無(wú)碴軌道對(duì)橋梁的要求課件

1、 無(wú)碴軌道對(duì)橋梁技術(shù)要求王平 1 三種無(wú)碴軌道的結(jié)構(gòu)組成與設(shè)計(jì)特點(diǎn)一、已有研究成果（1）板式軌道結(jié)構(gòu)組成軌道板(PRC或RC）CA砂漿彈性調(diào)整層凸形擋臺(tái)混凝土底座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)高度低、自重輕；軌道板預(yù)制，現(xiàn)場(chǎng)工作量少；可修復(fù)性強(qiáng)；初期投資大。結(jié)構(gòu)組成結(jié)構(gòu)組成結(jié)構(gòu)組成（半圓形凸形擋臺(tái)）（2）長(zhǎng)枕埋入式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)耐久、可靠；制造、施工簡(jiǎn)單；初期投資相對(duì)小；特殊條件下可修復(fù)。 結(jié)構(gòu)組成穿孔軌枕混凝土道床板隔離層(或彈性墊層)混凝土底座（3）彈性支承塊式結(jié)構(gòu)組成彈性支承塊 (支承塊、橡膠套靴、大橡膠墊板）混凝土道床板隔離層混凝土底座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)減振性能好；制造、施工簡(jiǎn)單；初期投資相對(duì)較大；

2、特殊條件下可修復(fù)。2 高速鐵路無(wú)碴軌道設(shè)計(jì)荷載 列車運(yùn)行速度與軸重直接影響設(shè)計(jì)荷載的取值，考慮我國(guó)高速列車與中速列車共線運(yùn)行的運(yùn)輸組織模式，在動(dòng)力仿真計(jì)算分析中，高速列車采用德國(guó)ICE2機(jī)車（最高速度300km/h、軸重195kN），中速列車采用SS8電力機(jī)車和DF11內(nèi)燃機(jī)車（最高速度160km/h、軸重230kN）； 根據(jù)動(dòng)力仿真計(jì)算結(jié)果，采用了動(dòng)輪載計(jì)算值較大的德國(guó)ICE2型作為確定其設(shè)計(jì)荷載的機(jī)車類型。 設(shè)計(jì)靜輪重：P0195/2=97.5kN 設(shè)計(jì)動(dòng)輪載：PdP0 (為動(dòng)載系數(shù)，取3.0) 300kN 2.1動(dòng)力學(xué)計(jì)算模型靜力計(jì)算模型（2）板式軌道板式軌道靜力計(jì)算采用有限元分析模型。

3、因鋼軌為細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件，可視為梁看待，其支承彈性由扣件的軌下膠墊提供，并假定每一鋼軌聯(lián)結(jié)扣件處為一線性彈簧支承。軌道板作為板單元，板下的CA砂漿層作為線性彈簧支承體。 3、高速鐵路高架橋上無(wú)碴軌道關(guān)鍵技術(shù)的試驗(yàn)研究對(duì)上述三種結(jié)構(gòu)型式的無(wú)碴軌道進(jìn)行了結(jié)構(gòu)細(xì)部設(shè)計(jì)與部件試制，并在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)按設(shè)計(jì)要求分別鋪設(shè)了10m長(zhǎng)的實(shí)尺軌道模型；通過對(duì)實(shí)尺軌道進(jìn)行振動(dòng)加載、疲勞與落軸試驗(yàn)，考察軌道的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與動(dòng)力性能；初步提出高架橋上無(wú)碴軌道的施工方案；提出了高速鐵路無(wú)碴軌道橋梁徐變上拱的限值與控制措施；初步分析了高速鐵路高架橋上無(wú)碴軌道的動(dòng)力特性與車輛走行性能； 室內(nèi)無(wú)碴軌道實(shí)尺模型（板式）無(wú)碴軌道實(shí)尺模型（彈性支承

4、塊式）長(zhǎng)枕埋入式模型疲勞試驗(yàn)落軸試驗(yàn)3.1 試驗(yàn)得出的主要結(jié)論（1）結(jié)構(gòu)強(qiáng)度： 在單點(diǎn)最大荷載250KN作用過程下，道床板的表面應(yīng)變成線性增長(zhǎng)；疲勞試驗(yàn)前后，應(yīng)變值未發(fā)生變化，三種結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求；從枕上壓力的測(cè)試結(jié)果看，彈性支承塊式鋼軌支點(diǎn)壓力的分配較其它兩種均勻；從荷載作用下的鋼軌位移看，彈性支承塊式最大，長(zhǎng)枕埋入式最小。（2）落軸試驗(yàn)結(jié)果4、橋上軌道狀態(tài)的調(diào)整有碴軌道：通過道碴層、扣件進(jìn)行調(diào)整；無(wú)碴軌道：只有通過扣件系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整。4.2 橋梁徐變上拱的限值與控制 基于高速暫規(guī)中對(duì)橋梁徐變上拱的限值要求（2cm），以及大量實(shí)測(cè)資料的統(tǒng)計(jì)分析，得出無(wú)碴軌道橋梁徐變上拱設(shè)計(jì)限值： （11

