大跨度連續梁橋溫度分布對無砟軌道的影響

許晨霄 吳 琛

(1.華東交通大學鐵路環境振動與噪聲教育部工程研究中心，江西 南昌 330013； 2.中國鐵路南昌局集團有限公司南昌高鐵維修段，江西 南昌 330100)

0 引言

我國部分高鐵線路鋪設了CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道，無砟軌道結構不僅受到列車荷載的作用，還長期承受露天環境中溫度荷載的作用。由于太陽入射角、日照時長和混凝土材料導熱性差等原因，橋梁所受溫度荷載是不均勻的[1]，而不同溫度荷載對無砟軌道無縫線路的影響具有差異性，在極端溫度條件下鋼軌會發生較大的變形，影響旅客乘坐的舒適度和列車運行的安全性[2]。

目前，國內外學者對溫度荷載作用下橋上無縫線路的受力和變形展開了一定程度的研究[3-5]，而既有研究中從無系統考慮大跨度連續梁橋均勻溫度荷載與不均溫度荷載作用對無縫線路力學特性和軌道幾何形位的影響分析。本文針對大跨度連續梁橋上CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道無縫線路，分別考慮橋梁均勻溫度荷載和不均勻溫度荷載，分析了這兩種溫度荷載作用下無縫線路的力學特性和軌道靜態幾何形位的變化規律。

1 模型的建立

1.1 模型概述

針對高速鐵路大跨度連續梁橋上CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道無縫線路，本文利用ANSYS有限元軟件，基于梁軌相互作用原理建立了5×32 m簡支梁+(70.75+125+70.75)m連續梁+5×32 m簡支梁，橋跨結構如圖1所示。

1.2 計算參數

橋上CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道主要由鋼軌、扣件系統、軌道板、底座板和梁體等組成，各結構主要計算參數參考文獻[1]和文獻[4]，本文所建立的有限元模型如圖2所示。此外，扣件采用WJ-8B型，簡支梁部分和連續梁梁端扣件采用常阻力扣件，其余連續梁部分均鋪設小阻力扣件。

2 不同橋梁溫度荷載對無砟軌道的影響

為分析橋梁均勻溫度荷載和不均勻溫度荷載對大跨度連續梁橋上無砟軌道無縫線路力學特性、軌道幾何形位的影響，本節考慮1種均勻溫度荷載和3種不均勻溫度荷載工況，詳見表1。

表1 分析工況

2.1 無縫線路力學特性

在上述4種分析工況下，無縫線路縱向力和位移的計算結果如圖3，表2所示。其中，Fr為鋼軌縱向受力；Drl，Drt和Drv分別為鋼軌縱向、橫向和垂向位移。

表2 不同橋梁溫度荷載下鋼軌縱向力和位移極值

分析圖3，表2可知，在橋梁均勻溫度荷載與不均勻溫度荷載作用下，鋼軌縱向力和縱向位移的波形相似，均勻溫度荷載作用下的計算結果總是大于不均勻溫度荷載；兩種溫度荷載作用下鋼軌橫向位移差異明顯，均勻溫度荷載作用下的鋼軌橫向位移相對較小，變化趨勢不明顯，而不均勻溫度荷載作用下鋼軌橫向位移在連續梁中間橋跨上拱，在連續梁兩邊跨和簡支梁部分出現下凹；兩種溫度荷載作用下鋼軌垂向位移的變化規律相反，當不均勻溫差較大時，鋼軌垂向位移在連續梁中間橋跨下凹，連續梁邊跨和簡支梁部分出現上拱，隨著橋梁陰陽面溫差的減小，鋼軌垂向位移幅值逐漸減小而出現反方向變形。

在橋梁不均勻溫度荷載的作用下，隨著橋梁陰陽面溫差的減小，鋼軌縱向力和縱向位移逐漸增大，而鋼軌橫向位移和垂向位移逐漸減小。當橋梁陰陽面溫差由30 ℃減小到10 ℃時，鋼軌縱向力和縱向位移分別增大了2.99%，21.02%，鋼軌橫向位移和垂向位移分別減小了59.96%，80.17%。

2.2 軌道幾何形位

本小節主要計算不同溫度荷載對水平、高低和軌向等不平順的影響，參考文獻[1]進行計算，軌道幾何形位限值依據TB 10082—2017鐵路軌道設計規范。不同橋梁溫度荷載作用下軌道靜態不平順的計算結果如圖4，表3所示。

表3 不同橋梁溫度荷載下軌道不平順極值 mm

分析圖4，表3可知，同橋梁均勻溫度荷載作用下的計算結果相比，不均勻溫度荷載作用下的鋼軌高低偏差較小，而水平偏差和軌向偏差相比較大。

在橋梁均勻溫度荷載作用下，連續梁中間橋跨產生上拱變形，連續梁邊跨和簡支梁部分發生下凹變形，使高低偏差在梁端出現最大正值，且主要影響梁端的高低偏差，跨中部分偏差較小。

在橋梁不均勻溫度荷載作用下，簡支梁部分鋼軌水平偏差隨陰陽面溫差幅度的增大而增大，而連續梁部分水平偏差變化不大；由于橋梁頂板、底板和左右腹板的溫度分布不均，使高低偏差在梁端出現最大負值，波形與均勻溫度荷載作用下的波形相反，且隨著陰陽面溫差的減小，高低偏差先減小后增大，波形逐漸趨于均勻溫度荷載下的計算結果；軌向偏差隨陰陽面溫差幅度的增大而增大，且橋梁不均勻溫度荷載主要影響梁端的軌向不平順。

3 結語

1)在兩種溫度荷載作用下，簡支梁和連續梁部分的力學特性、軌道幾何形位差異性明顯；2)當橋梁陰陽面溫差由30 ℃減小到10 ℃時，鋼軌縱向力和縱向位移分別增大了2.99%，21.02%，而鋼軌橫向位移和垂向位移分別減小了59.96%，80.17%；3)同橋梁均勻溫度荷載作用下的計算結果相比，不均勻溫度荷載作用下的鋼軌高低偏差較小，而水平偏差和軌向偏差相比較大；4)高低偏差容易超限，且高低偏差和軌向偏差均在梁端出現極值，而在跨中位置相對較小。