京沪高速铁路纵连板式无砟轨道设计原理与方法

1京沪高高速速铁路路纵连板式式无砟轨轨道设计计原理与与方法内容提要要2高速铁路路轨道结结构概述述纵连板式式轨道结结构概述述路基上纵纵连板式式无砟轨轨道设计计原理桥上纵连连板式无无砟轨道道设计原原理开展的相相关工作作结束语高速铁路路轨道结结构概述述纵连板式式轨道结结构概述述路基上纵纵连板式式无砟轨轨道设计计原理桥上纵连连板式无无砟轨道道设计原原理开展的相相关工作作结束语高速铁路路轨道结结构概述述34高速铁路路轨道结结构从总总体上分分为有砟轨道道和无砟轨道道。两类轨轨道结构构在技术术经济性性方面具具有一定定的差异异，世界界各国均均根据自自己的国国情路情情合理选选用，以以取得最最佳的技技术经济济效益。。法国-有砟轨道道德国-无砟轨道道5随着列车车运行速速度的不不断提高高，有砟砟轨道道道砟粉化化及道床床累积变变形的速速率随之之加快，，须通过过轨道结结构强化化措施来来满足高高速铁路路对线路路的高平平顺性、、稳定性性、减少少频繁线线路维修修工作的的要求。。自上世纪纪60年代，国国外在研研究强化化有砟轨轨道的同同时，相相继研发发了以““高平顺性性”和“少维修”为主要要目标的的无砟轨轨道结构构，随着着无砟轨轨道技术术经济性性的不断断完善，，其在高高速铁路路上的应应用范围围愈来愈愈广，日日本、德德国、韩韩国、我我国台湾湾等后期期修建的的高速铁铁路中无无砟轨道道所占比比例均在在90%以上。纵连板式式双块式单元板式式6无砟轨道结构型式预制板式现浇混凝土式单元板式纵连板式整体轨枕埋入式双块轨枕埋入式我国高速速铁路建建设中采采用的无砟轨道道型式如下:纵连板式式纵连板式式轨道结结构概述述7高速铁路路轨道结结构概述述纵连板式式轨道结结构概述述路基上纵纵连板式式无砟轨轨道设计计原理桥上纵连连板式无无砟轨道道设计原原理开展的相相关工作作结束语8纵连板式式无砟轨轨道技术术引进于于德国MaxBögl公司，该该轨道系系统的前前身是1979年铺设在在“卡尔尔斯费尔尔德-达豪”试试验段上上的一种种预制板板式轨道道，该轨轨道系统统的组成成类似于于日本新新干线板板式轨道道；它吸吸收了轨轨枕埋入入式无砟砟轨道整整体性和和板式轨轨道制作作和施工工便利的的特点，，并在后后续研发发工作进进行了优优化改进进。纵连板式式无砟轨轨道在德德国科隆至法兰克福福高速铁路路A标段、纽伦堡至因格斯塔塔特高速铁路路北段（（35km）两项高高铁线路路上经受受了工程程实践的的检验。。纵连板式式无砟轨轨道试验验段9整体板式式板与板连连接横向施加加预应力力纽伦堡-因格斯塔塔特路基上轨道结构构纽伦堡-因格斯塔塔特隧道内轨道结构构纵连板式式无砟轨轨道系统统在德国国应用情情况纵连优点点：有效效约束板板端在活活载、温温度梯度度等荷载载作用下翘翘曲变形形，较好好地保证证线路平平顺性。德国桥上上无砟轨轨道型式式？10德国的各各种无砟砟轨道形形式采用用的技术术标准是是DS804和AKFF（《无砟轨道道工程技技术要求求纲要》2002），根据据桥梁的的长度分分别对桥桥上无砟砟轨道设设计进行行了明确确的规定定。短桥：指桥长长在25m以下的桥桥梁，通通常是单单跨简支支梁桥或或刚架桥桥；长桥：指25m以上的单单跨、多多跨简支支或连续续梁桥。。德国桥上上无砟轨轨道应用用情况11短桥上无砟轨道道可连续续铺设，，在道床床板底部部铺设滑滑动层，，通过在在道床板板两侧设设置侧向向挡块固固定其横横向位置置。但为为避免梁梁端转角角对无砟砟轨道受受力的影影响以及及满足顶顶梁要求求，无砟砟轨道在在梁端接接缝处必必须断开开。德国桥上上无砟轨轨道应用用情况德国短桥桥上无砟砟轨道构构造特征征12长桥上无砟轨道道不允许许连续铺铺设，轨轨道板的的长度一一般在4.0～5.0m之间，板板间隔缝缝为0.1m。在梁跨跨间接缝缝及桥梁梁与桥台台间接缝缝位置，，同样为为避免梁梁端转角角对无砟砟轨道受受力的影影响以及及满足顶顶梁要求求，无砟砟轨道须须在接缝缝处断开开。长桥桥上轨道道板与底底座混凝凝土板间间应设置置隔离层层，必要要时顶起起轨道板板进行更更换。