基于成橋施工偏差的大跨度鐵路橋梁線路縱斷面設(shè)計(jì)適應(yīng)性分析

禹壯壯,舒英杰,陸 粵,王 銘,陳 嶸,王 平

(1.西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院,成都 610031；2.西南交通大學(xué)高速鐵路線路工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,成都 610031；3.西南交通大學(xué)橋梁工程系,成都 610031)

引言

目前，大跨度鐵路橋梁在世界范圍內(nèi)得到飛速發(fā)展[1-2]，為滿足主航道通航凈空高度和橋面排水需求，盡可能減小兩岸土方工程量并與引橋銜接，橋梁設(shè)計(jì)線形通常呈現(xiàn)主航道處高、兩側(cè)端低的姿態(tài)，在以往大跨度橋梁設(shè)計(jì)中，“人”字坡結(jié)合豎曲線的縱斷面設(shè)計(jì)形式可以實(shí)現(xiàn)上述要求而被采用[3-4]。然而，受橋梁施工精度、道砟容重不達(dá)標(biāo)及環(huán)境因素影響，大跨度橋梁主梁成橋線形與設(shè)計(jì)線形往往存在偏差，偏差大小與橋梁跨度、纜索支撐形式、軌道結(jié)構(gòu)方案、施工控制水平等多重因素相關(guān)。由于道床厚度調(diào)整能力有限，成橋線形的偏差將直接影響橋上成軌目標(biāo)線形的實(shí)現(xiàn)，且難以滿足現(xiàn)有高速鐵路線路規(guī)范的相關(guān)要求，通常做法是在既有成橋線形基礎(chǔ)上進(jìn)行橋上線路縱斷面的變更設(shè)計(jì)。與此同時(shí)，大跨度鐵路橋梁屬于大跨度柔性體系，在環(huán)境荷載作用下，其動(dòng)態(tài)撓度變形明顯，如5 ℃的整體溫度變化將會(huì)在千米級(jí)橋梁跨中產(chǎn)生10 cm以上的垂向動(dòng)態(tài)變形，導(dǎo)致橋上線路設(shè)計(jì)縱斷面不易保持，從而對(duì)線路的幾何形位評(píng)估及后續(xù)的線路養(yǎng)護(hù)維修帶來極大挑戰(zhàn)。

現(xiàn)有規(guī)范對(duì)線路縱斷面設(shè)計(jì)有明確要求，線路縱斷面的調(diào)整主要通過調(diào)整坡度和坡段長(zhǎng)度來實(shí)現(xiàn)。顏東煌[5]提出了一種基于分段拋物線擬合的成橋縱斷面修正方法，通過調(diào)整縱斷面高程保證了公路橋梁上面層平整度；周華龍[6]以深圳地鐵某大跨連續(xù)梁橋?yàn)槔?，介紹了在設(shè)有預(yù)拱度的大跨橋上進(jìn)行線路調(diào)坡的全過程；段桂平[7]詳述了上海軌道交通某斜拉橋在既有線路設(shè)計(jì)縱斷面基礎(chǔ)上重新設(shè)計(jì)鋪軌線形的設(shè)計(jì)思路與施工過程。在線路線形評(píng)價(jià)方面，大跨度鐵路橋梁在荷載作用下變形的波長(zhǎng)成分較長(zhǎng)，我國(guó)現(xiàn)有規(guī)范對(duì)軌道長(zhǎng)波不平順的管理標(biāo)準(zhǔn)是借鑒德國(guó)的矢距差法[8]，因受檢測(cè)起點(diǎn)位置影響，矢距差法模型計(jì)算結(jié)果具有顯著隨機(jī)性[9]。對(duì)于高速鐵路基礎(chǔ)出現(xiàn)較大變形的區(qū)段，可能出現(xiàn)采用矢距差法測(cè)量結(jié)果明顯超出驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，但綜合檢測(cè)車檢測(cè)的動(dòng)態(tài)長(zhǎng)波不平順和車輛振動(dòng)加速度均無明顯響應(yīng)的情況，即矢距差法測(cè)量結(jié)果與車體動(dòng)力響應(yīng)匹配性較差[10]。大跨度鐵路橋梁在環(huán)境溫度和列車載重作用下易發(fā)生較大垂向變形，因此，不宜采用矢距差法測(cè)量，而中點(diǎn)弦測(cè)法[11]可用于評(píng)估橋梁結(jié)構(gòu)受不同工況下結(jié)構(gòu)變形影響的不平順幅值。王平[12]提出了基于最小二乘法的橋梁撓曲變形等效曲線半徑擬合方法，從線路平順性角度對(duì)橋梁撓曲變形進(jìn)行合理評(píng)價(jià)；王安琪[13]將橋梁徐變上拱曲線疊加到軌道隨機(jī)不平順中，計(jì)算其對(duì)車輛動(dòng)態(tài)響應(yīng)的影響；魏賢奎[14]采用車線耦合動(dòng)力學(xué)模型分析了橋上線路線形對(duì)列車振動(dòng)響應(yīng)的影響。

