德国高速铁路温度作用下桥上无缝线路附加力计算方法简介.doc

德国高速铁路温度作用下桥上无缝线路附加力计算方法简介 2008年(第37卷)第3期建筑设计 德国高速铁路温度作用下桥上无缝线路附加力计算方法简介 于鹏 (中铁第一勘察设计院集团有限公司,陕西西安710000) 摘要:本文通过一个简单的实例,用解析计算的方法,简要地 介绍了德国高速铁路由于桥梁温度变化引起的桥上无缝线路钢 轨附加力的计算方法.从中可以看出我国与德国采用的计算理 论,计算方法,计算参数等方面的不同. 关键词:德国高速铁路桥上无缝线路附加力 桥上无缝线路作为跨区间无缝线路的重要组成部分,其重要 性越来越受到重视.本文通过一个简单的桥上无缝线路实例,介 绍了德国高速铁路在温度作用下桥上无缝线路钢轨附加力,钢轨 位移和梁轨相对位移的独特计算思路,为我国的高速铁路桥上无 缝线路计算理论提供参考. 1线路及桥梁条件 (80+80m)单线连续梁,位于直线地段.固定支座布置在中间 墩,两侧为土质路基.桥上铺设无缝线路,不设钢轨伸缩调节器, 钢轨处于固定区内.固定支座布置在中间墩,则桥梁温度跨度LT 为80m.具体的布置如图1所示. 图1 2计算参数 (1)钢轨:钢轨采用UIC60钢轨,其抗拉强度约为900MPa,钢 轨截面积A=7686mm2,弹性模量E=210000N/mm2; (2)轨枕间距:650mm; (3)线路纵向阻力:采用常阻力计算,无载时线路纵向阻力 q=30kN/m; (4)桥梁混凝土线膨胀系数dt=10.0×10℃; (5)桥梁温差:桥梁温差采用年温差,桥梁最大年温差AT取 30℃. 3桥梁温度变化引起钢轨附加力计算 3.1温度作用下桥梁伸缩量 以桥梁温度降低为例,当温度降低30℃时,桥梁缩短量: AL~=Lr~otrxaT=24mm 32钢轨和桥梁相对位移判定 假定钢轨和桥梁之间完全固定,没有相对滑动,则梁端钢轨 的伸缩量与桥梁的伸缩量相等,即: △f~t---AL桥鬃 钢轨=芋一=0.069 or钢轨=钢轨×E~t=7749N/mm 而钢轨的抗拉强度fu一900N/ram-lt;lt;7749N/mm2,所以钢轨 和桥梁之间必然存在相对滑动. 3.3伸缩区长度 取桥梁范围内的钢轨作为研究对象,并将梁端处钢轨视为自 由端.如果钢轨与桥梁完全固结,梁轨位移将一直相等;如果梁轨 之间不存在约束,则没有位移相等点.如果伸缩区长度小于梁长, 必定存在梁轨位移相等点;反之,则没有.假定桥梁和钢轨在桥梁 范围内存在位移相等点,即 钢F桥桀 钢轨应力 or钢轨=钢轨xE钢轨;桥集xE~=atxATxE钢轨_-63N/mmz 单股钢轨所受的附加温度力 ,铜孰=轨×A钢轨=8红Ⅳ 轨道所受的附加温度力 ,轨道=2×,钢轨=96Ⅳ 伸缩区长度 苴蓝=32.3m g 由于伸缩区长度lt;梁长L,所以必定存在梁轨位移相等点. 可以利用此变形协调条件进行求解. ———[[IⅡ叮Ⅱ田卫ⅡF轨道=-968kN 钢轨 图2 3.4钢轨自rtt端的纵向变形 梁端钢轨视为自由端,计算其伸缩量. △z钢轨=Js钢轨()=旦(￡广争)=J2一 r..__l-三—..1 钢轨 图3 可见,A1钢轨≠A1桥粱,桥梁和钢轨的伸缩量不一致.表明在 梁端,钢轨的伸缩并未结束,将发生二次滑动.也就是说,伸缩长 度b的线路纵向阻力不足以平衡桥梁伸缩引起的钢轨变形的内 力. 3.5二次滑动长度 蕴进(1) q △××}=××1(2) △lql=lqI×—2—xJEA ~t. (3) 钢轨总长保持不变,故 A1钢轨=2×△k+△(4) 建筑设计2008年(第37卷)第3期 把式(1)(2)(3)代入(4)中, × 半××号+ 1n轨道+F轨道×1fll×q—A1钢轨×2×EA钢轨×q=O F村一+,/()2+A1钢轨×2×EA孰×q=962kN 钢轨二次滑动的钢轨应力和滑动长度: 盯钢轨=.蝉一=62.6N/mmz2 ×A孰 进:32.1m 0 ——— j—叶—— 一 钢轨 ===F啦:::===== 3.6计算结果小结 图4 表1主要计算结果表 桥梁中部钢轨应力0钢轨一63.0N/mm. 支座处钢轨应力0钢轨=+62.6N/mm. 桥梁上滑动长度lqI+Iq2=32.3m+32.1m=64.4m 桥台上滑动长度lq2=32.1m 3.7计算结果检查 二次滑动钢轨力引起的相对位移: △=9.62inln △栅 位移协调条件检查: A1孰2×AlAlql=19.2mm 符合位移协调条件. 3.8相对位移和绝对位移 桥梁温度变化的伸缩量A1桥粱=24mm 自由端的钢轨的伸缩A1轨=19.2mm 钢轨二次滑动引起的钢轨伸缩 桥上△k+A1q1=14.4mm 路基上△:4.8mm 总合19.2mm 桥梁与钢轨间的相对位移最大值为 24mm一19.2mm+14.4mm=19.