無碴軌道對橋梁的要求

無碴軌道對橋梁技術(shù)要求王平

1三種無碴軌道的結(jié)構(gòu)組成與設(shè)計特點一、已有研究成果（1）板式軌道結(jié)構(gòu)組成軌道板(PRC或RC）CA砂漿彈性調(diào)整層凸形擋臺混凝土底座結(jié)構(gòu)設(shè)計特點結(jié)構(gòu)高度低、自重輕；軌道板預(yù)制，現(xiàn)場工作量少；可修復(fù)性強(qiáng)；初期投資大。結(jié)構(gòu)組成結(jié)構(gòu)組成結(jié)構(gòu)組成（圓形凸形擋臺）結(jié)構(gòu)組成（半圓形凸形擋臺）（2）長枕埋入式結(jié)構(gòu)設(shè)計特點結(jié)構(gòu)耐久、可靠；制造、施工簡單；初期投資相對小；特殊條件下可修復(fù)。

結(jié)構(gòu)組成穿孔軌枕混凝土道床板隔離層(或彈性墊層)混凝土底座結(jié)構(gòu)組成（3）彈性支承塊式結(jié)構(gòu)組成彈性支承塊

(支承塊、橡膠套靴、大橡膠墊板）混凝土道床板隔離層混凝土底座結(jié)構(gòu)設(shè)計特點結(jié)構(gòu)減振性能好；制造、施工簡單；初期投資相對較大；特殊條件下可修復(fù)。2高速鐵路無碴軌道設(shè)計荷載

列車運(yùn)行速度與軸重直接影響設(shè)計荷載的取值，考慮我國高速列車與中速列車共線運(yùn)行的運(yùn)輸組織模式，在動力仿真計算分析中，高速列車采用德國ICE－2機(jī)車（最高速度300km/h、軸重195kN），中速列車采用SS8電力機(jī)車和DF11內(nèi)燃機(jī)車（最高速度160km/h、軸重230kN）；根據(jù)動力仿真計算結(jié)果，采用了動輪載計算值較大的德國ICE－2型作為確定其設(shè)計荷載的機(jī)車類型。設(shè)計靜輪重：P0＝195/2=97.5kN

設(shè)計動輪載：Pd＝αP0(α為動載系數(shù)，取3.0)≈300kN

2.1動力學(xué)計算模型2.2靜力計算(三層疊合梁模型）（1）長枕埋入式與彈性支承塊式沿鋼軌縱向，采用將鋼軌和道床板作為雙重彈性基礎(chǔ)疊合梁的簡化力學(xué)模式進(jìn)行結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算；沿垂直鋼軌方向，采用彈性基礎(chǔ)上有限長梁的簡化力學(xué)模式進(jìn)行結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算。

靜力計算模型（2）板式軌道板式軌道靜力計算采用有限元分析模型。因鋼軌為細(xì)長構(gòu)件，可視為梁看待，其支承彈性由扣件的軌下膠墊提供，并假定每一鋼軌聯(lián)結(jié)扣件處為一線性彈簧支承。軌道板作為板單元，板下的CA砂漿層作為線性彈簧支承體。

板式軌道結(jié)構(gòu)應(yīng)力計算模型3、高速鐵路高架橋上

無碴軌道關(guān)鍵技術(shù)的試驗研究對上述三種結(jié)構(gòu)型式的無碴軌道進(jìn)行了結(jié)構(gòu)細(xì)部設(shè)計與部件試制，并在實驗室內(nèi)按設(shè)計要求分別鋪設(shè)了10m長的實尺軌道模型；通過對實尺軌道進(jìn)行振動加載、疲勞與落軸試驗，考察軌道的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與動力性能；初步提出高架橋上無碴軌道的施工方案；提出了高速鐵路無碴軌道橋梁徐變上拱的限值與控制措施；初步分析了高速鐵路高架橋上無碴軌道的動力特性與車輛走行性能；室內(nèi)無碴軌道實尺模型（板式）無碴軌道實尺模型（彈性支承塊式）長枕埋入式模型疲勞試驗落軸試驗3.1試驗得出的主要結(jié)論（1）結(jié)構(gòu)強(qiáng)度：

在單點最大荷載250KN作用過程下，道床板的表面應(yīng)變成線性增長；疲勞試驗前后，應(yīng)變值未發(fā)生變化，三種結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度滿足設(shè)計要求；從枕上壓力的測試結(jié)果看，彈性支承塊式鋼軌支點壓力的分配較其它兩種均勻；從荷載作用下的鋼軌位移看，彈性支承塊式最大，長枕埋入式最小。支點壓力分配及鋼軌位移（2）落軸試驗結(jié)果4、橋上軌道狀態(tài)的調(diào)整有碴軌道：通過道碴層、扣件進(jìn)行調(diào)整；無碴軌道：只有通過扣件系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整。影響橋上無碴軌道不平順的因素

預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的徐變上拱；墩臺基礎(chǔ)的不均勻沉降；列車荷載產(chǎn)生的撓度；梁體上、下緣的不均勻溫差4.2橋梁徐變上拱的限值與控制

基于《高速暫規(guī)》中對橋梁徐變上拱的限值要求（2cm），以及大量實測資料的統(tǒng)計分析，得出無碴軌道橋梁徐變上拱設(shè)計限值：

（1＋1.645×0.30）[ft]＝2.0[ft]＝1.34cm橋梁徐變上拱的影響因素（1）與設(shè)計有關(guān)的因素

橋梁的恒、活載設(shè)計彎矩比；恒載作用下橋梁截面下緣的應(yīng)力水平。（2）與施工有關(guān)的因素

水灰比與水泥用量；骨料的力學(xué)性能；施加二期恒載的時間間隔。橋梁徐變上拱的控制措施（1）設(shè)計方面

增加梁高；采用部分預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)（2）施工方面

盡量減少水泥用量；選用彈性模量較高的骨料；盡量延長施加二期恒載的時間間隔。5、秦沈客運(yùn)專線橋上無碴軌道的研究與設(shè)計

在前期理論分析與室內(nèi)試驗的的基礎(chǔ)上，結(jié)合秦沈客運(yùn)專線具體的運(yùn)營條件和線路條件，最終選定在國外高速鐵路上應(yīng)用較為成熟的長枕埋入式和板式無碴軌道結(jié)構(gòu)，并分別在秦沈客運(yùn)專線高速試驗段的沙河、狗河與雙何特大橋上鋪設(shè)（均在700m左右）。

5.1長枕埋入式無碴軌道（沙河）混凝土底座道床板（現(xiàn)澆）穿孔軌枕扣件系統(tǒng)（1）混凝土底座底座與梁體預(yù)埋鋼筋連接成整體；在底座兩端的中部設(shè)置了限位凹槽；底座與上部道床板之間設(shè)隔離層或彈性墊層；C40級混凝土。（2）混凝土道床板道床板由橫向穿孔軌枕與C40填充混凝土組成；24m梁跨內(nèi)每線設(shè)置6塊道床板；道床板頂面設(shè)2％的人字坡。

（3）橫向穿孔軌枕與道床板成為整體，共同承載；穿孔軌枕的設(shè)計必須滿足道床板的橫向上側(cè)設(shè)計彎矩的要求；長度2.5m；5.2板式軌道（狗河、雙何）混凝土