持续高温对CRTSⅡ型板式无砟轨道温度场影响的试验研究

林　超

（中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北武汉　430063）



持续高温对CRTSⅡ型板式无砟轨道温度场影响的试验研究

林超

（中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北武汉430063）

摘要CRTSⅡ型板式无砟轨道将轨道板、底座板作为整体结构纵向连续铺设，受温度荷载影响较大，特别是在持续高温的天气条件下。本文在对持续高温定义的基础上提出了CRTSⅡ型板式无砟轨道温度场区域划分的3个控制指标，借助全国典型城市气象资料对CRTSⅡ型板式无砟轨道温度场区域进行了划分。通过对我国华东地区一桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道温度场的长期监测，获得了持续高温期间轨道板板温的增大值与持续高温天数、日最高气温平均值（持续高温期间）间的关系，为完善我国现行规范中对CRTSⅡ型板式无砟轨道温度荷载的取值，提供了试验基础和数据支撑。

关键词持续高温；CRTSⅡ型板式无砟轨道；温度场区域划分；现场测试

目前，CRTSⅡ型板式无砟轨道已在京津、沪杭、京沪、京石武、合蚌、宁杭、杭甬、杭长、津秦等10余条设计时速350 km/h的高速线路中应用，正线总延展里程约1万km，主要集中分布在环境温度较适中的华中、华东和华北地区。

CRTSⅡ型板式无砟轨道通过轨道板板端纵向钢筋和底座板钢板连接等措施，将轨道板、底座板作为整体结构纵向连续铺设。轨道纵向刚度均匀性较好，但受温度荷载影响较大。特别是在持续高温的天气下，由于轨道板内部温度无法放散导致热量积聚，致使个别薄弱区段出现轨道板上拱离缝现象［1-3］，影响线路的安全性和平顺性。

目前国内学者对CRTSⅡ型板式无砟轨道的温度场虽有了一定的研究，但就持续高温条件对CRTSⅡ型板式无砟轨道温度场的影响研究较少［4-6］。据此，本文在CRTSⅡ型板式无砟轨道温度场区域划分研究的基础上，结合光纤光栅监测技术，选择华东地区内的典型工点进行长期监测，通过监测数据分析揭示持续高温对无砟轨道温度场的影响规律，为完善我国现行规范中对CRTSⅡ型板式无砟轨道温度荷载的取值，提供试验基础和数据支撑。

1　CRTSⅡ型板式无砟轨道温度场区域划分

1. 1持续高温的定义

中国气象学上一般把日最高气温达到或超过35℃时称为高温，如果连续3 d日最高气温在35℃以上，则达到高温黄色预警标准。但是气象学上对高温天气的定义多是从体感舒适度方面加以考虑的，对于高速铁路无砟轨道结构而言，完全照搬气象学上的定义显然是不合适的。对于无砟轨道而言，如果日温差过大，即使最高温度高于35℃，无砟轨道也能在当天完成热温差循环，导致温度在板内积聚现象不明显。因此，借助气象学上的定义，本文对于CRTSⅡ型板式无砟轨道的持续高温定义为连续3 d日最高气温在35℃以上，同时日温差＜10℃。

1. 2温度场区域划分

将最高温度≥35℃，持续时间≥3 d和日温差≤10℃作为CRTSⅡ型板式无砟轨道温度场区域划分的控制指标，对1981—2014年7—8月份全国典型城市的气象数据进行分析，结果如表1所示。表中t代表最高温度≥35℃且持续时间≥3 d的天数占总天数的百分比，c代表日温差＜10℃的天数占总天数的百分比。

从表1可以看出，与华东、华中地区相比，华北地区典型城市的控制指标均较小，即受持续高温的影响相对较小。因此，可将CRTSⅡ型板式无砟轨道温度场划分为2个区域，即寒冷地区和温暖地区，2个区域以“秦岭-淮河一线”为界。图1为CRTSⅡ型板式无砟轨道温度场区域示意图。

表1　全国典型城市连续高温天气指标统计

图1　CRTSⅡ型板式无砟轨道温度场区域示意

2　现场试验

2. 1监测工点

为了揭示持续高温对CRTSⅡ型板式无砟轨道温度场的影响规律，在杭长客专的金华江特大桥上（图2）设置了无砟轨道温度场监测工点，对气温和无砟轨道温度进行长期监测，监测的时间为2014年5月—2015年10月。

图2　杭长客专金华江特大桥

2. 2监测方法

目前轨道结构测试以电参数测试居多，虽然该技术较为成熟，但是由于受信号干扰影响大、传感器使用寿命有限，难以满足轨道结构长期监测的需要［7］。

光纤传感技术是一门新型传感技术［8］，具有精度和灵敏度高、稳定性好、抗电磁干扰、使用寿命长、易于网络化等优点，可对速度、加速度、位移、温度、振动等参数进行准确检测［9-10］。因此现场试验使用光纤传感技术对轨道结构温度进行长期监测。

