CN111733694B - 大跨度铁路钢桥的梁轨一体化伸缩装置及其设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大跨度铁路钢桥的梁轨一体化伸缩装置及其设计方法，属于铁路桥梁伸缩装置技术领域。所述梁轨一体化伸缩装置，包括活动端位移箱、固定端位移箱、支承梁、固定钢枕、活动钢枕和连杆系统；钢轨伸缩调节器的基本轨通过不同扣件与活动端位移箱上方的固定钢枕、固定端位移箱上方的固定钢枕、活动钢枕以及主、引桥上的混凝土轨枕连接。所述伸缩装置满足竖向支承刚度要求，并可明显减小梁端伸缩装置纵向伸缩阻力，避免出现常见的活动钢枕“八字形”病害。本发明还提出了基于性能的梁轨一体化伸缩装置设计方法，解决了以往梁端伸缩装置、钢轨伸缩调节器分别由桥梁、轨道专业单独设计带来的接口扣件设计不合理等问题。

Description

大跨度铁路钢桥的梁轨一体化伸缩装置及其设计方法

技术领域

本发明涉及一种大跨度铁路钢桥的梁轨一体化伸缩装置及其设计方法，属于铁路桥梁伸缩装置技术领域。

背景技术

多座高速铁路大跨度钢桥的长期运营实践表明，梁端伸缩装置是大桥病害较多的部位，需要在既有产品基础上开展优化设计。梳理其存在的主要病害，分析病害产生的原因，进一步反馈设计，是大跨度铁路钢桥梁端伸缩装置优化设计的方向。

另外，大跨度铁路钢桥往往在梁端同时设置钢轨伸缩调节器与梁端伸缩装置，主要目的是为了协调大桥上部钢轨和主梁的纵向伸缩。以往设计时一般由桥梁专业和轨道专业分别进行梁端伸缩装置、钢轨伸缩调节器的设计，没有充分考虑两者的协同，造成扣件设计不合理等原因导致的纵向伸缩不匹配，进而引起钢枕歪斜、连杆折断等病害。钢轨伸缩调节器与梁端伸缩装置应满足结构受力、行车等的多重性能要求。因此，有必要从梁轨一体化设计的角度，考虑梁端变位需求，建立基于性能的钢轨伸缩调节器与梁端伸缩装置设计方法。且针对梁端伸缩，大部分研究者仅关注了梁端伸缩装置产品本申请，较少有针对梁端伸缩装置的设计方法。因此，针对大跨度铁路钢桥日益增大的跨度，在开展更大位移量的钢轨伸缩调节器与梁端伸缩装置产品设计时，除关于产品本身性能以外，还应针对其设计方法开展相关研究。

发明内容

本发明考虑梁端伸缩装置与钢轨伸缩调节器的协同工作，以适应梁端空间变位、降低梁轨间纵向伸缩阻力等为性能目标，提供一种梁轨一体化伸缩装置及其设计方法，改进既有下承式梁端伸缩装置存在不足，对相关构造进行优化。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种大跨度铁路钢桥的梁轨一体化伸缩装置，包括活动端位移箱、固定端位移箱、支承梁、固定钢枕、活动钢枕和连杆系统；

所述活动端位移箱与引桥固定连接，所述固定端位移箱与主桥固定连接；所述活动端位移箱、支承梁和固定端位移箱沿铁路钢桥纵向依次连接并共同构成所述梁轨一体化伸缩装置的下部支承结构，所述支承梁在固定端位移箱一端为纵向固定，在活动端位移箱一端为纵向活动；