目前，主跨跨徑突破千米的大跨度鐵路橋梁較少，缺少對(duì)大跨度鐵路橋梁線路縱斷面設(shè)計(jì)方法及適應(yīng)性分析的研究。隨著后續(xù)大量大跨度鐵路橋梁的建設(shè)，基于行車性能開展橋梁服役期間橋上線路設(shè)計(jì)縱斷面對(duì)橋梁動(dòng)態(tài)線形的適應(yīng)性分析，是保障大跨度鐵路橋上行車性能的重要研究基礎(chǔ)。以某千米跨度公鐵兩用大跨度懸索橋?yàn)槔?，詳?xì)介紹了基于施工偏差的大跨度鐵路橋梁線路縱斷面設(shè)計(jì)方法，采用中點(diǎn)弦測(cè)法分析溫度荷載、列車載重下橋梁線路線形的平順性，并結(jié)合動(dòng)力仿真評(píng)價(jià)列車運(yùn)行舒適性，分析了調(diào)整后的線路縱斷面對(duì)主梁結(jié)構(gòu)變形的適應(yīng)性，分析結(jié)果可對(duì)大跨度橋梁線路縱斷面設(shè)計(jì)及擬合調(diào)整工作提供指導(dǎo)性意見。

1 大橋基本概況

1.1 橋上線路設(shè)計(jì)縱斷面

TB10621—2014《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》[15]、TB10098—2017《鐵路線路設(shè)計(jì)規(guī)范》[16]指出，為滿足列車運(yùn)行安全及乘客的舒適性要求，線路坡段需滿足一定長(zhǎng)度，使得兩側(cè)豎曲線上的車輛振動(dòng)不發(fā)生疊加，對(duì)250 km/h線路而言，其最小坡段長(zhǎng)度一般條件下不應(yīng)小于900 m，且不宜連續(xù)使用；正線相鄰坡段的坡度代數(shù)差≥1‰時(shí)，應(yīng)采用圓曲線型豎曲線連接。因大跨度鐵路橋梁豎向變形較大，設(shè)置較大的預(yù)拱度與軌道鋪設(shè)要求相矛盾，同時(shí)為保證通航凈高和橋梁排水需求，大跨度鐵路橋梁線路縱斷面通常采用“人”字坡結(jié)合豎曲線的設(shè)計(jì)線型，表1列出了近幾年我國(guó)已經(jīng)建成的部分大跨度鐵路橋梁及線路縱斷面設(shè)計(jì)情況。

