轨道结构理论与轨道力学(无缝线路)

轨道结构理论与轨道力学无缝线路第一节跨区间无缝线路两种结构型式：第一种为跨越车站与无缝道岔焊联，即常说的跨区间无缝线路。第二种为跨越闭塞分区而不跨越车站的，又称为区间无缝线路。与普通无缝线路的基本原理一致，设计、施工、养护理论和方法相同，但有一些新的特点。1980年代，国外跨区间无缝线路开始大量应用。欧洲铁路规定除小半径曲线或桥隧建筑物，轨条不得不断开外，一般区间都焊联成一体，高速铁路上大量无缝线路贯穿区间，最长无缝线路50km，德国与无缝线路直接焊联的无缝道岔11万组。日本青函隧道内铺设了长53.78km的无缝线路。跨区间无缝线路大多铺设在客运专线上，俄罗斯在货运为主的铁路上也铺有跨区间无缝线路。

我国1960年代就曾在广深、胶济线试铺长度8km的无缝线路。1980~1981年在京山线试铺长度为7.68km和7.64km的无缝线路，但焊接接头折断数量多，胶接绝缘接头短期失效。1993－1994年在京广、京山、大秦线上试铺了4段20余km的无缝线路，并于1995年10月将高速、重载线路要优先发展跨区间无缝线路作为技术政策。此后，京广、陇海、秦沈等线路大规模铺设。

一、跨区间无缝线路的结构与优点１.取消了缓冲区，固定区可无限延长

轨条穿越桥隧，跨过车站，完全消除了钢轨接头和由短轨组成的缓冲区，固定区可无限延长。

2.采用重型轨道结构

为保证快速重载线路的正常运营，跨区间无缝线路须采用重型轨道结构，以提高无缝线路的强度和稳定性。

跨区间无缝线路轨道采用60、75kg/m重轨。

3.采用胶接绝缘接头

为使长轨条跨越闭塞分区，须把绝缘接头胶接起来，连成一个整体，消除轨缝。4.采用无缝道岔

长轨条穿越车站时应与无缝道岔焊联，无缝道岔须满足：

（1）在承受无缝线路温度力和附加力下正常工作。

（2）主要轨件，如尖轨、辙叉、胶接接头等，使用寿命应达到或接近同类型钢轨的使用寿命。

（3）扣件应全部采用弹性扣件。

（4）利用既有道岔与跨区间无缝线路焊联时，必须对道岔结构进行改造、加强。5.长轨节两端结构

跨区间无缝线路可长达几十甚至几百公里，其两端终结处有三种轨端结构。

（1）锚固式

若站端为尽头线，可把长钢轨两端用钢筋混凝土锚固在站台内。

（2）缓冲区式

由短轨组成缓冲区，与普通无缝线路相同。放在列车需要停车或慢行的大站站内。

（3）伸缩调节器

伸缩调节器作为长轨条间的联结部件。

特大桥、不能焊连的岔区等特殊地段，需设置钢轨伸缩调节器。6.跨区间无缝线路的优点（1）提高轨道结构整体性和强度

取消或减少了缓冲区，最大限度地消除了钢轨接头，推动无缝道岔技术的开发应用，从而全面提高了轨道的整体结构整体性和强度。（2）优化行车条件

大量消除了钢轨接头，尤其是道岔无缝化，进一步提高了列车运行质量。（3）改善无缝线路受力及工作性能轨条间可以直接传递纵向力和位移，伸缩区和缓冲区的缺点自然消失。（１）温度力峰消失；（２）轨道稳定性加强；（３）轨道防爬能力加强；（４）锁定轨温容易保持。（4）减少养护维修材料和劳力消耗

取消或减少了缓冲区，缓冲区轨料配件伤损和养护维修投入显著减少。

二、胶接钢轨绝缘接头以环氧树脂为主要胶接材料的需加热胶接的绝缘接头以聚合树脂为主要胶接材料的常温胶接绝缘接头

1.胶接绝缘接头结构（1）绝缘垫层

接头钢轨的端部与侧面要加垫具有足够强度的绝缘垫层。

（2）粘接夹板

保留联结螺栓，用胶粘剂把钢轨与夹板胶接在一起。采用特制的大接触面积的夹板。

（3）胶粘剂与胶接层

胶接层是由胶粘剂和多层玻璃纤维布层积而成。常温固化胶剂的基料是聚合树脂，加热固化胶粘剂的基料为环氧树脂。在轨腹两侧粘贴夹板，接头仍有螺栓联结，是胶接夹板、胶接绝缘层和螺栓的复合连接。2.胶接剂环氧树脂＋室温或加热固化剂橡胶类。含有羧基的丁腈橡胶与环氧胶反应后，橡胶分子链嵌入胶的结构中，得到较高的胶接强度、抗冲击、抗开裂性能。