德国桥上上无砟轨轨道应用用情况德国长桥桥上无砟砟轨道构构造特征征13纽伦堡-因格斯塔塔特桥上上轨道结结构博格型无无砟轨道道在德国国桥上应应用情况况桥上轨道道板外形形尺寸：：4.50m×2.55m×0.30m尺寸限位措施施14京津城际际铁路纵纵连板式式无砟轨轨道的应应用情况况针对京津津城际铁铁路高架架桥为主主的线路路特征，，为避免免桥上过过多使用用补偿板板、加快快施工进进度，设设计提出出了长桥上无无砟轨道道设计新新方案（（简称““长桥新新方案””），并进行了技技术论证。京津城际铁路路高架桥京津城际铁路路高架桥上轨轨道结构15京津城际铁路路纵连板式无无砟轨道的应应用情况长桥新方案与与目前德国、、日本已建高高速铁路桥上上无砟轨道的的主要差别在在于它采用了了连续的轨道道结构，放弃弃了长桥上无无砟轨道必须须设置断缝并并在梁端接缝缝处断开的设设计原则。京津城际铁路路桥上无砟轨轨道采用长桥桥新方案，路路基上无砟轨轨道采用既有有方案。既有长桥方案案长桥新方案采用了连续的的轨道结构（（预制轨道板＋＋底座板），放弃了长长桥上无砟轨轨道必须设置置断缝并在梁梁端接缝处断断开的设计原原则。为解决决轨道结构连连续带来的影影响，分别采采取了以下措措施。16特点京津城际铁路路桥上纵连板板式无砟轨道道设计思路17不传递纵向力力减弱梁端转角角对轨道结构构的影响传递纵向力123轨道在梁端的的受力问题？？桥梁伸缩对轨轨道受力影响响的问题？纵向力的传递递问题？优点：从而避避免桥梁伸缩缩对底座混凝凝土板受力的的影响，也可可以避免长桥桥上钢轨伸缩缩调节器的设设置。京津城际铁路路桥上纵连板板式无砟轨道道设计思路18限制横向位移移保证轨道屈曲曲稳定性45轨道横向受力力的问题？轨道稳定性的的问题？京津城际铁路路桥上纵连板板式无砟轨道道设计思路设计认为桥跨跨间纵向连接接刚度的加大大可以使得桥桥上的纵向力力在桥跨间更更为均匀的分分配；另外在在桥台后采用用了“端刺+摩擦板”的方方案，解决底底座混凝土板板自桥梁至路路基过渡的问问题，使桥上上纵向力不影影响端刺以外外路基上的轨轨道结构。19台后“端刺+摩擦板”方案案6桥上纵向力传传递问题？京津城际铁路路桥上纵连板板式无砟轨道道设计思路路基上纵连板板式无砟轨道道设计原理20高速铁路轨道道结构概述纵连板式轨道道结构概述路基上纵连板板式无砟轨道道设计原理桥上纵连板式式无砟轨道设设计原理开展的相关工工作结束语在路基上，轨轨道板铺设在在水硬性材料料支承层上（（HGT，最小厚度为为30cm厚），HGT下设防冻层等等，轨道板和和HGT间灌注沥青-水泥砂浆（CA砂浆）垫层保保证两者的可可靠粘结。路基上无砟轨轨道结构构造造标准轨道板设设计流程标准轨道板设设计流程路基上轨道结结构标准轨道板设设计模型约束条件：弹弹簧系数确定定依据《混凝土年鉴》（1987年）规定。截面信息：采采用轨道和HGT换算截面，按按刚度等效的的原则换算为为0.196m厚度。计算荷载：活活载250kN（UIC71）考虑动力效效应50%和弯道上20%的附加力。温度：系统温温差40℃。预应力：两端端连接部位，，按6×50kN计。标准轨道板纵纵向设计计算算根据规范中关关于荷载规定定，在无砟道道床的承重结结构中，可以以将集中荷载载（450kN）分布在轨道道的3个支撑点。标准轨道板纵纵向设计计算算-活载轨道板在纵向向是通长的，，将轨道板近近似认为两端端固定的杆件件考虑，故在在系统温差作作用下：є△T=1.0×10-5×40=0.4‰混凝土的收缩缩变形依据DIN4227进行，考虑自自14天→∞收缩变变形。єs,∞=-0.23‰轨道板混凝土受压检检算（温度+活载组合）σ总=3.5+15.6=19.1MPaVB=30/19.1=1.57钢筋受拉检算算（温度+收缩组合）考虑到轨道板板的钢筋（6Φ20）布置在轨道道板的中部，，所以不计入入活载作用下下钢筋受力，，仅考虑在降降温和混凝土土收缩情况下下钢筋的应力力，如下，σ钢筋=0.63‰‰×2.1××105＝132.3MPa<286MPa=500MPa/1.75标准轨道板纵纵向设计计算算-温度和收缩荷荷载在轨道板接缝缝部位，只有有6Φ20的钢筋连接，，根据轨道板板内部钢筋受受拉检算结果果，检算接缝缝部位钢筋受受力，同时控控制裂缝宽度度。