太中(银)铁路变宽道岔连续梁构造及支座布置研究

于维汗

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300142)

1 概述

太中(银)铁路为Ⅰ级电气化铁路，全线铺设无缝线路有砟轨道，并预留200 km/h速度条件。其起自太原南站，西达宝兰线中卫站、银川站，沿线横穿山西、陕西、宁夏3个省和23个县市区，是西北地区通往东部最便捷的通道，其建成对于西部大开发战略的实施具有重要的促进作用。太中(银)铁路子洲站中心里程为DK292+850，车站范围位于307国道与大理河之间的河滩上，由于太原端为跨越大理河及青银高速公路设子洲大理河特大桥，从而导致车站太原侧咽喉区位于桥上，包括一组八字渡线和2组单开并置12号道岔，如图1所示。

图1 太中银铁路子洲站平面示意

2 主要技术标准

(1)线路等级:国铁Ⅰ级;

(2)股道布置:中间正线2条，两侧到发线2条;正线线间距5.0 m，到发线与正线线间距分别由道岔处相并渐变至5.0 m，其中道岔心轨根端距正线2.09 m;

(3)线路坡度:1.0‰;

(4)设计活载:中-活载;

(5)轨道形式:重型轨道标准，有砟轨道，铺设跨区间无缝线路;

(6)地震力:地震动峰值加速度0.05g;

(7)设计行车速度:客车 200 km/h，货车 120 km/h。

(8)二期恒载:包括钢轨、扣件、轨枕、道砟、保护层、挡砟墙、人行道等，由最窄端195 kN/m线性渐变至最宽端364 kN/m。

3 无缝道岔对桥梁结构要求

道岔结构通常设置在轨道伸缩区，由于桥上无缝道岔与桥梁本身之间相互作用机理较为复杂，故为了尽量减少两者耦合计算自由度和梁缝处受力突变，需满足以下基本边界条件:

(1)整组道岔所在桥面应为整体式结构，并且每组道岔宜铺设在同一联梁上;

(2)尖轨尖端及心轨根端距离梁缝不小于18 m;道岔转辙器及辙叉部分、道岔的导曲线部分不跨越梁缝。

(3)道岔布置以尽量减小桥梁温度跨度为原则，以避免设置钢轨伸缩调节器。

(4)中-活载作用下，梁体竖向挠度不大于L/5 000(L为桥梁跨度)，3 m梁段范围内一线2根钢轨的竖向相对变形量t＜3.0 mm，梁端竖向折角＜1.0‰。

(5)列车横向摇摆力、离心力、风力和温度力作用下，梁体水平挠度不大于梁体计算跨度的L/4 000。

另外，桥面宽度在构造上除需满足股道布置要求外，还要满足装设道岔转辙机限界要求，即在道岔转辙机布置范围内，从挡砟墙内侧边缘起至相邻线路中心距离需由区间正线的不小于2.2 m加宽至不小于3.2 m;桥梁加宽后的外侧电缆槽道与其两端未加宽段的电缆槽道应保持贯通，电缆槽道衔接处要求平面夹角大于120°，以便于养护维修，见图2。

图2 双线变四线无缝道岔设置要求

4 桥梁构造

4.1 桥梁结构形式

为满足无缝线路设置道岔的要求，在双线变四线道岔区采用1联3×32 m预应力混凝土连续箱梁，梁全长98.0 m。梁体为单箱三室、等高度、箱体变宽的中间直腹板、外侧斜腹板箱梁结构，梁高2.80 m，高跨比1∶11.68，箱梁顶板宽12.06～22.06 m，在大里程端为与简支T梁人行道相接，桥面每侧局部加宽0.4 m，一般底板宽8.22～14.96 m，支点处底板每侧加宽0.42 m，顶板厚度30 cm，底板厚度由30 cm变化至60 cm，腹板厚度由跨中处的50 cm按直线变化至支点处80 cm，梁体在端部和墩顶处共设置了4道横隔板，梁端横隔板厚度1.5 m，墩顶处横隔板厚度2.0 m。为方便检查人员，横隔板上均设过人孔洞。梁体结构如图3所示。

图3 3×32 m连续梁立面及梁端截面(单位:cm)

4.2 构造优化处理

(1)由于要满足双线变四线的过渡，势必造成连续梁全联范围内桥面宽度有较大变化，加上局部构造加宽要求，使得桥面外轮廓控制包线棱角分布较多。本着外观简洁、结构受力合理、简化设计的原则，并考虑既便于施工又不增加较大工程量的因素，最终将桥面统一成平顺变化的梯形，如图4所示。

图4 3×32 m连续梁桥面优化情况(单位:cm)

(2)关于腹板沿桥长方向的分布，对比了以下4种情况:

①中间直腹板平行、外侧斜腹板扇形分布，悬臂等宽;

②中间直腹板平行、外侧斜腹板扇形分布，悬臂变宽;

③中间直腹板及外侧斜腹板均扇形分布，悬臂等宽;

