铁路、轻轨桥梁用伸缩装置设计和应用
2012-10-23 12:06:22   来源:轨道交通      作者:冯国玉    评论:0 点击:

关键字:铁路桥梁;铝合金伸缩装置;材料选择;应用
摘要:对铁路、轻轨桥梁用伸缩装置从材料选择、生产加工工艺、制品应用三方面进行了分析与评价。讨论设计应用高强度、耐腐蚀铝合金材料的目的和意义及设计原则、几种新型产品结构形式和材料选择及加工方法、产品技术指标、伸缩装置在铁路的应用及发展趋势。验证在铁路和轻轨桥梁上应用伸缩装置能解决桥梁端部的伸缩、提高防水性能且延长桥梁使用寿命。

1  项目的目的和意义及设计原则

随着我国铁路运输的高速化及城市轻轨交通的发展,对桥梁附属设施的设计选型和应用显得尤为重要。高速铁路运营模式要求线路结构与之适应,轨道结构将有显著变化,基础刚性化、钢轨重型化、少维修、高质量是其必然,在保证轨道稳定性前提下,减小基础因气候产生的热胀冷缩现象,延长基础设施使用寿命是当前的研究课题。由于中国特点,铁路桥梁伸缩装置的设计与应用正处在试验和推广阶段。

众所周知,铁路、轻轨等桥梁面板会由于温度、地形等客观条件的变化而产生膨胀或收缩的现象,因此,每两个预定梁长的各相邻桥面板之间要设置一个梁缝,以适应桥梁面板的收缩,并且在梁缝处设置一伸缩装置,达到降低噪音、提高行车速度、防止各种杂物或雨水落下等效果。因此桥梁伸缩装置是桥梁梁端之间的重要连接部件,对桥梁端部伸缩及防水性能起重要作用,其质量和性能将直接影响整座桥梁的耐久性。因此伸缩装置的设计和应用有着重要的意义。

主要设计原则:

(1) 构造上满足铁路线路正常运营需要;

(2) 满足养护维修作业要求;

(3) 为提高结构耐久性提供保证措施;

(4) 从美学角度出发,考虑景观设计;

(5) 在满足使用功能条件下,最大限度地降低成本;

(6) 以人为本,简化施工工艺、方便养护维修。

2  几种新型产品结构形式、材料选择及加工方法

2.1  产品结构形式

2.1.1  铝合金型材典型结构形式有两种(见图1)

2.1.2  橡胶密封带典型结构形式有三种(见图2)

(a)适用于小型伸缩量伸缩装置

(b)适用于中型伸缩量伸缩装置

(c)适用于大型伸缩量伸缩装置和曲线梁

另外,根据特殊桥梁伸缩缝伸缩量大小要求的不同,可以改变铝合金型材和橡胶密封带截面形状(但密封带基本装配形状不变),以适应伸缩量的要求,图1和图2所示为常见的几种铝合金型材和橡胶密封带截面形状。

2.1.3  铝合金伸缩装置分类

根据常用跨度梁需要,按照轨道梁的结构的不同,伸缩装置类型包括有碴轨道及无碴轨道梁伸缩装置两大类,包括伸缩量±15㎜、±30㎜、±50㎜、±80㎜四种型号。以TSSF-X表示,其中TSSF表示铁路桥梁伸缩缝,X表示总伸缩量。安装时应根据现场环境温度等实际情况设置初始伸缩量。

(1)无碴轨道梁伸缩装置

无碴轨道梁伸缩装置直接通过锚固钢筋与桥面保护层钢筋连接,梁端保护层内横向钢筋应与防撞墙及竖墙钢筋连接。在桥面保护层施工后进行伸缩装置的安装,为避免伸缩缝处积水沿伸缩缝流出道桥下,在电缆槽内伸缩装置设置2%横向坡,梁端200~300㎜范围内,伸缩装置与跨中方向桥面保护层进行顺接。无碴轨道梁伸缩装置由铝合金型材、橡胶密封带、连接螺栓和锚筋组成,图3为无碴轨道梁伸缩装置的结构示意图。

(2)有碴轨道梁伸缩装置

由于有碴轨道梁桥面保护层为C40纤维混凝土,制梁时应注意在每孔梁端顶面预埋伸缩装置锚固钢板或角钢,通过在钢板上焊接钢筋的方式与伸缩装置连接钢筋固定。梁端防水层应在锚固钢筋与预埋钢板焊接后进行局部封边处理。保护层内增设纵横向锚固钢筋,锚固钢筋应与挡碴墙及竖墙伸出钢筋绑扎固定。在伸缩装置安装完毕后进行保护层的铺设。伸缩缝加盖钢板后,在挡碴墙内侧高度应与桥面保护层高度一致,以利于大型养护机械的作业;在电缆槽内伸缩装置坡度应与保护层坡度一致。有碴轨道梁伸缩装置主要由铝合金型材、橡胶密封带、连接螺栓、金属盖板、锚筋和梁体预埋件等组成,图4为有碴轨道梁伸缩装置的结构示意图。

(3)伸缩装置在曲线梁上的应用

根据不同铁路/轻轨线路桥梁直线到曲线的过渡,经常采用在梁缝连接处过渡的方法,因此伸缩装置为适应此项要求,中间橡胶密封带宜采用波浪式或风琴式结构,如图5所示即为波浪式密封带装配图。

2.1.4  嵌入式铝合金伸缩装置优点

现有公路桥梁用伸缩装置中用于固定于伸缩缝两侧的部分采用截面为“F”形及与“F”水平对称形的两根异型钢材,或者采用截面为“C”形及与“C”水平对称形的两根异型钢材,或者采用截面为“E”及与“E”水平对称形的两根异型钢材,并有一“V”形止水带的两边紧贴“F”的凹槽及与“F”水平对称的凹槽或“C”的凹槽及与“C”水平对称的凹槽。

但上述装置存在的问题是,铁路、轻轨桥梁伸缩装置由于道轨的保护,并不需要承担太大的载荷,采用异型钢材不利于节约成本。另外施工时首先须要将型钢上焊接的锚固筋焊接在预埋钢筋固定型钢,然后安装止水带,但是由于现有型钢的凹槽在两根型钢之间的两侧,安装时,需要将止水带两端分别塞入型钢凹槽内,安装难度很大。不仅如此,“V”止水带在雨雪天气还会存在严重的存水、存雪现象,冬季以后若存水、存雪结冰,会直接影响橡胶密封带的伸缩和伸缩装置的使用寿命。

责任编辑:七星

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