在降温和和收缩共同作作用下，轨道道板承受的轴轴向力为：N=σ钢筋*A钢筋=132.3MPa×3.16×10-3m2=418kN在截面B（接缝）部位位，考虑纵向向连接可以共共可以提供6×50kN=300kN预压荷载，计计算钢筋应力力为：σ连接钢筋=（418-300）kN/1.88×10-3m2=62.7MPaє连接=62.7/210000=0.3‰△L=650mm×0.3‰=0.195mm另外，根据活活载作用下轨轨道板的弯矩矩（38.0kN∙m），计算钢筋筋应力幅值：：Fg1=M/Z=38.0/（0.85×0.13）=344kN扣除300kN的预应力，Fg2=Fg1-300=44kN△σg=44kN/1.88×10-3m2=23MPa<<180MPa标准轨道板纵纵向接缝设计计检算根据计算结果果，最大的支支撑反力为107.5kN，HGT支撑层底部宽宽度为3.25m，纵向间距取取0.6m，下部土压力力为：σ土体=107.5/（3.25×0.6）=55.1KPa在计算中参考考《混凝土年鉴2000》（P299），“在计算最大地地面压应力时时，如果考虑虑现已有的冗冗余，选择动动力系数1.17，认为是足够够的”σ土体=55.1××1.17/（1.2×1.5）=35.8KPa认为土体应力力小于允许值值50KPa，满足要求。。活载作用下土土压力检算在横向，轨道道板简化为65m宽轨枕进行计计算，模型为为两端带悬臂臂的简支梁。。荷载根据慕慕尼黑工大拟拟定的工作表表格EI测定（轴重300kN，轮重150kN），并提出该该荷载包括所所有的荷载组组合、动力系系数及曲线段段行车所造成成的附加荷载载等，并根据据道床形式的的不同分别进进行计算。标准轨道板横横向设计计算算LF1LF2LF3标准轨道板横横向设计计算算横向预应力筋筋为6Φ10，根据DIN4227计算收缩和徐徐变系数，有有效预应力取取870MPa。计算结果如下下：混凝土最大大拉应力1.84MPa，混凝土可以以长久承载此此应力。标准轨道板横横向设计计算算-预应力与活载载组合标准轨道板设设计流程小结轨道板接缝张张拉测试分析析温度梯度荷载载的测试分析析桥上纵连板式式无砟轨道设设计原理33高速铁路轨道道结构概述纵连板式轨道道结构概述路基上纵连板板式无砟轨道道设计原理桥上纵连板式式无砟轨道设设计原理开展的相关工工作结束语设计构造特点点1新方案中的预预制轨道板和和底座混凝土土板在长桥上上是跨过梁缝缝的连续结构构，轨道板结结构及外形尺尺寸不受桥跨跨的限制，可可采用与路基基、隧道内一一致的轨道板板，轨道板本本身的制造和和安装铺设较较既有方案简简便。2底座混凝土板板在每孔桥梁梁固定支座上上方，通过预预设齿槽、锚锚固螺栓（每每排7Ф28mm）以保证其和和桥梁间纵向向的可靠连接接，其余部位位通过在梁面面设置滑动层层以保持滑动动状态，认为为可不计桥梁梁伸缩对无砟砟轨道的影响响。既有方案长桥新方案3通过梁缝处前前后3.1m范围的梁面上上铺设5cm厚硬质泡沫塑塑料板，以减减小梁端转角角对无砟轨道道结构受力的的影响。4通过在底座板板两侧设计侧侧向挡块进行行横向限位（（底座板与梁梁面间横向为为滑动状态））。5通过在台后路路基上设置摩摩擦板、端刺刺等结构，使使桥梁纵向力力不影响路基基段轨道结构构。6在设有排水坡坡的梁面上喷喷涂防水层，，取消了钢筋筋混凝土保护护层。39在长桥新方案案中，轨道结结构的主承重构件是底座混凝土土板，各项设设计均是围绕绕底座混凝土土板展开的，，以下重点对对底座混凝土土的设计进行行介绍。底座混凝土板板设计原理41底座混凝土板板为通长的普普通钢筋混凝凝土构件，在在运营过程中中必然出现开开裂；开裂后的底座座混凝土板不不提供抗弯刚刚度，将长桥桥上的底座混混凝土板按拉拉压杆件设计计；应用了开裂后后钢筋混凝土土构件刚度折折减的理念，，考虑底座混混凝土不同开开裂程度时的的刚度；对底座混凝土土板按照正常常使用极限状状态和承载能能力极限状态态进行设计。。