所述活动钢枕设于所述支承梁的顶部，所述固定钢枕分别设于所述活动端位移箱和固定端位移箱的顶部；

连杆系统，沿所述铁路钢桥纵向连接在各所述活动钢枕的端部以及与所述活动钢枕相邻设置的两个固定钢枕的端部；

所述铁路钢桥钢轨在梁端区域的纵向伸缩通过钢轨伸缩调节器实现，所述钢轨伸缩调节器沿所述铁路钢桥纵向设置，位于活动钢枕和固定钢枕的上方，包括基本轨和尖轨；

所述尖轨布置于主桥，尖轨尖端朝向引桥；

所述基本轨通过第一扣件与设在所述活动端位移箱上方的固定钢枕连接；

所述基本轨通过第三扣件与设在所述固定端位移箱上方的固定钢枕连接；

所述基本轨通过第二扣件与活动钢枕连接；

所述第二扣件、第三扣件及第三扣件至钢轨伸缩调节器主桥侧端部的扣件均采用小阻力扣件，所述第一扣件为大阻力扣件。

进一步的，所述支承梁在一线铁路的钢轨伸缩调节器下方各设一根。

进一步的，所述支承梁的两端通过第一承压支座和第一压紧支座与活动端位移箱、固定端位移箱连接，其中所述第一承压支座位于支承梁的下方，第一压紧支座位于支承梁的上方；

所述固定钢枕通过连接扣板分别与所述活动端位移箱、固定端位移箱连接，所述固定钢枕与所述活动端位移箱、固定端位移箱之间还分别设有枕下垫板；

所述活动钢枕通过箱型吊架及所述吊架内部的第二压紧支座、第二承压支座与所述支承梁连接，其中所述第二压紧支座位于所述吊架的顶部，所述第二承压支座位于所述吊架的底部。

进一步的，所述支承梁在固定端位移箱一端通过第一限位装置实现支承梁纵向和横向的限位，所述支承梁在活动端位移箱一端通过第二限位装置实现支承梁横向限位。

进一步的，连杆系统包括若干个依次连接的菱形结构，相邻的活动钢枕之间或相邻的活动钢枕与固定钢枕之间均通过所述菱形结构的对角端连接；所述菱形结构的相邻两边均通过螺栓连接，所述菱形结构近螺栓孔处的截面进行加强或加厚处理。

进一步的，所述小阻力扣件为使得基本轨沿铁道钢桥纵向可滑动的轨撑式小阻力扣件，所述大阻力扣件为弹条大阻力扣件。

一种大跨度铁路钢桥的梁轨一体化伸缩装置的设计方法，包括以下步骤：

步骤1，分析既有桥梁约束体系的合理性，从定性上提出新建桥梁的合理约束体系；

步骤2，建立大跨度铁路钢桥的有限元模型，在不同的荷载工况下，分析得出梁端空间变位特征；根据既有梁端伸缩装置的使用状态，得出其服役性能，作为指导所述梁轨一体化伸缩装置设计的依据；

步骤3，判断梁端空间变位特征是否满足要求，结合既有梁端伸缩装置的服役性能，综合判断所述梁轨一体化伸缩装置是否满足性能要求；如不能满足要求，则返回步骤1对新建桥梁约束体系进行优化设置；如满足要求，则进行下一步；

步骤4，根据梁轨一体化伸缩装置的性能需求依次完成所述梁轨一体化伸缩装置的总体方案设计和结构构造设计；

步骤5，将所设计出的梁轨一体化伸缩装置进行整体和局部静力分析，判断所述梁轨一体化伸缩装置的强度和刚度能否满足性能需求；再进行梁端车桥耦合振动分析，判断所述梁轨一体化伸缩装置的行车安全性、平稳性是否满足性能需求；如任一不能满足，则返回步骤4重新进行梁轨一体化伸缩装置的设计，如均满足，则完成所述梁轨一体化伸缩装置的设计。

