新建铁路桥上无缝线路设计暂行规定.docx
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新建铁路桥上无缝线路设计暂行规定
新建铁路
桥 上 无 缝 线 路 设计
暂行规定
2003 年 6 月北 京
中华人民共和国铁道部
铁建设函[2003]205 号
关于印发《新建铁路桥上
无缝线路设计暂行规定》的通知
各铁路局,各设计院,青藏、高速铁路公司:
现印发《新建铁路桥上无缝线路设计暂行规定》,自印发之日起实
行。
各单位在执行过程中,结合工程实践,认真总结经验,积累资料,
如发现需要修改和补充之处,请将意见及有关资料反馈部建设管理司。
本暂行规定由铁道部建设管理司负责解释,由主编单位(铁道科学
研究院)另行印发单行本。
中华人民共和国铁道部(章)
○三年六月十六日
—1—
(此页无正文)
主题词:
基本建设标准通知
抄送:
工程、建筑总公司,铁路工程技术标准所,铁路工程定额所,
经规院,铁科院,地方铁路协会,部工程、建设开发中心,部
内政法、计划、财务、科技、安监司,运输局。
铁道部办公厅2003 年 6 月 18 日印发
—2—
前言
本暂行规定根据铁道部科技研究开发计划项目(合同 99G18 号)以及工程
建设规范科研项目(建技科 2001-1)的要求,在总结我国铁路桥上无缝线路的
研究成果和现场实践,并参照国外相关研究成果的基础上编制而成。
本暂行规定包括五章正文及二个附录:
第一章,总则;第二章,术语;第
三章,纵向力计算;第四章,纵向力组合及墩台检算;第五章,桥上无缝线路
结构设计;附录 A,无缝线路固定区单股钢轨作用在桥梁的伸缩力、挠曲力;
附录 B,伸缩力、挠曲力计算方法。
主编单位:
铁道科学研究院。
参加单位:
西南交通大学、铁道第三勘察设计院、
铁道第四勘察设计院、中南大学。
—3—
主要编写人员:
马战国李成辉王召祜高慧安陈秀方
杨梦蛟王红周进雄黄卫殷宁骏
胡仁伟吴小萍赵陆青张军陈治安
张莉苗永青马胜双刘增杰宋毓澜
冯淑卿毕玉琢
—4—
1总则 ........................................................................................................................1
2术语 ........................................................................................................................2
3纵向力计算 ............................................................................................................4
3.1基本参数 .........................................................................................................4
3.2伸缩力 .............................................................................................................6
3.3挠曲力 .............................................................................................................6
3.4断轨力 .............................................................................................................7
4纵向力组合及墩台检算 ........................................................................................8