[刚度折减概念念的应用]42底座混凝土板板法向力与应应变关系图德国规范（开裂前）（充分开裂后后）（纯钢筋状态态）（确定底座混混凝土板不同同开裂程度时时的刚度）[极限状态法设设计]43正常使用极限状态检算承载能力极限状态检算温度为主组合活载为主组合温度为主组合活载为主组合确定最不利组合[裂缝宽度/适用耐久性][力学模型-竖向活载作用用]44力学模型变形分析结果果[力学模型-水平活载作用用]4565m路基+100m摩擦板+25×33m（25跨32m的简支梁）力学模型[力学模型-温度和混凝土土收缩作用]46简化力学模型型应用开裂后刚刚度折减理念念[力学模型-温差荷载]47推板试验分析模型[力学模型-受压检算]48[依据Euler理论进行检检算，确定定扣压式挡挡块的最大大间距][力学模型-梁端弯曲受受力状况]49模型试验力学模型底座混凝土土板设计检检算荷载的确定定1）混凝土收收缩和温度度荷载根据温度、、收缩工况况分析结果果，收缩引引起的总变变形量εges约为-0.30‰，与降温-30℃工况基本相相同，故可可采用-30℃的附加温度度荷载来计计算混凝土土收缩的影影响。最大降温荷荷载按-40℃考虑。2）温差荷载载（与轨道道板）根据轨道板板与底座混混凝土板温温差工况分分析结果，，设计偏安安全地考虑虑剪力在整整个轨道板板垫层砂浆浆范围内（（6.45m）叠加，即即认为从轨轨道板传递递至底座混混凝土板的的最大荷载载为410kN。3）制动力荷荷载根据中国规规范规定，，竖向活载载图示按ZK活载（0.8UICLM71活载）取用用，同样，，制动荷载载按DIN-专业报告101制动荷载的的80%取用。将这这个荷载分分布在一条条线最大300m长度上，中中国规范规规定仅考虑虑一线制动动力/牵引力。Qlbkred=0.8×Qlbk×L=0.8×20×L≤0.8·6000kN底座混凝土土板由制动动荷载产生生的最大拉拉力在2.5.5节中进行了了计算，并并将Zlbk=1360kN确定为最大大可能的拉拉力。4）由单侧活活荷载产生生的荷载在最不利的的活荷载情情况下，根根据桥梁上上部结构和和底座混凝凝土板上固固定点的位位置得出底底座混凝土土板的附加加拉力。由由单侧活载载产生的最最大拉力在在2.5.6节中进行了了计算，并并将下列值值确定为最最大可能的的拉力。ZLM71=240kN底座混凝土土板是轨道道系统的主主要受力构构件，因此此须对底座座混凝土板板的开裂宽宽度进行限限制。另外外，设计认认为底座混混凝土施工工完成后能能够生成横横向微细裂裂纹，这对对于补偿底底座混凝土土板由于温温度升高所所产生的延延伸是有利利的。根据DIN1045-1的要求，将将底座混凝凝土板作为为钢筋混凝凝土构件列列入XC4结构说明等等级和E类中，允许许开裂宽度度为0.3mm。以DIN-专业报告102、ARS11/2003作为基础进进行荷载组组合，检算算底座混凝凝土板的开开裂宽度。。对于开裂裂宽度检算算，降温荷荷载、制动动荷载和单单侧活荷载载起决定性性作用。正常使用极极限状态检检算[温度为主的的荷载组合合]采用叠代法法进行以下下计算！取等效弹模模：EII=5230MPa对假设弹模模的检验：：用叠代法计计算出的刚刚度是正确确的！限制开裂宽度所需的配筋：[活载制动力力为主的荷荷载组合]限制开裂宽度所需的配筋：[温度为主的的荷载组合合]承载能力极极限状态检检算[活载制动力力为主的荷荷载组合]底座混凝土土板活载作用下下底座混凝凝土板轴向向受力状况况活载作用下下底座混凝凝土板轴向向受力状况况分析模型型如图所示示。取三跨跨简支梁进进行分析，，固定支座座处约束刚刚度分别按按实际下部部结构纵向向刚度上下下限值取用用（18162~204206kN/m）。模型中中将轨道板板与底座混混凝土板模模拟成一个个整体截面面，并分别别按照刚度度为100%和刚度折减减50%的情况进行行计算。在在距梁体纵纵向固定支支座的上方方1.39m，底座混凝凝土板与桥桥梁水平向向刚性连接接，其余部部位只考虑虑两者间的的竖向连接接，除硬泡泡沫塑料区区域支撑刚刚度取493756kN/m外，其余部部位支撑刚刚度取31638750kN/m。考虑到钢钢轨与轨道道板承轨台台之间的纵纵向滑动阻阻力最大为为60kN/m，纵向滑动动阻力较小小，认为钢钢轨刚度对对计算结构构影响很小小，所以实实际分析模模型中未考考虑钢轨的的影响。