無軌道在城際軌道交通線中的應用

無軌道在城際軌道交通線中的應用

隨著經(jīng)濟和社會的發(fā)展，城市群區(qū)域合作的加快，具有快速運輸、安全舒適、低環(huán)境影響的快速城市軌道交通正在加速建設，如中國長江三角洲的寧杭州市中心、咸寧市中心、珠江三角洲的大城市、武漢城市群的轉(zhuǎn)移瘤、武先生、武孝、武黃等長距離公共交通城市。在城際鐵路無砟軌道與橋梁接口設計中,梁端扣件節(jié)點間距不能滿足規(guī)范要求的問題越來越突出,本文結合廣珠城際工程實際,對梁端扣件節(jié)點間距超過規(guī)范650mm要求的問題進行設計方案探討。1梁端扣除件的連接距離超過650mm1.1線上簡支梁的布置城際鐵路多修在城市群,沿線經(jīng)濟發(fā)達,受地形條件的限制,選線時3000m以下的曲線半徑不可避免。以廣珠城際為例,全線的曲線半徑絕大多數(shù)在1600~4000m范圍,在曲線上架設橋梁時,因現(xiàn)行的簡支梁通用圖為直線梁,在曲線上布置簡支梁時形成扇形口梁縫,扇形口的最小值取決于橋梁鋪設時100mm的施工要求,簡支梁在梁縫處的布置示意圖如圖1所示。扇形口梁縫與曲線半徑有關,曲線半徑越小,扇形口開口值越大。1.2道板長度類型在鐵道部經(jīng)規(guī)院頒發(fā)的CRTSI型板式無砟軌道通用參考圖中,梁端軌道板長度類型共2種:3685mm與4856mm,其中3685mm長度的軌道板板端距軌道板上最外一組扣件距離為260.5mm,4856mm的梁端軌道板板端扣件最小距離為268.5mm。1.3給梁縫的最大出現(xiàn)通道即以32m簡支梁為例,梁縫處軌道板板端距軌道板上最外一組扣件距離為260.5mm,按此計算,當扣件節(jié)點間距為650mm時,橋梁梁縫的最大值為129mm(650-260.5×2=129mm),若考慮橋梁徐變上拱的影響,留給橋梁梁縫的最大值應小于129mm。而32m簡支梁在曲線上布置時,由于扇形口的存在,當曲線半徑在3000m以下時,梁端的扣件節(jié)點間距將超過650mm。在城際軌道交通設計中,受地形的限制,曲線半徑在3000m以下較普通,因此梁端的扣件節(jié)點間距超過規(guī)范650mm規(guī)定的問題尤為突出,須開展進一步的研究。2軌道板板端間距為解決梁端扣件節(jié)點間距超過650mm的問題,對設計規(guī)范、CRTSI型軌道板通用參考圖進行了分析研究,擬采用突破設計規(guī)范的思路,將梁縫處扣件節(jié)點最大間距放大至725mm,將軌道板板端第一組扣件與板端距離縮短至225mm。以32m簡支梁為例,設計方案梁縫處橋上扣件節(jié)點間距典型立面布置圖如圖2所示。3計方案分析論證為保證列車運行的安全性、可靠性,必須對設計方案進行分析論證,下面從鋼軌撓度、梁縫處最大扣件節(jié)點間距斷縫時鋼軌彈性擠開量、板端混凝土剪切應力3個方面進行論證分析。3.1不同觸發(fā)點之間的距離的鋼筋壓力測試3.1.1扣件剛度分析60kg/m鋼軌,彈性模量E=2.1×107N/cm2,水平軸慣性矩3217cm4,下部斷面系數(shù)396cm3,上部斷面系數(shù)339cm3;扣件WJ-7B型,扣件剛度=30kN/mm;計算軸重17t。3.1.2方案應用邊界條件針對32m簡支梁,常規(guī)扣件間距(圖3中b值)取636mm時,分析梁縫處扣件間距(圖3中a值)取636mm、650mm和725mm3種情況的設計方案。對于每種方案計算當輪重分別作用于圖3中①、②、③、④、⑤所示5個位置時梁縫處鋼軌的位移、彎矩和應力,每種方案共5個計算工況。為以下分析描述方便,對各計算方案和計算工況編號如表1所示。3.1.3評估指標按照廣州試驗段板式無砟軌道技術轉(zhuǎn)讓資料中日方提出的鋼軌撓度的增加量不大于0.15mm的檢驗標準來評判。