斜拉桥无缝线路铺设

庞芳伟

（南宁局集团公司 工务检测所，工程师，广西 南宁 530029）

湘桂线红水河斜拉桥位于湘桂铁路下行线来宾～良江区间，是我国第一座预应力钢筋混凝土斜拉桥。为适应运营形势变化，改善线路状况，提高轨道平顺度，减小轨道不平顺引起的列车振动、轮轨动力作用增大等因素对桥梁和轨道结构耐久性的影响，拟在桥上铺设无缝线路。

1 桥上无缝线路方案比选

方案一：桥梁位于无缝线路的固定区，桥上不设置钢轨伸缩调节器，采用普通扣件无缝线路。

方案二：桥梁位于无缝线路固定区，桥上不设置钢轨伸缩调节器，采用小阻力扣件无缝线路。

方案三：桥梁位于无缝线路的伸缩区，在连续梁的跨中设置钢轨伸缩调节器。

由于钢轨伸缩调节器尖轨与基本轨间存在结构不平顺，根据铁道科学研究院实测资料，列车通过钢轨伸缩调节器时，其簧下竖下振动加速度（7.0g～8.0g）为通过平顺的焊接接头的簧下竖下振动加速度（2.5g～5.0g）的1.4～3.2倍，铺设钢轨伸缩调节器会对行车舒适性产生不利影响。另一方面，钢轨伸缩调节器是轨道的薄弱环节，在运营过程中，养护、维修作业量大，因此本次桥上无缝线路设计不采用方案三。

桥梁位于无缝线路的固定区，采用与桥梁两端一致的轨道结构。不设置钢轨伸缩调节器，减小轨道部件的种类，能够节约轨道成本，降低造价并且利于线路的养护维修；但是长钢轨伸缩力较大，不利于保证轨道结构强度和稳定性。

桥上铺设无缝线路除承受温度力之外，桥梁和轨道的结构设计还应考虑桥梁与无缝线路的相互作用。为了最大限度地减小梁轨相互作用力，并保持轨道有较好的承载能力，必须合理地选择钢轨的布置方式和线路纵向阻力参数，它是桥上无缝线路设计中的一项至关重要的内容。

经计算比选，采用方案二在红水河斜拉桥无缝线路是可行的。

2 桥上无缝线路轨道结构方案

全桥铺设P60无缝线路。采用标轨100m素轨，R〈800m的曲线使用大调量扣件。锁定轨温为36±5℃，区间单元轨节锁定温差小于10℃。采用小阻力扣件，扣件扭矩80～100N.m。Ⅱ型桥枕，按1760根/km布置，要求轨枕状态良好。桥上道床道顶面宽350cm，碴肩堆高15cm，边坡坡度1∶1.75。道床厚度最小30cm。桥梁与两端线路轨道道床厚度在桥台外30m范围内顺坡。

3 桥上无缝线路设计计算

桥上无缝线路的附加纵向力基本计算模型依据的是梁轨相互作用原理。采用有限元分析的方法，划分单元，将结点位移视为变量。在弹性范围内，运用叠加原理进行钢轨和梁体的位移以及钢轨纵向附加力的计算。采用ANSYS建立有限元模型进行钢轨纵向附加力的计算。

3.1 模型假定

1）考虑一股道的两根钢轨，钢轨视为纵向支承于弹性地基上的有限长梁，能够承受拉、压作用，其拉、压刚度相等，且为常量。

2）钢轨和两端路基、钢轨和桥梁之间的连接用非线性弹簧简化模拟。

3）钢轨和桥梁产生纵向相对位移，二者通过线路纵向阻力相互作用，线路纵向阻力大小与二者间的相对位移为非线性关系，一般为扣件阻力和道床阻力的较小者。

4）钢轨结点两端纵向力与线路纵向阻力相平衡，钢轨两相邻结点位移差与该钢轨单元释放的纵向力成正比。

5）桥梁截面特性参数，主要截面按设计图纸计算，其余内插。

6）由于几何非线性对中、小跨度桥梁的分析结果影响不大。对本桥只作线性分析。

7）所有斜拉索一端铰接在桥塔上，另一端铰接在横梁端部结点。

8）索的预应力用初应变来考虑。

3.2 模型建立建立ANSYS模型如图1所示。

图1 ANSYS模型示意图

在ANSYS有限元模型中，采用BEAM4单元来模拟全桥混凝土实体部分（纵梁、横梁、塔柱）以及钢轨；采用能模拟缆索承受拉力的LINK10单元模拟斜拉索；采用能模拟非线性弹簧的COMBIN39单元模拟纵向阻力。在模拟索塔、索梁锚固时，使索单元与桥梁混凝土实体（纵梁、横梁、塔柱）单元结点共用。

模型采用空间三维模型，线路方向为柳州至黎塘。从上到下依次为主梁、斜拉索、钢轨、道床、上刚臂，梁体，下刚臂。单个主塔从塔顶往下共设置6个张拉点，每侧3个，每个张拉点张拉2条斜索，单个主塔共有12条斜索，整个塔索结构共划分32个结点，46个单元。路基延长长度选取满足起点位移和钢轨力为0为准，在此桥梁模型中，两端各取100m路基长度，钢轨在线路方向划分1193个单元，1194个结点，每个单元长度0.5m。道床结点1194个，采用非线性弹簧单元模拟道路纵向阻力。梁体形心结点以中性轴所在位置选取，共792个结点，784个单元，每个单元长度0.5m用与中性轴垂直的上刚臂来模拟梁上高和桥梁上翼缘的挠曲，在支座处设置下刚臂模拟梁下高和桥墩纵向阻力的约束。在梁体温度变化过程中，拉索的力也在变化。梁体温度变化引起的作用和拉索力变化引起的作用可以相互叠加。

3.3 计算结果根据计算的附加力，对红水河斜拉桥桥梁结构墩台、支座、钢轨断缝、轨道强度、稳定性进行检算，检算结果都符合相关规范、规定要求。可以采用方案二无缝线路轨道结构在红水河斜拉桥上铺设无缝线路。

4 结束语

红水河斜拉桥铺设无缝线路以来，桥梁结构完好，线路稳定。实践表明通过对单元轨结、锁定轨温的合理设计，并选择合理的扣件类型和线路纵向阻力，在斜拉桥上铺设无缝线路是可行的。