表1 國(guó)內(nèi)部分大跨度鐵路橋梁概況

某公鐵兩用大橋跨江主橋?yàn)橹骺? 092 m鋼桁梁懸索橋，鋼梁總長(zhǎng)1 432 m，橋梁布置方案為(84+84+1 092+84+84)m，采用公路在上、鐵路在下的分層布置設(shè)計(jì)，鐵路設(shè)計(jì)行車速度250 km/h。原大橋縱斷面設(shè)計(jì)基準(zhǔn)溫度15 ℃，主橋段位于3‰、坡長(zhǎng)1 214 m和-3‰、坡長(zhǎng)928 m人字坡上，主跨跨中豎曲線半徑25 000 m。大橋總體立面與設(shè)計(jì)縱斷面如圖1所示。

圖1 某公鐵兩用橋總體立面與設(shè)計(jì)縱斷面布置(尺寸單位：m；坡度單位：‰)

1.2 施工偏差

大跨度鐵路橋梁受施工精度、道砟實(shí)際容重偏差及環(huán)境影響等因素會(huì)導(dǎo)致主梁成橋線形與設(shè)計(jì)線形存在偏差。橋梁軌道初步鋪設(shè)完成后，實(shí)測(cè)氣溫12 ℃時(shí)的主橋梁面高程，并按照理論計(jì)算的溫度和橋面高程變化關(guān)系換算到設(shè)計(jì)基準(zhǔn)溫度[17]，橋梁設(shè)計(jì)梁面高程與實(shí)測(cè)梁面高程如圖2所示，可以看出，實(shí)測(cè)梁面線形高于原設(shè)計(jì)理論線形，主跨鋼梁跨中高于原設(shè)計(jì)軌面43.3 cm，偏差最大處發(fā)生在里程826 m，高于原設(shè)計(jì)軌面51.0 cm。

圖2 某大橋設(shè)計(jì)梁面高程與實(shí)測(cè)梁面高程關(guān)系

由于成橋線形與設(shè)計(jì)線形存在較大偏差，大橋縱斷面擬合時(shí)，根據(jù)實(shí)際成橋線形重新擬合的線路縱斷面出現(xiàn)坡度按照原設(shè)計(jì)坡度3‰微幅波動(dòng)的短坡段，導(dǎo)致基于成橋線形擬合線路縱斷面時(shí)坡段長(zhǎng)不滿足規(guī)范一般條件下不應(yīng)小于900 m、困難條件下不應(yīng)小于600 m，且不應(yīng)連續(xù)使用的最小坡段長(zhǎng)度要求。

2 橋梁撓曲變形與特征分析

2.1 橋梁撓曲變形

大橋建成后，受環(huán)境溫度荷載及列車載重等服役荷載影響，會(huì)產(chǎn)生不同程度的撓曲變形，與中小跨度橋梁不同，大跨度鐵路橋梁動(dòng)態(tài)變形較大，橋梁變形后的實(shí)際縱斷面易與線路設(shè)計(jì)縱斷面不匹配。

利用MIDAS軟件建立橋梁有限元模型，計(jì)算環(huán)境溫度作用和列車載重影響下橋梁的變形。溫度變化考慮整體升溫5，10，15，20 ℃及整體降溫5，10，15，20 ℃；列車采用16節(jié)編組動(dòng)車組，軸重12 t，16節(jié)編組總質(zhì)量為768 t，單節(jié)長(zhǎng)度25 m，16節(jié)編組總長(zhǎng)400 m[18]。

圖3為溫度及列車載重作用下橋梁線形變化，有限元仿真計(jì)算結(jié)果表明，溫度每升高或降低1 ℃，主梁跨中高程下?lián)匣蛏瞎?4.7 mm；單列編組列車駛?cè)霕蛄汉?，主梁最大撓?63.9 mm。