进一步的，步骤1和3中，

所述梁轨一体化伸缩装置服役性能包括梁端行车安全性、梁端行车平稳性、易维护性和可更换性；

所述梁端空间变位特征包括梁端的纵向伸缩位移、横向位移及折角、竖向转角、纵向伸缩阻力和竖向刚度；

所述梁轨一体化伸缩装置的性能需求包括梁端空间变位特征和梁轨一体化伸缩装置服役性能。

进一步的，步骤3中，对新建桥梁约束体系进行优化设置包括调整主桥和相邻引桥的固定支座、活动支座的数量及设置位置。

进一步的，步骤3中，对新建桥梁约束体系进行优化设置还包括设置梁端阻尼器、横向抗风支座或调整所述横向抗风支座的容许横向位移。

本发明的有益结果为：

本发明提出了基于性能的梁轨一体化伸缩装置设计方法，给出了主要技术流程，解决了以往梁端伸缩装置、钢轨伸缩调节器分别由桥梁、轨道专业单独设计带来的接口扣件设计不合理等问题，可实现钢轨伸缩调节器、梁端伸缩装置和梁缝三者的同步伸缩。同时提出了一种适用于大跨度铁路钢桥的梁端伸缩装置的主要结构构造，此装置满足竖向支承刚度要求，并可明显减小梁端伸缩装置纵向伸缩阻力，避免出现常见的活动钢枕“八字形”病害。

附图说明

图1为本发明所述梁轨一体化伸缩装置的俯视图；

图2为本发明所述梁轨一体化伸缩装置的侧视图；

图3-1为图2中A-A截面示意图；

图3-2为图2中B-B截面示意图；

图3-3为图3中C-C截面示意图；

图4为图2中I处放大结构示意图；

图5为本发明所述梁轨一体化伸缩装置的设计方法流程图；

其中，1-活动端位移箱，2-第一承压支座，3-第一压紧支座，4-支承梁， 5-锚固螺栓，6-固定端位移箱，7-固定钢枕，8-连杆系统，9-侧向导轨，10-钢轨伸缩调节器，11-活动钢枕，12-主桥侧挡砟墙，121-主桥侧混凝土轨枕，13- 引桥侧挡砟墙，131-引桥侧混凝土轨枕，141-第一扣件，142-第二扣件，143- 第三类扣件，15-连接扣板，16-第二压紧支座，17-第二承压支座，18-枕下垫板，19-第二横向限位装置，20-第一横向限位装置，21-箱型吊架，22-主桥， 23-引桥。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

一种大跨度铁路钢桥的梁轨一体化伸缩装置，包括活动端位移箱1、固定端位移箱6、支承梁4、固定钢枕7和活动钢枕11、连杆系统8和侧向导轨 9。

所述活动端位移箱1与引桥23端固定连接，所述固定端位移箱6与主桥 22端固定连接，本实施例中，活动端位移箱1与引桥侧桥面预埋钢板、固定端位移箱6与主桥侧桥面预埋钢板之间均通过锚固螺栓5实现连接。所述活动端位移箱1、支承梁4和固定端位移箱6沿铁路钢桥纵向依次连接并共同构成所述梁轨一体化伸缩装置的下部支承结构，所述支承梁4在固定端位移箱6 一端为纵向固定，在活动端位移箱1一端为纵向活动，从而使支承梁在活动端位移箱1内实现侧向限位的纵向滑动。

所述活动钢枕11设于所述支承梁4的顶部，所述固定钢枕7分别设于所述活动端位移箱1和固定端位移箱6的顶部。

连杆系统8，沿所述铁路钢桥纵向连接在各所述活动钢枕11的端部以及与所述活动钢枕11相邻设置的两个固定钢枕7的端部。

所述铁路钢桥钢轨在梁端区域的纵向伸缩通过钢轨伸缩调节器10实现，所述钢轨伸缩调节器10沿所述铁路钢桥纵向设置，位于活动钢枕11和固定钢枕7的上方，包括基本轨和尖轨。

其中，所述尖轨布置于主桥22，尖轨尖端朝向引桥23。

所述基本轨通过第一扣件141与设在所述活动端位移箱1上方的固定钢枕7连接；

所述基本轨通过第三扣件143与设在所述固定端位移箱6上方的固定钢枕7连接；

所述基本轨通过第二扣件142与活动钢枕11连接；

将钢轨伸缩调节器尖轨布置于主桥，尖轨尖端朝向引桥，可以避免尖轨尾端与引桥上的无缝线路长钢轨焊联，在温度影响下造成尖轨爬行病害。所述第二扣件142、第三扣件143及第三扣件143至钢轨伸缩调节器主桥侧端部的扣件均采用小阻力扣件，所述第一扣件141为大阻力扣件。