E-51环氧树脂 100g

端羧基液体丁腈橡胶 20g

双氰双胺 9g

咪唑 1g

气相法二氧化硅 2g缩醛胶。聚乙烯缩醛的简称。

配方：E-44环氧树脂 100g

聚乙烯醇缩甲醛 35g

聚乙烯醇缩丁醛 35g

双氰双胺 10g聚砜胶。配方：E-51环氧树脂 100g

聚砜 20g

二甲基甲酰胺 25g

双氰双胺 11g3.增强玻璃纤维布与绝缘层厚度

环氧胶粘剂中采用玻璃纤维布增强，可使树脂体的弹性模量提高到20~30Gpa，与金属弹性模量相近。

在通常情况下，胶接强度随着胶层厚度的减少而提高。但是胶层愈薄，钢轨同夹板绝缘可靠性愈差。

钢轨侧面胶层厚度宜为1.5~2mm。

钢轨端部胶层厚度宜采用4~6mm。4.绝缘接头技术性能

（1）我国绝缘接头技术条件轨型1m支距无螺栓静载三点弯(kN)绝缘电阻(MΩ)轴向承压最大压力(kN)疲劳试验支点距离(cm)试验方法荷载(kN)试验次数(次)50550101700100定点弯曲疲劳试验50~2402×10660760101900100定点弯曲疲劳试验50-3302×10675980102200100定点弯曲疲劳试验50-4302×106潮湿1000无螺栓检验2×106（2）与其他国家的比较国别钢轨类型绝缘电阻(MΩ)轴向承压最大压力(kN)疲劳试验支点距离(cm)试验方法荷载(kN)试验次数(次)中60kg/m101900100定点弯曲疲劳试验50~3302×106美132RE10300091滚动荷载动程81cm2002×106日50N，60K102300100除垂直方向施加荷载外，另加轴向荷载±300kN±2002×106俄罗斯P6510250060重复荷载频率：5Hz，试验后再加大于200kN的轴向压力100~3002×1065.冻结接头采用高强螺栓和夹板加固，提高接头阻力，实现冻结钢轨接头以消除轨缝。接头阻力可达1700~1900kN。应用范围

（1）锰钢辙叉心前后接头不能进行焊接处理。

（2）绝缘接头。

（3）伤损钢轨维修施工。主要技术要求

（1）道岔冻结的范围为整组道岔及其侧股15m范围内钢轨接头，以确保侧股冻结终端冬季不出现大轨缝。

（2）选定合理的锁定轨温。

（3）采用10.9级高强螺栓，螺栓扭矩不小于950N·m。

（4）使用Ｄ型夹板。三、无缝道岔世界各国200km/h以上线路上均采用跨区间无缝线路，大多数情况为可动心轨式无缝道岔。从1996年第一代提速道岔开始，建立起了无缝道岔设计理论，逐步解决了无缝道岔存在的一些问题，为六次大提速、新线一次铺设跨区间无缝线路提供了技术保障。1.无缝道岔的受力及传力原理道岔内温度力传递途径无缝道岔各轨受力图无缝道岔内各轨位移2.无缝道岔主要结构特点（1）道岔范围内钢轨接头全部焊接或冻结，道岔直向或直、侧向与区间无缝线路焊接或冻结。（2）尖轨采用弹性可弯矮特尖轨，尖轨跟端采用间隔铁或限位器结构，完成里轨温度力向基本轨传递。尖轨或心轨跟端的间隔铁结构尖轨跟端的限位器结构（3）采用预应力钢筋混凝土枕及弹性扣件，以加强温度力的传递性能。（4）加长翼轨、设置心轨－翼轨间隔铁，提高心轨温度力向翼轨的传递能力。长翼轨结构长翼轨及间隔铁结构（5）转换系统的改进：防止尖轨、心轨伸缩引起卡阻改进锁勾装置；提高转辙机械容许位移而改进转辙机械结构；为实现尖轨、心轨转换后的良好线型，采用多机多点牵引；为减小滑床台摩擦力采用滚轮滑床台；为稳定尖轨采用弹性夹定位。允许尖轨较大纵向位移的外锁闭装置多机多点牵引滚轮滑床台弹性夹结构

3.国内各种无缝道岔的主要特点（1）第一代提速道岔1995年研制，适应140、160km/h速度，60kg/m钢轨12、18号可动心轨道岔。道岔侧股平面线形由半切线形改为切线型；增长了固定辙叉道岔直向护轨长度；道岔全长范围内设置了1：40轨底坡或轨顶坡；轨距均为1435mm；木岔枕和钢筋混凝土岔枕，转辙器岔枕的最短长度增加到2.7m，垂直于道岔直股布置，间距600mm；Ⅱ型或Ⅲ型弹条扣件。可动心轨道岔采用长翼轨结构；尖轨跟端直侧股设置一对限位器；尖轨及心轨尖端伸缩位移容许值±15mm。