另另外，考虑虑轨道结构构是通长的的，在两端端进行固结结处理。利用该模型型考察活载载作用于中中跨梁体的的情况下，，由于底座座混凝土板板与桥梁的的强制连接接而引起邻邻跨底座混混凝土板的的受力状况况。活载作作用按转角角的形式施施加，转角角值取0.72‰‰，结构变形形示意如图图。底座混凝土土轴向力计计算结果桥墩反力计计算结果底座混凝土土板梁端轨道结结构的弯曲曲受力状况况取两跨简支支梁模型进进行梁端轨轨道弯曲受受力状况分分析，支座座距梁端的的距离取0.56m，梁缝宽0.1m，分析模型型如图所示示。梁端转角处处轨道系统统主要有CHN60钢轨、轨道道板、底座座混凝土板板、硬质泡泡沫塑料和和锚固螺栓栓组成，如如图所示。。对底座混混凝土板和和轨道板，，考虑了运运营过程中中开裂的情情况，并分分别按照状状态I（无裂缝））和状态II（开裂）进进行分析。。在开裂状状态下将底底座混凝土土板和轨道道板的轴向向刚度和弯弯曲刚度折折减60%。二期恒载0.21‰0.8UIC710.74‰温差荷载(顶板降温)0.32‰不均匀沉降0.50‰徐变变形(上拱)-小计1.77‰利用上述Sofistik模型考察荷荷载组合作作用下梁端端轨道结构构的受力状状态和扣件件上拔力，，荷载作用用按转角的的形式施加加，各种荷荷载作用下下转角统计计如下：根据上述结结果，确定定强度检算算和疲劳检检算荷载：：强度检算：：1.5×2×1.77‰=5.31‰疲劳检算：：0.74‰‰；双线活载载钢轨扣件的的检算(LF100)根据Sofistik软件计算结结果，由工工况LF100得出钢轨扣扣件最大上上拔力为：：Fvorh=5.95kN(4.21kN)各种钢轨扣扣件的允许许上拔力为为：IOARV300允许值Fu=12kNFa.WBG允许值Fu=27kN特殊扣件可知：Fvorh=5.95kN<允许Fu=12kN对承轨台无无特殊要求求，也无须须特殊扣件件。底座混凝土土板的检算算(LF200)对于底座混混凝土检算算时，考虑虑底座混凝凝土板因水水化热作用用已出现开开裂，底座座混凝土刚刚度减弱，，只有状态态I（无开裂状状态）时的的60%，另外，在在上述设计计计算中，，不考虑同同时产生拉拉应力情况况。实际产产生的拉应应力，例如如由降温，，列车通过过或制动引引起的拉应应力，会导导致出现法法向拉力，，并使得混混凝土完全全退出工作作，在极限限情况下刚刚度下降到到仅计配筋筋刚度的水水平。另外外，随着底底座混凝土土板刚度降降低由桥梁梁主梁弯曲曲所产生的的底座板的的弯矩也会会下降。计算弯矩：：Mgesamt=75kN∙m(87kN∙∙m)计算剪力：：Vgesamt=-181kN(251kN)设计中认为为不需要底底座混凝土土板当作抗抗弯承重构构件，荷载载通过压力力自己直接接传递到桥桥梁主梁上上，而不在在底座混凝凝土板内产产生弯曲应应力。抗疲劳检算算按0.8UIC71计算：MMax=22.6kN∙m活载组合系系数：ψ1=0.8故：ψ1×MMax=18kN∙m工况荷载下下的零应变变线底座混凝土土板制动和牵引引力受力状状况分析列车的制动动/牵引荷载引引起的水平平力通过连连续的轨道道结构分配配在各个下下部结构上上，是设计计计算整个个系统所有有部分的依依据。在制制动/牵引工况分分析中，首首先应明确确，设计认认为桥梁上上部结构和和底座混凝凝土板之间间的滑动层层间不传递递水平力。。作用在钢轨轨上的水平平荷载首先先通过承轨轨台传递至至轨道板/底座混凝土土板，在桥桥跨结构范范围内，作作用在底座座混凝土板板上的水平平荷载只通通过水平固固定点传递递到桥梁结结构上；在在桥台以外外两侧摩擦擦板范围，，设计认为为从桥梁上上部传来的的水平力首首先通过摩摩擦板逐步步传递至路路基，而后后最后将剩剩余的水平平力全部锚锚固在端刺刺内，认为为桥梁上部部的水平力力不影响端端刺以外的的轨道结构构。设计将将底座混凝凝土板视作作只承受法法向力的杆杆件。桥梁纵向力力在各桥跨跨间荷载传传递的程度度取决于桥桥跨间连接接刚度和各各墩顶水平平刚度，各各个结构构构件分配的的荷载明显显受各自刚刚度的影响响。