其中，所述小阻力扣件可选为使得基本轨沿铁道钢桥纵向可滑动的轨撑式小阻力扣件，所述大阻力扣件为常规大阻力钢轨扣件，如弹条扣件。

所述支承梁4在一线铁路的钢轨伸缩调节器10下方各设一根，用于支承梁缝处活动钢枕11。

所述支承梁4的两端通过第一承压支座2和第一压紧支座3与活动端位移箱1、固定端位移箱6连接，其中所述第一承压支座2位于支承梁4的下方，第一压紧支座3位于支承梁4的上方。所述支承梁4在固定端位移箱6一端通过第一限位装置20实现支承梁4纵向和横向的限位，所述支承梁4在活动端位移箱1一端通过第二限位装置19实现支承梁4横向限位。

所述固定钢枕7通过连接扣板15分别与所述活动端位移箱1、固定端位移箱6连接，所述固定钢枕7与所述活动端位移箱1、固定端位移箱6之间还分别设有枕下垫板18。

所述活动钢枕11通过箱型吊架21及所述吊架21内部的第二压紧支座16、第二承压支座17与所述支承梁4连接，其中所述第二压紧支座16位于所述吊架21的顶部，所述第二承压支座17位于所述吊架21的底部。

连杆系统8包括若干个依次连接的菱形结构，相邻的活动钢枕11之间或相邻的活动钢枕11与固定钢枕7之间均通过所述菱形结构的对角端连接，从而实现不同活动钢枕之间的纵向连接，多个菱形结构的连杆系统可实现纵向伸缩，保证活动钢枕伸缩均匀。所述菱形结构的相邻两边均通过螺栓连接，由于节点处螺栓孔对截面有削弱，所述菱形结构近螺栓孔处的截面进行加强/ 加厚处理。

还包括侧向导轨9，其通过连接扣板与钢枕连接。

当主、引桥为有砟轨道时，主桥侧挡砟墙12、引桥侧挡砟墙13通过侧挡作用抵抗道砟纵向力作用，同时防止道砟进入梁缝伸缩装置内，挡砟墙与梁缝两侧的混凝土轨枕121与131之间保留足够距离，防止该处道砟无法捣固密实，造成刚度突变。当主、引桥均为无砟轨道时，则无挡砟墙结构。

根据梁端伸缩装置的结构构造和连接，对其工作原理进行说明。

纵向伸缩原理及均匀性控制：纵向伸缩主要通过两端布置于位移箱内的支承梁、布置于梁缝处的活动钢枕以及连杆系统实现。活动端位移箱1与引桥梁端固接，固定端位移箱6与主桥梁端固接，支承梁4插入两端位移箱内，通过压紧支座、承压支座与位移箱连接，压紧支座和承压支座均不限制支承梁竖向转角，因此可以适应主、引桥梁端竖向转角；当主桥梁端纵向位移传递给固定端位移箱，固定端位移箱同步带动支承梁及其上部固定钢枕做纵向伸缩；固定端固定钢枕通过连杆系统带动活动钢枕做纵向伸缩，通过连杆系统调节作用实现伸缩位移平均分配给活动钢枕范围内的伸缩缝，以保证相邻钢枕间距均匀，同时满足钢枕净距或间距的要求，确保列车运行安全平稳。