（2）秦沈客专道岔最高设计速度为250km/h，18号站线道岔（侧向速度80km/h）与38号单渡线道岔（侧向通过速度140km/h）。38号道岔平面型式及转辙器结构：切线型尖轨，单肢弹性可弯心轨曲线辙叉；尖轨藏尖式结构；1：40轨底坡；加设多对尖轨限位防跳装置；尖轨跟端设置两对限位器。38号道岔辙叉结构：长翼轨，跟端设置了3-4个间隔铁；长短心轨组成单肢弹性可弯结构；心轨尖端部分的AT轨加工成转换凸缘；心轨第一牵引点附近采用钢轨热锻特种断面钢轨；道岔直股不设护轨，侧股设防磨护轨；长心轨上设置防跳凸台。38号道岔转换系统：尖轨6个＋心轨3个牵引点，每个牵引点设一套外锁闭。

（3）第二代提速道岔铁路第六次200km/h、18号新型提速道岔。在第一代提速道岔上的改进：采用模锻特种断面翼轨，解决切削型翼轨强度不足；改进锁闭装置，解决辙叉第一牵引点卡阻；改进尖轨平面线型解决不适应货客混运，尖轨侧磨严重；采用弹性滑床板及密贴检查器等新结构；加强了翼轨跟端间隔铁结构；尖轨跟端设两对限位器或双间隔铁结构。（4）客运专线道岔250km/h、18号客专道岔。转辙器：标准轨距；60D40跟端固定弹性可弯尖轨；尖轨尖端3mm藏尖式结构；3个牵引点，无卡阻新型外锁闭装置，牵引点间设密贴检查器；多对尖轨限位防跳结构及防跳顶铁；间隔设置辊轮滑床板及弹性夹。辙叉：60D40长、短心轨构成单肢弹性可弯心轨；2个牵引点；侧股设置护轨防止车轮对长心轨曲股侧磨；心轨前部设防跳卡铁、中部设置防跳顶铁，后端设单、双边扣板；特种断面模锻翼轨。其他结构：Ⅱ型弹条扣件，各部位铁垫板下橡胶垫板刚度不同；铁垫板与板下胶垫采用硫化技术制成复合结构。四、跨区间无缝线路设计不论是在新线或是在运营线结合大修铺设，线路平、纵断面的设计同普通无缝线路设计一样。长轨条贯通整个区段不可能一次铺成，需将分成若干个单元轨条分次焊联。单元轨长度、锁定轨温、位移观测桩、道岔区温度分布、轨道强度和稳定性检算等是设计计算的内容。1.相关设计规定及标准（1）基本结构形式：长轨条与缓冲区的钢轨联结采用接头夹板和高强螺栓。特大桥上长轨条联结可采用伸缩调节器。

（2）限制条件：最小曲线半径400m；线路坡度原则上不作限制，长大坡道（i≥12‰）两个相反坡道的凹形断面处应设置缓冲段；寒冷地区（轨温年温差超过90℃），锁定轨温范围可采用6~8℃。

（3）轨道结构标准：60kg/m及以上全长淬火轨或耐磨轨；Ⅱ、Ⅲ型混凝土枕或宽枕、桥枕；一级碎石道砟；无缝道岔；胶接绝缘接头。（3）设计标准轨条布置及锁定轨温：单元轨条长度应尽可能长；相邻单元轨条的锁定轨温差不大于5℃，区间内单元轨条的锁定轨温差不大于10℃。位移观测：铺设前应预埋钢轨纵向位移观测桩。单元轨长大于1200m时，设7对（起迄点、距起迄点100m及400m、中点各1对）；单元轨长不大于1200m时，设6对（中点不设）；每组道岔设置3对位移观测桩（道岔前、后，间隔铁或限位器处各1对）。无缝道岔应单独设计，设置于无缝线路固定区。2.结构设计单元轨条长度设计：决定于天窗时间、平面条件、铺设技术、铺设方式、焊接技术、拉伸温差等因素。

1）天窗：天窗时间长，一次铺设的单元长度就长。

2）铺设技术：采用新型换轨车，天窗120min，操作配合基本熟练的情况，单元铺设长度可定为2.0km左右。

3）铺设方式：分为连入法（一步法）和插入法（二步法）。连入法制约条件较多，而插入法制约条件较少，故插入法的单元铺设长度可比连入法长一些。

4）平面条件：直线地段换轨车通过顺畅，而曲线地段容易造成运轨车的故障。

5）连入焊接：铝热焊施焊简捷，对一次铺入长度影响较小；而采用小型气压焊则影响较大，目前已规定跨区间无缝线路应采用接触焊进行焊连。一次铺设长度应不低于2~2.5km，争取达到2.5~3.0km。