5、.6450.30）ft2.0 ft1.34cm橋梁徐變上拱的影響因素（1）與設(shè)計(jì)有關(guān)的因素 橋梁的恒、活載設(shè)計(jì)彎矩比； 恒載作用下橋梁截面下緣的應(yīng)力水平。（2）與施工有關(guān)的因素 水灰比與水泥用量； 骨料的力學(xué)性能； 施加二期恒載的時(shí)間間隔。橋梁徐變上拱的控制措施（1）設(shè)計(jì)方面 增加梁高； 采用部分預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)（2）施工方面 盡量減少水泥用量； 選用彈性模量較高的骨料； 盡量延長(zhǎng)施加二期恒載的時(shí)間間隔。5、秦沈客運(yùn)專線橋上無(wú)碴軌道的研究與設(shè)計(jì) 在前期理論分析與室內(nèi)試驗(yàn)的的基礎(chǔ)上，結(jié)合秦沈客運(yùn)專線具體的運(yùn)營(yíng)條件和線路條件，最終選定在國(guó)外高速鐵路上應(yīng)用較為成熟的長(zhǎng)枕埋入式和板式無(wú)碴軌道結(jié)構(gòu)，并分

6、別在秦沈客運(yùn)專線高速試驗(yàn)段的沙河、狗河與雙何特大橋上鋪設(shè)（均在700m左右）。 5.1 長(zhǎng)枕埋入式無(wú)碴軌道（沙河）混凝土底座道床板（現(xiàn)澆）穿孔軌枕扣件系統(tǒng)（1）混凝土底座底座與梁體預(yù)埋鋼筋連接成整體 ；在底座兩端的中部設(shè)置了限位凹槽；底座與上部道床板之間設(shè)隔離層或彈性墊層；C40級(jí)混凝土。 （2）混凝土道床板道床板由橫向穿孔軌枕與C40 填充混凝土組成；24m梁跨內(nèi)每線設(shè)置6塊道床板；道床板頂面設(shè)2的人字坡。 （3）橫向穿孔軌枕與道床板成為整體，共同承載；穿孔軌枕的設(shè)計(jì)必須滿足道床板的橫向上側(cè)設(shè)計(jì)彎矩的要求；長(zhǎng)度2.5m；5.2 板式軌道（狗河、雙何）混凝土底座及凸形擋臺(tái)預(yù)制軌道板CA砂漿調(diào)整

7、層扣件系統(tǒng)（1）混凝土底座及凸形擋臺(tái)底座結(jié)構(gòu)按梁體產(chǎn)生此撓度換算得出的彎曲力矩設(shè)計(jì)；底座與凸形擋臺(tái)均通過預(yù)埋鋼筋與梁體相連；曲線超高在底座上設(shè)置；沿線路方向每隔5m設(shè)一橫向伸縮縫 。凸形擋臺(tái)的功能凸形擋臺(tái)作為板式軌道結(jié)構(gòu)中的重要組成部分，設(shè)置于混凝土底座兩端的中部，用以限制軌道板的縱、橫向移動(dòng) ；其直接承受由鋼軌傳遞到軌下基礎(chǔ)的縱向力和橫向力，包括：梁軌間相互作用產(chǎn)生的縱向力、溫度變化引起的軌道板伸縮力、軌道的橫向抗力、起動(dòng)與制動(dòng)力、輪軌間的橫向作用力等；凸形擋臺(tái)外形在梁跨的端部為半圓形，在梁跨中部均為圓形，其半徑為250mm，高度為250mm。 凸形擋臺(tái)的受力圖式（2）雙向預(yù)應(yīng)力混凝土軌道板

8、采用部分預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)；配筋對(duì)稱于截面中心；C60級(jí)混凝土；標(biāo)準(zhǔn)板尺寸：4.932.40.19m端部缺口半徑300mm（3）CA砂漿調(diào)整層CA砂漿由水泥、乳化瀝青、細(xì)骨料（砂）、混合料、水、鋁粉、各種外加劑等多種原材料組成，其作為板式軌道混凝土底座與軌道板間的彈性調(diào)整層，是一種具有混凝土的剛性和瀝青的彈性的半剛性體。 我國(guó)對(duì)板式軌道CA砂漿開展了為期3年的科研攻關(guān)工作，針對(duì)性地提出了CA砂漿的性能指標(biāo)及試驗(yàn)方法，研制出的CA砂漿各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到或接近國(guó)外同類產(chǎn)品的質(zhì)量水平。5.3 路/橋、無(wú)碴/有碴軌道過渡段 由于無(wú)碴軌道與有碴軌道之間的豎向剛度不同、橋臺(tái)與臺(tái)后路基工后沉降的差異，為了保證