与桥上上有砟轨道道线路和其其它桥梁无无砟轨道线线路不同是是，博格新新方案中底底座混凝土土板、轨道道板连续铺铺设的方案案使得桥跨跨间连接刚刚度明显增增大。底座混凝土土板的刚度度取决于裂裂缝的发展展程度，实实际刚度无无法准确预预测，它取取决于多种种因素，例例如由收缩缩、温度等等引起裂缝缝的形成等等。因此需需要进行极极值研究，，以确定可可能出现的的最大反力力或内力，，且应按不不同的目标标值加以区区分。如果果要计算底底座混凝土土板的最大大法向力，，则底座混混凝土板刚刚度取上限限值；如果果计算作用用在桥墩上上的最大水水平力，底底座混凝土土板的刚度度取下限值值。此外，，开裂的底底座混凝土土板其抗拉拉刚度降低低程度较抗抗压刚度大大的多，所所以必须分分析在承重重结构不同同位置上抗抗压刚度和和抗拉刚度度之间的多多种组合，，以便能够够确定最不不利的状态态。通过过选选取取整整个个系系统统的的一一部部分分来来计计算算钢钢轨轨、、轨轨道道板板和和底底座座混混凝凝土土板板由由制制动动产产生生的的法法向向力力。。为为得得到到钢钢轨轨、、轨轨道道板板和和底底座座混混凝凝土土板板水水平平传传递递荷荷载载和和由由墩墩顶顶水水平平荷荷载载，，必必需需选选取取整整个个系系统统中中的的一一段段线线路路进进行行非非线线性性计计算算，，选选段段长长度度至至少少为为1000m。设设计计首首先先对对三三种种模模型型进进行行分分析析计计算算，，具具体体如如下下：：模型型I：由由路路堤堤到到简简支支桥桥跨跨的的过过渡渡状状态态65m路基基+100m摩擦擦板板+25×33m（25跨32m的简简支支梁梁））模型型II：简简支支桥桥跨跨状状态态50×33m（50跨32m简支支梁梁））模型型III：连连续续桥桥跨跨状状态态20×33m+（60+100+60）m（连连续续梁梁））+20×33m（20跨32m简支支梁梁））以下下重重点点介介绍绍由由路路堤堤到到单单跨跨简简支支桥桥梁梁过过渡渡状状态态力力学学分分析析模模型型，，该该模模型型为为一一平平面面框框架架，，由由杆杆件件和和弹弹簧簧元元件件组组成成，，线线路路方方向向上上阶阶段段间间距距为为3.30m，与与此此相相应应的的弹弹簧簧系系数数都都是是按按距距离离确确定定的的。。力力学学模模型型如如图图所所示示。。模型型中中基基本本信信息息及及相相关关假假定定如如下下：：不考考虑虑桥桥梁梁与与底底座座混混凝凝土土板板间间的的摩摩擦擦作作用用。。桥台台后后摩摩擦擦板板长长度度为为100m，连连续续的的底底座座混混凝凝土土板板在在这这个个位位置置中中止止，，只只有有轨轨道道板板在在HGT（水水硬硬性性胶胶结结支支承承层层））上上继继续续延延伸伸。。端刺刺假假设设为为不不移移动动的的，，按按水水平平向向固固结结考考虑虑。。在摩摩擦擦板板末末端端位位置置，，底底座座混混凝凝土土板板与与端端刺刺进进行行抗抗弯弯刚刚性性锚锚接接。。底座座混混凝凝土土板板直直接接铺铺设设在在摩摩擦擦板板（（钢钢筋筋混混凝凝土土板板））上上面面，，二二者者间间的的摩摩擦擦系系数数在在计计算算中中取取0.3<μμ<1.0。设设计计认认为为在在施施工工过过程程中中能能够够保保证证摩摩擦擦系系数数在在0.5<μμ<0.8之间间，，从从而而使使计计算算中中的的摩摩擦擦力力加加上上一一个个约约1.25的安安全全系系数数。。底座座混混凝凝土土板板和和轨轨道道板板的的纵纵向向配配筋筋在在计计算算中中采采用用100cm²²，并并以以此此假假定定计计算算状状态态II（混混凝凝土土开开裂裂））的的底底座座混混凝凝土土板板刚刚度度。。同时时考考虑虑拉拉、、压压力力范范围围内内的的轨轨道道刚刚度度的的不不同同（（从从路路堤堤至至第第6跨应应采采用用无无开开裂裂混混凝凝土土的的刚刚度度，，7跨以以后后采采用用开开裂裂混混凝凝土土的的刚刚度度））；；开开裂裂状状态态下下板板式式无无砟砟轨轨道道的的抗抗伸伸缩缩刚刚度度，，分分别别按按无无开开裂裂状状态态下下刚刚度度的的5%、10%、30%及50%考虑虑；；同同时时应应注注意意降降温温引引起起的的收收缩缩应应变变，，如如果果由由制制动动引引起起的的应应变变低低于于由由预预应应变变引引起起的的应应变变，，那那么么在在压压力力范范围围内内的的轨轨道道刚刚度度也也会会折折减减。。