6）拉伸温差：按现有拉伸机的技术性能（最大拉力为70t，最大行程为380mm），拉伸温差最好控制在15℃以内，拉伸长度不大于2.0km。锁定轨温及最终焊接温度设计

锁定轨温确定与普通无缝路的设计方法一致，单元轨条为同一个设计锁定轨温。相邻单元锁定轨温可有3-5℃差异。

区间单元轨条间、区间轨条与站内轨条间、与无缝道岔的焊联，称最终焊接。焊接时的温度叫最终焊接温度。爬行观测桩和标定轨长的设计

通过爬行观测桩和标定轨长的观测与换算，研究锁定轨温有无变化，钢轨纵向力分布是否均衡。

采用轨长标定法时，普通无缝线路上每250m设标一处，而跨区间无缝线路上，应加密标定，可每50m一处。实行观测桩、轨长标定双重控制，可增加监控的可靠度。

3.无缝道岔单元设计

无缝道岔单元轨条是把一组或几组道岔及其前后50m以上的线路焊联成一个单元轨条。道岔区无缝线路是两条无缝线路（四轨条）的交叉部位，由于轨条间位移和温度力的作用，受力复杂，将产生20~40%的温度附加力。

由于道岔结构、尖轨跟端联结方式、道岔区焊联形式不同，导致道岔区无缝线路纵向力分布状况及轨条位移情况不同，要根据实际情况进行道岔区无缝线路的单独设计：

（1）道岔区导轨、基本轨纵向力和纵向位移分布的计算。

（2）防爬设计，确保道岔转换设备的正常使用。

（3）道岔转辙器部分和可动心轨辙叉部分应进行温度力和附加力条件下的稳定性计算和强度检算。

（4）相关联结零部件的强度检算。

（5）轨条布置、预留焊接轨缝及配轨计算。

（6）中和温度和锁定轨温范围。第二节桥上无缝线路

桥上无缝线路与路基上不同，钢轨除受温度力外，还受到伸缩力（梁温变化产生伸缩）和挠曲力（列车荷载下梁挠曲）。伸缩力和挠曲力同时又反作用于梁跨、支座及墩台。桥上无缝线路设计，就是要通过对梁轨纵向相互作用的计算与分析，求得轨道和桥梁的受力与位移，从而对钢轨和墩台进行强度和稳定性检算，并通过桥上无缝线路结构设计，采取必要技术措施，确保桥上无缝线路的运营安全。桥上无缝线路钢轨纵向力传递伸缩力梁轨位移分布钢轨受力分布钢轨伸缩力分布挠曲力钢轨挠曲力分布梁轨位移分布钢轨受力分布一、国内外桥上无缝线路1.日本始于上世纪60年代初期。规定了各种跨度桥梁铺设无缝线路的技术条件，在桥梁墩台设计中考虑了无缝线路纵向力。新干线上的桥上都铺设了无缝线路。根据作用于钢轨和梁之间的力的大小确定钢轨扣件的纵向阻力，采用小阻力扣件。跨度100m及以上的桥梁在其活动端设置钢轨伸缩调节器。桥上钢轨折断的容许断缝：50kg/m钢轨为50mm，60kg/m钢轨为69mm。

2.德国高速铁路规定桥上不得设置钢轨接头。桥上无缝线路设计采用“梁服从于轨”的设计原则，桥梁墩台纵向水平刚度控制桥梁墩台的设计。桥上扣件尽量采用与两端路基上一致的扣件类型。一般不考虑在桥上设置钢轨伸缩调节器，可通过增加墩台刚度等措施来满足线路的要求。研制了专门传递纵向力的结构。RSB传力杆件：传力杆件由一端桥台至另一端桥台沿梁边，全部采用活动支座，由桥台承受纵向水平力。徐变连接器：梁与梁之间设置弹性橡胶连接件。

