宝成线清江1大桥无缝线路设计说明书word资料31页.docx
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宝成线清江1大桥无缝线路设计说明书word资料31页
宝成线清江1＃大桥
桥上无缝线路设计说明书
西南交通大学土木工程学院
2005年8月
清江1#大桥
桥上无缝线路设计说明书
一、设计资料
1．线路条件
清江1#大桥全长251.29m，7×24+4×16孔径，与清江斜交，墩身为圆形独立钢筋砼墩，桥台为T型桥台，16m梁采用钢筋混凝土梁，24m梁采用后张法预应力混凝土梁，梁部及两台均为两侧人行道，人行道宽1.55m，其中1#、2#、3#、4#、5#、6#桥墩的右侧架接触网杆。
清江1#大桥北端与新上寺隧道相接，南端与上寺车站相邻。
桥台采用T形台，各墩台（除0#台外）均为4×1.25m桩基，0#为普通明挖基础，其中2#、3#、4#、5#、6#桥墩位于水中，全桥采用简支混凝土梁。
依据《新建铁路桥上无缝线路设计暂行规定》，必须对其进行无缝线路个别设计。
2．桥梁条件
清江1#大桥为有碴桥面，位于半径500m的曲线上，孔跨为7孔24m后张法预应力钢筋混凝土梁和4孔16m先张法预应力钢筋混凝土梁大桥，桥墩最大高度为14米。
桥梁墩台固定支座设在成台端，另一端为活动支座，支座类型为摇轴。
桥墩设计为重力式实体墩，桥墩台基础设计为桩基础扩大基础。
3．轨道
60kg/m钢轨，有碴轨道，弹条Ⅱ型扣件，桥上混凝土轨枕按1840根/km，不设防爬器和伸缩调节器，线路坡度为6.6‰。
4．机车
货运机车为SS4，双机地段用SS3加补；客运机车特快、快速SS9、SS7E电力机车，普通旅客列车采用SS7C，检算用列车荷载采用中—活载，旅客行车速度取V设计=95km/h；最高货车行车速度V货=80km/h。
5．钢轨温度
根据成都铁路局提供资料，参考广元地区轨温：
最高轨温58.5℃，最低轨温-8.2℃，中间轨温25.15℃，取偏高值1.85℃，锁定轨温27℃，。
该路段设计锁定轨温为27±5℃，升温时最大温差可达58.5-22.0=36.5℃，降温时最大温差可达32-（-8.2）=40.2℃。
6．桥梁资料：
详见：
《宝成线罗二段清江1#大桥》
档案编号J·BC·5Q-6-1
J·BC·5Q-6-2
J·BC·5Q-6-3
J·BC·5Q-6-4
J·BC·5Q-6-5
1）清江1#大桥总布置竣工图；
2）清江1#大桥桥址竣工图；
3）墩台，基础尺寸图，墩台基础为扩大基础；
4）相关的施工及竣工资料、桥梁复查报告。
二、结构设计
1．桥上线路位于无缝线路固定区，桥上轨条与两端路基上轨条相连接。
线路坡度为6.6‰，不设伸缩调节器和防爬器。
2.轨道结构类型：
60公斤／米钢轨；弹条Ⅱ型扣件；混凝土桥枕按1840根/km。
3．此轨条设计取锁定轨温为27℃，锁定轨温范围为（22～32℃）。
为了使包含该桥的轨条与相邻路基上轨条锁定轨温相差不大，本设计采用的锁定轨温和相邻路基上轨条的锁定轨温相一致。
4．进行施工时，应避免将器材堆放在桥梁一侧，以防止桥梁单侧承受过大的压力，引起桥梁侧翻。
三、钢轨检算
桥上无缝线路钢轨受到列车荷载、温度力、制动力以及伸缩力和挠曲力的作用。
在这些力共同作用下钢轨的应力不应超过允许值=489。
检算方法：
先分别计算出每一种力的大小，然后将他们在最不利的断面上进行组合，来检算此断面的钢轨强度。
钢轨强度检算：
轨底
轨头
其中、——分别为轨底拉应力和轨头压应力（）；
——钢轨附加伸缩力和附加挠曲力二者最大值（），由专用软件BCWR算出；
——钢轨温度应力（）；
——制动附加力（），由专用软件BCWR算出；
