大跨度连续梁桥温度分布对无砟轨道的影响

许晨霄 吴 琛

(1.华东交通大学铁路环境振动与噪声教育部工程研究中心，江西 南昌 330013； 2.中国铁路南昌局集团有限公司南昌高铁维修段，江西 南昌 330100)

0 引言

我国部分高铁线路铺设了CRTSⅠ型双块式无砟轨道，无砟轨道结构不仅受到列车荷载的作用，还长期承受露天环境中温度荷载的作用。由于太阳入射角、日照时长和混凝土材料导热性差等原因，桥梁所受温度荷载是不均匀的[1]，而不同温度荷载对无砟轨道无缝线路的影响具有差异性，在极端温度条件下钢轨会发生较大的变形，影响旅客乘坐的舒适度和列车运行的安全性[2]。

目前，国内外学者对温度荷载作用下桥上无缝线路的受力和变形展开了一定程度的研究[3-5]，而既有研究中从无系统考虑大跨度连续梁桥均匀温度荷载与不均温度荷载作用对无缝线路力学特性和轨道几何形位的影响分析。本文针对大跨度连续梁桥上CRTSⅠ型双块式无砟轨道无缝线路，分别考虑桥梁均匀温度荷载和不均匀温度荷载，分析了这两种温度荷载作用下无缝线路的力学特性和轨道静态几何形位的变化规律。

1 模型的建立

1.1 模型概述

针对高速铁路大跨度连续梁桥上CRTSⅠ型双块式无砟轨道无缝线路，本文利用ANSYS有限元软件，基于梁轨相互作用原理建立了5×32 m简支梁+(70.75+125+70.75)m连续梁+5×32 m简支梁，桥跨结构如图1所示。

1.2 计算参数

桥上CRTSⅠ型双块式无砟轨道主要由钢轨、扣件系统、轨道板、底座板和梁体等组成，各结构主要计算参数参考文献[1]和文献[4]，本文所建立的有限元模型如图2所示。此外，扣件采用WJ-8B型，简支梁部分和连续梁梁端扣件采用常阻力扣件，其余连续梁部分均铺设小阻力扣件。

2 不同桥梁温度荷载对无砟轨道的影响

为分析桥梁均匀温度荷载和不均匀温度荷载对大跨度连续梁桥上无砟轨道无缝线路力学特性、轨道几何形位的影响，本节考虑1种均匀温度荷载和3种不均匀温度荷载工况，详见表1。

表1 分析工况

2.1 无缝线路力学特性

在上述4种分析工况下，无缝线路纵向力和位移的计算结果如图3，表2所示。其中，Fr为钢轨纵向受力；Drl，Drt和Drv分别为钢轨纵向、横向和垂向位移。

表2 不同桥梁温度荷载下钢轨纵向力和位移极值

分析图3，表2可知，在桥梁均匀温度荷载与不均匀温度荷载作用下，钢轨纵向力和纵向位移的波形相似，均匀温度荷载作用下的计算结果总是大于不均匀温度荷载；两种温度荷载作用下钢轨横向位移差异明显，均匀温度荷载作用下的钢轨横向位移相对较小，变化趋势不明显，而不均匀温度荷载作用下钢轨横向位移在连续梁中间桥跨上拱，在连续梁两边跨和简支梁部分出现下凹；两种温度荷载作用下钢轨垂向位移的变化规律相反，当不均匀温差较大时，钢轨垂向位移在连续梁中间桥跨下凹，连续梁边跨和简支梁部分出现上拱，随着桥梁阴阳面温差的减小，钢轨垂向位移幅值逐渐减小而出现反方向变形。

在桥梁不均匀温度荷载的作用下，随着桥梁阴阳面温差的减小，钢轨纵向力和纵向位移逐渐增大，而钢轨横向位移和垂向位移逐渐减小。当桥梁阴阳面温差由30 ℃减小到10 ℃时，钢轨纵向力和纵向位移分别增大了2.99%，21.02%，钢轨横向位移和垂向位移分别减小了59.96%，80.17%。

2.2 轨道几何形位

本小节主要计算不同温度荷载对水平、高低和轨向等不平顺的影响，参考文献[1]进行计算，轨道几何形位限值依据TB 10082—2017铁路轨道设计规范。不同桥梁温度荷载作用下轨道静态不平顺的计算结果如图4，表3所示。

表3 不同桥梁温度荷载下轨道不平顺极值 mm

分析图4，表3可知，同桥梁均匀温度荷载作用下的计算结果相比，不均匀温度荷载作用下的钢轨高低偏差较小，而水平偏差和轨向偏差相比较大。

在桥梁均匀温度荷载作用下，连续梁中间桥跨产生上拱变形，连续梁边跨和简支梁部分发生下凹变形，使高低偏差在梁端出现最大正值，且主要影响梁端的高低偏差，跨中部分偏差较小。

在桥梁不均匀温度荷载作用下，简支梁部分钢轨水平偏差随阴阳面温差幅度的增大而增大，而连续梁部分水平偏差变化不大；由于桥梁顶板、底板和左右腹板的温度分布不均，使高低偏差在梁端出现最大负值，波形与均匀温度荷载作用下的波形相反，且随着阴阳面温差的减小，高低偏差先减小后增大，波形逐渐趋于均匀温度荷载下的计算结果；轨向偏差随阴阳面温差幅度的增大而增大，且桥梁不均匀温度荷载主要影响梁端的轨向不平顺。

3 结语

1)在两种温度荷载作用下，简支梁和连续梁部分的力学特性、轨道几何形位差异性明显；2)当桥梁阴阳面温差由30 ℃减小到10 ℃时，钢轨纵向力和纵向位移分别增大了2.99%，21.02%，而钢轨横向位移和垂向位移分别减小了59.96%，80.17%；3)同桥梁均匀温度荷载作用下的计算结果相比，不均匀温度荷载作用下的钢轨高低偏差较小，而水平偏差和轨向偏差相比较大；4)高低偏差容易超限，且高低偏差和轨向偏差均在梁端出现极值，而在跨中位置相对较小。