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研究生:朱梅山
論文名稱:鐵路橋樑橋台段問題處理之研究
論文名稱(外文):STUDY ON PROBLEMS OF RAILWAY NEAR BRIDGE ABUTMENT
指導教授:陳俶季陳俶季引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:國立海洋大學
系所名稱:河海工程學系碩士在職專班
學門:工程學門
學類:河海工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2003
畢業學年度:91
語文別:中文
論文頁數:92
中文關鍵詞:鋼軌挫屈強度彈性係數溫差地基彈性反應係數
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鐵路路線在由路工進入橋樑或由橋樑進入路工之橋台段,由於橋樑與路基二者的結構性質截然不同,處理不當,容易發生鋼軌斷裂或鋼軌挫屈的現象,而導致火車出軌的安全問題。本文的主要內容即就橋台段的問題,分鋼軌承受重力之反應行為與鋼軌伸縮縫及挫屈行為兩部分,以彈性基礎力學觀念並參考相關文獻,詳加研討,並建議處理對策,以確保鐵路行車安全。
Railway near bridge abutment, at both entering and leaving ends of the bridge, if not handled properly, will encounter some special localized problems. These problems include local overstress and buckling of the steel rails. Local overstress is due to the distinct difference of structural behavior in railway on both sides of the bridge abutment. Buckling of steel rails usually results from ambient temperature rise. If special care is not taken, these problems can result in derailing of the moving train and human disaster. The purpose of this article is to examine these problems. Conclusions and suggestions are also included.
目 錄
內容 頁次
中文摘要.........................................Ⅰ
英文摘要.........................................Ⅱ
目錄.............................................Ⅲ
表目錄...........................................Ⅵ
圖目錄...........................................Ⅶ
照片目錄.........................................Ⅸ
符號說明.........................................Ⅹ
第一章 前言......................................1
第二章 橋台段主要工程課題........................26
2.1 主要工程課題..............................26
2.1.1 應力集中..............................26
2.1.2 不均勻沈陷............................26
2.1.3 溫度效應..............................26
1. 橋台段設置鋼軌伸縮縫.................26
2. 設置長軌通過橋台段...................27
2.1.4 路工側回填下陷........................27
2.2 設計配合機制..............................28
2.3 其他附屬設施衍生之問題....................28
第三章 橋台段鋼軌承受重力之反應行為探討..........32
3.1概述......................................32
3.2分析模式及理論............................32
3.2.1假設條件..............................32
3.2.2分析模式..............................32
3.2.3分析理論..............................33
1.橋台處鋼軌不連續......................34
2.橋台處鋼軌連續........................35
3.3設計實例之分析............................36
3.3.1 概述.................................36
3.3.2 實例分析結果.........................37
3.3.3 實例分析結果研討.....................38
3.3.4 小結.................................41
第四章 橋台段軌道伸縮及挫屈行為..................46
4.1 概述......................................46
4.2 理論基礎..................................46
4.2.1 鋼軌之軸力強度........................46
1.鋼軌之抗拉強度........................46
2.鋼軌之抗壓強度........................47
4.2.2 鋼軌因伸縮產生之軸力反應..............48
1.橋台處設置鋼軌伸縮縫..................49
2.橋台處鋼軌連續........................49
4.3 實例運算..................................51
4.3.1 相關數據..............................51
4.3.2 鋼軌之軸力強度........................52
4.3.3 鋼軌之抗壓強度........................52
4.3.4 橋台處鋼軌配置機制之探討..............53
1.固定點之軸力,Pt......................53
2.溫度下降,鋼軌產生之拉軸力............54
3.溫度上升,鋼軌產生之壓軸力............54
4.4 小結......................................55
4.4.1 設置伸縮縫............................55
4.4.2 連續鋼軌..............................55
1.改善抗壓強度..........................55
2.降低橋台處因伸縮產生的軸力............56
第五章 結論與建議................................63
5.1 結論....................................63
