路桥过渡段轨道结构动力特性分析

吕关仁

(济南铁路局 工务处，山东济南 250001)

为研究路桥过渡段对动车组动力作用的影响，2006年6月—7月，在胶济线选择K68+475新建路桥过渡段和K34+272既有桥头线路两个工点，对CRH2型动车组通过路桥过渡段和既有桥头线路时的钢轨垂向力和垂向位移等动力指标进行了测试，分析了路桥过渡段对动车组动力作用的影响。

1 试验概况

K68+475为新建路桥过渡段，线路结构为有砟轨道、无缝线路、道床厚度40～60 cm、Ⅰ级道砟、60 kg/m钢轨、Ⅲ型轨枕、Ⅱ型弹条扣件;轨道状态良好、路基无病害，路桥间按高速铁路设计规范要求设置了路桥过渡段。K34+272为既有线桥头线路，线路结构为无缝线路、道床厚度40～60 cm、Ⅰ级道砟、60 kg/m钢轨、Ⅲ型轨枕、Ⅱ型弹条扣件，轨道状态良好，路基无病害，路桥间为既有线路基，未设置路桥过渡段。测试车为CRH2动车组。

测点布置中为使有限的测点能充分反映出动车组通过路桥过渡段时的轨道动力响应，测点布置应跨越桥梁和路基，并且间距合理。考虑到桥梁上线下基础刚度较为均匀，因此桥梁上布置一个测点;桥梁和路基交界处，线下基础刚度存在突变，布置一个测点;路基上线下基础刚度沿线路纵向变化，布置2个测点。K68+475测点布置如图1所示，K34+272测点的布置如图2 所示，其中，P_s1、P_s2、P_s3、P_s4分别表示上行第1至第4个测点的垂向力，P_x1、P_x2、P_x3、P_x4分别表示下行第1至第4个测点的垂向力。轮轨垂向力采用剪力法测试，每测点贴4个应变花，接全桥，采取列车慢行标定。钢轨位移的测试采用挠度计进行，用塞尺进行标定。钢轨垂向位移测点布置于枕跨中间钢轨轨底位置。

图1 K68+475路桥过渡段测点布置

图2 K34+272既有桥头线路测点布置

2 测试结果分析

本次试验对路桥过渡段和既有桥头线路2个工点的上行和下行测点均进行了测试，上行和下行测试结果基本一致;因此，以下只列出上行线的测试分析结果。表1为K68+475动车组通过时垂向力、垂向位移测试结果，表2为K68+475轨道刚度，表3为K34+272既有桥头线路动车组垂向力、垂向位移测试结果，表4为K34+272轨道刚度。图3～图5为K68+475各测点钢轨垂向力、钢轨垂向位移、轨道刚度随速度变化情况，图6～图8为K34+272各测点钢轨垂向力、钢轨垂向位移、轨道刚度随速度变化情况。图9～图11为路桥过渡段和既有桥头线路轮载波动、钢轨垂向位移变化和刚度变化的对比。

表1 K68+475钢轨垂向力、垂向位移测试结果

表中，“P”表示垂向力，“Z”表示垂向位移，“s”表示上行，数字表示测点位置;如“P_s1”表示上行第一个测点的垂向力，“Z_s1”表示上行第一个测点的垂向位移。轨道刚度定义为一个集中荷载作用在钢轨上，钢轨产生单位下沉时所对应的集中荷载大小。轮载变化为过渡段4个测点最大与最小钢轨垂向力之差。轮载波动系数为轮载变化与最大钢轨垂向力之比。钢轨垂向位移变化为过渡段4个测点最大与最小钢轨垂向位移之差。刚度变化为过渡段4个测点最大与最小轨道刚度之差。

从表1～表4及图3～图11可见:

1)路桥过渡段从桥梁到路基，钢轨垂向力、轨道刚度由大逐渐变小，垂向位移则由小逐渐变大，变化平缓;轮载变化为1.9～7.1 kN，轮载波动系数为2% ～8%，最大钢轨垂向位移变化为0.089～0.161 mm，刚度变化为16～43 kN/mm。

2)路桥过渡段钢轨垂向位移变化、刚度变化随速度增加变化不大并略呈下降趋势，轮载有少许波动，但波动不大，说明按高速铁路设计规范设计的路桥过渡段动力特性良好，能满足动车组高速平稳运行要求。

3)既有桥头线路，从桥梁到路基，钢轨垂向力、轨道刚度由大突然变小，垂向位移则由小突然变大;轮载变化为8.7～12.5 kN，轮载波动系数为11% ～15%，钢轨垂向位移变化为0.509～0.675 mm，刚度变化为

81～105 kN/mm。

表2 K68+475轨道整体刚度 kN/mm

图3 K68+475不同速度下各测点钢轨垂向力变化

图4 K68+475不同速度下各测点钢轨垂向位移变化

表3 K34+272钢轨垂向力、垂向位移测试结果

图5 K68+475各测点轨道刚度随行车速度的变化

表4 K34+272轨道刚度 kN/mm

图6 K34+272不同速度下各测点钢轨垂向力变化

图7 K34+272不同速度下各测点钢轨垂向位移变化

图8 K34+272各测点轨道刚度随行车速度的变化

图9 路桥过渡段和既有桥头线路轮载变化对比

4)既有桥头线路轮载波动、钢轨垂向位移变化、刚度变化均明显大于路桥过渡段，尤其刚度变化较大，桥上轨道刚度比路基上轨道刚度大1倍以上，但随速度增加变化不大，未出现发散现象。

图10 路桥过渡段和既有桥头线路钢轨垂向位移变化对比

图11 路桥过渡段和既有桥头线路刚度变化对比

3 结语

1)路桥过渡段轨道刚度变化平缓、动力特性良好，钢轨垂向位移变化、刚度变化随速度增加变化不大，轮载有少许波动，但波动不大，最大刚度变化为29%，最大轮载波动为8%，钢轨垂向位移变化不超过0.2 mm，能满足动车组高速安全平稳运行要求。

2)既有线桥头线路存在较为明显的轨道刚度突变，桥上轨道刚度比路基上轨道刚度大1倍，轮载波动、钢轨垂向位移变化、刚度变化均明显大于路桥过渡段，但随速度增加变化不大，未出现发散现象，最大轮载波动为15%，钢轨垂向位移变化不超过0.7 mm。因此，桥头线路轨道几何状态变化会较快，应作为重点加强日常检查和维护。

［1］中华人民共和国铁道部.高速铁路设计规范(试行)［S］.北京:中国铁道出版社，2010.

［2］中华人民共和国铁道部.新建时速200～250公里客运专线铁路设计暂行规定［S］.北京:中国铁道出版社，2005.

［3］中华人民共和国铁道部.铁路线路修理规则［S］.北京:中国铁道出版社，2006.

［4］中华人民共和国铁道部.既有线提速200～250 km/h线桥设备维修规则［M］.北京:中国铁道出版社，2007.

［5］崔春霞，段树金，孙建刚.铁路路桥过渡段合理长度研究［J］.铁道建筑，2011(5):103-105.