客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计

客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计2024/3/26客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计内容提要2高速铁路轨道结构概述纵连板式轨道结构概述路基上纵连板式无砟轨道设计原理桥上纵连板式无砟轨道设计原理开展的相关工作结束语客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计高速铁路轨道结构概述纵连板式轨道结构概述路基上纵连板式无砟轨道设计原理桥上纵连板式无砟轨道设计原理开展的相关工作结束语高速铁路轨道结构概述3客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计4高速铁路轨道结构从总体上分为有砟轨道和无砟轨道。两类轨道结构在技术经济性方面具有一定的差异，世界各国均根据自己的国情路情合理选用，以取得最佳的技术经济效益。法国-有砟轨道德国-无砟轨道客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计5随着列车运行速度的不断提高，有砟轨道道砟粉化及道床累积变形的速率随之加快，须通过轨道结构强化措施来满足高速铁路对线路的高平顺性、稳定性、减少频繁线路维修工作的要求。

自上世纪60年代，国外在研究强化有砟轨道的同时，相继研发了以“高平顺性”和“少维修”为主要目标的无砟轨道结构，随着无砟轨道技术经济性的不断完善，其在高速铁路上的应用范围愈来愈广，日本、德国、韩国、我国台湾等后期修建的高速铁路中无砟轨道所占比例均在90%以上。纵连板式双块式单元板式客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计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铁路建设中采用的无砟轨道型式如下:纵连板式客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计纵连板式轨道结构概述7高速铁路轨道结构概述纵连板式轨道结构概述路基上纵连板式无砟轨道设计原理桥上纵连板式无砟轨道设计原理开展的相关工作结束语客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计8纵连板式无砟轨道技术引进于德国MaxBögl公司，该轨道系统的前身是1979年铺设在“卡尔斯费尔德-达豪”试验段上的一种预制板式轨道，该轨道系统的组成类似于日本新干线板式轨道；它吸收了轨枕埋入式无砟轨道整体性和板式轨道制作和施工便利的特点，并在后续研发工作进行了优化改进。纵连板式无砟轨道在德国科隆至法兰克福高速铁路A标段、纽伦堡至因格斯塔特高速铁路北段（35km）两项高铁线路上经受了工程实践的检验。纵连板式无砟轨道试验段客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计9整体板式板与板连接横向施加预应力纽伦堡-因格斯塔特路基上轨道结构纽伦堡-因格斯塔特隧道内轨道结构纵连板式无砟轨道系统在德国应用情况纵连优点：有效约束板端在活载、温度梯度等荷载作用下翘曲变形，较好地保证线路平顺性。德国桥上无砟轨道型式？客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计10德国的各种无砟轨道形式采用的技术标准是DS804和AKFF（《无砟轨道工程技术要求纲要》2002），根据桥梁的长度分别对桥上无砟轨道设计进行了明确的规定。短桥：指桥长在25m以下的桥梁，通常是单跨简支梁桥或刚架桥；长桥：指25m以上的单跨、多跨简支或连续梁桥。德国桥上无砟轨道应用情况客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计11短桥上无砟轨道可连续铺设，在道床板底部铺设滑动层，通过在道床板两侧设置侧向挡块固定其横向位置。但为避免梁端转角对无砟轨道受力的影响以及满足顶梁要求，无砟轨道在梁端接缝处必须断开。德国桥上无砟轨道应用情况德国短桥上无砟轨道构造特征客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计12长桥上无砟轨道不允许连续铺设，轨道板的长度一般在4.0～5.0m之间，板间隔缝为0.1m。在梁跨间接缝及桥梁与桥台间接缝位置，同样为避免梁端转角对无砟轨道受力的影响以及满足顶梁要求，无砟轨道须在接缝处断开。长桥上轨道板与底座混凝土板间应设置隔离层，必要时顶起轨道板进行更换。