連續梁橋上CRTSⅡ型板式無砟軌道制動力影響因素分析

張齊坤，芮一飛，高增增

(1.天津鐵道職業技術學院，天津300240;2.中國鐵道科學研究院標準計量研究所，北京100081; 3.鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津300142)

連續梁橋上CRTSⅡ型板式無砟軌道制動力影響因素分析

張齊坤1，芮一飛2，高增增3

(1.天津鐵道職業技術學院，天津300240;2.中國鐵道科學研究院標準計量研究所，北京100081; 3.鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津300142)

為研究連續梁橋上CRTSⅡ型板式無砟軌道在制動力作用下縱向力的變化規律，以一客運專線(82+128+82)m連續梁為例，建立線板橋墩空間一體化縱向力計算模型，分析制動力作用位置、聯合板伸縮剛度和滑動層摩擦系數對軌道結構和橋梁結構縱向力的影響。結果表明:當在固結結構處開始制動，制動力分布于溫度跨度較大一側時，聯合板受到的縱向拉力和壓力最大;隨聯合板伸縮剛度折減系數的增大，聯合板的縱向拉力和壓力增大;當摩擦系數從0增加到0.15時，聯合板縱向拉力和壓力減小，變化趨勢明顯，而當摩擦系數由0.15增加到1.00時，聯合板縱向拉力和壓力增大，變化趨勢緩慢。

CRTSⅡ型板式無砟軌道 橋梁 有限元 制動力

1 概述

橋梁地段CRTSⅡ型板式無砟軌道系統由鋼軌、彈性扣件、預制軌道板、砂漿調整層、底座板、滑動層、高強度擠塑板、側向擋塊等部分組成，臺后設置摩擦板、端刺及過渡板。橋上CRTSⅡ型板式無砟軌道結構如圖1所示。

圖1 橋上CRTSⅡ型板式無砟軌道結構示意

橋上CRTSⅡ型板式無砟軌道結構特點為:①預制軌道板和混凝土底座板在長橋上是跨過梁縫的連續結構，軌道板和底座板連續鋪設，兩者結合在一起形成聯合板，聯合板與橋梁間設置滑動層。整個CRTSⅡ型板軌道系統是一個縱向連續的鋼筋混凝土結構體系。軌道板結構及外形尺寸不受橋跨的限制，可與路基上、隧道內保持一致，軌道板本身的制造和鋪設簡便。②連續底座板端部設置摩擦板和端刺，以平衡底座板溫度力和冗余制動力，并使橋梁縱向力不影響路基段軌道結構。③全橋范圍內底座板與橋梁間設置滑動層，以減弱橋梁伸縮引起的鋼軌和板內縱向附加力。④在固定支座附近底座板和橋梁間設置剪力齒槽、錨固螺栓固結機構，將縱向力及時向墩臺上傳遞。⑤梁縫前后3.0 m范圍的梁面上鋪設5 cm厚高強度擠塑板，以減小梁端轉角對無砟軌道結構受力的影響。⑥通過在底座板兩側設置側向擋塊進行橫向、豎向限位。

本文以一客運專線(82+128+82)m連續梁為例，分析制動力作用位置、聯合板伸縮剛度和滑動層摩擦系數對縱向力的影響規律。

2 計算模型

橋梁地段CRTSⅡ型板式無砟軌道的受力變形和傳力特性類似于無縫線路中的長軌條，需要考慮梁軌相互作用的影響。根據橋上CRTSⅡ型板式無砟軌道縱向連續結構傳力特點，建立圖2所示的線板橋墩空間一體化縱向力計算模型，線路縱向考慮了鋼軌、縱連軌道板(底座板)、橋梁和橋墩的相互作用，線路橫向考慮兩股道的相互影響。

根據已有試驗結論，水泥乳化瀝青砂漿能保證軌道板和底座板的協調同步變形，因此，將軌道板和底座板縱向看成一塊板，即聯合板。鋼軌和軌道板通過扣件縱向阻力相互作用，底座板和橋梁通過固結機構和摩擦阻力相互作用。為反映橋上CRTSⅡ型板式無砟軌道結構的縱向傳力特性，模型中將結構均簡化為層狀體系的桿件，結構層之間的連接采用非線性彈簧單元模擬。

圖2 橋上CRTSⅡ型板式無砟軌道縱向力計算模型

3 計算參數

一客運專線特大橋孔跨布置如圖3所示，其中主跨為125#～128#墩的三跨(82+128+82)m的預應力混凝土連續梁。主跨位于曲線地段，圓曲線超高值為145 mm。橋上CRTSⅡ型板式無砟軌道結構計算參數見表1。