——钢轨允许应力（），新线一次铺设无缝线路，通常采用国产60kg/m的PD3钢轨，PD3轨极限强度≥880，按880考虑，再取0.75的系数，得其屈服强度=*0.75=880×0.75=660,考虑安全系数K，取K=1.35,则有：
=/K=660/1.35≈489（）
1.计算参数
1）桥墩刚度
桥梁固定支座编号与桥墩编号对应关系如表1所示。
2）锁定轨温
桥上无缝线路与路基无缝线路设相同的锁定轨温27±5℃，最大升温幅度为36.5℃，最大降温幅度40.2℃。
3）阻力参数
路基及桥梁上常阻力时线路阻力为70N/cm，机车下线路阻力为110N/cm。
列车荷载为中—活载。
表1墩台纵向线刚度
计算模型桥梁及墩台相关参数表
墩台编号
固定支座编号
模型计算距离（m）
墩台纵向线刚度（kN/m）
宝台
0
150000
1
1#
24
72461
2
2#
48
22641
3
3#
72
25251
4
4#
96
25251
5
5#
120
25251
6
6#
144
28278
7
7#
168
41713
8
8#
184
68071
9
9#
200
150000
10
10#
216
150000
成台
11#
232
150000
4）检算标准
①钢轨应力不得超过钢轨允许应力。
②有碴轨道断缝允许值70mm。
（参考《暂规》）
③在制动附加力计算工况下，在常阻力扣件范围内，无伸缩调节器时，梁轨相对位移不得超过4mm，有伸缩调节器时，梁轨相对位移不得超过30mm。
5）挠曲力计算的荷载图式
本桥挠曲附加力计算图式采用中—活载，分下图1所示进行加载计算，具体计算由专用软件BCWR完成。
同时对中—活载作用下梁活端迎载、梁固端迎载利用程序计算：
a．活动端迎车，邻跨无荷载
b．固定端迎车，邻跨无荷载
图1挠曲附加力计算时主桥加载示意图
2．列车作用下钢轨动弯应力计算
按照线路条件及相关技术资料，考虑轮群作用下的钢轨应力准动态计算法，用专用软件TS进行计算。
3．伸缩力计算
对伸缩力进行计算时，考虑梁在一天以内的日温差，混凝土梁取15℃的温差变化，桥上无缝线路因轨条两端固定，限制了其的伸缩，必然会形成梁轨相互作用。
对钢轨形成伸缩附加力，对于桥梁，则在固定支座所在墩台带来附加纵向力。
根据温变下梁轨相互作用原理，编制桥上无缝线路专用计算程序BCWR。
伸缩附加力图2中，钢轨最大附加压力为79.457kN，出现在226.5米处，宝台侧出现最大附加拉力，为90.126kN。
附加温度力未超限。
图2钢轨伸缩附加力图
墩台受作用力如图3所示。
图3墩台固定支座纵向受力图
各固定支座桥墩所受作用力如表2所示。
表2墩台力和墩顶位移
墩台编号
宝台
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
成台
固定支座编号
1#
2#
3#
4#
5#
6#
7#
8#
9#
10#
11#
墩台力（kN）
27.799
7.511
6.108
4.954
4.641
5.66
10.26
3.589
9.917
18.366
36.61
位移（mm）
0.767
0.663
0.484
0.392
0.368
0.4
0.492
0.105
0.132
0.245
0.488
梁轨相互作用下，伸缩附加力产生的梁轨纵向位移见图4
图4伸缩力下梁轨纵向位移图
4．挠曲力计算
梁因受列车荷载作用发生挠曲变形,上翼缘收缩下翼缘伸长，使上翼缘各点产生纵向位移,其中固定端上翼缘位移最大，活动端为零，从而使钢轨产生附加挠曲力，在位移最大的固定端附近为最大拉力。
考虑到挠曲力的大小有随列车荷载位置不同而变化的特点，我们必须通过分析，选取最不利工况进行计算。
具体计算时按不同的桥上无缝线路设计方案，不同的作用工况对其进行计算。
1）挠曲力（活载宝台侧入桥，列车荷载作用于主桥）
钢轨挠曲附加力图见图5。