德国桥上无砟轨道应用情况德国长桥上无砟轨道构造特征客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计13纽伦堡-因格斯塔特桥上轨道结构博格型无砟轨道在德国桥上应用情况桥上轨道板外形尺寸：4.50m×2.55m×0.30m尺寸限位措施客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计14京津城际铁路纵连板式无砟轨道的应用情况针对京津城际铁路高架桥为主的线路特征，为避免桥上过多使用补偿板、加快施工进度，设计提出了长桥上无砟轨道设计新方案（简称“长桥新方案”），并进行了技术论证。京津城际铁路高架桥京津城际铁路高架桥上轨道结构客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计15京津城际铁路纵连板式无砟轨道的应用情况长桥新方案与目前德国、日本已建高速铁路桥上无砟轨道的主要差别在于它采用了连续的轨道结构，放弃了长桥上无砟轨道必须设置断缝并在梁端接缝处断开的设计原则。京津城际铁路桥上无砟轨道采用长桥新方案，路基上无砟轨道采用既有方案。既有长桥方案长桥新方案客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计采用了连续的轨道结构（预制轨道板＋底座板），放弃了长桥上无砟轨道必须设置断缝并在梁端接缝处断开的设计原则。为解决轨道结构连续带来的影响，分别采取了以下措施。16特点京津城际铁路桥上纵连板式无砟轨道设计思路客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计17不传递纵向力减弱梁端转角对轨道结构的影响传递纵向力123轨道在梁端的受力问题？桥梁伸缩对轨道受力影响的问题？纵向力的传递问题？优点：从而避免桥梁伸缩对底座混凝土板受力的影响，也可以避免长桥上钢轨伸缩调节器的设置。京津城际铁路桥上纵连板式无砟轨道设计思路客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计18限制横向位移保证轨道屈曲稳定性45轨道横向受力的问题？轨道稳定性的问题？京津城际铁路桥上纵连板式无砟轨道设计思路客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计设计认为桥跨间纵向连接刚度的加大可以使得桥上的纵向力在桥跨间更为均匀的分配；另外在桥台后采用了“端刺+摩擦板”的方案，解决底座混凝土板自桥梁至路基过渡的问题，使桥上纵向力不影响端刺以外路基上的轨道结构。19台后“端刺+摩擦板”方案6桥上纵向力传递问题？京津城际铁路桥上纵连板式无砟轨道设计思路客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计路基上纵连板式无砟轨道设计原理20高速铁路轨道结构概述纵连板式轨道结构概述路基上纵连板式无砟轨道设计原理桥上纵连板式无砟轨道设计原理开展的相关工作结束语客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计在路基上，轨道板铺设在水硬性材料支承层上（HGT，最小厚度为30cm厚），HGT下设防冻层等，轨道板和HGT间灌注沥青-水泥砂浆（CA砂浆）垫层保证两者的可靠粘结。路基上无砟轨道结构构造客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计标准轨道板设计流程标准轨道板设计流程客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计路基上轨道结构标准轨道板设计模型客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计约束条件：弹簧系数确定依据《混凝土年鉴》（1987年）规定。截面信息：采用轨道和HGT换算截面，按刚度等效的原则换算为0.196m厚度。计算荷载：活载250kN（UIC71）考虑动力效应50%和弯道上20%的附加力。温度：系统温差40℃。预应力：两端连接部位，按6×50kN计。标准轨道板纵向设计计算客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计根据规范中关于荷载规定，在无砟道床的承重结构中，可以将集中荷载（450kN）分布在轨道的3个支撑点。标准轨道板纵向设计计算-活载客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计轨道板在纵向是通长的，将轨道板近似认为两端固定的杆件考虑，故在系统温差作用下：є△T=1.0×10-5×40=0.4‰混凝土的收缩变形依据DIN4227进行，考虑自14天→∞收缩变形。