纵向伸缩阻力的合理调控：纵向伸缩阻力直接影响梁端伸缩装置的正常伸缩功能，是伸缩装置长期正常工作面临的关键问题。下承式梁端伸缩装置纵向伸缩阻力主要来自于以下几个方面：(1)支承梁与其活动端上下支座、左右限位装置的摩擦阻力；(2)活动钢枕吊架内承压与压紧支座与支承梁的摩擦阻力；(3)连杆系统内部及与钢枕之间的摩擦阻力；(4)上部侧向导轨与其约束扣板及底板之间的摩擦阻力；(5)钢轨与扣件之间的摩擦阻力。以往在进行下承式梁端伸缩装置设计时装置均考虑了上述(1)～(4)的摩擦阻力，但并未充分考虑(5)中所涉及的摩擦阻力，伸缩区钢轨与钢枕之间的扣件一般采用弹条扣件，扣压力不易保持，且钢轨纵向阻力过大导致钢轨无法正常伸缩，进而影响到梁缝区活动钢枕的纵向位移，导致活动钢枕的“八字形”歪斜病害。因此，针对下承式梁端伸缩装置，实现钢轨与活动钢枕之间的纵向自由伸缩，降低两者的相互影响，是实现伸缩装置正常工作的重要内容。本发明从调控钢轨与轨枕间纵向阻力的角度，通过对扣件进行合理选型设计实现梁端伸缩装置与钢轨伸缩调节器的一体化设计，是本发明的关键保护点之一。具体说明如下：

扣件合理选型设计遵循两个原则，其一为钢轨伸缩调节器与梁端伸缩装置伸缩区应采用小阻力扣件，如轨撑式扣件；其二应满足钢轨伸缩调节器尖轨锁定、基本轨伸缩的要求。具体应结合钢轨伸缩调节器与梁端伸缩装置的相对位置确定钢轨扣件的选择与布置。分别有以下两种布置情况：(1)钢轨伸缩调节器尖轨布置于引桥侧，尖轨尖端朝向主桥，如布置在图1或图2中的左侧，此时的伸缩区位于引桥调节器末端至梁缝区，则第一扣件、第二扣件及第一扣件至钢轨伸缩调节器端部的扣件均采用小阻力扣件，如轨撑式扣件，而第三扣件则选择常规大阻力扣件。(2)钢轨伸缩调节器尖轨布置于主桥，尖轨尖端朝向引桥，如布置在图1或图2中的右侧，此时的伸缩区位于主桥调节器末端至梁缝区，则第二扣件、第三扣件及第三扣件至钢轨伸缩调节器端部的扣件均采用小阻力扣件，如轨撑式扣件，而第一扣件选择常规大阻力扣件。扣件型式的合理选择可以明显减小伸缩区纵向阻力，避免钢轨伸缩与活动钢枕的伸缩相互影响。其中第一种情况中将轨伸缩调节器尖轨布置于引桥的方案在国外BWG调节器中较多应用，本实施例中主要考虑第二种情况，即将钢轨伸缩调节器的尖轨布置于主桥，尖轨尖端朝向引桥，可以避免尖轨尾端与引桥上的无缝线路长钢轨焊联，在温度影响下造成尖轨爬行病害。

横向变形及位移差的控制：梁端伸缩装置的横向变形以及梁端区域主、引桥横向位移差对该区域内的行车品质影响明显，由于梁端伸缩缝宽度随温度、列车作用会随时变化，存在最大缝宽和最小缝宽，不同缝宽下梁端主、引桥的横向位移差将产生不同的横向折角，进而影响到行车。梁端伸缩装置的横向变形主要通过侧向导轨9、位移箱内的横向限位装置和侧向连杆系统进行控制，其中侧向导轨提供主要的横向刚度。另一方面，由于主、引桥刚度明显大于梁端伸缩装置，设计时通过合理控制梁端主、引桥横向位移差，合理设置主、引桥梁端的支座布置，可以保证梁端伸缩装置不受主、引桥特别是主桥横向位移的过大影响。梁端伸缩装置自身的横向变形主要由列车横向摇摆力等因素引起，通过侧向导轨的横向约束作用，将横向变形控制在容许值范围。

实施例2

本发明提供一种大跨度铁路钢桥基于性能的梁轨一体化伸缩装置的设计方法，其基本思想是：从分析梁端伸缩装置应满足的使用性能角度出发，通过考虑梁轨相互作用，基于梁轨一体化理念开展梁端伸缩装置的设计。