挠曲最大附加压力为63.775kN，最大附加拉力为45.174kN，与伸缩附加力迭加后在钢轨容限内。
图5钢轨挠曲附加力图
梁轨相互作用下梁轨纵向位移见图6。
图6主桥受载时梁轨纵向位移图
2）挠曲力（活载成台侧入桥，列车荷载作用于主桥）
钢轨挠曲附加力图见图7。
挠曲最大附加压力为76.988N，最大附加拉力为50.679kN，与伸缩附加力迭加后在钢轨容限内。
图7钢轨挠曲附加力图
梁轨相互作用下梁轨纵向位移见图8。
图8主桥受载时梁轨纵向位移图
5．制动力作用的钢轨应力
根据试验说明，列车制动时在列车停车瞬间制动力达到最大值。
在列车前部的车轮下钢轨发生最大压力。
列车尾部的最后一车轮下钢轨发生最大拉力。
最大压力一般大于最大拉力。
无缝线路运营表明，制动力往往是线路胀轨跑道的一个重要诱因，所以有必要根据桥跨的具体情况，计算其列车制（启）动力对桥梁及无缝线路的影响，并进行最不利组合，以保证线路的安全可靠运行。
制动力的工况与桥上无缝线路设计方案相关，据方案的不同分别计算。
1）制动力（活载宝台侧入桥，作用于主桥制动）
制动力图见图9。
制动最大附加压力为135.6kN，最大附加拉力为118.03kN，与伸缩附加力迭加后在钢轨容限内。
图9主桥制动时钢轨制动附加力图
梁轨相互作用下梁轨纵向位移见图10。
图10主桥制动时梁轨纵向位移图
没有梁轨相对位移超出4mm，满足要求。
2）制动力（活载成台侧入桥，作用于主桥制动）
制动力图见图11。
制动最大附加压力为108.775kN，最大附加拉力为138.385kN，与伸缩附加力迭加后在钢轨容限内。
图11主桥制动时钢轨制动附加力图
梁轨相互作用下梁轨纵向位移见图12。
最大梁轨相对位移在容许范围内。
图12主桥制动时梁轨纵向位移图
6．力的最不利组合
根据以上对各种作用力计算结果，钢轨的动弯应力、伸缩力、挠曲力、制动力和温度力共同作用最不利的组合情况如下表3：
表3力的最不利组合
季节
力
位置
б动
бt
б伸
б挠
б制
注
夏季
固定端
（+）
（―）
（―）
（+）
（+）
（+）
（―）
（一）表示压应力
（+）表示拉应力
活动端
（+）
（―）
（―）
（―）
（―）
（+）
（―）
冬季
固定端
（+）
（―）
（+）
（―）
（+）
（+）
（―）
活动端
（+）
（―）
（+）
（+）
（―）
（+）
（―）
从表3中可见，最大压力是在夏季高温时发生在桥梁活动端处。
最大拉力是在冬季低温时，最不利位置可能发生在桥梁中间各跨的梁端部，因为靠近桥台一跨的伸缩力与挠曲力起抵消作用，而在中间各跨的梁端部，对伸缩力来说是活动端，但对挠曲力来说可能是脚跨的固定端，两种力不能叠加。
在进行作用力组合时，还应考虑到它们同时出现的机率。
如在检算桥梁活动端受压力作用时，考虑到最高温度是多年才可能偶然出现。
而在桥上制动最大压力正好发生在所检算的桥梁活动端的情况也是极少的，在这种情况下，可以不考虑制动力的组合。
7．设计锁定轨温及稳定性检算分析计算
普通的有碴轨道，在夏季高温时，在桥梁活动端钢轨受较大的压力，容易丧失稳定。
因此，对轨道稳定性进行检算。
检算办法是按部颁“统一公式”进行计算，先由公式求出轨道的允许压力。
相应算得允许的增温幅度。
清江1#大桥混凝土桥枕按1840根/km，当地最高轨温为58.5℃，最低轨温为-8.2℃；设计速度95km/h。
检算锁定轨温27±5℃，由专用软件TS完成。
机车车辆资料如下：
1）客运机车：
SS9机车，三轴电力机车，轴重21t，转向架固定轴距2150mm。
2）货运机车：
SS4机车，两轴双联电力机车，轴重23t，转向架固定轴距3000mm。
桥上最大纵坡6.6‰。
（一）、不考虑桥梁因素时（视其为
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