圖3 溫度及列車載重作用下橋梁線形變化

2.2 橋梁撓曲線形特征分析

大跨度鐵路橋梁豎向變形受孔跨設(shè)置、結(jié)構(gòu)布置、支撐體系等影響，由圖3可以看出，橋梁結(jié)構(gòu)在溫度和列車載重作用下整體變形較為平順。利用高次多項(xiàng)式擬合橋梁撓曲線形發(fā)現(xiàn)，多項(xiàng)式曲線與橋梁撓曲線形匹配較好。在靜態(tài)驗(yàn)收及后續(xù)養(yǎng)護(hù)維修階段，主要考慮溫度荷載對(duì)橋梁撓曲變形的影響，以升溫20 ℃為例，表2列出了不同次數(shù)多項(xiàng)式擬合的關(guān)鍵評(píng)價(jià)參數(shù)。其中，SSE為擬合數(shù)據(jù)和原始數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)點(diǎn)的誤差的平方和；RMSE為回歸系統(tǒng)的擬合標(biāo)準(zhǔn)差；R-square為擬合確定系數(shù)，SSE和RMSE越接近于零，R-square越接近1擬合效果越好，可以看出，4次多項(xiàng)式擬合橋梁溫度線形已經(jīng)達(dá)到一定的精度。圖4顯示了4次多項(xiàng)式擬合升溫20 ℃時(shí)橋梁線形的擬合效果。

表2 不同次數(shù)多項(xiàng)式擬合參數(shù)

圖4 4次多項(xiàng)式擬合升溫20 ℃時(shí)橋梁撓曲擬合

3 基于成橋施工偏差的線路縱斷面設(shè)計(jì)

施工偏差導(dǎo)致成橋?qū)嶋H線形與設(shè)計(jì)線形存在較大差異，使得線路設(shè)計(jì)縱斷面無法實(shí)現(xiàn)。為滿足線路靜態(tài)驗(yàn)收符合線路相關(guān)規(guī)范要求，保證線路的平順性及列車安全平穩(wěn)運(yùn)行，需考慮線路、軌道等相關(guān)專業(yè)要求并結(jié)合設(shè)計(jì)梁面線形和實(shí)測(cè)梁面線形擬合調(diào)整橋上線路縱斷面，以適應(yīng)大橋?qū)嶋H成橋線形。

3.1 多坡段縱斷面擬合

現(xiàn)有大跨度鐵路橋梁線路縱斷面采用“人”字坡結(jié)合豎曲線的設(shè)計(jì)形式是為滿足現(xiàn)有規(guī)范對(duì)線路縱斷面的設(shè)計(jì)要求，實(shí)際工程中考慮施工偏差后擬合設(shè)計(jì)線路縱斷面仍采用豎曲線和直線坡組合的設(shè)計(jì)形式，即多坡段擬合。

TB10098—2017《鐵路線路設(shè)計(jì)規(guī)范》關(guān)于最小坡段長(zhǎng)度計(jì)算公式為

(1)

式中，Δi1、Δi2為坡段兩端的坡度差，‰；v為設(shè)計(jì)速度，km/h；Rsh1、Rsh2為相鄰兩個(gè)豎曲線半徑，m?？梢?，規(guī)范中900 m是按照坡度30‰、設(shè)計(jì)速度350 km/h計(jì)算得到的，因此，最小坡段長(zhǎng)度一般不小于900 m，可滿足任何條件下豎曲線間夾坡段長(zhǎng)度的要求。

根據(jù)TB10621—2014《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》、TB10098—2017《鐵路線路設(shè)計(jì)規(guī)范》可知，線路最大豎曲線半徑≯30 000 m，時(shí)速250 km客運(yùn)專線最小豎曲線半徑為20 000 m。為滿足250 km/h設(shè)計(jì)行車速度，最大坡度代數(shù)差取6‰(跨中)，豎曲線半徑取最大值30 000 m，設(shè)計(jì)行車速度取聯(lián)調(diào)聯(lián)試最高速度275 km/h，根據(jù)式(1)計(jì)算得到大跨度橋線路縱斷面最小坡段長(zhǎng)度為200 m[18]。