3.我国桥上无缝线路上世纪60年代开始跨度32m简支梁上无缝线路梁轨相互作用原理试验研究。试验表明，伸缩力与桥梁跨度有关，但不随梁跨数量的增多而无限增加。梁因列车荷载的作用而挠曲，固定端处钢轨约产生100kN的附加力，活动端力值较小。建立了中小跨度、大跨度桥上无缝线路伸缩力、挠曲力的计算理论，于上世纪80年代得到普遍应用。在南京、武汉长江大桥等特大桥上铺设了无缝线路。上世纪80年代开始研究高墩桥上无缝线路。进行了梁、墩、支座、钢轨纵向力和位移的实桥综合测试。上世纪90年代，对大量的挠曲力、伸缩力实桥测试资料进行了统计分析，为桥梁设计预留无缝线路荷载值提供了依据。近十年来，随着新型桥梁以及桥上轨道结构（如混凝土桥枕、桥用扣件、钢轨胶接绝缘接头、双向曲线型钢轨伸缩调节器、无砟轨道）的研究和应用。于2003年编制了《新建铁路桥上无缝线路设计暂行规定》。二、我国桥上无缝线路暂规与ＵＩＣ规范比较序号项目我国暂规UIC标准1钢轨1、钢轨应力为固定区温度应力+动应力+伸缩力（或挠曲力）2、应满足钢轨强度及无缝线路稳定性要求。1、钢轨附加应力为伸缩力+挠曲力+制动力；2、对UIC60钢轨，最大附加拉应力不得超过92MPa；最大附加压应力不超过72MPa；3、其它类型钢轨，由钢轨强度及无缝线路稳定性确定，钢轨强度中还应考虑残余应力。2墩台按主力、附加力及特殊力的不同组合进行检算。墩台作用力为伸缩力×系数1+挠曲力×系数2+制动力×系数3。3位移无1、在制（启）力作用下，无伸缩调节器时，梁轨相对位移小于4mm；2、在制（启）力作用下，有伸缩调节器时，伸缩范围内梁轨相对位移小于30mm；3、在制（启）力作用下，相邻两桥跨相对位移小于5mm。4转角无1、在列车荷载作用下，因桥梁弯曲而造成的相邻两桥跨端部上翼缘相对位移小于8mm。5断缝无砟轨道取为10cm，有砟轨道取为7cm。钢轨断缝超过60mm时，停止运营；钢轨断缝小于60mm时，限速运行。6伸缩调节器1、设计中无法满足前述要求时，应设置伸缩调节器；2、温度跨度大于100m的钢梁，应设置伸缩调节器；3、温度跨度大于120m的混凝土连续梁，应设置伸缩调节器4、应尽量少设或不设伸缩调节器1、设计中无法满足前述要求时，应设置伸缩调节器；2、单跨60m以上的有砟钢梁，应设置伸缩调节器；3、单跨90m以上的混凝土有砟梁或设置混凝土桥面板的有砟钢梁，应设置伸缩调节器；4、无砟梁，根据计算情况确定是否设置伸缩调节器；5、即使前述要求均能满足，也应考虑由于维修条件导致桥梁伸缩10-15mm的情况后，而设置伸缩调节器。“暂规”不考虑伸缩力与挠曲力的叠加，UIC标准要考虑伸缩力、挠曲力叠加，同时在确定允许附加拉应力时还要考虑钢轨中的残余应力。为避免高速铁路有砟轨道道床破坏，UIC标准规定了各种情况下桥梁及钢轨的位移标准。“暂规”只在规定桥梁墩台最小纵向水平刚度时，考虑了制动力作用下梁轨快速相对位移小于4mm。UIC标准因严格控制钢轨拉应力，低温断轨机率降低，采用先进的轨道电路技术能及时发现断轨，可不进行断轨力计算，墩台检算采用了较大的伸缩力、挠曲力检算。“暂规”中要求应严格控制钢轨断缝，因未考虑伸缩力与挠曲力的叠加，墩台检算中考虑了断轨特殊力。UIC标准基于高速道岔及伸缩调节器设计、制造技术较为先进，养护维修工作量不大于相邻区间线路，而建议尽量设置伸缩调节器。而我国伸缩调节器处为轨道薄弱环节，养护工作量大，建议应尽量少设。我国桥上无缝线路设计参数与UIC标准序号项目我国暂规UIC标准1温度差1、有砟轨道混凝土梁温度差为15℃；无砟轨道混凝土梁温度差为20℃；钢梁温度差为25℃。2、钢轨温度差为实际最大变化幅度。1、无伸缩调节器时，桥梁温度差为35℃，钢轨温度差为50℃；2、有伸缩调节器时，钢轨与桥梁温度差不超过20℃。2线路纵向阻力1、纵向阻力按每轨计算，常阻力。2、有砟轨道，计算伸缩力，纵向阻力取为7kN/m；计算挠曲力轨面无载取为7kN/m，轨面有载，机车下取为11kN/m，车辆下取为7kN/m；计算断轨力，取为11kN/m。3、无砟轨道或扣件阻力低于道床阻力时，纵向阻力为2倍扣件扣压力与摩擦系数及阻力系数的乘积与枕间距的比值；计算伸缩力，阻力系数取为0.65；计算挠曲力，轨面无载，取为0.65，轨面有载，机车下为1.0，车辆下为0.65；计算断轨力，取为1.0。4、扣件布置为紧松紧方式时，纵向阻力按平均值计算。1、纵向阻力按每线计算，双线性，弹塑性分界位移为，道床阻力2mm，扣件阻力0.5mm。2、有砟轨道，无载，维修中等，道床阻力取为12kN/m；无载，维修良好，取为20kN/m；有载，取为60kN/m。3、无砟轨道，无载，扣件阻力取为40kN/m；有载，取为60kN/m。4、特殊轨道，如树脂道床，采用单线性阻力，无载取为13kN/m，有载取为19kN/m，最大位移为7mm。3制动力1、按竖向荷载10％、15％计算桥墩、桥台承受的纵向力。1、加速，纵向力取为33kN/m/线，总纵向力小于1000kN；2、制动，纵向力取为20kN/m/线，总纵向力小于6000kN；3、其它荷载模式下，制动或加速纵向力按轴重1/4计算，总纵向力不变。4其它无1、活动支座摩擦系数按0-0.05计算。2、计算墩台纵向水平刚度时，伸缩力采用静态弹性模量，制动力采用动态弹性模量。