єs,∞=-0.23‰轨道板混凝土受压检算（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（温度+收缩组合）考虑到轨道板的钢筋（6Φ20）布置在轨道板的中部，所以不计入活载作用下钢筋受力，仅考虑在降温和混凝土收缩情况下钢筋的应力，如下，σ钢筋=0.63‰×2.1×105＝132.3MPa<286MPa=500MPa/1.75标准轨道板纵向设计计算-温度和收缩荷载客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计在轨道板接缝部位，只有6Φ20的钢筋连接，根据轨道板内部钢筋受拉检算结果，检算接缝部位钢筋受力，同时控制裂缝宽度。在降温和收缩共同作用下，轨道板承受的轴向力为：N=σ钢筋*A钢筋=132.3MPa×3.16×10-3m2=418kN在截面B（接缝）部位，考虑纵向连接可以共可以提供6×50kN=300kN预压荷载，计算钢筋应力为：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，根据活载作用下轨道板的弯矩（38.0kN∙m），计算钢筋应力幅值：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标准轨道板纵向接缝设计检算客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计根据计算结果，最大的支撑反力为107.5kN，HGT支撑层底部宽度为3.25m，纵向间距取0.6m，下部土压力为：σ土体=107.5/（3.25×0.6）=55.1KPa在计算中参考《混凝土年鉴2000》（P299），“在计算最大地面压应力时，如果考虑现已有的冗余，选择动力系数1.17，认为是足够的”σ土体=55.1×1.17/（1.2×1.5）=35.8KPa认为土体应力小于允许值50KPa，满足要求。活载作用下土压力检算客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计在横向，轨道板简化为65m宽轨枕进行计算，模型为两端带悬臂的简支梁。荷载根据慕尼黑工大拟定的工作表格EI测定（轴重300kN，轮重150kN），并提出该荷载包括所有的荷载组合、动力系数及曲线段行车所造成的附加荷载等，并根据道床形式的不同分别进行计算。标准轨道板横向设计计算客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计LF1LF2LF3标准轨道板横向设计计算客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计横向预应力筋为6Φ10，根据DIN4227计算收缩和徐变系数，有效预应力取870MPa。计算结果如下：混凝土最大拉应力1.84MPa，混凝土可以长久承载此应力。标准轨道板横向设计计算-预应力与活载组合客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计标准轨道板设计流程小结轨道板接缝张拉测试分析温度梯度荷载的测试分析客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计桥上纵连板式无砟轨道设计原理33高速铁路轨道结构概述纵连板式轨道结构概述路基上纵连板式无砟轨道设计原理桥上纵连板式无砟轨道设计原理开展的相关工作结束语客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计设计构造特点客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计1新方案中的预制轨道板和底座混凝土板在长桥上是跨过梁缝的连续结构，轨道板结构及外形尺寸不受桥跨的限制，可采用与路基、隧道内一致的轨道板，轨道板本身的制造和安装铺设较既有方案简便。客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计2底座混凝土板在每孔桥梁固定支座上方，通过预设齿槽、锚固螺栓（每排7Ф28mm）以保证其和桥梁间纵向的可靠连接，其余部位通过在梁面设置滑动层以保持滑动状态，认为可不计桥梁伸缩对无砟轨道的影响。客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计既有方案长桥新方案客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计3通过梁缝处前后3.1m范围的梁面上铺设5cm厚硬质泡沫塑料板，以减小梁端转角对无砟轨道结构受力的影响。4通过在底座板两侧设计侧向挡块进行横向限位（底座板与梁面间横向为滑动状态）。5通过在台后路基上设置摩擦板、端刺等结构，使桥梁纵向力不影响路基段轨道结构。6在设有排水坡的梁面上喷涂防水层，取消了钢筋混凝土保护层。