路橋過渡段軌道結構動力特性分析

呂關仁

(濟南鐵路局 工務處，山東濟南 250001)

為研究路橋過渡段對動車組動力作用的影響，2006年6月—7月，在膠濟線選擇K68+475新建路橋過渡段和K34+272既有橋頭線路兩個工點，對CRH2型動車組通過路橋過渡段和既有橋頭線路時的鋼軌垂向力和垂向位移等動力指標進行了測試，分析了路橋過渡段對動車組動力作用的影響。

1 試驗概況

K68+475為新建路橋過渡段，線路結構為有砟軌道、無縫線路、道床厚度40～60 cm、Ⅰ級道砟、60 kg/m鋼軌、Ⅲ型軌枕、Ⅱ型彈條扣件;軌道狀態良好、路基無病害，路橋間按高速鐵路設計規范要求設置了路橋過渡段。K34+272為既有線橋頭線路，線路結構為無縫線路、道床厚度40～60 cm、Ⅰ級道砟、60 kg/m鋼軌、Ⅲ型軌枕、Ⅱ型彈條扣件，軌道狀態良好，路基無病害，路橋間為既有線路基，未設置路橋過渡段。測試車為CRH2動車組。

測點布置中為使有限的測點能充分反映出動車組通過路橋過渡段時的軌道動力響應，測點布置應跨越橋梁和路基，并且間距合理。考慮到橋梁上線下基礎剛度較為均勻，因此橋梁上布置一個測點;橋梁和路基交界處，線下基礎剛度存在突變，布置一個測點;路基上線下基礎剛度沿線路縱向變化，布置2個測點。K68+475測點布置如圖1所示，K34+272測點的布置如圖2 所示，其中，P_s1、P_s2、P_s3、P_s4分別表示上行第1至第4個測點的垂向力，P_x1、P_x2、P_x3、P_x4分別表示下行第1至第4個測點的垂向力。輪軌垂向力采用剪力法測試，每測點貼4個應變花，接全橋，采取列車慢行標定。鋼軌位移的測試采用撓度計進行，用塞尺進行標定。鋼軌垂向位移測點布置于枕跨中間鋼軌軌底位置。

圖1 K68+475路橋過渡段測點布置

圖2 K34+272既有橋頭線路測點布置

2 測試結果分析

本次試驗對路橋過渡段和既有橋頭線路2個工點的上行和下行測點均進行了測試，上行和下行測試結果基本一致;因此，以下只列出上行線的測試分析結果。表1為K68+475動車組通過時垂向力、垂向位移測試結果，表2為K68+475軌道剛度，表3為K34+272既有橋頭線路動車組垂向力、垂向位移測試結果，表4為K34+272軌道剛度。圖3～圖5為K68+475各測點鋼軌垂向力、鋼軌垂向位移、軌道剛度隨速度變化情況，圖6～圖8為K34+272各測點鋼軌垂向力、鋼軌垂向位移、軌道剛度隨速度變化情況。圖9～圖11為路橋過渡段和既有橋頭線路輪載波動、鋼軌垂向位移變化和剛度變化的對比。

表1 K68+475鋼軌垂向力、垂向位移測試結果

表中，“P”表示垂向力，“Z”表示垂向位移，“s”表示上行，數字表示測點位置;如“P_s1”表示上行第一個測點的垂向力，“Z_s1”表示上行第一個測點的垂向位移。軌道剛度定義為一個集中荷載作用在鋼軌上，鋼軌產生單位下沉時所對應的集中荷載大小。輪載變化為過渡段4個測點最大與最小鋼軌垂向力之差。輪載波動系數為輪載變化與最大鋼軌垂向力之比。鋼軌垂向位移變化為過渡段4個測點最大與最小鋼軌垂向位移之差。剛度變化為過渡段4個測點最大與最小軌道剛度之差。

從表1～表4及圖3～圖11可見:

1)路橋過渡段從橋梁到路基，鋼軌垂向力、軌道剛度由大逐漸變小，垂向位移則由小逐漸變大，變化平緩;輪載變化為1.9～7.1 kN，輪載波動系數為2% ～8%，最大鋼軌垂向位移變化為0.089～0.161 mm，剛度變化為16～43 kN/mm。

2)路橋過渡段鋼軌垂向位移變化、剛度變化隨速度增加變化不大并略呈下降趨勢，輪載有少許波動，但波動不大，說明按高速鐵路設計規范設計的路橋過渡段動力特性良好，能滿足動車組高速平穩運行要求。

3)既有橋頭線路，從橋梁到路基，鋼軌垂向力、軌道剛度由大突然變小，垂向位移則由小突然變大;輪載變化為8.7～12.5 kN，輪載波動系數為11% ～15%，鋼軌垂向位移變化為0.509～0.675 mm，剛度變化為

81～105 kN/mm。

表2 K68+475軌道整體剛度 kN/mm

圖3 K68+475不同速度下各測點鋼軌垂向力變化

圖4 K68+475不同速度下各測點鋼軌垂向位移變化

表3 K34+272鋼軌垂向力、垂向位移測試結果

圖5 K68+475各測點軌道剛度隨行車速度的變化

表4 K34+272軌道剛度 kN/mm

圖6 K34+272不同速度下各測點鋼軌垂向力變化

圖7 K34+272不同速度下各測點鋼軌垂向位移變化

圖8 K34+272各測點軌道剛度隨行車速度的變化

圖9 路橋過渡段和既有橋頭線路輪載變化對比

4)既有橋頭線路輪載波動、鋼軌垂向位移變化、剛度變化均明顯大于路橋過渡段，尤其剛度變化較大，橋上軌道剛度比路基上軌道剛度大1倍以上，但隨速度增加變化不大，未出現發散現象。

圖10 路橋過渡段和既有橋頭線路鋼軌垂向位移變化對比

圖11 路橋過渡段和既有橋頭線路剛度變化對比

3 結語

1)路橋過渡段軌道剛度變化平緩、動力特性良好，鋼軌垂向位移變化、剛度變化隨速度增加變化不大，輪載有少許波動，但波動不大，最大剛度變化為29%，最大輪載波動為8%，鋼軌垂向位移變化不超過0.2 mm，能滿足動車組高速安全平穩運行要求。

2)既有線橋頭線路存在較為明顯的軌道剛度突變，橋上軌道剛度比路基上軌道剛度大1倍，輪載波動、鋼軌垂向位移變化、剛度變化均明顯大于路橋過渡段，但隨速度增加變化不大，未出現發散現象，最大輪載波動為15%，鋼軌垂向位移變化不超過0.7 mm。因此，橋頭線路軌道幾何狀態變化會較快，應作為重點加強日常檢查和維護。

［1］中華人民共和國鐵道部.高速鐵路設計規范(試行)［S］.北京:中國鐵道出版社，2010.

［2］中華人民共和國鐵道部.新建時速200～250公里客運專線鐵路設計暫行規定［S］.北京:中國鐵道出版社，2005.

［3］中華人民共和國鐵道部.鐵路線路修理規則［S］.北京:中國鐵道出版社，2006.

［4］中華人民共和國鐵道部.既有線提速200～250 km/h線橋設備維修規則［M］.北京:中國鐵道出版社，2007.

［5］崔春霞，段樹金，孫建剛.鐵路路橋過渡段合理長度研究［J］.鐵道建筑，2011(5):103-105.