5桥上无缝线路结构设计 ......................................................................................10
5.1单元轨节布置 ...............................................................................................10
5.2钢轨伸缩调节器设置 ...................................................................................10
5.3允许温升计算 ...............................................................................................10
5.4允许温降计算 ...............................................................................................11
5.5设计锁定轨温计算 .......................................................................................11
附录 A无缝线路固定区单股钢轨作用在桥梁的伸缩力、挠曲力 ....................13
附录 B伸缩力、挠曲力计算方法 ........................................................................15
—5—
—6—
1总则
1.0.1为统一新建铁路桥上无缝线路的设计技术标准,特制定本暂行规定。
1.0.2本暂行规定适用于新建标准轨距铁路桥上铺设或预留无缝线路的设计。
1.0.3铺设或预留无缝线路的新建铁路桥梁设计应考虑无缝线路纵向力的作用,
桥梁纵向水平线刚度不得小于刚度限值。
1.0.4对于需设置钢轨伸缩调节器的桥梁,应合理的确定钢轨伸缩调节器的设
置位置及伸缩区长度。
1.0.5桥上无缝线路设计锁定轨温的上、下限宜与桥梁两端路基无缝线路的设
计锁定轨温上、下限一致。
1.0.6新建铁路铺设或预留无缝线路的桥梁墩台设计除应符合本规定外,尚应
符合《铁路桥涵设计规范》(TB10002.1~5-99)及国家现行强制性标准的有关规
定。
2术语
2.0.1最高轨温
最高轨温等于当地有记载以来的极端最高气温加 20℃。
2.0.2最低轨温
最低轨温等于当地有记载以来的极端最低气温。
2.0.3最大轨温变化幅度
最大轨温变化幅度等于最高轨温与最低轨温间的差值。
2.0.4线路纵向阻力
道床或扣件抵抗钢轨纵向移动的阻力,取扣件阻力或道床阻力的较小值。
2.0.5梁温度差
桥上无缝线路伸缩力计算时所采用的梁最大日温差。
2.0.6伸缩力
因温度变化,桥梁与长钢轨纵向相对位移而产生的纵向力。
2.0.7挠曲力
在列车荷载作用下,桥梁挠曲引起桥梁与长钢轨纵向相对位移而产生的纵
向力。
2.0.8断轨力
因长钢轨折断,引起桥梁与长钢轨纵向相对位移而产生的纵向力。
2.0.9无缝线路纵向力
指伸缩力、挠曲力、断轨力的总称。
2.0.10墩、台顶纵向水平线刚度
使桥梁墩、台支承垫石顶产生单位纵向水平位移时所需的纵向作用力。
即:
K =
H
∑δ i
(2.0.10)
式中Σδi=δp+δφ+δh
H—作用在墩、台支承垫石顶的纵向水平力(kN)
—1—
δp—在 H 作用下,由于墩、台身弯曲引起的墩、台支承垫石顶纵向水平
位移(cm)
δφ—在 H 作用下,由于基础倾斜引起的墩、台支承垫石顶纵向水平位移
(cm)
δh—在 H 作用下,由于基础平移引起的墩、台支承垫石顶纵向水平位移
(cm)
2.0.11温度跨度
温度跨度指桥墩相邻两联梁(含简支梁)固定支座间的距离,或与桥台毗
邻的桥墩固定支座至桥台挡碴墙间的距离。
—2—
3纵向力计算
3.1基本参数
3.1.1梁温度差取值应符合以下规定:
有碴轨道混凝土梁:
15℃
无碴轨道混凝土梁:
20℃
钢梁:
25℃
3.1.2有碴轨道线路(每轨)纵向阻力取值应符合以下规定:
(1)桥上无缝线路采用与桥梁两端路基无缝线路一致的轨道结构。
计算伸缩力,纵向阻力取 70N/cm。
计算挠曲力,轨面无载时,纵向阻力取 70N/cm;轨面有载时,机车下纵向
阻力取 110N/cm,车辆下纵向阻力取 70N/cm。
计算断轨力,纵向阻力取 110N/cm。
(2)桥上无缝线路采用与桥梁两端路基无缝线路不同的轨道结构,且扣件
的扣压力以及摩擦系数低于路基无缝线路时,线路纵向阻力 Q 值应按下式计算:
Q=2ξPμ/α(N/cm)(3.1.2)
式中ξ—线路纵向阻力系数。
计算伸缩力,ξ 取 0.65。
计算挠曲力,轨面无载时,ξ 取 0.65;轨面有载时,机车下阻力系
数 ξ 取 1.0,车辆下阻力系数 ξ 取 0.65。
计算断轨力,ξ 取 1.0。
P—单个扣件的扣压力(N)。
μ—钢轨与轨下胶垫的综合摩擦系数。
轨下胶垫为橡胶垫板时,μ 取 0.8。
轨下胶垫为不锈钢复合胶垫或钢轨与铁垫板直接接触时,μ 取 0.5。
α—轨枕间距(cm)。
3.1.3无碴轨道线路(每轨)纵向阻力计算应符合以下规定:
—3—
(1)钢梁桥上采用 k 型分开式扣件,扣件布置形式为 1(紧)—n(松)—
1(紧)(螺母扭力矩为 80~120N·m),线路纵向阻力 Q 值应按下式计算:
Q=ξ(P1+nP2)/(n+1)α(N/cm)(3.1.3-1)
式中ξ—线路纵向阻力系数。
计算伸缩力,ξ 取 0.75。
计算挠曲力,轨面无载时,ξ 取 0.75;轨面有载时,机车阻力系数
ξ 取 1.15,车辆下阻力系数 ξ 取 0.75。
计算断轨力,ξ 取 1.0。
P1—扣紧轨底的 k 型扣件节点阻力,取 7500kN。
P2—不扣紧轨底的 k 型扣件节点阻力,取 500kN。
α—轨枕间距(cm)。
(2)混凝土桥梁无碴轨道,线路纵向阻力 Q 值应按下式计算:
Q=2ξPμ/α(N/cm)(3.1.3-2)
式中ξ—线路纵向阻力系数。
计算伸缩力,ξ 取 0.75。
计算挠曲力,轨面无载时,ξ 取 0.75;轨面有载时,机车下阻力系
数 ξ 取 1.15,车辆下阻力系数 ξ 取 0.75。
计算断轨力,ξ 取 1.0。
P—单个扣件的扣压力(N)。
μ—钢轨与轨下胶垫的综合摩擦系数。
轨下胶垫为橡胶垫板时,μ 取 0.8。
轨下胶垫为不锈钢复合胶垫或钢轨与铁垫板直接接触时,μ 取 0.5。
α—轨枕间距(cm)。
—4—
3.2伸 缩 力
3.2.1伸缩力分桥台伸缩力和桥墩伸缩力。
3.2.2桥梁位于无缝线路固定区时,伸缩力应按本暂行规定附录 B 计算方法计
算。
3.2.3等跨混凝土简支梁桥位于无缝线路固定区,且相邻桥墩纵向水平线刚度
差小于较小墩的 50%时,伸缩力按本暂行规定附录 A 之表 3 取值。
不等跨度桥
梁伸缩力按大跨度取值。
3.2.4简支梁位于无缝线路伸缩区时,伸缩力 T1 按下式计算:
T1=Q×L(N)(3.2.4)
式中Q—伸缩区线路纵向阻力(N/cm)。
L—简支梁的跨度(cm),当 L 大于无缝线路伸缩区长度时,L 取伸缩区
长度。
3.2.5在连续梁的一端设置钢轨伸缩调节器时,伸缩力按下式计算:
T1=Q×L(N)(3.2.5)
式中Q—伸缩区线路纵向阻力(N/cm)。
L—连续梁的联长(cm),当 L 大于无缝线路伸缩区长度时,L 取伸缩区
长度。
3.2.6在连续梁的中部或两端设置钢轨伸缩调节器时,无缝线路作用在连续梁
桥墩的伸缩力可不计。
3.3挠 曲 力
3.3.1挠曲力分车前墩台挠曲力和车下墩台挠曲力,挠曲力应按本暂行规定附
录 B 计算方法计算。
3.3.2挠曲力计算,简支梁应在相邻两孔梁上布置荷载计算(见图 1);连续梁
应在边跨(1 跨)或固定支座至梁端的多跨梁上布置荷载计算,并取计算的较大
值。
—5—
图 1 计算挠曲力时荷载示意图
3.3.3等跨混凝土简支 T 型或箱型梁桥位于无缝线路固定区,相邻桥墩纵向水
平线刚度差小于较小墩的 50%,荷载采用中—活载时,其挠曲力按本暂行规定
附录 A 之表 4 取值;荷载采用 ZK 标准活载时,其挠曲力按本暂行规定附录 A
之表 5 取值。
3.4断 轨 力
3.4.1断轨力计算应按桥上无缝线路在设计锁定轨温上限锁定,并在最低轨温
单股钢轨在梁上最不利位置时折断的条件计算。
3.4.2桥梁位于无缝线路固定区时,断轨力 T3 按下式计算:
T3=Q×L(N)(3.4.2)
式中Q—线路纵向阻力(N/cm)。
L—简支梁跨度或连续梁的联长(cm)(连续梁桥上未设置钢轨伸缩调节
器时,L 为连续梁的联长),当 L 大于无缝线路断轨时钢轨伸缩区的
长度时,L 取断轨时钢轨伸缩区的长度。
3.4.3在连续梁的跨中设置钢轨伸缩调节器时,断轨力按下式计算:
T3=Q×L/2(N)(3.4.3)
式中Q—线路纵向阻力(N/cm)。
L—连续梁的联长(cm),当 L/2 大于无缝线路断轨时钢轨伸缩区的长度
时,L/2 取断轨时钢轨伸缩区的长度。
—6—
墩台类型
序号
荷 载 分 类
纵 向 力 组 合
单线墩台
1
主力无车
①恒载+两股钢轨伸缩力
②恒载+两股钢轨挠曲力
①与②比较取大值
2
主力+特殊荷载
无车
恒载+一股钢轨伸缩力+另一股钢轨断轨力
双线墩台
1
主力双线
无车
①恒载+四股钢轨伸缩力
②恒载+四股钢轨挠曲力
①与②比较取大值
2
主力+纵向附加力
一线有车
一线无车
恒载+一线活载+一线列车制动力或牵引力+另一线
两股钢轨伸缩力或挠曲力较大值+其它纵向附加力
3
主力+特殊荷载
双线无车
恒载+一线一股钢轨断轨力+另一股钢轨伸缩力+另
一线两股钢轨伸缩力或挠曲力较大值
4
主力+特殊荷载
一线无车
一线有车
恒载+一线一股钢轨断轨力+另一股钢轨伸缩力+另
一线活载
4纵向力组合及墩台检算
4.0.1铺设无缝线路的墩台除按桥梁设计有关规定进行检算外,应增加纵向力
组合作用下的检算。
4.0.2桥上无缝线路纵向力组合原则:
(1)同一股钢轨的伸缩力、挠曲力、断轨力相互独立,不作叠加;
(2)伸缩力、挠曲力、断轨力不与同线的离心力、牵引力或制动力等组合。
(3)伸缩力、挠曲力按主力考虑,断轨力按特殊荷载考虑。
4.0.3桥梁墩台设计荷载除按《铁路桥涵设计规范》(TB10002.1~5-99)规定组
合外,增加的纵向力各种组合应符合表 1 的规定。
表 1 纵 向 力 组 合
4.0.4检算墩台时伸缩力、挠曲力、断轨力作用点为墩台支座铰中心,检算支
座时伸缩力、挠曲力、断轨力作用点为支座顶中心,台顶断轨力作用点为台顶。
断轨力可在全联范围内的墩台上分配。
4.0.5简支梁桥墩顶纵向水平线刚度应不小于表 2 的规定。
4.0.6简支梁桥台顶纵向水平线刚度不宜小于 3000kN/cm·双线。
—7—
跨度(m)
≤12
16
20
24
32
40
48
桥墩顶线刚度
(kN/cm·双线)
120
200
240
300
400
700
1000
表 2 简支梁桥墩顶纵向水平线刚度限值
注:
单线墩台顶的最小水平线刚度限值按表中规定值的二分之一计。
—8—
5桥上无缝线路结构设计
5.1单元轨节布置
5.1.1桥上无缝线路由一个或若干个单元轨节组成,并应与桥梁两端路基无缝
线路焊联,使其成为跨区间无缝线路的一部分。
5.1.2在连续梁的两端设置钢轨伸缩调节器时,单元轨节宜按联分段;在连续
梁的跨中或一端设置钢轨伸缩调节器时,单元轨节的长度可根据线路条件等因
素确定。
5.2钢轨伸缩调节器设置
5.2.1钢轨伸缩调节器的设置位置与数量应根据桥梁墩台及线路设计情况合理
确定。
5.2.2温度跨度大于 100m 的钢梁,应在活动支座梁端设置一组钢轨伸缩调节器。
5.2.3温度跨度大于 120m 的混凝土连续梁,应设置一组或多组钢轨伸缩调节器,
多联连续梁时可考虑共用钢轨伸缩调节器。
5.2.4钢轨伸缩调节器不应设置在 R≤1500m 的曲线上,也不宜设置在竖曲线
上。
5.2.5大跨度钢桁连续梁的两端设置钢轨伸缩调节器时,桥面系未设置活动纵
梁时,K 型扣件全部扣紧轨底;桥面系设置活动纵梁时,K 型扣件扣紧轨底的
长度宜为全联长度的 1/3。
5.3允许温升计算
5.3.1桥上无缝线路允许温升应根据线路稳定性计算确定。
5.3.2桥上无缝线路允许温升计算应考虑无缝线路纵向力的影响。
5.3.3桥上无缝线路允许温升 ΔTu 按下式计算:
—9—
∆Tu =
[P] - 2∆p
2EFa
(5.3.3)
式中[P]—桥上无缝线路允许温度压力。
ΔP—桥上无缝线路伸缩压力、挠曲压力中的较大值。
E—钢轨钢的弹性模量。
a—钢轨钢的线胀系数。
F—钢轨截面面积。
5.4允许温降计算