我国桥梁温差为日温差，而UIC采用的是年温差，这主要是我国考虑桥上无缝线路伸缩力并非长年积累，而是随着列车的运行有所放散，UIC标准偏于安全。“暂规”中线路阻力采用常阻力，其量值小于UIC标准。UIC标准中未区分机车与车辆下的有荷阻力，这是由于高速铁路运行动车组，机车与车辆荷载无明显差别所致。UIC标准中将墩台顶纵向水平刚度分为静刚度和动刚度两种，在计算制动力时采用刚度值较大的动刚度，与实际情况较为符合。我国及ＵＩＣ计算方法比较序号项目暂规UIC1纵向力1、采用线桥墩一体化计算模型；2、计算伸缩力、挠曲力及断轨力。1、采用线桥墩一体化计算模型；2、计算伸缩力、挠曲力及制动力。2计算组合分别计算伸缩力、挠曲力及断轨力。两种计算方法：1、简化算法：分别计算伸缩力、挠曲力及制动力。2、列车运行至桥上各位置时，计算伸缩力、挠曲力及制动力的联合影响。3其它无经验证的通用桥上无缝线路计算软。1、对于双线桥制动力计算，按一线承受制动力，另一线承受加速纵向力考虑；2、当墩台纵向刚度无法确定时，按两种极端情况进行计算；3、已有经过验证的计算软件CWRBIA。

UIC标准认为分别计算伸缩力、挠曲力及制动力是一种简化算法，三者附加力叠加后，大于三种作用力的联合作用；我国未考虑各作用力的叠加作用。我国桥上无缝线路计算理论还需要进行更加深入的研究，为目前正在建设的客运专线各型桥梁上铺设无缝线路提供更为科学合理的指导。三、钢轨伸缩调节器钢轨伸缩调节器广泛用于桥上，取代钢轨接头连接相邻轨条，使桥梁和钢轨不致承受太大的纵向力。适用情况：(1)钢轨断缝、无缝线路稳定性和钢轨强度无法满足要求;(2)道岔区经检算，基本轨不能满足跨区间无缝线路允许温升和温降要求;(3)尖轨、心轨位移不能满足道岔结构及转辙机械性能要求时;(4)减少墩台的受力。改变桥梁型式、支座布置、扣件布置等措施不可行时，才设置钢轨伸缩调节器。动力学分析表明，钢轨伸缩调节器是线路的一个薄弱环节，应尽量避免采用。单向伸缩调节器示意双向伸缩调节器结构尖轨固定，基本轨伸缩。伸缩量设计最大允许伸长量达1000mm，甚至还可更大。不论伸缩量多大，轨距保持不变。在中间温度条件下，双向伸缩调节器总长度为35700mm，单向伸缩调节器总长度为12500mm。四、桥上无缝线路设计设计原则:(1)最大限度地减小轨道和桥梁受力；(2)既满足轨道强度和稳定性的要求，又使桥梁受力受理；(3)尽可能增加焊接轨条的长度，减少桥梁及其附近的钢轨的接头、伸缩调节器;(4)便于养护维修。伸缩力：由梁体温差伸缩产生的梁轨间纵向力，按主力检算。挠曲力：由列车荷载作用使梁体挠曲而产生的梁轨间纵向力，并按主力检算。断轨力：由于钢轨折断产生的梁轨间纵向力，两股钢轨不同时折断,按特殊荷载检算。制动力：由于列车制动而产生的梁轨纵向力，按附加力检算。桥上无缝线路的设计应满足下列要求：（1）无缝线路稳定性。