其具体技术流程如图5所示，图5中给出了基于性能的梁轨一体化伸缩装置设计方法的基本流程，包括：

(1)分析既有桥梁约束体系的合理性，从定性上提出新建桥梁的合理约束体系。通过开展梁端变位分析，明确不同荷载工况下的桥梁梁端空间变位特征，具体的可以通过建立大跨度铁路钢桥的有限元模型，在不同的荷载工况下，分析得出梁端空间变位特征；结合既有的梁端伸缩装置使用状态，对梁轨一体化伸缩装置的服役性能进行评价；综合以上两方面判断新建桥梁约束体系是否合理，如不合理则对新建桥梁约束体系进行优化，如调整主桥和相邻引桥的固定支座、活动支座的数量及设置位置；在梁端纵向位移过大时，设置梁端阻尼器；或设置横向抗风支座或调整所述横向抗风支座容许横向位移。开展这部分分析的主要目的是从便于梁端伸缩装置设计的角度对桥梁约束体系设计提出要求，避免以往桥梁约束体系设计考虑不足造成的梁端伸缩装置设计困难，是设计方法上的一个创新。

(2)明确梁端伸缩装置的性能需求。除需要满足主、引桥的纵向伸缩位移外，对梁端伸缩装置还明确了其他的性能需求。

首先，梁端伸缩装置需适应主、引桥梁端的横向位移及折角，同时满足竖向转角作用下结构受力需求，这较以往主要关注梁端纵向伸缩位移更为合理，有利于梁端伸缩装置的工作。

其次，梁端伸缩装置的纵向伸缩阻力、竖向刚度是涉及到装置工作性能的两项关键性能指标，前者决定了装置的伸缩是否均匀，钢轨和活动钢枕的伸缩是否相互影响，纳入梁轨一体化设计考虑，尽量降低两者纵向伸缩时的影响；竖向刚度决定了梁端伸缩装置与相邻主、引桥的刚度过渡是否均匀、平顺。两项指标均需要在伸缩装置设计时重点考虑，并具体落实到扣件阻力、支承梁的竖向挠度等。

最后，梁端伸缩装置还需考虑易维护性和可更换性，结构构造设计须考虑工务人员开展梁端伸缩装置日常检查和养修作业时的便利性；对部分易损耗的部件，应考虑运营期便于更换；对梁端伸缩装置，须考虑其整体可更换性，从而实现“可达、可检、可修、可换”的目标。

(3)以梁端伸缩装置的性能需求为目标，开展伸缩装置总体方案设计和结构构造设计，如实施例1所述，并考虑伸缩装置与桥梁梁端的接口(位移箱、挡砟板等)。

(4)梁端伸缩装置的主要结构构造确定完毕后，通过整体和局部静力分析，检验梁端伸缩装置的强度和刚度能否满足性能需求；针对梁端区域行车的安全性、平稳性，需要通过考虑梁端伸缩装置的车-桥耦合振动分析进行评价，考察不同车速、不同伸缩状态下，列车通过梁端区域的性能指标，包括安全性指标，如脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力；平稳性指标，如车体垂向、横向加速度，Sperling舒适度指标等。车桥耦合振动分析综合体现了梁端梁轨系统的行车性能；通过结构构造优化，实现装置达到易维护性与可更换性目标。

对于实施例1、实施例2主要解决了以下几个问题：

1、提出基于性能的梁轨一体化伸缩装置设计方法，给出其具体技术流程图。采用基于性能的设计方法，可以对梁端伸缩装置的各项性能进行合理的调控，优化了原有设计，解决了合理的桥梁约束体系设计、纵向伸缩阻力、综合性能需求及其实现等多个问题，为梁端伸缩装置的升级改造提供了新的方法。

2、活动钢枕与支承梁的连接方式采用箱型吊架内设承压支座与压紧支座的方式，此形式可保证活动钢枕与支承梁连接的可靠性，防止支承梁出现悬空和跳动的现象。为降低伸缩阻力，活动钢枕与支承梁同样可采用L型扣板的型式。

