路橋過(guò)渡段軌道結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性分析

呂關(guān)仁

(濟(jì)南鐵路局 工務(wù)處，山東濟(jì)南 250001)

為研究路橋過(guò)渡段對(duì)動(dòng)車(chē)組動(dòng)力作用的影響，2006年6月—7月，在膠濟(jì)線選擇K68+475新建路橋過(guò)渡段和K34+272既有橋頭線路兩個(gè)工點(diǎn)，對(duì)CRH2型動(dòng)車(chē)組通過(guò)路橋過(guò)渡段和既有橋頭線路時(shí)的鋼軌垂向力和垂向位移等動(dòng)力指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)試，分析了路橋過(guò)渡段對(duì)動(dòng)車(chē)組動(dòng)力作用的影響。

1 試驗(yàn)概況

K68+475為新建路橋過(guò)渡段，線路結(jié)構(gòu)為有砟軌道、無(wú)縫線路、道床厚度40～60 cm、Ⅰ級(jí)道砟、60 kg/m鋼軌、Ⅲ型軌枕、Ⅱ型彈條扣件;軌道狀態(tài)良好、路基無(wú)病害，路橋間按高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范要求設(shè)置了路橋過(guò)渡段。K34+272為既有線橋頭線路，線路結(jié)構(gòu)為無(wú)縫線路、道床厚度40～60 cm、Ⅰ級(jí)道砟、60 kg/m鋼軌、Ⅲ型軌枕、Ⅱ型彈條扣件，軌道狀態(tài)良好，路基無(wú)病害，路橋間為既有線路基，未設(shè)置路橋過(guò)渡段。測(cè)試車(chē)為CRH2動(dòng)車(chē)組。

測(cè)點(diǎn)布置中為使有限的測(cè)點(diǎn)能充分反映出動(dòng)車(chē)組通過(guò)路橋過(guò)渡段時(shí)的軌道動(dòng)力響應(yīng)，測(cè)點(diǎn)布置應(yīng)跨越橋梁和路基，并且間距合理?？紤]到橋梁上線下基礎(chǔ)剛度較為均勻，因此橋梁上布置一個(gè)測(cè)點(diǎn);橋梁和路基交界處，線下基礎(chǔ)剛度存在突變，布置一個(gè)測(cè)點(diǎn);路基上線下基礎(chǔ)剛度沿線路縱向變化，布置2個(gè)測(cè)點(diǎn)。K68+475測(cè)點(diǎn)布置如圖1所示，K34+272測(cè)點(diǎn)的布置如圖2 所示，其中，P_s1、P_s2、P_s3、P_s4分別表示上行第1至第4個(gè)測(cè)點(diǎn)的垂向力，P_x1、P_x2、P_x3、P_x4分別表示下行第1至第4個(gè)測(cè)點(diǎn)的垂向力。輪軌垂向力采用剪力法測(cè)試，每測(cè)點(diǎn)貼4個(gè)應(yīng)變花，接全橋，采取列車(chē)慢行標(biāo)定。鋼軌位移的測(cè)試采用撓度計(jì)進(jìn)行，用塞尺進(jìn)行標(biāo)定。鋼軌垂向位移測(cè)點(diǎn)布置于枕跨中間鋼軌軌底位置。

圖1 K68+475路橋過(guò)渡段測(cè)點(diǎn)布置

圖2 K34+272既有橋頭線路測(cè)點(diǎn)布置

2 測(cè)試結(jié)果分析

本次試驗(yàn)對(duì)路橋過(guò)渡段和既有橋頭線路2個(gè)工點(diǎn)的上行和下行測(cè)點(diǎn)均進(jìn)行了測(cè)試，上行和下行測(cè)試結(jié)果基本一致;因此，以下只列出上行線的測(cè)試分析結(jié)果。表1為K68+475動(dòng)車(chē)組通過(guò)時(shí)垂向力、垂向位移測(cè)試結(jié)果，表2為K68+475軌道剛度，表3為K34+272既有橋頭線路動(dòng)車(chē)組垂向力、垂向位移測(cè)試結(jié)果，表4為K34+272軌道剛度。圖3～圖5為K68+475各測(cè)點(diǎn)鋼軌垂向力、鋼軌垂向位移、軌道剛度隨速度變化情況，圖6～圖8為K34+272各測(cè)點(diǎn)鋼軌垂向力、鋼軌垂向位移、軌道剛度隨速度變化情況。圖9～圖11為路橋過(guò)渡段和既有橋頭線路輪載波動(dòng)、鋼軌垂向位移變化和剛度變化的對(duì)比。

