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    科學技術論文

    浩吉鐵路常用跨度簡支梁設計及優化

    時間:2021年07月24日 所屬分類:科學技術論文 點擊次數:

    摘要:浩吉鐵路是一條新建雙線電氣化重載鐵路,線路全長1814.33km,其中常用跨度簡支梁1.79萬單線孔,數量巨大,因此簡支梁的結構設計對全線的工期和造價均有較明顯的影響。介紹浩吉鐵路后張法簡支T梁的設計和一些優化措施,結構設計滿足重載鐵路要求,人行

      摘要:浩吉鐵路是一條新建雙線電氣化重載鐵路,線路全長1814.33km,其中常用跨度簡支梁1.79萬單線孔,數量巨大,因此簡支梁的結構設計對全線的工期和造價均有較明顯的影響。介紹浩吉鐵路后張法簡支T梁的設計和一些優化措施,結構設計滿足重載鐵路要求,人行道首次采用了工字形鋼橫梁和混凝土形槽及RPC蓋板組成的組合結構,對電纜的鋪設和檢修及聲屏障的設置均提供了便利條件,加寬人行道寬度,取消了避車臺,梁端防排水采用擋水臺及鋼蓋板方式。優化措施降低了施工難度和工程造價,對重載鐵路和客貨共線鐵路簡支梁的設計具有一定的參考意義。

      關鍵詞:重載鐵路;預應力混凝土;簡支梁;T梁;設計;優化

    鐵路運輸

      1概況

      浩吉鐵路是一條新建雙線電氣化重載鐵路,線間距4m,軌道類型為有砟軌道。浩吉鐵路北起東烏鐵路的浩勒報吉站,經內蒙古、陜西、山西、河南、湖北、湖南、江西七省(自治區),終點到達江西省吉安市,線路全長1814.33km,為世界上一次建成最長的重載鐵路。目前,常用跨度簡支梁是我國鐵路橋梁的主要形式,簡支梁的結構設計及優化對工程的質量、功能及造價具有明顯影響。浩吉鐵路全線常用跨度簡支梁合計單線為1.79萬孔,折合雙線為8950孔,其中無聲屏障梁7958孔,有聲屏障梁992孔。

      常用跨度簡支梁數量在全線的橋梁中占比較大,其結構型式選擇和結構設計對工程外觀、質量、建設工期及造價均有重要影響。經技術經濟比選,常用跨度簡支梁結構類型采用有砟軌道后張法預應力混凝土形梁,單線梁采用片梁,雙線梁采用片梁,各片梁之間通過橫隔板和橋面板現澆混凝土連成整體,隔板處加設橫向預應力筋。簡支梁按有、無聲屏障分為兩個系列,每個系列包含32m、24m、20m和16m四個跨度梁型。研究表明,重載鐵路經濟性能最優的梁型為跨度簡支梁和跨度簡支箱梁。結合現有運架梁設備,潔吉鐵路以采用跨度簡支梁為主,跨度24m、20m和16m梁作為配跨使用。

      2簡支T梁設計

      2.1主要設計標準[5]

      (1)環境類別及作用等級一般大氣條件下無防護措施的地面結構,環境類別為碳化環境,作用等級為T1、T2。(2)設計速度客車160km/h,重載貨物列車100km/h(C62、C64為80km/h)。(3)線路情況單、雙線,正線直、曲線,線間距4.0~5.0m。(4)適應線路最小曲線半徑 線路曲線半徑根據設計標準、地形及地物確定,其中一些聯絡線上需要設置更小的曲線半徑。常用跨度簡支梁工點多,需要適應各種不同的曲線半徑,設計中采用不同跨度簡支梁以滿足不同曲線半徑工點橋的需要。

      2.3主要材料[7]