客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计39在长桥新方案中，轨道结构的主承重构件是底座混凝土板，各项设计均是围绕底座混凝土板展开的，以下重点对底座混凝土的设计进行介绍。客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计底座混凝土板设计原理客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计41底座混凝土板为通长的普通钢筋混凝土构件，在运营过程中必然出现开裂；开裂后的底座混凝土板不提供抗弯刚度，将长桥上的底座混凝土板按拉压杆件设计；应用了开裂后钢筋混凝土构件刚度折减的理念，考虑底座混凝土不同开裂程度时的刚度；对底座混凝土板按照正常使用极限状态和承载能力极限状态进行设计。客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计[刚度折减概念的应用]42底座混凝土板法向力与应变关系图德国规范（开裂前）（充分开裂后）（纯钢筋状态）（确定底座混凝土板不同开裂程度时的刚度）客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计[极限状态法设计]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[裂缝宽度/适用耐久性]客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计[力学模型-竖向活载作用]44力学模型变形分析结果客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计[力学模型-水平活载作用]4565m路基+100m摩擦板+25×33m（25跨32m的简支梁）力学模型客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计[力学模型-温度和混凝土收缩作用]46简化力学模型应用开裂后刚度折减理念客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计[力学模型-温差荷载]47推板试验分析模型客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计[力学模型-受压检算]48[依据Euler理论进行检算，确定扣压式挡块的最大间距]客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计[力学模型-梁端弯曲受力状况]49模型试验力学模型客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计底座混凝土板设计检算客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计荷载的确定1）混凝土收缩和温度荷载根据温度、收缩工况分析结果，收缩引起的总变形量εges约为-0.30‰，与降温-30℃工况基本相同，故可采用-30℃的附加温度荷载来计算混凝土收缩的影响。最大降温荷载按-40℃考虑。2）温差荷载（与轨道板）根据轨道板与底座混凝土板温差工况分析结果，设计偏安全地考虑剪力在整个轨道板垫层砂浆范围内（6.45m）叠加，即认为从轨道板传递至底座混凝土板的最大荷载为410kN。

客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计3）制动力荷载根据中国规范规定，竖向活载图示按ZK活载（0.8UICLM71活载）取用，同样，制动荷载按DIN-专业报告101制动荷载的80%取用。将这个荷载分布在一条线最大300m长度上，中国规范规定仅考虑一线制动力/牵引力。Qlbkred=0.8×Qlbk×L=0.8×20×L≤0.8·6000kN底座混凝土板由制动荷载产生的最大拉力在2.5.5节中进行了计算，并将Zlbk=1360kN确定为最大可能的拉力。4）由单侧活荷载产生的荷载在最不利的活荷载情况下，根据桥梁上部结构和底座混凝土板上固定点的位置得出底座混凝土板的附加拉力。由单侧活载产生的最大拉力在2.5.6节中进行了计算，并将下列值确定为最大可能的拉力。ZLM71=240kN

