沅江特大桥桥上无缝线路设计分析

范俊毅

（中铁第四勘察设计院集团有限公司 武汉 430063）

怀邵衡铁路沅江特大桥按新建双线铁路桥梁设计，其桥梁主跨设计方案之一是按钢桁拱设计，桥梁全长857.90m，桥梁梁跨布置为3×24.6m简支梁＋4×32.6m 简支梁＋（40m＋64m＋40 m）连续梁＋（115 m＋230 m＋115 m）钢桁拱＋1×32.6m 简支梁（梁跨顺序按从小里程往大里程方向），除钢桁拱采用的材料为钢梁外，其余梁跨均为混凝土梁。桥上采用有砟轨道结构，其中钢轨采用60kg／m 重型轨，弹条Ⅴ形扣件，III形混凝土轨枕，一级碎石道砟。整座桥梁处于直线平坡地段，大桥钢桁拱联长为460m，桥上无缝线路纵向力分析根据梁、轨相互作用的原理进行计算，见图1。

图1 沅江特大桥全桥纵断面布置示意图

1 桥上无缝线路纵向力计算原理

桥上无缝线路纵向力包括伸缩力、挠曲力、断轨力和制动力。伸缩力是指桥梁与钢轨因温度变化产生的纵向相对位移引起的纵向力；挠曲力是指因桥梁在列车荷载作用下产生挠曲，引起桥梁与钢轨纵向相对位移而产生的纵向力；断轨力是指因钢轨折断引起桥梁与钢轨纵向相对位移而产生的纵向力；牵引／制动力是指由列车在桥梁上起动或制动，引起桥梁与钢轨纵向相对位移而产生的纵向力［1］。

由上述定义可以看出，由于温度的变化、列车荷载的作用或冬季钢轨折断，桥梁与钢轨之间产生纵向相对位移，因线路纵向阻力的作用，梁轨纵向相对位移必然受到约束，因此梁轨间产生大小相等、方向相反的纵向力，致使梁轨产生变形。这样桥梁和钢轨就组成了一个互相平衡的力学体系。

桥上无缝线路纵向力计算根据上述梁轨相互作用原理建立模型计算。在实际计算中，一般取需要计算的主要梁跨及其临近的5～6孔简支梁参与桥上无缝线路计算，但是鉴于沅江特大桥桥跨数量较少，取沅江特大桥所有桥跨参与桥上无缝线路计算。

2 桥上无缝线路计算参数

（1）气温、轨温。当地极端最高气温为40.8℃，极端最低气温为－8.3 ℃。最高轨温采用60.8 ℃，最低轨温采用－8.3 ℃。

（2）梁温度差取值。有砟轨道混凝土梁为15℃，钢梁为25 ℃。

（3）设计荷载。采用铁路荷载为中－活载。

（4）线路纵向阻力取值。有砟轨道除采用小阻力扣件地段外，线路纵向阻力取道床纵向阻力，铺设小阻力扣件地段线路纵向阻力取扣件纵向阻力。桥上采用弹条V 形扣件地段，计算纵向力时取道床纵向阻力为15kN／m／轨。桥上采用弹条V 形小阻力扣件地段，计算纵向力时取扣件纵向阻力为8kN／m／轨。

3 桥上无缝线路设计

3.1 桥上无缝线路设计方案

沅江特大桥钢桁拱联长为115m ＋230m ＋115m，钢桁拱两端的温度跨度分别为385 m 和147m，根据《铁路轨道设计规范》［2］的规定：温度跨度大于100m 的钢梁，每一温度跨度应铺设一组钢轨伸缩调节器。因此根据规范的规定即使不直接计算，也可以判断需在该特大桥的钢桁拱上设置钢轨伸缩调节器。并且在实际计算中不考虑铺设钢轨伸缩调节器的情况下，桥上无缝线路钢轨承受的应力超过了规范容许的钢轨应力值。因此，沅江特大桥上必须设置钢轨伸缩调节器，否则将危及行车安全。但考虑到钢桁拱的纵向位移较大，为使钢桁拱及其墩台受力均衡，不考虑在钢桁拱的跨中设置钢轨伸缩调节器的方案，而是在钢桁拱的两端设置钢轨伸缩调节器，这样不仅可以降低桥上无缝线路长钢轨的纵向力，还可以降低桥梁墩台受到的纵向水平力。

3.2 设计方案具体内容

在钢桁拱的两端设置4组单向钢轨伸缩调节器，其长度为11.4 m，钢桁拱梁端的伸缩位移量为±220mm，而钢轨伸缩调节器基本轨的最大伸缩量不小于±250 mm，可以满足使用要求，并且钢轨伸缩调节器基本轨始端和尖轨跟端焊接接头距离钢桁拱的两端距离至少2 m，从而避开梁端伸缩缝位置，紧靠钢桁拱小里程一侧的40 m＋64m＋40m连续梁范围内均为无缝线路伸缩区，钢桁拱大里程一侧的1×32.6 m 简支梁及其路基上75m 范围内也是无缝线路伸缩区。

一般在桥上设置钢轨伸缩调节器时，同时在其基本轨一侧100m 范围内设置小阻力扣件，但是考虑到实际施工中的方便及其他因素，在钢桁拱小里程一侧的40m＋64m＋40m 连续梁和钢桁拱大里程一侧的1×32.6 m 简支梁及其路基上75m 范围内设置弹条V 形小阻力扣件，降低线路纵向阻力，便于钢轨伸缩调节器的伸缩。在其他简支梁上（固定区）采用与桥梁两端路基一致的轨道结构。桥上和路基地段线路道床肩宽均为45cm，砟肩堆高15cm，桥上无缝线路锁定轨温与桥梁两端路基上无缝线路锁定轨温一致。

3.3 桥上无缝线路纵向力计算结果

在沅江特大桥钢桁拱两端设置钢轨伸缩调节器的情况下，计算得到的各固定墩在各种工况下承受的无缝线路附加力见表1。

表1 沅江特大桥各固定墩在各种工况下承受的无缝线路附加力

表1中的断轨力是按常量阻力进行计算的，当断轨力计算值大于固定区钢轨温度力时，断轨力取固定区钢轨温度力，并且当桥梁位于伸缩区时，作用在墩台上的断轨力可不计。由表1可以看出，钢桁拱的固定墩（即12号墩）在伸缩和挠曲工况下所承受的无缝线路附加力都较小，而与钢桁拱相邻的40m＋64m＋40 m 连续梁和32 m简支梁承受的无缝线路附加力较大，但是其余梁跨承受的无缝线路附加力均较小，这是由于钢桁拱两端设置钢轨伸缩调节器以后，有一部分无缝线路纵向力释放到了临近钢桁拱的梁跨上的缘故。

4 结语

沅江特大桥钢桁拱由于温度跨度很大，经过检算必须采用钢轨伸缩调节器，但是钢轨伸缩调节器是轨道的薄弱环节，一般设计中应该尽量少用或不用，原则上只在桥上或岔区无缝线路并经过检算必须采用时方可使用，而且实际施工完成后，对桥上铺设钢轨伸缩调节器的地段应加强维护，以保证行车安全。

［1］TB10015 铁路无缝线路设计规范［S］.北京：中国铁道出版社，2005.

［2］TB10082铁路轨道设计规范［S］.北京：中国铁道出版社，2013.