      (1)混凝土梁體混凝土強度等級C60。封錨混凝土采用補償收縮細石混凝土,縱向預應力封錨混凝土強度等級為C60,橫向預應力封錨混凝土強度等級為C40,F場澆筑橫隔板及橋面板連接濕接縫混凝土采用補償收縮細石混凝土,強度等級為C40。人行道板、形擋砟塊混凝土強度等級為C40。電纜槽蓋板采用RPC蓋板,內設E5鋼筋網。(2)預應力筋縱向預應力筋采用公稱直徑為15.2mm的鋼絞線,抗拉強度為1860MPa,彈性模量為1.95×10MPa。橫向預應力筋采用公稱直徑16mm預應力混凝土用鋼棒,抗拉強度1420MPa,彈性模量為2.0×10MPa,松弛率2%。

      (3)鋼筋研究表明,在客貨共線、重載鐵路簡支梁中采用高強度經濟性更好。因此。鋼筋普通鋼筋采用HPB300鋼筋及HRB400鋼筋。(4)人行道橫梁鋼料、預埋鋼板采用Q345,預埋套筒采用45號鋼調制。

      2.4橋面布置

      鐵路橋梁的橋面布置除滿足行車要求外,還需考慮大機養護、檢修通道及電纜鋪設的要求。根據線路大機養護的要求,線路中心距擋砟墻內側距離不小于2.2m,同時考慮曲線上橋梁按平分中矢法布置,橋面中心線至擋砟墻內側距離采用2.25m。單線采用兩片邊梁,雙線采用兩片邊梁和兩片中梁。雙線梁按線間距4.0m設計,當線間距在4.0~5.0m之間時,調整中梁間濕接縫寬度,當線間距大于5.0m時采用雙單線并置布置,同一座橋全橋采用一種布置形式。橋面兩側設人行道,無檢查梯側人行道寬為0.85m,設檢查梯側人行道寬為1.0m。人行道采用裝配式結構10,鋼橫梁結構上鋪設預制混凝土形槽+RPC蓋板形式,擋砟墻上預埋套筒。鋼橫梁與聲屏障基座焊接成整體,采用螺栓與預埋套筒連接。電纜鋪設于形槽內,頂部采用RPC混凝土蓋板覆蓋。

      2.5結構設計要點

      影響結構尺寸因素重載鐵路橋梁的恒載和活載均大于一般客貨共線鐵路11,對簡支梁結構設計提出了更高的要求。結構尺寸確定不僅要綜合考慮梁體抗彎、抗剪、預應力管道的保護層厚度,而且還需要考慮梁體剛度和車橋動力響應效應。研究表明14,橋梁在徐變、溫度、橋墩沉降等作用下會發生多種靜態變位,而且跨度越短、車速越高則對橋梁靜態變位的要求越嚴格。設計時需在預測橋梁靜態變位的基礎上合理選擇橋梁鍘度。橋梁結構的動力響應與重載列車的軸重有較明顯的相關性,豎向位移和橫向位移均隨著列車軸重的提高而增大16。預制梁橋面寬度、腹板厚度及梁體高度綜合考慮以上影響因素和現有運架梁設備確定,跨度梁梁高2,腹板厚度0.24,邊梁橋面寬2,中梁橋面寬1。

      3細部結構優化

      浩吉鐵路常用跨度簡支梁設計總結了山西中南部鐵路通道簡支梁設計經驗,并結合客貨共線簡支梁的使用中發現的問題,對養護維修通道、梁端伸縮裝置等附屬設施進行了較大幅度優化改進,改善了其使用性能,降低了梁工程造價。