5.4.1桥上无缝线路允许温降由钢轨强度检算确定,计算时应考虑无缝线路纵
向力的影响。
5.4.2允许温降 ΔTd 按下式计算:
∆Td =
[σ ] -σ d -σ
Ea
f
(5.4.2)
式中E—钢轨钢的弹性模量。
a—钢轨钢的线胀系数。
[σ]—钢轨的允许应力。
σd—列车活载作用下轨底边缘动弯应力。
σf—桥上无缝线路钢轨最大纵向应力(不包括温度应力,取伸缩拉
应力、挠曲拉应力中的较大值)。
5.5设计锁定轨温计算
5.5.1桥上无缝线路设计锁定轨温应根据气象资料、允许温降、允许温升计算
确定,并应满足桥上无缝线路断缝检算要求。
同时还应满足无缝线路相邻单元
轨节间的锁定轨温差不大于 5℃,同一设计锁定轨温无缝线路内单元轨节的最高
与最低锁定轨温差不大于 10℃。
5.5.2设计锁定轨温 Te 按下式计算:
—10—
Te =
Tmax + Tmin
2
+
[∆Td ] -[∆Tu ]
2
± ∆Tk
(5.5.2)
式中Tmax—当地历年最高轨温。
Tmin—当地历年最低轨温。
[ΔTd]—无缝线路允许温降。
[ΔTu]—无缝线路允许温升。
ΔTk—中和温度修正值。
根据当地气候条件,修正值采用 0~5℃。
5.5.3设计锁定轨温间隔采用 10℃(困难条件下可采用 6~8℃),设计锁定轨温
上限 Tm=Te+5℃,设计锁定轨温下限 Tn=Te-5℃。
Tm、Tn 值应满足以下条件:
Tmax—Tn≤[ΔTu]
Tm—Tmin≤[ΔTd]
5.5.4钢轨断缝检算按下式检算:
λ =
EF (a ⋅ ∆T)2
Q
≤ [λ]
(5.5.4)
式中ΔT—无缝线路最大温降(ΔT=Tm—Tmin)。
Q—线路纵向阻力。
E—钢轨钢的弹性模量。
a—钢轨钢的线胀系数。
[λ]—钢轨折断允许断缝值。
设计荷载采用中—活载时,无缝轨道[λ]=10cm,有碴轨道[λ]=8cm。
设计荷载采用 ZK 标准活载时,无碴轨道和有碴轨道[λ]=7cm。
—11—
梁 型
跨 度
(m)
桥墩刚度
(kN/cm·线)
轨道结构
伸缩力(kN)
桥台(固定支座)
桥 墩
混
凝
土
简
支
梁
≤12
150
混凝土枕
55
10
16
200
混凝土枕
70
10
20
250
混凝土枕
85
15
24
400
混凝土枕
95
25
32
500
混凝土枕
115
35
40
750
混凝土枕
135
45
梁 型
跨度
(m)
梁高
(m)
桥墩刚度
(kN/cm·线)
轨道结构
车前墩台挠曲力(kN)
桥台(固定支座)
桥 墩
T
型
混
凝
土
简
支
梁
12
1.61
150
混凝土枕
20
5
16
1.96
200
混凝土枕
30
10
20
2.06
250
混凝土枕
40
15
24
2.16
400
混凝土枕
60
25
32
2.56
500
混凝土枕
90
45
附录 A无缝线路固定区单股钢轨作用在桥梁的伸缩力、挠曲力
A.0.1等跨混凝土简支梁桥,桥梁位于无缝线路固定区,有碴轨道上铺设
60kg/m 钢轨无缝线路,单股钢轨作用在桥梁的伸缩力见表 3。
表 3 固定区单股钢轨作用在桥梁的伸缩力
A.0.2等跨、混凝土简支梁(T 型)桥,桥梁位于无缝线路固定区,有碴轨道
上铺设 60kg/m 钢轨无缝线路,荷载采用中—活载时,单股钢轨作用在桥梁的挠
曲力见表 4。
表 4 荷载采用中—活载时,单股钢轨作用在桥梁的挠曲力
A.0.3等跨、混凝土简支箱梁桥,桥梁位于无缝线路固定区,有碴轨道上铺设
60kg/m 钢轨无缝线路,荷载采用 ZK 标准活载时,单股钢轨作用在桥梁的挠曲
力见表 5。
—12—
跨度及梁型
梁 高
(m)
轨道结构
车前墩台挠曲力(kN)
桥台(固定支座)
桥 墩
16m 双线 T 梁
1.6
混凝土枕
30
5
20m 单线箱梁
2.0
混凝土枕
35
10
20m 双线箱梁
2.0
混凝土枕
35
10
24m 单线箱梁
2.2
混凝土枕
50
20
24m 双线箱梁
2.2
混凝土枕
50
20
32m 单线箱梁
2.7
混凝土枕
65
35
32m 双线箱梁
2.6
混凝土枕
65
35
表 5 荷载采用 ZK 标准活载时,单股钢轨作用在桥
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- 新建 铁路桥 无缝 线路 设计 暂行规定