng)梁縫變化時，通過剪刀形位移分配裝置調(diào)整鋼枕位置，改變扣件節(jié)點間距。如圖1所示。

圖1 BWG梁端抬枕裝置

(3)方案三:過渡板。設(shè)置跨梁縫過渡板，過渡板結(jié)構(gòu)由過渡板和限位板組成，過渡板底面設(shè)板式支座，板端部設(shè)限位結(jié)構(gòu)限制過渡板在橫向的移動，限位板通過梁面預(yù)埋鋼筋與橋梁相連。如圖2所示。

(4)方案四:混凝土墊梁。墊梁跨越梁縫，搭接在梁縫兩側(cè)的梁跨上。墊梁支承在底座上，通過固定端傳力鍵和活動端縱肋實現(xiàn)限位。墊梁與底座接觸面固定端一側(cè)鋪設(shè)土工布隔離層，滑動端一側(cè)設(shè)置不銹鋼摩擦副或不銹鋼板與高密度聚乙烯板滑動副，以保證墊梁與底座之間能夠相對滑動。如圖3所示。

上述四種方案比較及應(yīng)用情況如表1所示。

2 大西線大梁縫地段軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計

綜上分析，墊梁結(jié)構(gòu)可與區(qū)間采用基本一致的軌道結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)整體性好，能夠適應(yīng)超大梁縫情況。通過加強現(xiàn)場施工管理可以達(dá)到預(yù)期目的。推薦大西線渭洛河特大橋大跨連續(xù)梁大梁縫地段采用墊梁結(jié)構(gòu)。

圖2 梁端過渡板

圖3 混凝土墊梁

表1 梁端處理方案比較

2.1 墊梁結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1.1 軌枕及扣件

采用與區(qū)間一致的SK－2型雙塊式軌枕和WJ－8型扣件，有利于保持軌道結(jié)構(gòu)基本統(tǒng)一，剛度均勻。

2.1.2 墊梁

墊梁內(nèi)配置鋼筋籠，縱橫向鋼筋交叉處以及與軌枕桁架鋼筋交叉處均進(jìn)行絕緣。

2.1.3 底座

墊梁下部設(shè)置混凝土底座，混凝土底座采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土強度等級 C40，高度約100 mm，寬度與墊梁等寬。

底座內(nèi)配置單層鋼筋網(wǎng)片。固定端傳力鍵凹槽四周設(shè)置斜筋，防止沿凹槽四周產(chǎn)生裂縫。

底座頂面水平，在固定端傳力鍵對應(yīng)位置設(shè)置凹槽，凹槽四周均粘貼橡膠墊片。在墊梁縱肋對應(yīng)位置設(shè)置滑動槽。底座與墊梁的水平接觸面采用打磨工藝打磨平整、光滑，并設(shè)置不銹鋼板摩擦副，以保證底座與墊梁之間能夠充分滑動。

跨越梁縫處底座斷開，在墊梁下填充擠塑聚苯乙烯泡沫塑料板，以緩解梁端轉(zhuǎn)角對墊梁和上部軌道結(jié)構(gòu)的影響。

2.2 結(jié)構(gòu)計算分析

2.2.1 有限元模型及參數(shù)

建立“梁－板－板”有限元計算模型，對墊梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力分析。其中，鋼軌采用梁單元來模擬;扣件采用線性彈簧單元模擬;墊梁、底座均用殼單元來模擬，由于模型中僅考慮豎向荷載的作用，墊梁的凸臺和縱肋可看作與底座板是一體的;橋梁采用實體單元模擬。模型如圖4所示，計算參數(shù)如表2所示。

圖4 墊梁有限元模型

表2 計算參數(shù)表

續(xù)表2

2.2.2 不同荷載工況墊梁的分析

考慮的荷載主要有:列車荷載、溫度荷載、梁端轉(zhuǎn)角，并按1.0系數(shù)進(jìn)行荷載組合。其中列車荷載取為300 kN，作用在墊梁中部時為最不利工況;溫度荷載僅考慮垂向溫度的影響，溫度梯度取45℃/m。墊梁上下表面的溫度差△t=45×0.35=15.75℃;梁端轉(zhuǎn)角按橋梁與橋梁間的相對轉(zhuǎn)角限值2‰rad進(jìn)行計算。不同荷載工況下墊梁受力計算結(jié)果如表3所示。

表3 不同荷載工況下墊梁受力計算結(jié)果

當(dāng)梁縫伸長時，墊梁懸空的長度更大，墊梁受力更為不利。按梁縫最大伸長量為0.53 m，即梁縫寬度0.6 m進(jìn)行計算，結(jié)果匯總?cè)绫?。

表4 梁縫增大至0.6 m后墊梁受力計算結(jié)果

隨著梁縫寬度的加大，列車荷載作用下的墊梁縱、橫向彎矩均增大。梁縫寬度由0.3 m增至0.6 m，列車荷載作用下墊梁的縱向彎矩增加1%，橫向彎矩增加12%。

由表3與表4可知，墊梁的最大等效應(yīng)力4.48 MPa，小于混凝土軸心抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值fck=26.8 MPa，滿足設(shè)計要求。

3 結(jié)論

通過以上分析計算，可得到如下結(jié)論:

(1)采用在梁端設(shè)置墊梁結(jié)構(gòu)可解決大跨度橋梁大梁縫地段軌枕間距超限較大的情況。

(2)通過建立有限元模型，分析了在列車荷載、溫度荷載、梁端轉(zhuǎn)角、梁體伸縮等荷載工況下，墊梁的彎矩、位移與應(yīng)力，經(jīng)檢算，墊梁的強度滿足規(guī)范要求。

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