表1 K68+475鋼軌垂向力、垂向位移測(cè)試結(jié)果

表中，“P”表示垂向力，“Z”表示垂向位移，“s”表示上行，數(shù)字表示測(cè)點(diǎn)位置;如“P_s1”表示上行第一個(gè)測(cè)點(diǎn)的垂向力，“Z_s1”表示上行第一個(gè)測(cè)點(diǎn)的垂向位移。軌道剛度定義為一個(gè)集中荷載作用在鋼軌上，鋼軌產(chǎn)生單位下沉?xí)r所對(duì)應(yīng)的集中荷載大小。輪載變化為過(guò)渡段4個(gè)測(cè)點(diǎn)最大與最小鋼軌垂向力之差。輪載波動(dòng)系數(shù)為輪載變化與最大鋼軌垂向力之比。鋼軌垂向位移變化為過(guò)渡段4個(gè)測(cè)點(diǎn)最大與最小鋼軌垂向位移之差。剛度變化為過(guò)渡段4個(gè)測(cè)點(diǎn)最大與最小軌道剛度之差。

從表1～表4及圖3～圖11可見(jiàn):

1)路橋過(guò)渡段從橋梁到路基，鋼軌垂向力、軌道剛度由大逐漸變小，垂向位移則由小逐漸變大，變化平緩;輪載變化為1.9～7.1 kN，輪載波動(dòng)系數(shù)為2% ～8%，最大鋼軌垂向位移變化為0.089～0.161 mm，剛度變化為16～43 kN/mm。

2)路橋過(guò)渡段鋼軌垂向位移變化、剛度變化隨速度增加變化不大并略呈下降趨勢(shì)，輪載有少許波動(dòng)，但波動(dòng)不大，說(shuō)明按高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范設(shè)計(jì)的路橋過(guò)渡段動(dòng)力特性良好，能滿足動(dòng)車(chē)組高速平穩(wěn)運(yùn)行要求。

3)既有橋頭線路，從橋梁到路基，鋼軌垂向力、軌道剛度由大突然變小，垂向位移則由小突然變大;輪載變化為8.7～12.5 kN，輪載波動(dòng)系數(shù)為11% ～15%，鋼軌垂向位移變化為0.509～0.675 mm，剛度變化為

81～105 kN/mm。

表2 K68+475軌道整體剛度 kN/mm

圖3 K68+475不同速度下各測(cè)點(diǎn)鋼軌垂向力變化

圖4 K68+475不同速度下各測(cè)點(diǎn)鋼軌垂向位移變化

表3 K34+272鋼軌垂向力、垂向位移測(cè)試結(jié)果

圖5 K68+475各測(cè)點(diǎn)軌道剛度隨行車(chē)速度的變化

表4 K34+272軌道剛度 kN/mm

圖6 K34+272不同速度下各測(cè)點(diǎn)鋼軌垂向力變化

圖7 K34+272不同速度下各測(cè)點(diǎn)鋼軌垂向位移變化

圖8 K34+272各測(cè)點(diǎn)軌道剛度隨行車(chē)速度的變化

圖9 路橋過(guò)渡段和既有橋頭線路輪載變化對(duì)比

4)既有橋頭線路輪載波動(dòng)、鋼軌垂向位移變化、剛度變化均明顯大于路橋過(guò)渡段，尤其剛度變化較大，橋上軌道剛度比路基上軌道剛度大1倍以上，但隨速度增加變化不大，未出現(xiàn)發(fā)散現(xiàn)象。

圖10 路橋過(guò)渡段和既有橋頭線路鋼軌垂向位移變化對(duì)比

圖11 路橋過(guò)渡段和既有橋頭線路剛度變化對(duì)比

3 結(jié)語(yǔ)

1)路橋過(guò)渡段軌道剛度變化平緩、動(dòng)力特性良好，鋼軌垂向位移變化、剛度變化隨速度增加變化不大，輪載有少許波動(dòng)，但波動(dòng)不大，最大剛度變化為29%，最大輪載波動(dòng)為8%，鋼軌垂向位移變化不超過(guò)0.2 mm，能滿足動(dòng)車(chē)組高速安全平穩(wěn)運(yùn)行要求。

2)既有線橋頭線路存在較為明顯的軌道剛度突變，橋上軌道剛度比路基上軌道剛度大1倍，輪載波動(dòng)、鋼軌垂向位移變化、剛度變化均明顯大于路橋過(guò)渡段，但隨速度增加變化不大，未出現(xiàn)發(fā)散現(xiàn)象，最大輪載波動(dòng)為15%，鋼軌垂向位移變化不超過(guò)0.7 mm。因此，橋頭線路軌道幾何狀態(tài)變化會(huì)較快，應(yīng)作為重點(diǎn)加強(qiáng)日常檢查和維護(hù)。

［1］中華人民共和國(guó)鐵道部.高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范(試行)［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2010.

［2］中華人民共和國(guó)鐵道部.新建時(shí)速200～250公里客運(yùn)專(zhuān)線鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2005.

［3］中華人民共和國(guó)鐵道部.鐵路線路修理規(guī)則［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2006.

［4］中華人民共和國(guó)鐵道部.既有線提速200～250 km/h線橋設(shè)備維修規(guī)則［M］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2007.

［5］崔春霞，段樹(shù)金，孫建剛.鐵路路橋過(guò)渡段合理長(zhǎng)度研究［J］.鐵道建筑，2011(5):103-105.