连续梁桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道制动力影响因素分析

张齐坤，芮一飞，高增增

(1.天津铁道职业技术学院，天津300240;2.中国铁道科学研究院标准计量研究所，北京100081; 3.铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津300142)

连续梁桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道制动力影响因素分析

张齐坤1，芮一飞2，高增增3

(1.天津铁道职业技术学院，天津300240;2.中国铁道科学研究院标准计量研究所，北京100081; 3.铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津300142)

为研究连续梁桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道在制动力作用下纵向力的变化规律，以一客运专线(82+128+82)m连续梁为例，建立线板桥墩空间一体化纵向力计算模型，分析制动力作用位置、联合板伸缩刚度和滑动层摩擦系数对轨道结构和桥梁结构纵向力的影响。结果表明:当在固结结构处开始制动，制动力分布于温度跨度较大一侧时，联合板受到的纵向拉力和压力最大;随联合板伸缩刚度折减系数的增大，联合板的纵向拉力和压力增大;当摩擦系数从0增加到0.15时，联合板纵向拉力和压力减小，变化趋势明显，而当摩擦系数由0.15增加到1.00时，联合板纵向拉力和压力增大，变化趋势缓慢。

CRTSⅡ型板式无砟轨道 桥梁 有限元 制动力

1 概述

桥梁地段CRTSⅡ型板式无砟轨道系统由钢轨、弹性扣件、预制轨道板、砂浆调整层、底座板、滑动层、高强度挤塑板、侧向挡块等部分组成，台后设置摩擦板、端刺及过渡板。桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道结构如图1所示。

图1 桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道结构示意

桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道结构特点为:①预制轨道板和混凝土底座板在长桥上是跨过梁缝的连续结构，轨道板和底座板连续铺设，两者结合在一起形成联合板，联合板与桥梁间设置滑动层。整个CRTSⅡ型板轨道系统是一个纵向连续的钢筋混凝土结构体系。轨道板结构及外形尺寸不受桥跨的限制，可与路基上、隧道内保持一致，轨道板本身的制造和铺设简便。②连续底座板端部设置摩擦板和端刺，以平衡底座板温度力和冗余制动力，并使桥梁纵向力不影响路基段轨道结构。③全桥范围内底座板与桥梁间设置滑动层，以减弱桥梁伸缩引起的钢轨和板内纵向附加力。④在固定支座附近底座板和桥梁间设置剪力齿槽、锚固螺栓固结机构，将纵向力及时向墩台上传递。⑤梁缝前后3.0 m范围的梁面上铺设5 cm厚高强度挤塑板，以减小梁端转角对无砟轨道结构受力的影响。⑥通过在底座板两侧设置侧向挡块进行横向、竖向限位。

本文以一客运专线(82+128+82)m连续梁为例，分析制动力作用位置、联合板伸缩刚度和滑动层摩擦系数对纵向力的影响规律。

2 计算模型

桥梁地段CRTSⅡ型板式无砟轨道的受力变形和传力特性类似于无缝线路中的长轨条，需要考虑梁轨相互作用的影响。根据桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道纵向连续结构传力特点，建立图2所示的线板桥墩空间一体化纵向力计算模型，线路纵向考虑了钢轨、纵连轨道板(底座板)、桥梁和桥墩的相互作用，线路横向考虑两股道的相互影响。

根据已有试验结论，水泥乳化沥青砂浆能保证轨道板和底座板的协调同步变形，因此，将轨道板和底座板纵向看成一块板，即联合板。钢轨和轨道板通过扣件纵向阻力相互作用，底座板和桥梁通过固结机构和摩擦阻力相互作用。为反映桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道结构的纵向传力特性，模型中将结构均简化为层状体系的杆件，结构层之间的连接采用非线性弹簧单元模拟。

图2 桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道纵向力计算模型

3 计算参数

一客运专线特大桥孔跨布置如图3所示，其中主跨为125#～128#墩的三跨(82+128+82)m的预应力混凝土连续梁。主跨位于曲线地段，圆曲线超高值为145 mm。桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道结构计算参数见表1。

