斜交框架桥上无砟轨道铺设方法讨论_框架式无砟轨道

1、斜交框架桥上无砟轨道铺设方法讨论_框架式无砟轨道 （.北新路桥建设股份有限公司 . . 830011） 【摘 要】泡沫板的存在对轨道结构的受力是有利的，但一旦其质量存在问题，反而会适得其反。若不能够保证硬质泡沫塑料板质量的牢靠性及耐久性，在斜交框架桥上取消硬质泡沫板的设置，挺直铺设双块式无砟轨道底座板也未尝不行。 【关键词】斜角框架桥；无砟轨道；有限元；泡沫板the research of putting ballastless track in skew bridge frameworkxiao jian-heng(xinjiang north new road ballastless tr

2、ack;finite element analysis;foam structure1. 斜交框架桥上无砟轨道结构概况及有限元离散 郑武线上某工程斜交框架桥斜交角为25°，为钢筋混凝土斜交连续框架桥，跨径组成为2×14.5m，桥梁的总体布置图如下图1所示。初步设计方案中该桥上无砟轨道结构组成从上至下依次为：60kg/m钢轨、c40道床板和底座、两布一膜滑动层、50mm泡沫板。其中道床板和底座为连续现场整体浇注，两布一膜和泡沫板也是在端梁之间连续铺设。通过ansys对该结构进行有限元分析时，结构的基本信息及计算荷载为： 1.1 斜交框架桥：采纳空间板壳单元模拟，按各板的中心面

3、建立模型，框架角部不考虑梗腋的加强作用，按等厚板分析。 1.2 底座混凝土：宽度为3200mm，高180mm，弹性模量取为e=3.35×104mpa，采纳实体块单元模拟。 1.3 混凝土道床板：宽度为2800mm，高240mm，弹性模量取为e=3.35×104mpa，采纳实体块单元模拟。图1 郑武线上某工程斜交框架桥总体布置图图2 加载后斜交框架桥上无砟轨道结构有限元模型图1.4 泡沫板：泡沫板采纳只受压不受拉的弹簧模拟，当模拟铺设泡沫板工况时，泡沫板弹簧刚度参数采纳京津城际桥上泡沫板刚度实测的结果取值；若模拟无泡沫板工况时，通过将泡沫板刚度取为无穷大来模拟梁与底座板的接触

4、。 1.5 两布一膜滑动层：按抱负状态假设底座混凝土在桥上可自由滑动，计算中不考虑底座混凝土和桥梁间的摩擦。 1.6 主要计算荷载：由于底座及道床板施工时，框架桥的变形已经产生，（1）计算时不考虑框架桥自重变形的影响；（2）二期恒载考虑底座及道床板的重量；（3）活载加载图示选用zk活载，对连续斜交框架桥进行单跨双线加载，有限元加载中将zk荷载换算为面荷载施加于单元上。加载后整个空间斜交框架桥及其上无砟轨道结构底座和道床板的有限元模型图如图2所示：图 3 正交与斜交桥上无砟轨道顺桥向应力分布对比图表1 正交与斜交桥上无砟轨道应力极值对比表2. 计算结果分析 本文的主要计算思路：参照正交框架桥上无

5、砟轨道结构的设计方法，结合斜交框架桥上无砟轨道结构相对于正交框架桥的受力特点，通过计算分析，提出一个相宜于该桥上无砟轨道设计的偏平安的设计方案。因此本报告对比分析了相同跨径的正交和斜交框架桥在参数取值、作用荷载等完全相同的状况下，两种桥上无砟轨道的受力状况。下图3给出了两者顺桥向应力分布的对比图。 从上图可以看出：两种桥上无砟轨道的拉压应力的极值均位于梁端缝处，只是在数值上有所差异；另外两者应力的分布有些差异。下表中给出了两者应力极值的对比状况。表中可以看出，斜交框架桥无砟轨道结构在顺桥向应力要小于正交框架桥，拉应力减小幅度最大达到19.3%，压应力为21.6%；而横桥向应力则有所增加，拉应力

6、增大幅度最大增大一倍，压应力为21.1%。 为了分析斜交框架桥顶板不匀称变形对其上无砟轨道结构的影响，下图4、图5中分别给出了荷载作用下正交与斜交框架桥梁端支承边及跨中位移对比图，对于斜交框架桥而言，图中横坐标方向为从左到右由锐角到钝角。图4 正交与斜交框架桥梁端支承边位移对比图5 正交与斜交框架桥跨中位移对比图6 各种桥梁端转角对比图从上图可以看出：（1）斜交框架桥梁端支承边位移的分布很不匀称，甚至于在锐角和钝角处出现了反号的现象；跨中位移的分布沿桥中轴线两侧也不对称；但是由于框架桥整体刚度较大，荷载作用下产生的位移相对较小，再加上底座混凝土的宽度相对于桥宽而言也比较小，因此底座宽度两侧对应

7、斜交框架桥顶板位移的差值也就更小；（2）相比于24m、32m简支梁桥的梁端转角，框架桥的转角较小，斜交框架桥的梁端转角更小。3. 硬质泡沫塑料板应用概况 从目前桥上无砟轨道结构上铺设硬质泡沫塑料板的状况来看，其设计的主要思路为： 3.1 通过在长桥（桥长大于25m）梁端接缝部位梁体和底座混凝土间设置5cm厚硬质泡沫塑料板，可以缓解梁体转动对接缝处轨道结构受力的影响； 3.2 在短桥上（桥长小于25m，通常指单跨简支梁桥或刚架桥）混凝土爱护层顶面铺设5cm厚硬质泡沫塑料板，减缓不匀称沉降对轨道结构的影响； 硬质泡沫塑料板存在的问题：京津城际铁路运营一年多，部分地段泡沫板出现了质量问题，根本无法满

8、意无砟轨道用法寿命为60年的要求。4. 结论及建议 4.1 通过以上对斜交框架桥上无砟轨道结构的分析及后续关于泡沫板刚度对轨道结构受力影响分析，我们可以得出以下结论：（1） 斜交框架桥上底座及道床板横桥向应力较正交框架桥大，而顺桥向应力略有减小；（2） 道床板的拉应力极值、底座的压应力极值均出现在斜交框架桥梁端的斜交梁缝处；（3） 斜交框架桥梁端支承边位移的分布很不匀称，甚至于在锐角和钝角处出现了反号的现象，但由于位移值很小，其不匀称对上面轨道结构的影响有限；（4） 斜交框架桥上从设置泡沫板到取消泡沫板，道床板的拉应力极值从1.39mpa增大到1.59mpa；桥与底座之间的挤压力极值从14 kn增大到105kn；（5） 在保证硬质泡沫塑料板质量的前提下，框架桥上铺设泡沫板是有利的； 4.2 建议：（1） 斜交框架桥上无砟轨道底座及道床板上顺桥向配筋可较正交框架桥略微减小，而在横桥向配筋则应加强；（2） 泡沫板的存在对轨道结构的受力是有利的，但一旦其质量存在问题，反而会适得其反。另外，鉴于框架桥底板作为整个结构的基础，又可同时承受外加荷载（多为大路车辆荷载），且对基础的承载力要求、对土的压缩、沉降要求不高，即其受基底不匀称沉降影响较小；斜交框架桥支承边的转角也很小，可不计入梁端转角对轨道结构的影响；