周杰
摘要 无缝线路是轨道现代化的一项重要技术措施，具有行车平稳、减少养护维修工作量、延长设备使用寿命、提高旅客舒适度等优点，可以大大降低轮轨撞击所产生的振动、噪声等环境污染。另外，钢桁梁桥在温度跨度等于lOOm时，因钢梁伸缩和活载影响将产生20mm～40mm的轨缝，由于梁、轨的材质不同，在温度变化因素作用下的纵向变形也不同，纵向变形受到限制时就会转化为内应力。如果钢轨所承受的内应力与其他各种应力叠加后超过钢轨的容许应力，将会影响到轨道的安全性、稳定性，危及行车安全。解决这一问题的措施之一是铺设钢轨伸缩调节器。以阻断无缝线路钢轨伸缩对桥梁梁体及墩台状态的影响，确保行车安全。本文以大准铁路黄河特大桥为例，对既有钢桁梁桥上无缝线路进行检算，为桥上无缝线路的设计和施工提供技术支持，同时也为设备使用单位的日常检查和安全管理提供参考。
关键词 无缝线路；钢桁梁；温度力；伸缩力；挠曲力；纵向力
中图分类号TG
文献标识码A
文章编号1674-6708（2015）155-0060-05
1 既有设备情况
黄河特人桥位于大准线DK223+136. 67 DK223+771. 09之间，为单线桥。桥跨组成为：大（同）方台+9×32m混凝土简支梁+（96+132+96）m下承式钢桁梁桥+薛（家湾）方台。本桥位于平坡、直线段，在人同侧桥台路基线路为R-800m曲线，住准旗侧桥台路基线路为曲线半径R-600m的黄河隧道。混凝土梁固定支座在大同方向，钢桁梁固定支座在10号墩（如图1）。
1.1 桥上无缝线路布置和钢轨伸缩调节器位置
桥上既有轨道为：钢轨为60kg/m、U71钢轨，在钢桁梁的两梁端处各设置一组单向钢轨伸缩调节器，调节器尖轨朝梁外方向，基本轨与混凝土梁及薛方台路基长钢轨焊联。本桥所处地区历年最高气温为38℃，最低气温为30.9℃。路基无缝线路设计锁定轨温范围为20±5℃。混凝土梁轨道采用有碴、III混凝土桥枕、弹条II型扣件，钢桁梁采用木枕、弹条刚性扣件。
1.2 钢轨伸缩调节器参数
本桥共采用2组钢轨温度调节器，产品图号为研线0618（09），允许伸缩最lOOOrnm。
2 无缝线路温度力
2.1 设计锁定轨温
2.1.1 允许温升
1）计算参数
曲线半径：直线
轨枕布置：1810根/km
钢轨附加纵向压力：OkN/轨
钢轨类型：60kg/m
轨道横向阻力型式：II型枕（B1840）、曲线半径R>800m
初始弯曲波长L0=7.2m，初始弯曲矢度f0=7.2mm，允许横向变形[f]=0.2mm。
2）计算结果
采用不等变形波长理论，其计算模型及计算公式如图3所示。
2.1.2 允许温降
1）计算参数
荷载类型：前进型QJ蒸汽机车，速度：80km/h
钢轨类型：60kg/m。
2）计算结果
采用TDS计算得到轨底动弯应力分布如图4所示，动载系数Kd=1+α+β=1.640，综合动载系数Zd=（1+α+β）f=2.050。钢轨允许温降[△Td]=76.2℃，由强度允许温降决定。
2.1.3 设计锁定轨温范围
1）计算参数
地区：大淮线黄河特人桥，最高轨温Tmax=58℃，最低轨温Tmin=-30.9℃，允许温升[△Tu]=50.O℃，允许温降[△Td]=76.2℃，锁定轨温上下限幅度△Ts=±5℃。
2） 计算结果
计算得到，中和温度Te=20℃，设计锁定轨温范同Ts=20±5℃，即：15℃～25℃.