计算算模模型型中中，，轨轨道道板板和和底底座座混混凝凝土土板板作作为为一一个个整整体体截截面面被被输输入入，，但但必必须须根根据据作作用用在在两两个个不不同同截截面面上上的的法法向向力力进进行行计计算算计计算算。。为为估估算算极极限限值值还还应应考考虑虑到到刚刚度度下下降降50%、70%或90%的情情况况。。纵向向伸伸缩缩刚刚度度分分别别按按以以下下状状态态考考虑虑：：无开裂纯受压压应力ΣAC/Ersatz=(18200+396+19470+1680)/35000≈1.136m²²纯拉应力有利：ΣAC/Ersatz=0.5×(18200+396+9470+1680)/35000≈≈0.568m²不利：ΣAC/Ersatz=0.3×(18200+396+19470+1680)/35000≈≈0.341m²²非常不不利：：ΣAC/Ersatz=0.1×(18200+396+19470+1680)/35000≈≈0.114m²²工况A1~A3采用不不同的的摩擦擦系数数的情情况，，及摩摩擦板板上部部有无无列车车竖向向荷载载的情情况，，在工工况B1，B2和B3中，转转换了了制动动/牵引力力方向向。主要计计算结结果底座混混凝土土板温度/收缩工工况分分析由于温温度作作用、、收缩缩和徐徐变等等引起起桥梁梁长度度变化化会导导致底底座混混凝土土板和和桥梁梁主梁梁之间间出现现变形形差异异，若若两者者间存存在摩摩擦，，则会会导致致底座座混凝凝土板板上产产生附附加的的拉、、压力力。设设计时时在底底座混混凝土土板和和上部部结构构之间间设置置了““两布布一膜膜”滑滑动层层，使使得摩摩擦系系数明明显降降低，，桥梁梁变形形可通通过底底座混混凝土土板和和桥梁梁之间间可能能出现现的滑滑动而而被吸吸收。。另外外，Leykauf教授认认为列列车通通过时时引起起的振振动也也会使使得摩摩擦力力降低低，因因此设设计不不考虑虑桥梁梁伸缩缩对底底座混混凝土土受力力的影影响，，在该该项分分析中中仅考考虑底底座混混凝土土板本本身的的温度度变化化。计算由由间接接作用用引起起的强强制性性应力力时，，因变变形受受阻产产生的的拉力力取决决于刚刚度反反之刚刚度又又取决决于产产生的的拉力力，故故只能能用叠叠代法法确定定其等等效刚刚度。。底座座混凝凝土板板法向向力与与应变变关系系如图图。底板混混凝土土收缩缩变形形受阻阻时将将会出出现拉拉力。。影响响混凝凝土收收缩的的一个个主要要因素素为体体表面面积比比，须须注意意的是是，底底座混混凝土土板的的暴露露面会会由于于轨道道板铺铺设而而明显显减少少，故故收缩缩变形形应分分两个个阶段段分别别进行行计算算。设设计考考虑底底座混混凝土土板灌灌注后后90天（最最迟））铺设设轨道道板，，分为为0→90天和90天→80年两阶阶段计计算总总收缩缩变形形。由收缩缩引起起的总总变形形量：：εges=-0.091‰‰-0.206‰≈≈-0.30‰‰。由上可可知，，收缩缩变形形对底底座混混凝土土板的的影响响与降降温30℃℃工况基基本相相同，，故可可采用用-30℃的附加加温度度荷载载来计计算由由混凝凝土收收缩的的影响响。设计考考虑底底座混混凝土土板截截面最最低温温度可可达-20℃，在施工过过程中控制制底座混凝凝土板最高高灌注温度度为20℃，超过此温温度就不允允许进行底底座混凝土土板的施工工。最大降降温荷载按按40℃考虑。在桥梁的两两端，底座座混凝土板板由端刺进进行锚固，，所以可以以将其近似似认为两端端固结的杆杆件进行计计算，如图图所示。如前所述，，温度和收收缩均以降降温模式进进行计算，，引起底座座混凝土板板的应变为为：△T=-40℃-30℃=-70℃є△T=αT×△T=0.0007采用叠代法法计算出截截面等效弹弹性模量为为：5298MPa，故由温度度和收缩产产生的轨道道板的内力力为2.08MN。底座混凝土土板轨道板与底底座板间温温差工况分分析该工况考虑虑轨道板和和底座混凝凝土板间存存在温差的的影响，由由于轨道板板和底座混混凝土板间间通过垫层层连接，轨轨道板的自自由伸缩变变形受底座座混凝土板板的约束，，从而对底底座混凝土土板产生附附加荷载。。