④中间直腹板及外侧斜腹板均扇形分布，悬臂变宽。

根据横向计算和经济比较结果，并适当考虑本连续梁同两侧相邻梁跨间衔接的美观效果，最终采用④方案，如图5所示。

图5 3×32 m连续梁腹板构造(单位:cm)

5 变宽道岔连续梁的支座布置

为了减少梁体位移对道岔的影响，对于单箱多室变截面连续梁的横向支座布置尤其重要。通常纵向上固定支座宜设置在道岔中间，通过合理的调整孔跨布置使道岔前后不设钢轨调节器;横向支座布置应结合各线的相对位置关系，对因温度变化引起的梁缝处钢轨可能产生的横向变位进行控制，尽量减小温度跨度。对于扇形分布的截面来说，斜置腹板下支座的控制位移方向也是需要探讨的问题。

5.1 梁体纵向的支座方向的确定

取图6所示支座布置，即64、65、67号墩上的各支座均为多向活动支座，66号墩上设固定支座和横向活动支座，各支座均设于腹板中心线下，考察在外荷载作用下支座的运动方向，主要是与固定支座相连的同一直线上的多向活动支座的运动方向(图中支座节点2076、2004、3285)。通过建立空间实体元模型，活载加载方式为全桥长范围的单线或双线均布载，支座的计算位移见表1。

图6 3×32 m连续梁支座类型及布置方式1

表1 支座位移计算结果1

由表1中数据可以看出。

(1)整体升降温时，各支座位移的方向(斜度)有一定的规律，即沿各自与固定支座连线的方向呈放射状变化。

(2)3285号支座处桥面较宽，支座基本位于线位下方，在均匀荷载(二期荷载、双直线、双曲线)作用下，支座主要是纵向位移，横向位移很小，即位移的方向基本垂直。各活载作用下支座位移的平均方向为 271.9°。

(3)2076号支座处桥面较窄，中间两支座间距为2.68 m，而正线的线间距为5.0 m，在均匀荷载(二期荷载、双直线、双曲线)作用下，支座位移的方向为88.2°，偏离与固定支座的连线方向2.4°，说明荷载作用时2076支座产生了扭转，使支座方向发生了改变。各活载作用下支座位移的平均方向为82.7°。

(4)2004号支座处于2076号支座与固定支座之间，中间两支座间距为3.45 m，也在两正线线位的内侧，在均匀荷载(二期荷载、双直线、双曲线)作用下，支座位移的方向为270.5°，偏离与固定支座的连线方向1.1°，荷载作用时2004号支座产生的扭转变形小于2076号支座。各活载作用下支座位移的平均方向为 272.4°。

(5)3个支座除温度变形外，其他荷载作用下的变形没有共同的活动方向，说明由于支座间距的不同，和支座与桥面上线路的相对位置关系、岔线出岔位置的不同，使荷载作用时各支座处的变形方向规律性不大。

(6)3个支座的横向位移有正有负，在各荷载组合工况下最大的横向位移量为0.01+0.10+0.11=0.22 mm，数值较小，远小于最大纵向位移量0.34+8.97+0.35=9.66 mm。

5.2 梁体横向的支座方向的确定

取图7所示支座布置，即3247号支座为固定支座，其余支座均为多向活动支座，各支座均设于腹板中心线下，考察在外荷载的作用下支座的运动方向，主要是与固定支座相连的横向各支座的运动方向(图中支座节点3242、3254、3259)，通过建立空间实体元模型，支座的计算位移见表2。

图7 3×32 m连续梁支座类型及布置方式2

表2 支座位移计算结果2 mm

由表中数据可以看出。

(1)恒载和活载作用下3个支座的纵、横向位移均很小，不控制设计。

(2)支座位移主要是由于温度变化引起的，整体升、降温25℃时，支座的活动主要是以横向位移为主。

5.3 设计采用支座布置

通过分析各工况下支座位移的计算数据可以看出，顺桥向与固定支座同一直线上的各支座最大横向位移为0.22 mm，数值较小，远小于纵向活动量，因此设计为纵向活动支座;而横桥向与固定支座同一直线上的各支座主要以横向位移为主，纵向位移微小，因此，设计采用横向活动支座;其余支座均采用多向活动支座，如图8所示。

图8 3×32 m连续梁支座布置示意(单位:cm)

6 结语

(1)变宽道岔连续梁结构构造应根据无缝线路的构造要求、道岔转辙机限界要求及简化设计需要等条件综合考虑，力求构造简单、合理、施工方便。

(2)根据计算结果，证明对于本3×32 m连续梁，斜置腹板的支座布置成垂直于横隔板方向是可行的，也是合理的。

(3)当腹板与隔板斜交法向角较大时，建议对顺桥向与固定支座同一连线上的各支座位移进行综合计算。若其横向位移较为控制，可考虑将支座纵向活动方向进行调整，使之与固定支座连线重合，虽然结构计算与构造均更为复杂，但可抵消支座的扭转效应，对结构安全有利。

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