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浅谈小半径曲线桥梁湿接缝加宽值的计算方法

发表时间：2020/11/10 来源：《基层建设》2020年第21期作者：曹刚

[导读] 摘要：普通单线铁路曲线桥由多孔简支T梁在桥墩中心线处以折线形式组成，每孔简支T梁由两片边梁通过湿接缝连接而成，所用梁片均为直线，而轨道线路为曲线，线路中线和每孔梁纵向几何中线不能重合，小半径曲线桥尤为明显。

        中铁十五局集团路桥建设有限公司吉林省吉林市 132000
        摘要：普通单线铁路曲线桥由多孔简支T梁在桥墩中心线处以折线形式组成，每孔简支T梁由两片边梁通过湿接缝连接而成，所用梁片均为直线，而轨道线路为曲线，线路中线和每孔梁纵向几何中线不能重合，小半径曲线桥尤为明显。采用平分中矢法布设的曲线桥，有砟桥面线路中线至挡砟墙内侧的净距为2.2米时才能满足大型养路机械作业条件，其曲线地段挡砟墙内侧距线路中线的距离应根据半矢距增加湿接缝宽度进行调整。湿接缝加宽值取值合理与否，既要考虑线路技术可行性、安全操作性，又要考虑经济合理性。本文以新建蒙西至华中地区铁路煤运通道岳（阳）吉（安）段花园中桥为依托，通过“E”值理论计算、CAD验证和CAD线性模拟倒推的方法科学的计算出了小半径曲线湿接缝加宽值，并有效的指导了现场施工。
        关键词：单线铁路小半径曲线湿接缝   加宽值   计算方法
        1工程概况
        1.1 桥梁工况介绍
        该桥起于DK1597+200.5止于DK1597+304.01，中心里程为DK1597+252.255，全长103.510m，桥跨布置为2-32mT梁+1-24mT梁，全桥位于R=800m的曲线上，桥墩和基础设置50cm横向预偏心，托盘和顶帽结构为非对称设置，固定支座设在每孔梁的吉安段；梁部曲线采用平分中矢布置，桥台按折线布置（见图1）。

        图1曲线布置图（单位：m）
        1.2线路工况介绍
        该线为单线铁路，竖向位于5.4‰的下坡地段，轨面标高由128.432m下降至127.873m，线路平面位于R=800m的曲线上。
        2应用原理分析
        2.1平分中矢法原理分析
        在蒙华桥2103和2104系列施工图[1]和蒙华岳吉施（桥）系列桥梁工点施工图中单线曲线桥平面布置采用平分中矢法。简支梁在曲线线路上布置时，梁中心线的两端并不是位于路线中线上，而是向外侧移动了一段距离，这段距离为偏距，用“E”表示，偏距E值为梁长（相邻两桥墩中心距）弦长中矢值的一半，此种布设简支T梁的方法为平分中矢法（见图2）。正矢f=l²/（8*R），E=f/2，所以E值计算公式如下：
        E=1/2*l²/（8*R）=l²/（16*R）；
        其中：l为曲线上相邻两墩中心距；
        R为曲线半径。

        图2线路平分中矢布设原理示意图（单位：m）
        2.2小半径曲线桥湿接缝加宽原因分析
        根据《铁路桥涵设计规范》TB1002-2017相关条款规定：“有砟桥面线路中线至挡砟墙净距2.2m是为了满足大型养路机械道床清筛的要求而制定的[2]。对于按照平分中矢法布置的简支梁桥，其曲线地段挡砟墙内侧距线路中心线的距离尚应根据半矢距加宽”[2]。蒙华桥2103和2104系列施工图中设计净距为2.25m，由此推算出，E值等于0.05m（2.25m-2.20m），且E值最大值为0.05m（50mm）[3]，超过该值，桥梁湿接缝须加宽，否则不满足设计和规范要求。小半径曲线桥梁湿接缝加宽值计算时不仅要充分考虑E值极限，还要满足规范有关技术要求。
        3计算方法
        小半径曲线桥梁湿接缝加宽值的取值大小，架梁现场一般情况下是根据经验所得，针对不同的曲线半径，取值大小有所差异，取值小了，不能满足规范要求，取值大了，经济上不合理。因此，现场施工还是以科学理论为依据，综合现场实际情况进行计算，本文简单的介绍一下通过“E”值比较计算、CAD验证和CAD线性模拟倒推计算湿接缝加宽值的两种方法，第一种计算方法简称“E”值计算法，第二种简称线性模拟法。
        3.1“E”值计算法
        3.1.1第1孔32m简支T梁湿接缝加宽值计算
        根据1#墩和0#台梁缝分界里程计算出第1孔32m简支T梁曲线长为32.86m，根据三角函数计算对应的弦长为32.858m，代入”E”值计算公式，E=l²/（16*R）=32.858*32.8578/（16*800）=0.084m，计算出的“E”值实际值0.084m大于极限“E”值0.05m，则湿接缝需要加宽，湿接缝单侧加宽值等于0.034m（“E”值实际值0.084m减去极限“E”值0.05m），该孔桥湿接缝总加宽值为0.068m（68mm），即架设梁片时，湿接缝的宽度为设计宽度300mm加上68mm等于368mm。
        计算出的第1孔32m简支T梁湿接缝的的加宽值为68mm，该值是否满足规范要求，用CAD画图进行验证。原桥面挡砟墙内侧净宽为4.5m，湿接缝加宽0.068m（68mm），加宽后的桥面挡砟墙内侧净宽为4.568m（见图3）。