針對(duì)此大跨度公鐵兩用大橋，采用半徑25 000 m的圓曲線和直線坡組合擬合成橋線形，擬合需同時(shí)符合以下3點(diǎn)原則[18]。

(1)主橋道床厚度需滿足驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

主橋道床厚度原設(shè)計(jì)為350 mm，為鋪設(shè)出擬合設(shè)計(jì)的軌面線形，道床厚度需滿足道床驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)330～450 mm。

(2)優(yōu)化坡段平順性，便于養(yǎng)護(hù)維修

TB10621—2014《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》、TB10098—2017《鐵路線路設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定正線相鄰坡段坡度差≥1‰時(shí)，應(yīng)采用圓曲線型豎曲線連接。為避免設(shè)置豎曲線以便于養(yǎng)護(hù)維修，相鄰坡段坡度代數(shù)差應(yīng)小于1‰。

(3)最小坡段長(zhǎng)大于200 m

根據(jù)上述調(diào)整原則，如圖5所示，保證調(diào)整設(shè)計(jì)的線路縱斷面滿足道床厚度控制范圍，保持主橋跨中變坡點(diǎn)位置不變，新增變坡點(diǎn)4處，坡段由2個(gè)變?yōu)?個(gè)。大橋線路縱斷面調(diào)整前后示意如圖6所示。通過調(diào)整線路縱斷面使其與橋梁成橋線形在總體趨勢(shì)上保持一致，保證了軌道結(jié)構(gòu)高度均勻和軌面整體平順度。

圖5 多坡段擬合軌面設(shè)計(jì)高程

圖6 某大橋多坡段縱斷面調(diào)整示意(里程單位：m)[17]

將調(diào)整后的200 m多坡段線路設(shè)計(jì)縱斷面軌面高程分別和各溫度下鋼梁變形及列車行駛在不同位置處鋼梁變形疊加，得到溫度荷載、列車載重下大橋軌面高程，如圖7所示。由圖7可見，整體升降溫荷載主要影響橋梁跨中撓曲位移，整體升溫使主梁線形下?lián)希w降溫導(dǎo)致主梁線形上拱，而橋梁線形不再為單一的“人”字坡形狀，呈人字坡疊合高次拋物線形狀。

圖7 溫度荷載、列車不同位置壓載下大橋軌面高程

3.2 曲線縱斷面擬合

多坡段擬合法擬合調(diào)整的縱斷面存在變坡點(diǎn)和豎曲線，容易產(chǎn)生較為明顯的列車響應(yīng)，在主跨范圍內(nèi)，運(yùn)營(yíng)期橋梁發(fā)生梁體大變形后，無法再保持原有線路縱斷面的設(shè)計(jì)特征，變化后的變坡點(diǎn)和豎曲線為后續(xù)線路養(yǎng)護(hù)維修帶來了不確定性。同時(shí)，在2.2節(jié)中通過分析橋梁撓曲線形特征發(fā)現(xiàn)橋梁溫度變形可由4次多項(xiàng)式擬合。因此，嘗試引入曲線縱斷面設(shè)計(jì)理念，使得人為設(shè)定的設(shè)計(jì)縱斷面盡可能服從橋梁結(jié)構(gòu)本身的變形特性。具體而言，在保證調(diào)整設(shè)計(jì)的線路縱斷面滿足道床厚度控制范圍的前提下，用高次多項(xiàng)式擬合實(shí)測(cè)成橋梁面線形得到曲線縱斷面，如圖8所示，使得擬合調(diào)整后的縱斷面疊加橋梁變形后線形仍然服從橋梁結(jié)構(gòu)本身的線形特點(diǎn)，消除變坡點(diǎn)和豎曲線。