客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计底座混凝土板是轨道系统的主要受力构件，因此须对底座混凝土板的开裂宽度进行限制。另外，设计认为底座混凝土施工完成后能够生成横向微细裂纹，这对于补偿底座混凝土板由于温度升高所产生的延伸是有利的。根据DIN1045-1的要求，将底座混凝土板作为钢筋混凝土构件列入XC4结构说明等级和E类中，允许开裂宽度为0.3mm。以DIN-专业报告102、ARS11/2003作为基础进行荷载组合，检算底座混凝土板的开裂宽度。对于开裂宽度检算，降温荷载、制动荷载和单侧活荷载起决定性作用。正常使用极限状态检算客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计[温度为主的荷载组合]采用叠代法进行以下计算！客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计取等效弹模：EII=5230MPa对假设弹模的检验：用叠代法计算出的刚度是正确的！限制开裂宽度所需的配筋：客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计[活载制动力为主的荷载组合]限制开裂宽度所需的配筋：客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计[温度为主的荷载组合]承载能力极限状态检算客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计[活载制动力为主的荷载组合]客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计底座混凝土板

活载作用下底座混凝土板轴向受力状况客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计活载作用下底座混凝土板轴向受力状况分析模型如图所示。取三跨简支梁进行分析，固定支座处约束刚度分别按实际下部结构纵向刚度上下限值取用（18162~204206kN/m）。模型中将轨道板与底座混凝土板模拟成一个整体截面，并分别按照刚度为100%和刚度折减50%的情况进行计算。在距梁体纵向固定支座的上方1.39m，底座混凝土板与桥梁水平向刚性连接，其余部位只考虑两者间的竖向连接，除硬泡沫塑料区域支撑刚度取493756kN/m外，其余部位支撑刚度取31638750kN/m。考虑到钢轨与轨道板承轨台之间的纵向滑动阻力最大为60kN/m，纵向滑动阻力较小，认为钢轨刚度对计算结构影响很小，所以实际分析模型中未考虑钢轨的影响。另外，考虑轨道结构是通长的，在两端进行固结处理。客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计利用该模型考察活载作用于中跨梁体的情况下，由于底座混凝土板与桥梁的强制连接而引起邻跨底座混凝土板的受力状况。活载作用按转角的形式施加，转角值取0.72‰，结构变形示意如图。客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计底座混凝土轴向力计算结果桥墩反力计算结果客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计底座混凝土板

梁端轨道结构的弯曲受力状况客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计取两跨简支梁模型进行梁端轨道弯曲受力状况分析，支座距梁端的距离取0.56m，梁缝宽0.1m，分析模型如图所示。客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计梁端转角处轨道系统主要有CHN60钢轨、轨道板、底座混凝土板、硬质泡沫塑料和锚固螺栓组成，如图所示。对底座混凝土板和轨道板，考虑了运营过程中开裂的情况，并分别按照状态I（无裂缝）和状态II（开裂）进行分析。在开裂状态下将底座混凝土板和轨道板的轴向刚度和弯曲刚度折减60%。客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计二期恒载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模型考察荷载组合作用下梁端轨道结构的受力状态和扣件上拔力，荷载作用按转角的形式施加，各种荷载作用下转角统计如下：根据上述结果，确定强度检算和疲劳检算荷载：强度检算：1.5×2×1.77‰=5.31‰疲劳检算：0.74‰；双线活载客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计钢轨扣件的检算(LF100)根据Sofistik软件计算结果，由工况LF100得出钢轨扣件最大上拔力为：Fvorh=5.95kN(4.21kN)各种钢轨扣件的允许上拔力为：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对承轨台无特殊要求，也无须特殊扣件。