某型钢筋混凝土车挡设计探讨

李祥

[摘要]车挡作为铁路上重要的止挡设备，设置于尽头线末端，目前主要有土堆式车挡与浆砌片石车挡，适用于一般尽头线，另外还有弯轨式车挡。装卸作业线尽头式线路的末端应设置遇碰撞摩擦不产生火花的挡车器和钢筋混凝士车挡。在浆砌片石车挡与土堆式车挡的基础上，设计一新型钢筋混凝土车挡，并将多个设计方案进行对比分析，从混凝土、钢筋数量、受力分析多方面进行对比，并提出推荐方案，方便于后续相关设计生产工作。

[关键词]铁路； 车挡； 危险货物； 钢筋混凝土车挡

[中国分类号]U214.1+8                 [文献标志码]B

1铁路车挡现状

铁路车挡设置于铁路的尽头，是一种保护性缓冲与止挡的安全设备，其可以吸收火车动能并且降低对火车的反作用力，达到将火车停稳并且保护火车以及其他线路设备的作用。目前我国铁路一般尽头线地段采用的是土堆式车挡与浆砌片石车挡，通常需车挡与挡车器配合使用［2］。而根据《铁路危险货物办理站、专用线（专用铁路）货运安全设备设施暂行技术条件》（铁运［2010］105号）［1］中关于“装卸作业线尽头式线路的末端应设置遇碰撞摩擦不产生火花的挡车器和钢筋混凝士车挡”的相应规定，钢筋混凝土车挡尚无相应的具体设计，每个涉及到危险品的装卸线尽头线路，设计工程师都要单独设计钢筋混凝土车挡，造成了不必要的工作负担。本文正是基于这一现状，以浆砌片石车挡与土堆式车挡为基础，设计了这一型钢筋混凝土车挡。

2钢筋混凝土车挡设计方案

为了统一尺寸，钢筋混凝土车挡以浆砌片石车挡尺寸为基础，其中土堆式车挡与浆砌片石车挡如图1所示，下面详细介绍2种设计方案，并进行方案比较。

2.1方案一

本方案完全以浆砌片石车挡为基础，将浆砌片石的部分替换为钢筋混凝土，其他部分不变，钢筋混凝土各截面配筋按照最小配筋率进行配筋，混凝土保护层厚度不小于35 mm，本方案思路在于尽可能减少与浆砌片石车挡的变化，方便于设计与指导施工，仅更换了相关材料。在配筋过程中，将6面体车挡的上表面与钢轨插入的面认为是板，其余3个面认为是墙，在墙与墙的交界处认为是剪力墙的柱，设置箍筋。车挡每一面墙与板均设置独立的钢筋，相搭的钢筋通过弯钩或者绑扎相连，形成稳定的钢筋笼。具体构造如图2所示，一定程度上增强了结构的整体性，但在钢轨插入车挡的斜墙，由于轨枕与钢轨整体浇筑至墙内，故不能整面墙配置钢筋，这又导致此处斜墙的整体性不足。

2.2方案二

方案二与方案一不同，未完全继承浆砌片石的结构，将三面墙由浆砌片石更换为钢筋混凝土材料，其余三面墙均与车挡内部一样填筑普通土。配筋方面与方案二类似，三面墙分别设置独立的横向钢筋与纵向钢筋，除互相搭接的钢筋进行绑扎与弯钩连接外，在墙角处设置箍筋，形成整体的钢筋笼。结构如图3所示。方案二的设计思路在于将将三面墙由浆砌片石更换为钢筋混凝土，保证了车挡的整体稳定性，同时将上部与斜面的板更换为填土，由于填土的刚度相比钢筋混凝土更低，在极限工况下，降低列车与车挡撞击的撞击力，减少对列车与车挡的损伤。

3方案比较

将2个方案在工程量与受力分析2个方面进行对比分析，综合比选。

3.1工程量对比

2个方案钢筋量、混凝土量及填土量如表1所示。

由表1可见，方案一与方案二相比，需要的钢筋量相比方案二钢筋用量增加1/4，混凝土用量增加1/3，填土量增加1/5。从工程数量方面对比，方案二工程量更少，造價更低。

3.2受力分析

为了比较各个方案在列车与车挡相撞极限工况下的结构应力情况，从最大应力方面进行比选。

利用有限元软件ANSYS分别建立三维车挡结构模型（图4）。在整个斜面施加火车与车挡相撞的撞击力F，本文取F为70 kN［3-4］，计算车挡钢筋混凝土结构的应力最大值，采用有限元方法求解上述模型，整个车挡采用实体结构建模（图5），模型的计算参数如表2所示［5-6］，模型中假定钢筋混凝土、土壤为线弹性受力状态［7-8］。在车档的后方与两侧设置填土模拟车档周围路基填土，填土外侧全约束［9］。经过计算，方案一的von-Mises最大应力位于车挡撞击面边缘位置，最大应力为3.7 MPa，方案二的von-Mises最大应力位于侧墙与后端墙的夹角处，最大应力为2.2 MPa，经对比，方案一最大应力相比方案二大约68%，说明相比之下，方案一的应力集中情况更严重（图6）。

4研究结论

综合上文所述，方案二相比方案一在钢筋用量、混凝土用量以及填土等方面均更为节省，且应力分布上更加合理，施工更方便，本文在综合考虑下选择方案二。

车挡虽为铁路工程中一个工程量比较小的设备，但也是重要的安全设备，本文通过方案比选设计出一新型钢筋混凝土车挡，期望通过不断修改完善，作为钢筋混凝土车挡的通用图，以提高设计、生产的效率。

参考文献

［1］中华人民共和国铁道部.铁路危险货物办理站、专用线（专用铁路）货运安全设备设施暂行技术条件：（铁运［2010］105号） ［S］. 北京： 中国铁道出版社， 2003.

［2］高浩，戴焕云.列车冲撞浆砌片石式线路终端车挡的动态仿真分析［J］.中国铁道科学，2012，33（3）：61-66.

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