（2）钢轨强度。

（3）钢轨折断时断缝值。

（4）桥梁墩台纵向水平力。

（5）制动力作用下梁轨快速相对位移限值不超过4mm、有伸缩调节器时的梁轨快速相对位移不超过30mm。

（6）铺设钢轨伸缩调节器时，应在基本轨一侧设置不少于100m的小阻力扣件。双向伸缩调节器铺设于连续梁端部时，尖轨不跨越桥梁伸缩缝。钢轨伸缩调节器不宜铺设在竖曲线及曲线地段。

（7）尽量使桥上无缝线路锁定轨温与路基无缝线路锁定轨温一致。

（8）桥上板式无砟轨道，应检算轨道板所受纵向力，能否满足凸形挡台及CA砂浆的强度要求。第三节桥上无缝道岔

高速铁路、客运专线、快速客货共线铁路和城市轨道交通建设中一些车站必须设置在大桥、特大桥或高架结构上，而且还需形成桥上跨越车站的无缝线路。在桥上铺设无缝道岔涉及到无缝道岔、桥上无缝线路、桥梁对道岔的适应性等相关问题，既要考虑无缝道岔中钢轨受力和变形的复杂关系，又要考虑桥上无缝道岔的梁轨相互作用。国内对于桥上铺设无缝道岔的研究才刚刚起步，尚未取得较为成熟的铺设经验和系统的桥上无缝道岔设计方法，已成为制约客运专线轨道设计、施工的技术瓶颈，是我国客运专线建设中急需解决的关键技术问题。一、国外桥上无缝道岔１.德国德国高速铁路桥上无缝道岔大多为无砟轨道结构。桥上岔区轨道结构包括钢轨、埋入式岔枕、道床板、桥面保护层、纵横向凸台等。桥上无砟道岔结构道床板与桥面板间的约束凸台30m–60m德国桥上无缝道岔纵向力计算分为简单算法和复杂算法。简单算法是不考虑道岔作用按桥上无缝线路计算出桥梁两端单根钢轨温度力，然后用单根钢轨温度力乘以梁端钢轨根数计算梁端总温度力，桥墩附加力等于左右梁端总温度力的差值。简单算法用于桥上方案设计阶段估算桥墩附加力。复杂算法采用有限元模型计算支座的纵向反作用力、钢轨附加纵向力、转辙器与辙叉区域的相对位移。该计算模型中考虑了道岔直侧向钢轨、扣件、道岔及渡线下轨道板、横向凸台、桥梁、墩台等部件的纵向相互作用。为防止桥上有砟轨道出现道砟松散，并间接起到限制钢轨附加应力的作用，规定在制动力作用下应控制梁轨相对位移。在长跨连续梁中心设一个固定支座，并大幅度提高该墩的纵向水平刚度。道岔侧股跨越桥梁伸缩缝时，建议桥梁伸缩缝与道岔侧股间呈垂直布置。岔桥最有利的相对位置是道岔布置于长连续桥中心处。桥梁自振频率应大于荷载频率，避免发生车桥共振。

2.法国法国高速铁路规定道岔不得设置于路桥过渡段上，避免因两种结构的沉降差异导致道岔发生不利变形；道岔不得设置在曲线或竖向曲线上；道岔设置于桥梁上时应进行专门的设计研究，其头尾距离桥梁伸缩缝有最小距离规定。为限制钢轨应力，道岔应避免跨越梁缝或布置在其附近。但桥梁跨度较小时，道岔也可设置在梁缝上，但是道岔的活动部分，（转辙器和辙叉部分）不得设置在梁缝上方。法国计算有砟桥上岔桥相互作用采用的也是有限单元法，计算思路与德国相近，考虑岔区钢轨、扣件、岔枕、桥梁、桥墩等结构，扣件及道床纵向阻力分别以双线性弹簧表示，考虑有载及无载不同的取值。

二、我国桥上无缝道岔概况普速铁路（120km/h以下）线上有较多道岔铺于桥上，但未形成无缝道岔。浙赣线200km/h提速改造时，首次将无缝道岔铺设在桥上，全为有砟轨道简支梁桥。在建的武广、郑西、京沪客专铁路上，众多无缝道岔铺于长大连续梁桥上，既有有砟轨道基础，也有无砟轨道基础，但还未取得实践经验。1.普速铁路桥上道岔普速铁路中间站和会让站上，道岔设置在桥上比较常见，成昆、合九等线上均有道岔铺设于桥梁上的情况。在普速铁路桥梁上铺设的道岔均为有缝道岔，区间线路也为有缝线路，与桥梁间的纵向相互力较小，作用于桥梁墩台上的纵向力也很小，通常不作设计检算。列车速度较低，容许的道岔变形量较大，列车作用下梁挠曲变形造成的道岔几何形位变化在容许范围内，因此在设计、铺设、养护维修方面均未作特殊考虑。2.提速线路桥上无缝道岔浙赣线2005年完成200km/h提速改造，铺设跨区间无缝线路。眉池及江山车站设计为高架车站（32米简支梁桥），桥上共铺设了19组200km/h无缝道岔。无缝道岔最好不跨越梁缝，否则可能会存在问题：