圖8 曲線擬合軌面設(shè)計(jì)高程

4 軌道平順性及列車走行性分析

橋梁后續(xù)服役期間受溫度及列車影響會(huì)發(fā)生動(dòng)態(tài)變形，導(dǎo)致橋上線路縱斷面不易保持，因此，需根據(jù)成橋線形及施工偏差調(diào)整橋上線路縱斷面，分析橋梁線形發(fā)生改變后的軌道平順性及列車走行性能，以評(píng)價(jià)縱斷面設(shè)計(jì)方法的適用性。采用中點(diǎn)弦測(cè)法及擬合等效曲線半徑法評(píng)價(jià)橋梁服役期間線路的平順性，并結(jié)合動(dòng)力學(xué)模型分析其對(duì)列車走行性的影響。

4.1 弦測(cè)值分析

大跨度橋梁在荷載作用下的變形主要包含長(zhǎng)波成分，國(guó)外其他國(guó)家多用長(zhǎng)弦測(cè)量軌道長(zhǎng)波不平順[19]，我國(guó)也提出基于中點(diǎn)弦測(cè)法的軌道長(zhǎng)波不平順靜態(tài)測(cè)量方法[10]。

圖9為中點(diǎn)弦測(cè)法測(cè)量原理示意。弦ac的兩端與鋼軌緊密接觸，弦長(zhǎng)為L(zhǎng)，b為弦線的中點(diǎn)，弦ac與水平方向夾角足夠小，因此，將弦線中點(diǎn)與對(duì)應(yīng)鋼軌位置的偏差視為弦測(cè)法的測(cè)量值，用g(x)表示。

圖9 中點(diǎn)弦測(cè)法示意

假設(shè)軌道不平順的實(shí)際值為f(x)，則g(x)計(jì)算表達(dá)式[20]為

(2)

有研究表明，通過管理軌道高低不平順40 m弦測(cè)值可以提高列車乘坐舒適性[20]，因此，選取40 m弦評(píng)價(jià)250 km/h線路高低不平順。圖10分別為不同溫度荷載作用下、列車載重在不同位置作用下大橋軌面線形40 m弦測(cè)幅值。對(duì)比多坡段擬合縱斷面和曲線縱斷面的弦測(cè)幅值可以看出，人為引入的變坡點(diǎn)會(huì)引起較大的弦測(cè)值，曲線縱斷面因線形較為平順，弦測(cè)幅值整體小于多坡段縱斷面的弦測(cè)幅值；跨中弦測(cè)幅值隨溫度降低而增大，升溫工況影響下，弦測(cè)值較降溫工況小，線路平順性較降溫工況更優(yōu)；20 ℃溫度變化及列車載重在不同位置作用引起的線形變化對(duì)弦測(cè)值的影響均在2 mm內(nèi)，線路平順性主要由線路縱斷面本身控制。

圖10 溫度荷載、列車不同位置壓載下大橋軌面線形弦測(cè)幅值

4.2 列車走行性分析

基于車輛-軌道動(dòng)力學(xué)理論，采用動(dòng)力學(xué)軟件SIMPACK建立CRH2高速車輛-軌道耦合動(dòng)力學(xué)模型[14]，將不同溫度荷載作用下、列車載重在不同位置作用下大橋軌面線形視為線路縱斷面，計(jì)算速度設(shè)置為250 km/h。

圖11為8種溫度荷載、編組列車在橋上不同位置壓載下軌面線形引起的車體垂向振動(dòng)加速度。由圖11可以看出，多坡段擬合的縱斷面坡段連接處和跨中豎曲線處會(huì)引起車體垂向振動(dòng)加速度極值，不同工況下曲線縱斷面引起的車體垂向振動(dòng)加速度均小于多坡段縱斷面引起的車體加速度。