圖3 橋梁孔跨布置

表1 橋上CRTSⅡ型板式無砟軌道計算參數

制動力按照0.8UIC標準，制動荷載為16 kN/m，作用長度為300 m，兩條線路或多條線路只按一線制動。

4 力學分析

列車在橋上制動時，作用在鋼軌頂面的制動力由于鋼軌及聯合板間的相互作用將重新分配。制動力一部分分配到鋼軌和聯合板內，另一部分通過聯合板傳遞到橋梁，再通過橋梁支座傳遞到墩臺，引起墩臺縱向位移，橋梁墩臺縱向位移又反過來引起梁、聯合板縱向相互作用力的釋放，最終形成一個力學平衡體系。制動力的分配與制動力的作用位置、聯合板伸縮剛度和滑動層的摩擦系數有關。

4.1 制動力作用位置對縱向受力的影響

聯合板伸縮剛度折減系數取0.3，滑動層摩擦系數取0.7，分別計算對稱制動、左制動和右制動三種工況下軌道結構和橋梁的縱向力。制動作用工況如圖4所示。

圖4 制動力作用工況示意(單位:m)

各工況最大縱向力見表2。可知，三種制動工況下，鋼軌縱向力變化不大，墩臺頂縱向力在右制動時最大，固結機構縱向力在對稱制動時最大，在右制動的情況下聯合板的縱向拉力和壓力較其它兩種制動方式有較大增加，橋梁縱向力在右制動時最大。

制動力在固結結構處開始制動，制動力分布于溫度跨度較大一側時(即右制動)，聯合板受到的縱向拉力和壓力最大。該制動方式對軌道結構和橋梁結構受力不利。

表2 各工況最大縱向力

4.2 聯合板伸縮剛度對縱向力的影響

制動工況選取右制動，滑動層摩擦系數取0.5，聯合板伸縮剛度折減系數分別取0.08，0.30，0.50，1.00四種情況，縱向力計算結果見表3。

由表3可知，隨聯合板伸縮剛度折減系數的增大，鋼軌縱向拉力和壓力減小，聯合板的縱向拉力和壓力增大，固結機構的縱向力增大，墩臺頂縱向力減小。

制動力從軌頂向下部結構傳遞，通過聯合板進行分配，聯合板剛度增加，聯合板受到的縱向力增大，分配到每個橋墩的制動力減小。

4.3 滑動層摩擦系數對制動附加力的影響

選取右制動，聯合板伸縮剛度折減系數取0.3，滑動層摩擦系數分別取0，0.10，0.15，0.20，0.30，0.70，1.00七種工況進行縱向力計算，計算結果見表4。

表3 右制動時不同聯合板伸縮剛度下的最大縱向力

表4 右制動時不同摩擦系數下的最大縱向力

由表4可知，制動力作用下，隨著摩擦系數的增大，鋼軌的縱向拉力和壓力減小，固結機構縱向力減小，墩臺頂縱向力增大。摩擦系數從0增加到0.15時，聯合板縱向拉力和壓力減小，變化趨勢明顯;摩擦系數由0.15增加到1.00時，聯合板縱向拉力和壓力增加，變化趨勢緩慢。

5 結論

1)列車在橋上制動時，作用在鋼軌頂面的制動力由于連續鋼軌、聯合板和橋梁間的相互作用，縱向力將重新分配。制動力作用位置、聯合板的伸縮剛度和滑動層摩擦系數的變化都會對縱向力產生影響。

2)當制動力在連續梁固定支座處開始制動，分布于溫度跨度較大一側時，聯合板受到的縱向拉力和壓力最大。聯合板為鋼筋混凝土結構，拉力較大時會產生裂紋，同時墩臺頂縱向力也較大。該制動方式對軌道結構和橋梁結構不利。

3)隨聯合板伸縮剛度折減系數的增大，鋼軌縱向拉力和壓力減小，聯合板的縱向拉力和壓力增大，固結機構的縱向力也增大。運營期間當聯合板出現裂紋時，聯合板伸縮剛度會減小，聯合板的縱向拉力和壓力會減小。

4)當摩擦系數從0增加到0.15時，聯合板縱向拉力和壓力減小，橋梁縱向力增大，變化趨勢明顯;當摩擦系數由0.15增加到1.00時，聯合板縱向力增加，橋梁縱向力增加，變化趨勢緩慢。

［1］何華武.無碴軌道技術［M］.北京:中國鐵道出版社，2005.

［2］姜子清，王繼軍，江成.橋上CRTSⅡ型板式無砟軌道傷損研究［J］.鐵道建筑，2014(6):117-121.

［3］陳小平，王平.客運專線橋上縱連板式無砟軌道制動附加力影響因素分析［J］.鐵道建筑，2008(9):87-89.

［4］方利，王志強，李成輝.簡支梁橋上CRTSⅡ型板式無砟軌道制動力影響因素分析［J］.鐵道學報，2012，34(1):73-76.

(責任審編李付軍)

U213.2+44

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2015.06.35

1003-1995(2015)06-0136-03

2014-12-06;

2015-03-13

張齊坤(1970—)，男，河南新野人，副教授。