3.1.4比扣件節(jié)點間距經(jīng)檢算,梁縫處扣件節(jié)點間距725mm比扣件節(jié)點間距650mm的鋼軌撓度增加0.111mm,滿足鋼軌撓度的增加量不大于0.15mm的要求。3.2在打開和縫紉最大觸發(fā)點的節(jié)點距離時，確認鋼的彈性壓縮3.2.1扣件垂向剛度60kg/m鋼軌,鋼軌偏心距e=23mm;扣件WJ-7B型扣件垂向剛度:KV=30kN/mm,橫向剛度:KH=120kN/mm;設計荷載:0.6UIC;橫向力:40kN。3.2.2當前項目的施工按大梁縫處最大扣件節(jié)點間距分別為725mm、700mm和650mm3種工況進行斷縫處鋼軌彈性擠開量計算。3.2.3順車軌軌彈性擠開量允許值分析根據(jù)鐵道科學研究院主持的部控科研項目《客運專線無碴軌道無縫線路設計標準的研究》(鐵建技(2005)第13號)研究成果,車輪運行在車輪與軌頭工作面接觸點至車輪輪緣范圍內(nèi)均能復位,能夠保證車輪安全運營的水平距離為11.5mm,因此11.5mm為順車軌軌頭彈性擠開量最大限值,考慮安全儲備,取安全系數(shù)1.3,則彈性擠開量允許值[δ]=8.8mm。3.2.4鋼管彈性擠開量計算分別對扣件節(jié)點間距為725mm、700mm和650mm3種工況進行斷縫處鋼軌彈性擠開量檢算,結果如表2所示。由表2可以看出:扣件節(jié)點間距越大,順車軌懸臂越長,斷縫處的鋼軌彈性擠開量越大;當扣件節(jié)點間距達到725mm時,斷縫處的鋼軌彈性擠開量為8.04mm,小于彈性擠開量的限值8.8mm,可滿足要求。3.3混凝土剪切應力為了減小梁縫處扣件節(jié)點間距的距離,將通用圖梁端軌道板板端第一組扣件與板端最小距離縮短至225mm,為此須對軌道板內(nèi)預埋扣件套管處的混凝土剪切應力進行檢算。3.3.1設計參數(shù)鋼軌:60kg/m;荷載:0.6UIC;扣件:WJ-7B型,扣件阻力7kN/m/軌;輪軌的粘著系數(shù)取值0.164。3.3.2當前項目的施工檢算軌道板內(nèi)預埋扣件套管處縱向受力時混凝土剪切應力。3.3.3預埋扣件套管處軌道板混凝土剪切應力按CRTSI型板式無砟軌道技術轉(zhuǎn)讓資料提供的檢算方法及檢算指標評判:預埋扣件套管處軌道板混凝土剪切應力應不大于0.3MPa,當混凝土剪切應力超過0.3MPa時,應計算補強鋼筋,但剪切應力不能超過0.7MPa。3.3.4預埋螺栓套管處剪切應力經(jīng)過檢算,梁端軌道板板端第一組扣件與板端最小距離縮短至225mm,預埋螺栓套管處的剪切應力計算滿足混凝土剪切應力不大于0.3MPa的要求。3.4縫處最大扣件節(jié)點間距斷縫綜上所述,當梁縫處扣件節(jié)點間距達到725mm時,梁縫處鋼軌撓度、梁縫處最大扣件節(jié)點間距斷縫時鋼軌彈性擠開量均滿足相關評判標準,梁縫處扣件節(jié)點最大間距放大至725mm的設計方案可行,通過對板端混凝土剪切應力檢算,將軌道板板端第一組扣件與板端距離縮短至225mm方案可行。4梁縫處最大扣件節(jié)點間距以廣珠城際軌道交通工程為實例,對城際軌道交通橋梁梁端扣件節(jié)點間距進行了分析研究,通過研究得出以下結論:(1)梁縫處鋼軌彎矩、應力及動位移隨著扣件節(jié)點間距的增大而增大,因此梁端扣件間距不能任意放大,城際軌道交通梁端扣件節(jié)點間距在動態(tài)最不利的情況下,必須嚴格控制在725mm以內(nèi)。(2)梁縫處的扣件節(jié)點間距越大,順車軌懸臂越長,斷縫處的鋼軌彈性擠開量越大;當扣件節(jié)點間距達到725mm時,斷縫處的鋼軌彈性擠開量已經(jīng)接近了彈性擠開量的限值。(3)梁縫處扣件節(jié)點間距越大,扣件上拔力也隨著增大,為