客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计底座混凝土板的检算(LF200)对于底座混凝土检算时，考虑底座混凝土板因水化热作用已出现开裂，底座混凝土刚度减弱，只有状态I（无开裂状态）时的60%，另外，在上述设计计算中，不考虑同时产生拉应力情况。实际产生的拉应力，例如由降温，列车通过或制动引起的拉应力，会导致出现法向拉力，并使得混凝土完全退出工作，在极限情况下刚度下降到仅计配筋刚度的水平。另外，随着底座混凝土板刚度降低由桥梁主梁弯曲所产生的底座板的弯矩也会下降。计算弯矩：Mgesamt=75kN∙m(87kN∙m)计算剪力：Vgesamt=-181kN(251kN)设计中认为不需要底座混凝土板当作抗弯承重构件，荷载通过压力自己直接传递到桥梁主梁上，而不在底座混凝土板内产生弯曲应力。客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计抗疲劳检算按0.8UIC71计算：MMax=22.6kN∙m活载组合系数：ψ1=0.8故：ψ1×MMax=18kN∙m工况荷载下的零应变线客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计底座混凝土板

制动和牵引力受力状况分析客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计列车的制动/牵引荷载引起的水平力通过连续的轨道结构分配在各个下部结构上，是设计计算整个系统所有部分的依据。在制动/牵引工况分析中，首先应明确，设计认为桥梁上部结构和底座混凝土板之间的滑动层间不传递水平力。作用在钢轨上的水平荷载首先通过承轨台传递至轨道板/底座混凝土板，在桥跨结构范围内，作用在底座混凝土板上的水平荷载只通过水平固定点传递到桥梁结构上；在桥台以外两侧摩擦板范围，设计认为从桥梁上部传来的水平力首先通过摩擦板逐步传递至路基，而后最后将剩余的水平力全部锚固在端刺内，认为桥梁上部的水平力不影响端刺以外的轨道结构。设计将底座混凝土板视作只承受法向力的杆件。桥梁纵向力在各桥跨间荷载传递的程度取决于桥跨间连接刚度和各墩顶水平刚度，各个结构构件分配的荷载明显受各自刚度的影响。与桥上有砟轨道线路和其它桥梁无砟轨道线路不同是，博格新方案中底座混凝土板、轨道板连续铺设的方案使得桥跨间连接刚度明显增大。客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计底座混凝土板的刚度取决于裂缝的发展程度，实际刚度无法准确预测，它取决于多种因素，例如由收缩、温度等引起裂缝的形成等。因此需要进行极值研究，以确定可能出现的最大反力或内力，且应按不同的目标值加以区分。如果要计算底座混凝土板的最大法向力，则底座混凝土板刚度取上限值；如果计算作用在桥墩上的最大水平力，底座混凝土板的刚度取下限值。此外，开裂的底座混凝土板其抗拉刚度降低程度较抗压刚度大的多，所以必须分析在承重结构不同位置上抗压刚度和抗拉刚度之间的多种组合，以便能够确定最不利的状态。客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计通过选取整个系统的一部分来计算钢轨、轨道板和底座混凝土板由制动产生的法向力。为得到钢轨、轨道板和底座混凝土板水平传递荷载和由墩顶水平荷载，必需选取整个系统中的一段线路进行非线性计算，选段长度至少为1000m。设计首先对三种模型进行分析计算，具体如下：模型I：由路堤到简支桥跨的过渡状态65m路基+100m摩擦板+25×33m（25跨32m的简支梁）模型II：简支桥跨状态50×33m（50跨32m简支梁）模型III：连续桥跨状态20×33m+（60+100+60）m（连续梁）+20×33m（20跨32m简支梁）客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计以下重点介绍由路堤到单跨简支桥梁过渡状态力学分析模型，该模型为一平面框架，由杆件和弹簧元件组成，线路方向上阶段间距为3.30m，与此相应的弹簧系数都是按距离确定的。力学模型如图所示。客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计模型中基本信息及相关假定如下：不考虑桥梁与底座混凝土板间的摩擦作用。桥台后摩擦板长度为100m，连续的底座混凝土板在这个位置中止，只有轨道板在HGT（水硬性胶结支承层）上继续延伸。端刺假设为不移动的，按水平向固结考虑。在摩擦板末端位置，底座混凝土板与端刺进行抗弯刚性锚接。底座混凝土板直接铺设在摩擦板（钢筋混凝土板）上面，二者间的摩擦系数在计算中取0.3<μ<1.0。设计认为在施工过程中能够保证摩擦系数在0.5<μ<0.8之间，从而使计算中的摩擦力加上一个约1.25的安全系数。底座混凝土板和轨道板的纵向配筋在计算中采用100cm²，并以此假定计算状态II（混凝土开裂）的底座混凝土板刚度。