（1）道岔尖轨和可动心轨是道岔中的薄弱环节，存在着较大的结构不平顺，应避免梁缝处桥梁不稳定且动力作用叠加。

（2）无缝道岔里轨伸缩在基本轨中产生附加纵向力，道岔跨越梁缝会产生较大伸缩力或挠曲力，可能会造成无缝道岔中纵向力超限，且引起道岔轨距和方向不良。

（3）桥梁尤其梁缝处的振动，使有砟道床稳定性和密实度下降，不利于无缝道岔保持良好的几何线形，且道岔尖轨和心轨纵向移动加大，可能造成转换设备卡阻。

针对浙赣线简支梁桥上无缝道岔确定的设计原则：

（1）道岔不应设置在路－桥、路－涵、路堤－路堑等过渡段上，避免因基础沉降差过大而导致道岔变形超限。

（2）道岔咽喉区应尽量采用路基方案，不可避免时，应尽量采用整体刚度大、动力性能好的连续梁、连续刚构桥。

（3）道岔尽可能不跨越梁缝，不可避免时，则道岔转辙器及辙叉部分不得跨越梁缝，焊接接头不能置于梁缝处。

（4）强化道岔结构。翼轨末端采用长大间隔铁及胶接技术以减少心轨位移；尖轨跟端应进行限位器、间隔铁和不设传力部件综合比较，以减少尖轨的伸缩位移和确保道岔不产生方向不平顺。（5）无缝道岔应采用道岔区全焊型式，道岔区内直侧股钢轨均应焊接，道岔前后直股钢轨与区间线路应全部焊接，岔后侧股钢轨应尽量与区间线路焊接或冻接，困难条件下也应满足12号道岔延长25m后再设置普通接头，18号道岔延长50m后再设置普通接头，且在该延长范围内轨道标准应与正线标准一致。

（6）相邻道岔间插入的钢轨长度可根据道岔在桥上的布置位置适当调整，不必苛求标准钢轨长度，以确保道岔可动部分不跨越梁缝。浙赣线目前运行的列车有200km/h动车组、160km/h提速列车、120km/h提速货车。开通运行动车组后，车载晃车仪显示经常出现二级超限，特别是在夏季和长桥上出现的频率相对较高。现场动测试验及分析表明，桥上道床纵横向阻力不足，岔桥纵向相互作用过大，导致道岔几何形位经常发生变化。浙赣线首次铺设，吸取德国、法国的有关成果，从岔桥纵向相互作用方面提出了设计原则，但未能对车岔桥竖向振动进行深入研究，致使该道岔养护维修工作量较大。3.客专桥上无缝道岔武广客专、新广州站、天兴洲大桥、广珠城际、温福、甬温、合武、郑西客专、京沪客专等线上，有近200组无缝道岔设于桥上。有侧向速度80km/h的18号道岔，侧向速度160km/h的42号道岔，侧向220km/h的62号道岔。既有单组道岔，还有单渡线及多种组合型式的无缝道岔群。桥梁结构有简支梁、连续梁、刚构等型式，轨道基础有有砟轨道和无砟轨道。

《京沪高速铁路高架桥车站无缝线路设计原则(暂行)》规定：（1）无缝道岔桥梁结构单箱双线或双箱四线梁，各跨竖向刚度尽可能均匀。结构形式可选用混凝土连续梁、跨度为6～12m刚构、简支梁。可根据需要在一联梁内设置多个固定支座墩，但应确定多个固定墩的合理纵向刚度值。毗邻箱梁，横向分开位置尽可能沿着上下行正线的两线中心。桥梁原则上不设钢轨伸缩调节器，必要时可根据计算结果设置。（2）无缝道岔尽可能整组布置在一联梁上。困难时，转辙器部分、辙叉部分不得跨越梁缝，且尖轨尖端、心轨尖端与跟端应离开梁缝至少18m；尖轨跟端应离开梁缝至少40m。小号码道岔及其单渡线应整组设置在一联梁上，且梁上道岔应尽可能对称布置。除刚构桥梁外，梁上的工地焊接接头、钢轨胶接绝缘接头以及钢轨冻结接头应离开桥墩中心至少2m。第四节

新建线路一次性铺设无缝线路2000年以前我国修建的铁路上，新建线路是不能铺设无缝路的，往往先铺设标准轨线路，通过一个石砟道床中