图3 桥梁孔跨布置

表1 桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道计算参数

制动力按照0.8UIC标准，制动荷载为16 kN/m，作用长度为300 m，两条线路或多条线路只按一线制动。

4 力学分析

列车在桥上制动时，作用在钢轨顶面的制动力由于钢轨及联合板间的相互作用将重新分配。制动力一部分分配到钢轨和联合板内，另一部分通过联合板传递到桥梁，再通过桥梁支座传递到墩台，引起墩台纵向位移，桥梁墩台纵向位移又反过来引起梁、联合板纵向相互作用力的释放，最终形成一个力学平衡体系。制动力的分配与制动力的作用位置、联合板伸缩刚度和滑动层的摩擦系数有关。

4.1 制动力作用位置对纵向受力的影响

联合板伸缩刚度折减系数取0.3，滑动层摩擦系数取0.7，分别计算对称制动、左制动和右制动三种工况下轨道结构和桥梁的纵向力。制动作用工况如图4所示。

图4 制动力作用工况示意(单位:m)

各工况最大纵向力见表2。可知，三种制动工况下，钢轨纵向力变化不大，墩台顶纵向力在右制动时最大，固结机构纵向力在对称制动时最大，在右制动的情况下联合板的纵向拉力和压力较其它两种制动方式有较大增加，桥梁纵向力在右制动时最大。

制动力在固结结构处开始制动，制动力分布于温度跨度较大一侧时(即右制动)，联合板受到的纵向拉力和压力最大。该制动方式对轨道结构和桥梁结构受力不利。

表2 各工况最大纵向力

4.2 联合板伸缩刚度对纵向力的影响

制动工况选取右制动，滑动层摩擦系数取0.5，联合板伸缩刚度折减系数分别取0.08，0.30，0.50，1.00四种情况，纵向力计算结果见表3。

由表3可知，随联合板伸缩刚度折减系数的增大，钢轨纵向拉力和压力减小，联合板的纵向拉力和压力增大，固结机构的纵向力增大，墩台顶纵向力减小。

制动力从轨顶向下部结构传递，通过联合板进行分配，联合板刚度增加，联合板受到的纵向力增大，分配到每个桥墩的制动力减小。

4.3 滑动层摩擦系数对制动附加力的影响

选取右制动，联合板伸缩刚度折减系数取0.3，滑动层摩擦系数分别取0，0.10，0.15，0.20，0.30，0.70，1.00七种工况进行纵向力计算，计算结果见表4。

表3 右制动时不同联合板伸缩刚度下的最大纵向力

表4 右制动时不同摩擦系数下的最大纵向力

由表4可知，制动力作用下，随着摩擦系数的增大，钢轨的纵向拉力和压力减小，固结机构纵向力减小，墩台顶纵向力增大。摩擦系数从0增加到0.15时，联合板纵向拉力和压力减小，变化趋势明显;摩擦系数由0.15增加到1.00时，联合板纵向拉力和压力增加，变化趋势缓慢。

5 结论

1)列车在桥上制动时，作用在钢轨顶面的制动力由于连续钢轨、联合板和桥梁间的相互作用，纵向力将重新分配。制动力作用位置、联合板的伸缩刚度和滑动层摩擦系数的变化都会对纵向力产生影响。

2)当制动力在连续梁固定支座处开始制动，分布于温度跨度较大一侧时，联合板受到的纵向拉力和压力最大。联合板为钢筋混凝土结构，拉力较大时会产生裂纹，同时墩台顶纵向力也较大。该制动方式对轨道结构和桥梁结构不利。

3)随联合板伸缩刚度折减系数的增大，钢轨纵向拉力和压力减小，联合板的纵向拉力和压力增大，固结机构的纵向力也增大。运营期间当联合板出现裂纹时，联合板伸缩刚度会减小，联合板的纵向拉力和压力会减小。

4)当摩擦系数从0增加到0.15时，联合板纵向拉力和压力减小，桥梁纵向力增大，变化趋势明显;当摩擦系数由0.15增加到1.00时，联合板纵向力增加，桥梁纵向力增加，变化趋势缓慢。

［1］何华武.无碴轨道技术［M］.北京:中国铁道出版社，2005.

［2］姜子清，王继军，江成.桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道伤损研究［J］.铁道建筑，2014(6):117-121.

［3］陈小平，王平.客运专线桥上纵连板式无砟轨道制动附加力影响因素分析［J］.铁道建筑，2008(9):87-89.

［4］方利，王志强，李成辉.简支梁桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道制动力影响因素分析［J］.铁道学报，2012，34(1):73-76.

(责任审编李付军)

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

张齐坤(1970—)，男，河南新野人，副教授。