同时考虑拉、压力范围内的轨道刚度的不同（从路堤至第6跨应采用无开裂混凝土的刚度，7跨以后采用开裂混凝土的刚度）；开裂状态下板式无砟轨道的抗伸缩刚度，分别按无开裂状态下刚度的5%、10%、30%及50%考虑；同时应注意降温引起的收缩应变，如果由制动引起的应变低于由预应变引起的应变，那么在压力范围内的轨道刚度也会折减。客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计计算模型中，轨道板和底座混凝土板作为一个整体截面被输入，但必须根据作用在两个不同截面上的法向力进行计算计算。为估算极限值还应考虑到刚度下降50%、70%或90%的情况。纵向伸缩刚度分别按以下状态考虑：无开裂纯受压应力ΣAC/Ersatz=(18200+396+19470+1680)/35000≈1.136m²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≈0.341m²非常不利：ΣAC/Ersatz=0.1×(18200+396+19470+1680)/35000≈0.114m²客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计工况A1~A3采用不同的摩擦系数的情况，及摩擦板上部有无列车竖向荷载的情况，在工况B1，B2和B3中，转换了制动/牵引力方向。主要计算结果客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计底座混凝土板

温度/收缩工况分析客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计由于温度作用、收缩和徐变等引起桥梁长度变化会导致底座混凝土板和桥梁主梁之间出现变形差异，若两者间存在摩擦，则会导致底座混凝土板上产生附加的拉、压力。设计时在底座混凝土板和上部结构之间设置了“两布一膜”滑动层，使得摩擦系数明显降低，桥梁变形可通过底座混凝土板和桥梁之间可能出现的滑动而被吸收。另外，Leykauf教授认为列车通过时引起的振动也会使得摩擦力降低，因此设计不考虑桥梁伸缩对底座混凝土受力的影响，在该项分析中仅考虑底座混凝土板本身的温度变化。计算由间接作用引起的强制性应力时，因变形受阻产生的拉力取决于刚度反之刚度又取决于产生的拉力，故只能用叠代法确定其等效刚度。底座混凝土板法向力与应变关系如图。客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计底板混凝土收缩变形受阻时将会出现拉力。影响混凝土收缩的一个主要因素为体表面积比，须注意的是，底座混凝土板的暴露面会由于轨道板铺设而明显减少，故收缩变形应分两个阶段分别进行计算。设计考虑底座混凝土板灌注后90天（最迟）铺设轨道板，分为0→90天和90天→80年两阶段计算总收缩变形。由收缩引起的总变形量：εges=-0.091‰-0.206‰≈-0.30‰。由上可知，收缩变形对底座混凝土板的影响与降温30℃工况基本相同，故可采用-30℃的附加温度荷载来计算由混凝土收缩的影响。设计考虑底座混凝土板截面最低温度可达-20℃，在施工过程中控制底座混凝土板最高灌注温度为20℃，超过此温度就不允许进行底座混凝土板的施工。最大降温荷载按40℃考虑。客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计在桥梁的两端，底座混凝土板由端刺进行锚固，所以可以将其近似认为两端固结的杆件进行计算，如图所示。如前所述，温度和收缩均以降温模式进行计算，引起底座混凝土板的应变为：△T=-40℃-30℃=-70℃є△T=αT×△T=0.0007采用叠代法计算出截面等效弹性模量为：5298MPa，故由温度和收缩产生的轨道板的内力为2.08MN。客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计底座混凝土板

轨道板与底座板间温差工况分析客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计该工况考虑轨道板和底座混凝土板间存在温差的影响，由于轨道板和底座混凝土板间通过垫层连接，轨道板的自由伸缩变形受底座混凝土板的约束，从而对底座混凝土板产生附加荷载。根据德国部分既有线铺设30年的经验，砂浆垫层的粘度（变形能力）相当大，这种变形的阻碍对轨道板来说很小，可以忽略。轨道板的设计不受裂缝宽度限制，所以须分析底座混凝土板和轨道板不同的开裂情况。轨道板上的开裂间距比底座混凝土板上的大得多，两者间的变形差异在图中作了说明，设计认为轨道板就可以在相当大程度上自由伸缩而不致产生较大应力。另外，垫层砂浆可以补偿裂缝，而不会导致失效。客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计砂浆垫层可传递的最大荷载在快速试验中进行了测定。