2. 3现场测点安装

监测的内容主要包括气温和轨道板温度。气温测点设置在桥梁挡墙外，如图3所示。轨道板温度测点设置在轨道板板中，通过在轨道板灌浆孔打孔埋入温度传感器，如图4所示。

图3　桥上温度测点布置

图4　轨道板温度传感器现场埋设

3　监测数据分析

图5为金华江特大桥日轨道板板中最高温度与日最高气温关系图。从图5可以看出，2014年的7月10日—12日、7月18日—23日、7月29日—31日和2015年的6月26日—30日、7月13日—20日、7月26日—8月6日轨道板板中的最高温度均出现了峰值，而此时的日最高气温均超过了35℃，且持续超过了3 d，因此可断定轨道板板中温度峰值的出现与持续高温的影响密不可分。

图5　金华江特大桥日轨道板板中最高温度与日最高气温关系

表2为持续高温时间内日最高气温与轨道板温度关系表。表中Z = Tc- Tq。Z为持续高温导致的日最高轨道板温度与日最高气温差增大值（相对于非持续高温期间日最高轨道板温度与日最高气温的差值），Tc为持续高温期间日最高轨道板温度与日最高气温差值的平均值，Tq为持续高温前日最高轨道板温度与日最高气温差值的平均值。

表2　持续高温时间内日最高气温与轨道板温度关系

通过对表2中的数据进行拟合，得到了增大值（Z）与持续天数（D）和持续高温期间日最高气温平均值（T）间的关系式：Z = 0. 15D + 0. 44T - 15. 9（4≤D ≤12，35≤T≤38），该公式的拟合优度（R2）为0. 989。根据该公式计算得到金华地区日轨道板温度增大值与持续天数和持续高温期间日最高气温平均值间的关系，如表3所示。

表3　持续高温期间日轨道板温度增大值与日最高气温平均值

4　结论

本文在CRTSⅡ型板式无砟轨道温度场区域划分研究的基础上，通过对金华江特大桥日轨道板板中最高温度与日最高气温数据的对比分析，揭示了持续高温对CRTSⅡ型板式无砟轨道温度场的影响规律，得到以下结论：

1）CRTSⅡ型板式无砟轨道温度场区域的划分可根据以下3个控制指标：最高温度≥35℃，持续时间≥3 d和日温差≤10℃。

2）全国CRTSⅡ型板式无砟轨道温度场可划分为2个区域，即寒冷地区和温暖地区，2个区域以“秦岭-淮河一线”为界。

3）金华地区轨道板温度增大值与持续天数和持续高温期间日最高气温平均值间的关系为：Z = 0. 15D + 0. 44T - 15. 9（4≤D≤12，35≤T≤38）。

4）目前规范中对无砟轨道温度荷载的取值并未考虑持续高温的影响，而现场监测结果表明持续高温会使轨道板板温进一步增大，建议在CRTSⅡ型轨道板温度荷载取值时叠加上持续高温导致的增量值。

鉴于我国幅员广阔，各个地区高温持续的天数和最高温度均不同，因此下一步有必要针对全国典型城市进行无砟轨道温度长期监测，应用统计学的方法得到各地区持续高温影响下的CRTSⅡ型轨道板温度荷载增量值。

参考文献

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（责任审编孟庆伶）

Experimental Study on Influence of Sustained High Temperature on Temperature Field of CRTSⅡSlab-type Ballastless Track

LIN Chao
（China Railway Siyuan Survey and Design Croup Co.，Ltd.，Wuhan Hubei 430063，China）

AbstractCRT SⅡslab-type ballastless track takes the track slab and bed slab as the overall structure which are laid longitudinally and continuously and is greatly influenced by the temperature load，especially in the sustained high temperature weather. Based on the definition of the sustained high temperature，this paper put forward three control indexes for the temperature field region division of CRT SⅡslab-type ballastless track and temperature field region was divided through the meteorological data of typical cities in China. T hrough the long-term monitoring for temperature field of CRT SⅡslab-type ballastless track on one bridge in East China，this paper got the relationship among the increased value of track slab temperature，sustained high temperature days and the average daily maximum temperature during sustained high temperature period，which could provide a experimental basis and data supporting for the temperature load value of CRT SⅡslab-type ballastless track in existing specification of our country.

Key wordsSustained high temperature；CRT SⅡslab-type ballastless track；Region division of temperature field；Field test

中图分类号U213. 2+44

文献标识码A

DOI：10. 3969 /j. issn. 1003-1995. 2016. 05. 04

文章编号：1003-1995（2016）05-0015-04

收稿日期：2016-03-05；修回日期：2016-03-18

基金项目：中国铁路总公司科技研究开发计划（Z2013-G001；2014G001-A）

作者简介：林超（1989—），男，助理工程师，硕士。