圖11 溫度荷載、列車不同位置壓載下車體垂向振動(dòng)加速度

等效曲線半徑可從橋上線路平順性角度對(duì)橋梁線形進(jìn)行評(píng)價(jià)[12]，將兩種縱斷面設(shè)計(jì)方法得到的不同荷載工況下，軌面線形按照高速鐵路線路的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行擬合，得到大橋不同里程處的等效曲線半徑。表3列出了不同工況下主跨范圍內(nèi)車體加速度最大值和其出現(xiàn)的里程以及計(jì)算得到的大橋跨中等效曲線半徑。表中“/”前后分別為多坡段縱斷面和曲線縱斷面計(jì)算結(jié)果。由表3可以看出，隨著溫度的升高，車體垂向振動(dòng)加速度最大值逐漸減小，但20 ℃溫度變化對(duì)主跨范圍內(nèi)車輛垂向振動(dòng)加速度最大值的影響約為0.05 m/s2；列車載重作用下軌道線形對(duì)車輛垂向振動(dòng)加速度極值的影響不超過0.05 m/s2。

表3 車體垂向振動(dòng)加速度極值及跨中等效豎曲線半徑

結(jié)合圖7分析表3的跨中等效豎曲線半徑可知，隨著溫度降低，主梁反拱導(dǎo)致跨中等效曲線半徑減小，即增大了線形的曲率，從而引起更大的車體加速度，這與車-線動(dòng)力學(xué)仿真得到的車體垂向振動(dòng)加速度結(jié)果一致，且都滿足TB10621—2014《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》、TB10098—2017《鐵路線路設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定乘客舒適度允許的豎向離心加速度0.4 m/s2。編組列車載重引起的主梁撓曲變形量對(duì)主梁等效曲線半徑影響較小，因此，列車載重線形對(duì)車體垂向振動(dòng)加速度影響較小。

5 結(jié)論

大跨度鐵路橋梁成橋線形與設(shè)計(jì)線形存在偏差，需在成橋線形基礎(chǔ)上重新設(shè)計(jì)線路縱斷面，在環(huán)境荷載作用下，大跨度橋梁動(dòng)態(tài)撓度變形又導(dǎo)致橋上線路設(shè)計(jì)縱斷面不易保持，基于以上問題，通過計(jì)算不同溫度荷載及列車載重影響下線路線形相應(yīng)的弦測(cè)幅值和車體垂向振動(dòng)加速度，對(duì)比分析了采用多坡段擬合和曲線縱斷面擬合設(shè)計(jì)調(diào)整的線路縱斷面對(duì)運(yùn)營(yíng)期橋梁線形變化的適應(yīng)性。主要結(jié)論如下。

(1)整體升溫導(dǎo)致主梁下?lián)?，軌面線形更加平緩，線路縱斷面影響的車體垂向振動(dòng)加速度減小；降溫引起主梁結(jié)構(gòu)反拱導(dǎo)致跨中等效豎曲線半徑減小，從而引起更大的車體垂向加速度，因此擬合調(diào)整大跨度懸索體系橋梁線路縱斷面時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注降溫荷載對(duì)跨中等效豎曲線半徑及車輛運(yùn)行平穩(wěn)性的影響。

(2)溫度或列車載重作用下千米級(jí)大跨度鐵路橋梁主要發(fā)生長(zhǎng)波變形，20 ℃溫度變化及列車載重引起的橋梁線形變化對(duì)40 m弦測(cè)值的影響都在2 mm內(nèi)，線形平順性主要由線路設(shè)計(jì)縱斷面控制。

(3)多坡段縱斷面在變坡點(diǎn)和豎曲線處會(huì)引起弦測(cè)極值和車輛垂向振動(dòng)加速度極值，而橋梁結(jié)構(gòu)整體受力變形所引起的車體垂向振動(dòng)加速度響應(yīng)變化不超過0.05 m/s2，依照橋梁變形自身主要是長(zhǎng)波成分并能用多項(xiàng)式擬合的特點(diǎn)提出的曲線橋梁縱斷面更貼合橋梁實(shí)際變形，消除了變坡點(diǎn)和豎曲線，大大減小了線路縱斷面引起的列車車體振動(dòng)響應(yīng)，有利于優(yōu)化大跨度鐵路橋上列車的整體動(dòng)力性能。