9、列車運(yùn)行安全性、減小列車通過時(shí)引起的振動(dòng)、提高乘坐舒適性，在銜接處應(yīng)設(shè)置一定長(zhǎng)度的過渡段； 過渡段的長(zhǎng)度主要由路橋過渡段工后沉降差引起的軌面彎折角的限值控制。根據(jù)動(dòng)力仿真計(jì)算結(jié)果，確定過渡段長(zhǎng)度為25m（臺(tái)后路基工后沉降限值5cm）。 （1）線路上部結(jié)構(gòu)采取的過渡措施 在過渡段較軟一側(cè)，增大軌道的豎向剛度。 通過增大軌排的抗彎模量來增加軌道的剛度。 在過渡段較硬一側(cè)，減小軌道的豎向剛度。 在與有碴軌道相鄰的第一跨無(wú)碴軌道梁上，在道床板與底座之間設(shè)置微孔橡膠彈性墊層。 過渡段設(shè)置輔助軌（2）線路下部結(jié)構(gòu)采取的過渡措施 橋頭設(shè)置混凝土搭板 加筋土路基結(jié)構(gòu) 基床表層填筑級(jí)配碎石，基床表層以下以A、B

10、組粗粒土填筑，其間分層鋪設(shè)土工格柵。 級(jí)配碎石填筑5.4 與無(wú)碴軌道有關(guān)的橋梁設(shè)計(jì)要求無(wú)碴軌道橋梁高度適當(dāng)增加（20cm ）；為減少梁體徐變上拱對(duì)軌道的影響，設(shè)計(jì)要求：底座施工應(yīng)在梁體預(yù)應(yīng)力張拉結(jié)束至少60天后進(jìn)行；底座施工完成后，墩臺(tái)沉降不超過20mm；梁體預(yù)埋連接鋼筋；橋面設(shè)置良好的防、排水系統(tǒng)。二、高速客運(yùn)專線無(wú)碴軌道對(duì)橋梁設(shè)計(jì)的更高要求1、無(wú)碴軌道鋪設(shè)原則最大跨度不超過80m（含80m）的特大橋；一座橋上同時(shí)鋪設(shè)有碴軌道和無(wú)碴軌道，在兩種軌道結(jié)構(gòu)結(jié)合部位對(duì)列車運(yùn)行平穩(wěn)性、安全性產(chǎn)生影響，且兩種軌道的維修工作量不一致，在兩種軌道之間還必須設(shè)置過渡段，因此，原則上一座橋上宜鋪設(shè)一種類型軌道

11、結(jié)構(gòu)；受地下水開采、煤炭開采以及地質(zhì)斷裂帶影響地段的橋梁，不宜采用無(wú)碴軌道。長(zhǎng)度超過500m（含500m）、地質(zhì)條件較好的隧道。由于無(wú)碴軌道的曲線超高調(diào)整較為困難，曲線半徑小于7000m地段宜鋪設(shè)有碴軌道。無(wú)碴軌道宜集中鋪設(shè)。 二、梁端轉(zhuǎn)角及沉降、錯(cuò)位對(duì)扣件受力的影響梁端轉(zhuǎn)角對(duì)扣件受力的影響兩梁豎向錯(cuò)位對(duì)扣件上拔力的影響橫向錯(cuò)位對(duì)軌道受力的影響合理的梁端縫從軌道受力及振動(dòng)來看，扣件間距不宜超過700-720mm，扣除枕寬及枕距梁邊緣的距離后，對(duì)長(zhǎng)大連續(xù)梁橋梁端縫不宜過寬?？烧{(diào)支座的研制和應(yīng)用3、車橋動(dòng)力作用較有碴軌道復(fù)雜（1）軌道板在車橋耦合振動(dòng)中不可忽略。（2）扣件調(diào)高后將影響其橫向剛度，導(dǎo)致車橋橫向振動(dòng)更為復(fù)雜。（3）橡膠墊層老化后，嚴(yán)重影響扣件的剛度，使橋梁所受沖擊作用力增大，橡膠墊層的使用壽命應(yīng)較有碴軌道短。4、無(wú)碴軌道橋上無(wú)縫線路（1）安全儲(chǔ)備低于有碴軌道（2）反復(fù)伸縮將導(dǎo)致鋼軌爬行較有碴軌道嚴(yán)重，調(diào)高墊板不宜