某型鋼筋混凝土車擋設(shè)計(jì)探討

李祥

[摘要]車擋作為鐵路上重要的止擋設(shè)備，設(shè)置于盡頭線末端，目前主要有土堆式車擋與漿砌片石車擋，適用于一般盡頭線，另外還有彎軌式車擋。裝卸作業(yè)線盡頭式線路的末端應(yīng)設(shè)置遇碰撞摩擦不產(chǎn)生火花的擋車器和鋼筋混凝士車擋。在漿砌片石車擋與土堆式車擋的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一新型鋼筋混凝土車擋，并將多個(gè)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行對比分析，從混凝土、鋼筋數(shù)量、受力分析多方面進(jìn)行對比，并提出推薦方案，方便于后續(xù)相關(guān)設(shè)計(jì)生產(chǎn)工作。

[關(guān)鍵詞]鐵路； 車擋； 危險(xiǎn)貨物； 鋼筋混凝土車擋

[中國分類號]U214.1+8? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]B

1鐵路車擋現(xiàn)狀

鐵路車擋設(shè)置于鐵路的盡頭，是一種保護(hù)性緩沖與止擋的安全設(shè)備，其可以吸收火車動能并且降低對火車的反作用力，達(dá)到將火車停穩(wěn)并且保護(hù)火車以及其他線路設(shè)備的作用。目前我國鐵路一般盡頭線地段采用的是土堆式車擋與漿砌片石車擋，通常需車擋與擋車器配合使用［2］。而根據(jù)《鐵路危險(xiǎn)貨物辦理站、專用線（專用鐵路）貨運(yùn)安全設(shè)備設(shè)施暫行技術(shù)條件》（鐵運(yùn)［2010］105號）［1］中關(guān)于“裝卸作業(yè)線盡頭式線路的末端應(yīng)設(shè)置遇碰撞摩擦不產(chǎn)生火花的擋車器和鋼筋混凝士車擋”的相應(yīng)規(guī)定，鋼筋混凝土車擋尚無相應(yīng)的具體設(shè)計(jì)，每個(gè)涉及到危險(xiǎn)品的裝卸線盡頭線路，設(shè)計(jì)工程師都要單獨(dú)設(shè)計(jì)鋼筋混凝土車擋，造成了不必要的工作負(fù)擔(dān)。本文正是基于這一現(xiàn)狀，以漿砌片石車擋與土堆式車擋為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了這一型鋼筋混凝土車擋。

2鋼筋混凝土車擋設(shè)計(jì)方案

為了統(tǒng)一尺寸，鋼筋混凝土車擋以漿砌片石車擋尺寸為基礎(chǔ)，其中土堆式車擋與漿砌片石車擋如圖1所示，下面詳細(xì)介紹2種設(shè)計(jì)方案，并進(jìn)行方案比較。

2.1方案一

本方案完全以漿砌片石車擋為基礎(chǔ)，將漿砌片石的部分替換為鋼筋混凝土，其他部分不變，鋼筋混凝土各截面配筋按照最小配筋率進(jìn)行配筋，混凝土保護(hù)層厚度不小于35 mm，本方案思路在于盡可能減少與漿砌片石車擋的變化，方便于設(shè)計(jì)與指導(dǎo)施工，僅更換了相關(guān)材料。在配筋過程中，將6面體車擋的上表面與鋼軌插入的面認(rèn)為是板，其余3個(gè)面認(rèn)為是墻，在墻與墻的交界處認(rèn)為是剪力墻的柱，設(shè)置箍筋。車擋每一面墻與板均設(shè)置獨(dú)立的鋼筋，相搭的鋼筋通過彎鉤或者綁扎相連，形成穩(wěn)定的鋼筋籠。具體構(gòu)造如圖2所示，一定程度上增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的整體性，但在鋼軌插入車擋的斜墻，由于軌枕與鋼軌整體澆筑至墻內(nèi)，故不能整面墻配置鋼筋，這又導(dǎo)致此處斜墻的整體性不足。

2.2方案二

方案二與方案一不同，未完全繼承漿砌片石的結(jié)構(gòu)，將三面墻由漿砌片石更換為鋼筋混凝土材料，其余三面墻均與車擋內(nèi)部一樣填筑普通土。配筋方面與方案二類似，三面墻分別設(shè)置獨(dú)立的橫向鋼筋與縱向鋼筋，除互相搭接的鋼筋進(jìn)行綁扎與彎鉤連接外，在墻角處設(shè)置箍筋，形成整體的鋼筋籠。結(jié)構(gòu)如圖3所示。方案二的設(shè)計(jì)思路在于將將三面墻由漿砌片石更換為鋼筋混凝土，保證了車擋的整體穩(wěn)定性，同時(shí)將上部與斜面的板更換為填土，由于填土的剛度相比鋼筋混凝土更低，在極限工況下，降低列車與車擋撞擊的撞擊力，減少對列車與車擋的損傷。

3方案比較

將2個(gè)方案在工程量與受力分析2個(gè)方面進(jìn)行對比分析，綜合比選。

3.1工程量對比

2個(gè)方案鋼筋量、混凝土量及填土量如表1所示。

由表1可見，方案一與方案二相比，需要的鋼筋量相比方案二鋼筋用量增加1/4，混凝土用量增加1/3，填土量增加1/5。從工程數(shù)量方面對比，方案二工程量更少，造價(jià)更低。

3.2受力分析

為了比較各個(gè)方案在列車與車擋相撞極限工況下的結(jié)構(gòu)應(yīng)力情況，從最大應(yīng)力方面進(jìn)行比選。

利用有限元軟件ANSYS分別建立三維車擋結(jié)構(gòu)模型（圖4）。在整個(gè)斜面施加火車與車擋相撞的撞擊力F，本文取F為70 kN［3-4］，計(jì)算車擋鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)力最大值，采用有限元方法求解上述模型，整個(gè)車擋采用實(shí)體結(jié)構(gòu)建模（圖5），模型的計(jì)算參數(shù)如表2所示［5-6］，模型中假定鋼筋混凝土、土壤為線彈性受力狀態(tài)［7-8］。在車檔的后方與兩側(cè)設(shè)置填土模擬車檔周圍路基填土，填土外側(cè)全約束［9］。經(jīng)過計(jì)算，方案一的von-Mises最大應(yīng)力位于車擋撞擊面邊緣位置，最大應(yīng)力為3.7 MPa，方案二的von-Mises最大應(yīng)力位于側(cè)墻與后端墻的夾角處，最大應(yīng)力為2.2 MPa，經(jīng)對比，方案一最大應(yīng)力相比方案二大約68%，說明相比之下，方案一的應(yīng)力集中情況更嚴(yán)重（圖6）。

4研究結(jié)論

綜合上文所述，方案二相比方案一在鋼筋用量、混凝土用量以及填土等方面均更為節(jié)省，且應(yīng)力分布上更加合理，施工更方便，本文在綜合考慮下選擇方案二。

車擋雖為鐵路工程中一個(gè)工程量比較小的設(shè)備，但也是重要的安全設(shè)備，本文通過方案比選設(shè)計(jì)出一新型鋼筋混凝土車擋，期望通過不斷修改完善，作為鋼筋混凝土車擋的通用圖，以提高設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的效率。

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