3、梁端伸缩装置位移箱内部的承压支座和压紧支座是关键部件，由于具有一定的隐蔽性，日常检查比较困难。为便于位移箱内支座的养护维修，在梁端伸缩装置两侧靠近梁缝位置的位移箱侧板或腹板进行开口设计，使养护部门可以更方便地进行位移箱内支座的检修与更换，如图4所示。

4、支承梁横向限位装置采用夹板式，固定端横向限位装置直接深入支承梁预设凹槽内，可实现其纵横向限位性能；活动端横向限位装置采用端头设置耐磨材料夹板形式，可实现其横向限位性能和纵向滑动性能。

5、考虑钢轨伸缩调节器尖轨、基本轨的不同布置，及其与梁端伸缩装置的相对位置关系，提出了钢轨伸缩调节器扣件的选型及合理布置，从降低钢轨、活动轨枕纵向伸缩间相互影响的角度出发，提出了扣件布置的合理化设计。对于下承式梁端伸缩装置的扣件设计具有重要的指导作用，也是本发明的关键保护点。对于伸缩装置范围内钢枕数量及间距不同的情况，也即不同伸缩量的模数式梁端伸缩装置，均在本专利保护之列。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种大跨度铁路钢桥的梁轨一体化伸缩装置，包括活动端位移箱(1)、固定端位移箱(6)、支承梁(4)、固定钢枕(7)、活动钢枕(11)和连杆系统(8)；

所述活动端位移箱(1)与引桥(23)固定连接，所述固定端位移箱(6)与主桥(22)固定连接；所述活动端位移箱(1)、支承梁(4)和固定端位移箱(6)沿铁路钢桥纵向依次连接并共同构成所述梁轨一体化伸缩装置的下部支承结构，所述支承梁(4)在固定端位移箱(6)一端为纵向固定，在活动端位移箱(1)一端为纵向活动；

所述活动钢枕(11)设于所述支承梁(4)的顶部，所述固定钢枕(7)分别设于所述活动端位移箱(1)和固定端位移箱(6)的顶部；

连杆系统(8)，沿所述铁路钢桥纵向连接在各所述活动钢枕(11)的端部以及与所述活动钢枕(11)相邻设置的两个固定钢枕(7)的端部；

其特征在于，

所述铁路钢桥钢轨在梁端区域的纵向伸缩通过钢轨伸缩调节器(10)实现，所述钢轨伸缩调节器(10)沿所述铁路钢桥纵向设置，位于活动钢枕(11)和固定钢枕(7)的上方，包括基本轨和尖轨；

所述尖轨布置于主桥(22)，尖轨尖端朝向引桥(23)；

所述基本轨通过第一扣件(141)与设在所述活动端位移箱(1)上方的固定钢枕(7)连接；

所述基本轨通过第三扣件(143)与设在所述固定端位移箱(6)上方的固定钢枕(7)连接；

所述基本轨通过第二扣件(142)与活动钢枕(11)连接；

其中所述第二扣件(142)、第三扣件(143)及第三扣件(143)至钢轨伸缩调节器主桥侧端部的扣件均采用小阻力扣件，所述第一扣件(141)为大阻力扣件。

2.根据权利要求1所述的大跨度铁路钢桥的梁轨一体化伸缩装置，其特征在于，所述支承梁(4)在一线铁路的钢轨伸缩调节器(10)下方各设一根。

3.根据权利要求1所述的大跨度铁路钢桥的梁轨一体化伸缩装置，其特征在于，所述支承梁(4)的两端通过第一承压支座(2)和第一压紧支座(3)与活动端位移箱(1)、固定端位移箱(6)连接，其中所述第一承压支座(2)位于支承梁(4)的下方，第一压紧支座(3)位于支承梁(4)的上方；