实测通过垫层可以将410kN的力传递到整个预制构件（6.5m）上，相应的剪应力为：τ=410kN/(6.45m×2.55m)=25kN/m2轨道板承受温度荷载时将从两端连接缝开始收缩，此时变形零点位于轨道板中部。设计偏考虑剪力在整个砂浆垫层范围内（6.45m）叠加，即认为从轨道板最大传递至底座混凝土板的荷载为410kN。客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计端刺计算客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计端刺把自桥梁传来的水平力（经过摩擦板后）锚定在路堤里。水平力为牵引/制动力、温度力组合。客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计温度力温度力作用分析模型可简化为两端固结的水平杆件，系统温差取40℃。底座混凝土板的弹性模量由于开裂原因需折减，设计根据Leykauf教授分析建议，取初始弹性模量的30%。折减后的弹性模量ERiss=3.05×104MPa×0.30=0.915×104MPaσ=E×ε=E×10-5K-1×40Kσ=3.66MPa底座混凝土板面积A=2.95m×0.19m×2=1.12m²F=3.66×1.12m2=4100kN制动/牵引力根据计算，牵引/制动力在端刺上产生的最大水平力为600kN（两块底座板）。客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计为了保证桥梁上传来的水平力不影响路基段的轨道结构，在端刺上不不允许出现水平位移，所以端刺上部的荷载必须足够大，使水平力通过摩擦传递。作用在端刺结构上的全部荷载列于表。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不考虑侧向土压力的情况下对抗滑动安全性检算，具体如下：摩擦力H=8793kN×tan30º=5077kN>4700kN满足要求若考虑侧向土压力的作用：Eah=0.5×eah×h=0.5×(20kN/m3×3.75m×0.30)×3.75m×13m=550kN所以，H=550+5077=5627kN>4700kN即在各种任何情况下，都可以保证抗滑动的安全性。客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计开展的相关工作92高速铁路轨道结构概述纵连板式轨道结构概述路基上纵连板式无砟轨道设计原理桥上纵连板式无砟轨道设计原理开展的相关工作结束语客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计板端接缝张拉测试客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计94轨道板板端接缝张拉测试客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计轨道板板端接缝张拉测试客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计在降温条件情况下，轨道结构收缩（钢筋已张拉）引起板端接缝明显扩展；实测21:00~1:00期间，环境温度降温5℃，轨道板板接缝最大扩展量接近0.08mm。实测轨道钢筋张拉能够引起板端接缝压缩（图中折点部位），1#、2#测区3对钢筋张拉前后接缝总压缩量分别为-0.026mm和-0.020mm。综上，实测结果表明在板端钢筋张拉能够引起一定的接缝压缩，但相对于温度效应（降温5℃），其量值较小。轨道板板端接缝张拉测试客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计在轨道板接缝两侧区域沿板长布置了钢弦应变传感器（每侧12个），从实测纵向应变分布可以看出：实测精轧螺纹钢筋锚固点后侧区域，轨道板处于受拉状态，实测最大拉应变为13με；精轧螺纹钢筋锚固点至接缝区域，实测应变在-5~+7με以内，且测试结果具有一定离散性；综上，板端接缝张拉引起的轨道板接缝附近区域压应变不明显，与原设计意图（建立预压力300kN）具有一定的差异。轨道板板端接缝张拉测试客运专线无渣轨道结构及施工技术II型板式无砟轨道设计98轨道板板端接缝张拉测试注解：原设计这里存在概念问题，其一先期的连接钢筋预张力已经发生，而日后混凝土的收缩和降温引起的钢筋应力应在此基础上进一步叠加；其二由于连接钢筋施加预应力时，接缝混凝土并未灌注，所以连接预应力并不能起到限制裂缝的作用；其三活载作用下应力幅值与初张预应力之间无关。σ连接钢筋=（418+300）kN/1.88×10-3m2=577.6MPaє连接=418kN/1.88×10-3m