      3.1調整人行道寬度,取消避車臺設置根據TB/T100022017《鐵路橋涵設計規范》規定,重載鐵路線路中心至人行道欄桿內側的凈距小于3.25m時設置避車臺?拓浌簿簡支梁人行道寬度有種,分別為1.05m和0.8m,當人行道寬度采用0.8m時,直線段即可滿足線路中心至人行道欄桿內側的凈距不小于3.25m,曲線段由于線路中矢的影響,線路中心至人行道欄桿內側的凈距小于3.25m。適當加寬人行道的寬度,檢查梯設置于人行道下方。不設檢查梯側寬度0.85m,設檢查梯側寬度1m,從而保證了線路中心至人行道欄桿內側的凈距不小于3.25m,取消避車臺設置。取消避車臺簡化了結構,降低了施工難度和工程造價。

      3.2人行道結構的優化

      3.2.1鐵路簡支

      梁人行道概況浩吉鐵路開始設計時鐵路簡支梁通用參考圖分為無聲屏障和設聲屏障兩個系列。無聲屏障梁人行道由擋砟墻處預埋形鋼、外設角鋼拼結三角支架和鋼筋混凝土人行道板組成,角鋼之間采用螺栓連接,其中水平肢角鋼伸出欄桿外側,以便安裝電纜槽,外掛式電纜槽設置于欄桿外側。

      3.2.2存在的主要問題

      客貨共線簡支梁在制造和運營養護過程中陸續發現了一些問題或不便之處,主要有如下幾方面。(1)無聲屏障梁拼結的角鋼支架整體性較差,連接螺栓多,加大了后期的養護工作量。電纜槽放置于欄桿外側,給施工和檢修帶來了一定的困難,且外掛式電纜槽造價較高。(2)聲屏障梁的人行道結構復雜,施工工序繁瑣,質量不易保證。(3)有、無聲屏障梁的人行道高度和寬度均不同,電纜槽位置在平面和立面上也不在同一位置上,有、無聲屏障梁相接孔跨人行道和電纜槽均需要采取過渡措施。

      3.2.3優化措施

      (1)人行道支架改為組合工字形鋼橫梁,鋼橫梁上鋪設鋼筋混凝土雙形槽,每側提供兩個電纜槽道,頂部采用RPC混凝土蓋板覆蓋,見圖。電纜鋪設于形槽內,鋪設、檢算方便,且節省了外持電纜槽費用。工字形鋼橫梁在工廠焊接成型,質量易于保證。

      4試制、試驗

      浩吉鐵路常用跨度簡支梁人行道組合結構是一種新型的鐵路簡支梁人行道結構,為結構的可靠性、保證施工工藝的可操作性和結構的可靠性,批量使用前,通過試驗梁的試制試驗進行了驗證。試驗內容包含片梁的靜載試驗、人行道結構制造和安裝和6m長的設置聲屏障人行道結構加載試驗,試驗結果驗證浩吉鐵路簡支梁設計方案可行,結構安全,其強度和剛度均滿足規范要求。試驗通過評審后,在浩吉鐵路全線推廣使用。

      鐵路論文范例:高速鐵路制動區間鋼軌摩擦自激振動研究

      5結語

      本文簡要介紹浩吉鐵路后張法簡支梁的設計和一些優化措施,浩吉鐵路首次采用一種新型的工字形鋼橫梁和混凝土形槽及RPC蓋板組成的組合結構,為電纜的鋪設和檢修及聲屏障的設置均提供了便利條件,節省了造價較高的外掛式電纜槽。有、無聲屏障梁的橋面寬度和高度完全一致,相接順暢,避免了復雜的過渡措施。取消避車臺和優化梁端防排水設施簡化了結構,降低了施工難度。浩吉鐵路簡支梁優化設計后提高了其使用功能,降低了工程造價,對重載鐵路和客貨共線鐵路簡支梁的設計具有一定的參考意義。

      參考文獻:

      [1]陳良江,文望清中國鐵路橋梁:19802020北京:中國鐵道出版社,2020

      [2]楊鵬健,周勇政,高策,等.鐵路常用跨度標準梁技術發展與創新[J].鐵道標準設計,2020,64(11):5156.

      作者:朱超1,劉玉亮2,徐立松2,梁磊2,汪鵬翔2

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