根据德国国部分既有有线铺设30年的经验，，砂浆垫层层的粘度（（变形能力力）相当大大，这种变变形的阻碍碍对轨道板板来说很小小，可以忽忽略。轨道板的设设计不受裂裂缝宽度限限制，所以以须分析底底座混凝土土板和轨道道板不同的的开裂情况况。轨道板板上的开裂裂间距比底底座混凝土土板上的大大得多，两两者间的变变形差异在在图中作了了说明，设设计认为轨轨道板就可可以在相当当大程度上上自由伸缩缩而不致产产生较大应应力。另外外，垫层砂砂浆可以补补偿裂缝，，而不会导导致失效。。砂浆垫层可可传递的最最大荷载在在快速试验验中进行了了测定。实实测通过垫垫层可以将将410kN的力传递到到整个预制制构件（6.5m）上，相应应的剪应力力为：τ=410kN/(6.45m×2.55m)=25kN/m2轨道板承承受温度度荷载时时将从两两端连接接缝开始始收缩，，此时变变形零点点位于轨轨道板中中部。设设计偏考考虑剪力力在整个个砂浆垫垫层范围围内（6.45m）叠加，，即认为为从轨道道板最大大传递至至底座混混凝土板板的荷载载为410kN。端刺计算算端刺把自自桥梁传传来的水水平力（（经过摩摩擦板后后）锚定定在路堤堤里。水水平力为为牵引/制动力、、温度力力组合。。温度力温度力作作用分析析模型可可简化为为两端固固结的水水平杆件件，系统统温差取取40℃。底座混凝凝土板的的弹性模模量由于于开裂原原因需折折减，设设计根据据Leykauf教授分析析建议，，取初始始弹性模模量的30%。折减后的的弹性模模量ERiss=3.05×104MPa×0.30=0.915×104MPaσ=E×ε=E×10-5K-1×40Kσ=3.66MPa底座混凝凝土板面面积A=2.95m×0.19m×2=1.12m²F=3.66×1.12m2=4100kN制动/牵引力根据计算算，牵引引/制动力在在端刺上上产生的的最大水水平力为为600kN（两块底底座板））。为了保证证桥梁上上传来的的水平力力不影响响路基段段的轨道道结构，，在端刺刺上不不不允许出出现水平平位移，，所以端端刺上部部的荷载载必须足足够大，，使水平平力通过过摩擦传传递。作作用在端端刺结构构上的全全部荷载载列于表表。项目数量a[m]b[m]c[m]V[m3]g[kN/m3]G[kN]轨道板22.550.208.008.1625.0204底座混凝土板/HGT23.000.198.009.1225.0228摩擦板/HGT24.500.408.0028.8025.0720填料23.502.3513.00213.8520.04277腹板11.002.3513.0030.5525.0764底板11.008.0013.00104.0025.02600总计8793kN不考虑侧侧向土压压力的情情况下对对抗滑动动安全性性检算，，具体如如下：摩擦力H=8793kN×tan30º=5077kN>4700kN满足要求求若考虑侧侧向土压压力的作作用：Eah=0.5×eah×h=0.5×(20kN/m3×3.75m×0.30)××3.75m××13m=550kN所以，H=550+5077=5627kN>4700kN即在各种种任何情情况下，，都可以以保证抗抗滑动的的安全性性。开展的相相关工作作92高速铁路路轨道结结构概述述纵连板式式轨道结结构概述述路基上纵纵连板式式无砟轨轨道设计计原理桥上纵连连板式无无砟轨道道设计原原理开展的相相关工作作结束语板端接缝缝张拉测测试94轨道板板板端接缝缝张拉测测试轨道板板板端接缝缝张拉测测试在降温条条件情况况下，轨轨道结构构收缩（（钢筋已已张拉））引起板板端接缝缝明显扩扩展；实实测21:00~1:00期间，环环境温度度降温5℃，轨道板板板接缝缝最大扩扩展量接接近0.08mm。实测轨道道钢筋张张拉能够够引起板板端接缝缝压缩（（图中折折点部位位），1#、2#测区3对钢筋张张拉前后后接缝总总压缩量量分别为为-0.026mm和-0.020mm。综上，实实测结果果表明在在板端钢钢筋张拉拉能够引引起一定定的接缝缝压缩，，但相对对于温度度效应（