5.2 建議改善方案............................63
5.2.1 橋台處設置進橋版....................63
5.3 未來研究課題............................64
5.3.1 軌道組織............................64
5.3.2 軌道線形............................64
5.3.3 載重組合............................64
5.3.4 鋼軌縱橫阻力........................64
5.3.5 軌道橋樑的互制......................65
5.3.6 地震力的考慮........................65
參考文獻..........................................67
附錄一、實例:彈性基礎理論.......................1-1
附錄二、實例:SAP90橋台處軌道設置伸縮縫..........2-1
附錄三、實例:SAP90橋台處鋼軌連續................3-1
表 目 錄
表1-1圖表及照片內容概述............................5
表1-2日本國鐵1973∼1982年間發生鋼軌挫屈件數.......6
表1-3英國1969∼1973年間長焊鋼軌挫屈原因件數.......6
表1-4日本鐵路1978∼1979年度發生鋼軌挫屈事故一覽表.7
表1-4(續)日本鐵路1978∼1979年度發生鋼軌挫屈事故
一覽表.................................8
表4-1 鋼軌之抗壓強度表.............................57
圖 目 錄
圖1-1 90年7月13日南港溪橋(東正線)事故平面示意圖.9
圖1-2軌道挫屈受力情形平面示意圖...................10
圖1-3莒光號第41次列車行車記錄....................11
圖1-4南港溪橋橋梁支承配置方式示意圖...............12
圖1-5橋梁斷面圖(跨徑15公尺)....................13
圖1-6橋梁斷面圖(跨徑32.1公尺)..................14
圖1-7橋台平、立面圖...............................15
圖1-8台鐵南港溪橋路段平面示意圖...................16
圖1-9南港溪橋北橋台縱剖面示意圖...................17
圖1-10路堤段軌道標準斷面圖........................18
圖1-11橋樑段軌道標準斷面圖........................19
圖1-12版式軌道示意圖..............................20
圖1-13台鐵竹南-造橋間長焊鋼軌路線平、縱面示意圖..21
圖2-1 粒度調整碎石之貼近材.........................29
圖2-2水泥加固土壤之貼近材.........................30
圖2-3地工織物之貼近物.............................30
圖2-4 橋台段平面示意圖.............................31
圖2-5 雨水入滲路基導致掏空現象之剖面示意圖.........31
圖3-1 橋台段縱斷面.................................42
圖3-2軌道剖面.....................................42
圖3-3橋台段反力分析模式...........................43
圖3-4力學分析座標系統.............................43
圖3-5平底鋼軌.....................................44
圖3-6 KS標準活載重................................44
圖3-7 剪力與c值關係圖.............................45
圖3-8 彎矩與c值關係圖.............................45
圖4-1曲線上的挫屈波形.............................58
圖4-2挫屈後的軸力分佈.............................58
圖4-3伸縮縫間產生之軸力分佈圖.....................59
圖4-4 分析模式.....................................60
圖4-5 反力圖.......................................60
圖4-6 分析模式.....................................61
圖4-7 反力圖.......................................61
圖4-8 軌道的最低挫屈強度...........................62
圖5-1 橋台段設置進橋版.............................66
照 片 目 錄
照片1-1(A)(B)列車出軌情形.......................21
照片1-2(A)(B)列車出軌情形.......................22
照片1-3(A)(B)列車出軌情形.......................23
照片1-4(A)(B)版式軌道受損情形...................24
照片1-5(A)(B)版式軌道受損情形...................25
符 號 說 明
q:均佈活載重
a:活載重橫向均佈寬度
E:鋼軌彈性係數
I:鋼軌慣性力矩
Ix:x軸向慣性力矩
Iy:y軸向慣性力矩
c:地基彈性反應係數
α:彈性基礎參數
V:剪力
Vn:鋼軌剪力極限強度
M:彎矩
Mn:鋼軌彎矩極限強度
A:鋼軌斷面積
AR:單鋼軌面積
β:鋼軌彈性係數
Fy:鋼軌屈服應力強度
kl/r:鋼軌橫向細長比
Δt:溫差
Pcr:挫屈強度
Pa:單鋼軌容許軸力強度
參考文獻
【1】交通部,1990,「公路橋梁耐震設計規範」
【2】中華顧問工程司,2002,「台鐵山線竹南-造橋間莒光號列車出軌事故原因之研析及未來如何防範與建議」,台灣鐵路管理局報告
【3】黃民仁,陳世芳,1993,「鐵路工程學」,文笙出版社
【4】Edwin H. Gaylord, Jr & Charles N. Gaylord,1990,「STRUCTURAL ENGINEERING HANDBOOK」,3RD EDITION,MCGRAW-HILL PUBLISHING COMPANY
【5】W. Flugge,Dr.-Ing,1962,「HANDBOOK OF ENGINEERING MECHANICS」,MCGRAW HILL PUBLISHING COMPANY
【6】日本運輸處鐵路局,平成11年,「鐵道構造物設計標準同解說」,丸善株式會社
【7】美國AISC,1989,「MANUAL OF STEEL CONSTRUCTION」,NINTH EDITION
【8】Theodore V. Galambos,1998,「GUIDE TO STABILITY DESIGN CRITERIA FOR METAL STRUCTURES」,JOHN WILEY & SON,INC
【9】Computers and Structures,Inc.,1992,「SAP90TM A Series of Computer Programs for the Finite Element Analysis of Structures」
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