        图3湿接缝加宽验证图（单位：m）
        经CAD验证，第1孔32m简支T梁湿接缝加宽68mm后，桥梁跨中和端部处线路中线至挡砟墙净距为2.2m，满足规范要求。
        3.1.2第2孔32m简支T梁湿接缝加宽值计算
        根据2#墩和1#墩梁缝分界里程计算出第2孔32m简支T梁曲线长为32.795m，根据三角函数计算对应的弦长为32.793m，代入”E”值计算公式，E=l²/（16*R）=32.793*32.793/（16*800）=0.084m，和第1孔梁计算的“E”值实际值一样，所以该孔桥湿接缝总加宽值也为0.068m（68mm），梁片架设后桥面两侧挡砟墙净距也为4.568米，同样满足规范要求，验证方法和第1孔梁一样。
        3.1.3第3孔24m简支T梁湿接缝加宽值计算
        根据3#墩和2#墩梁缝分界里程计算出第3孔24m简支T梁曲线长为24.855m，对应的弦长为24.852m，代入”E”值计算公式，E=l²/（16*R）=24.852*24.852/（16*800）=0.048m，计算出的“E”值实际值0.048m小于极限“E”值0.05m，则湿接缝不需要加宽，梁片正常架设。施工过程中为了和前1孔梁挡砟墙对齐，湿接缝可以按68mm加宽。
        第3孔24m简支T梁湿接缝不需要加宽，是否满足规范要求，同样用CAD画图进行验证（见图4）。

        图4湿接缝不加宽验证图（单位：m）
        经CAD验证，该孔24m梁跨中及梁端处线路中线至挡砟墙净距均大于2.2m，满足规范要求，第3孔24m简支T梁湿接缝无需加宽。
        3.2线性模拟法
        线性模拟法是湿接缝不加宽，根据原设计宽度用CAD按平分中矢法画出桥梁和线路布置的位置关系图，通过量取梁跨中和两端线路中线至挡砟墙的净距，和规范要求的2.2米进行比较，若小于2.2m，其差值为单侧湿接缝加宽值，若大于2.2m，则梁片正常架设，湿接缝不需要加宽。
        第1孔、第2孔32m简支T梁湿接缝暂不加宽，桥面两侧挡砟墙内侧净距为4.5m，用CAD按平方中矢法画出线桥布设图（见图5）。

        图5线性模拟图图（单位：m）
        由上图所示线性关系可以看出，第1孔32m简支T梁湿接缝不加宽，桥面净距按4.5m布设时，桥梁跨中和端部线路中心线至挡砟墙的距离均为2.166m，小于2.2m，不满足规范要求，湿接缝需加宽，单侧加宽值为0.034m（2.2m-2.166m），该孔桥梁总的加宽值为0.068m（68mm）。
        同样，第2孔32m简支T梁湿接缝暂不加宽，桥面净距按4.5m布设时，桥梁跨中部位线路中心线至挡砟墙的距离为2.166m，小于2.2m，不满足规范要求，湿接缝需加宽，单侧加宽值为0.034m（2.2m-2.166m）；桥梁端部处线路中心线至挡砟墙的距离为2.168m，小于2.2m，也不满足规范要求，湿接缝也需加宽，单侧加宽值为0.032m（2.2m-2.168m）。两侧湿接缝均按0.034米进行加宽，第2孔简支T梁湿接缝总加宽值也为0.068m（68mm）。
        第3孔24m简支T梁在图4中已显示线桥线性位置关系，湿接缝不加宽，桥梁跨中和端部处线路中线至挡砟墙净距均大于2.2m，满足规范要求。
        4结束语
        目前，国内多条铁路受地形、既有构筑物影响，线路不同程度的采用小半径曲线进行设计顺接，桥梁下部结构要按设计要求进行横向预偏心施工，上部简支T梁按平分中矢法进行布设时，湿接缝需加宽，方可满足规范要求。不同跨度的简支T梁、不同的小半径曲线，在桥梁架设前，科学、合理的计算出湿接缝加宽值，提前对横向连接钢板和湿接缝所需箍筋进行加宽加工，可以有效的规避架梁和湿接缝施工时技术、安全以及成本风险。本文简单介绍的湿接缝加宽值计算的两种方法是有一定的内在关系，“E”值计算法和线性模拟法希望对今后的铁路小半径曲线桥梁施工具有指导意义。
        参考文献：
        [1]后张法预应力混凝土简支T梁（蒙华桥2103、2104）.中铁工程设计咨询集团有限公司，2016年7月.
        [2]铁路桥涵设计规范（TB10002-2017）.中国铁道出版社，2017年北京：90.
        [3]蔡国田.小半径曲线铁路简支梁桥设计需要注意的几点问题，2017-02-08.
        作者简介：
        曹刚（1986一）男，汉族，土木工程本科，工程师，主要从事铁路铺架现场施工技术管理工作。