最大温升幅度△Tumax=43.O℃<=[△Tu]，最大温降幅度△Tdmax=55.9℃<=[△Td]。
校验结果：合格！
2.2 断缝检算
2.2.1计算参数
钢轨类型：60kg/m，钢轨温降△Td=-43℃，有碴轨道，断缝允许值[λ]=8cm，线路阻力区段如图5所示。
2.3 桥上无缝线路纵向力
2.3.1 伸缩力
1）混凝土梁桥
如图9所示，建立混凝土梁伸缩力模型。采用BCWR5.O计算，计算得到墩台承受无缝线路伸缩力T1的值如下表所列，钢轨纵向力及梁轨位移如图7所示，钢轨纵向力及墩台T1分布如图8所示。由此得到，混凝土梁固定墩最大T1出现在伸缩区的起点，即T1=249.6kN/轨（计算叠代误差原因，计算结果为254.2kN/轨），伸缩区起点钢轨截面最大纵向位移31.1mm（该值也是调节器的基本轨最大位移量）。
2）钢桁梁桥
由于在钢桁梁两梁端各设置一组钢轨伸缩调节器，因此，钢桁梁固定墩承受梁上长钢轨伸缩力T1、挠曲力T2、断轨力T3均为O。
但是，由于温差影响，钢桁梁内长钢轨在夏季和冬季存在温度力。如图9所示，夏季钢轨最大温升幅度为43℃时的钢桁梁内长钢轨温度力（压力）分布。由此可见，在桥梁中部钢轨最大温度压力为345.4kN/轨。同样可以得到，冬季钢轨最大温降幅度为-55.9℃时的长钢轨温度力（拉力）分布，如图10所示。由此可见，在桥梁中部钢轨最大温度压力为592. 6kN/轨。
因此，工务部门在钢桁梁内进行抬道作业时，同样应遵守允许轨温作业条件。
2.3.2 挠曲力
由于在钢桁梁两梁端各设置一组钢轨伸缩调节器，因此，钢桁梁固定墩承受梁上长钢轨伸缩力T1、挠曲力T2、断轨力T3均为O。故在此略去钢桁梁挠曲力计算。
混凝土梁伸缩区：
从5.1伸缩力计算可知，伸缩区由伸缩力控制，因此，以下计算固定区挠曲力。如图11所示，建立挠曲力计算模型。采用BCWR5.O计算得到各墩承受挠曲力如下表所列。
由此得到固定区车前挠曲力T2=110.2kN/轨。图12、图13分别为钢轨挠曲力及各墩T2分布。
2.3.3 断轨力
由于在钢桁梁两梁端各设置一组钢轨伸缩调节器，因此，钢桁梁固定墩承受梁上长钢轨伸缩力Tl、挠曲力T2、断轨力T3均为O。
混凝土梁伸缩区不计断轨力，即T3=O。固定区断轨力为满孔线路阻力，即T3=32×8.8=281.6kN/轨。
2.3.4 制动力
由于本桥为单线桥，制动力T4属附加力，T4值按现行桥规取梁上满孔（联）一线列车静载的10%，且T4已在桥梁设计中检算过，故在此不再进行检算。
2.3.5 纵向力小结
从以上计算可以得到混凝土梁固定墩纵向力如表1所示。
2.3.6 墩顶纵向力组合
采用BCWR软件计算，得到墩顶纵向力组合如下。
1）伸缩区
按“主力”检算，取δ=1，组合值为：2股钢轨伸缩力传递，Fl=199.2kN。
2）固定区
（1）按“主力”检算，取6=1，组合值为：
2 股钢轨挠曲力传递，Fl=220.4kN。
（2）按“主力+特殊荷载”检算，取δ=1.35，组合值为：
1股钢轨挠曲力，另1股钢轨断轨力传递，F3=391.8kN。
2.4 桥墩检算
选取伸缩区较不利的固定墩8#墩进行检算，8#墩为空心墩，墩底空心截面为较不利截面，因此检算该截面应力。
2.4.1 荷载
墩顶承受左右两侧32m梁的恒载相同，即N1=N2=1117.3kN。
根据《丰镇至准格尔线黄河特大桥施工设计4、5、6、7、8桥墩详图》，8号墩墩帽及墩身空心部分的钢筋及混凝土重为：
N3-126.8×25+ （338.6-21.1）×25=11032.5kN
8#墩顶无缝线路纵向力：Fl=499.2kN。
2.4.2 墩底空心截面计算
墩底空心部分截面如图14所示，b=4.63m，h=5.22m，a=0.04m。
墩身采用250号钢筋混凝土，n=15，弹性模量Eh=2.9×l07kN/㎡。钢筋为A3钢，其允许应力[σ g]=130MPa。
该截面至墩顶高H=0. 36+2.1+417-6=43.16m。
因此，在主力F1作用下，8号墩墩底空心截面混凝土、钢筋应力和稳定性均合格。
3 设有温度调节器的无缝线路养护维修注意事项
无缝线路在钢桁梁的两梁端各设置了一组单向调节器，与调节器基本轨焊联的长钢轨在一定范围内处于无缝线路伸缩区。防止无缝线路胀轨跑道、防止轨道爬行、以及确保钢轨调节器的安全使用是本桥无缝线路养护维修的重点。为此，线路养护部门应注意以下几点。
包括混凝土梁范围和钢桁梁范围内的长钢轨，在冬、夏季节均存在较大的温度力，养护维修工作应严格按照有关无缝线路的作业允许轨温进行作业。
养护维修作业方法的制定应使无缝线路在作业后能迅速恢复到验收状态为前提。
在桥上无缝线路在冬、夏季节应加强无缝线路的位移观测。
4）桥台外线路应加强锁定，加大扣件扭矩，防止桥台外线路爬行造成桥上无缝线路锁定轨温改变。
4 结论
本文在认真分析大准铁路黄河特大桥钢轨伸缩调节器设置条件及依据的基础上，详细的分析了钢桁梁桥上无缝线路受力的特点、特性，通过数据演算，明确了无缝线路钢桁梁桥上设置温度调节器的必要性和可行性。
参考文献
[1]铁路桥隧建筑物大修维修规则.
[2]对称连续梁桥上无缝线路最大温度跨度适应性研究.铁道工程学报，2013 （10）.
[3]钢轨伸缩调节器结构与布置研究，2011.