所述固定钢枕(7)通过连接扣板(15)分别与所述活动端位移箱(1)、固定端位移箱(6)连接，所述固定钢枕(7)与所述活动端位移箱(1)、固定端位移箱(6)之间还分别设有枕下垫板(18)；

所述活动钢枕(11)通过箱型吊架(21)及所述吊架(21)内部的第二压紧支座(16)、第二承压支座(17)与所述支承梁(4)连接，其中所述第二压紧支座(16)位于所述吊架(21)的顶部，所述第二承压支座(17)位于所述吊架(21)的底部。

4.根据权利要求1所述的大跨度铁路钢桥的梁轨一体化伸缩装置，其特征在于，所述支承梁(4)在固定端位移箱(6)一端通过第一限位装置(20)实现支承梁(4)纵向和横向的限位，所述支承梁(4)在活动端位移箱(1)一端通过第二限位装置(19)实现支承梁(4)横向限位。

5.根据权利要求1所述的大跨度铁路钢桥的梁轨一体化伸缩装置，其特征在于，连杆系统(8)包括若干个依次连接的菱形结构，相邻的活动钢枕(11)之间或相邻的活动钢枕(11)与固定钢枕(7)之间均通过所述菱形结构的对角端连接；所述菱形结构的相邻两边均通过螺栓连接，所述菱形结构近螺栓孔处的截面进行加强或加厚处理。

6.根据权利要求1所述的大跨度铁路钢桥的梁轨一体化伸缩装置，其特征在于，所述小阻力扣件为使得基本轨沿铁道钢桥纵向可滑动的轨撑式小阻力扣件，所述大阻力扣件为弹条大阻力扣件。

7.一种权利要求1所述的大跨度铁路钢桥的梁轨一体化伸缩装置的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，分析既有桥梁约束体系的合理性，从定性上提出新建桥梁的合理约束体系；

步骤2，建立大跨度铁路钢桥的有限元模型，在不同的荷载工况下，分析得出梁端空间变位特征；根据既有梁端伸缩装置的使用状态，得出其服役性能，作为指导所述梁轨一体化伸缩装置设计的依据；

步骤3，判断梁端空间变位特征是否满足要求，结合既有梁端伸缩装置的服役性能，综合判断所述梁轨一体化伸缩装置是否满足性能要求；如不能满足要求，则返回步骤1对新建桥梁约束体系进行优化设置；如满足要求，则进行下一步；

步骤4，根据梁轨一体化伸缩装置的性能需求依次完成所述梁轨一体化伸缩装置的总体方案设计和结构构造设计；

步骤5，将所设计出的梁轨一体化伸缩装置进行整体和局部静力分析，判断所述梁轨一体化伸缩装置的强度和刚度能否满足性能需求；再进行梁端车桥耦合振动分析，判断所述梁轨一体化伸缩装置的行车安全性、平稳性是否满足性能需求；如任一不能满足，则返回步骤4重新进行梁轨一体化伸缩装置的设计，如均满足，则完成所述梁轨一体化伸缩装置的设计。

8.根据权利要求7所述的大跨度铁路钢桥的梁轨一体化伸缩装置的设计方法，其特征在于，步骤1和3中，

所述梁轨一体化伸缩装置服役性能包括梁端行车安全性、梁端行车平稳性、易维护性和可更换性；

所述梁端空间变位特征包括梁端的纵向伸缩位移、横向位移及折角、竖向转角、纵向伸缩阻力和竖向刚度；

所述梁轨一体化伸缩装置的性能需求包括梁端空间变位特征和梁轨一体化伸缩装置服役性能。

9.根据权利要求7所述的大跨度铁路钢桥的梁轨一体化伸缩装置的设计方法，其特征在于，步骤3中，对新建桥梁约束体系进行优化设置包括调整主桥和相邻引桥的固定支座、活动支座的数量及设置位置。

10.根据权利要求9所述的大跨度铁路钢桥的梁轨一体化伸缩装置的设计方法，其特征在于，步骤3中，对新建桥梁约束体系进行优化设置还包括设置梁端阻尼器或横向抗风支座。

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