高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路设计方法

《高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路设计方法》属于铁道工程设计技术领域，特别涉及高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路设计方法 。

2012年，中国多条高速铁路客运专线正在采用纵连板式无砟轨道，在特殊地段将出现长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路结构。虽然无砟轨道和桥上无缝线路的研究已经取得了很多成果，但对于高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路这种新的结构，相关的研究较少。特别是在大跨度连续梁上采用纵连板式无砟轨道结构之后，其梁轨相互作用机理更加复杂。高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路集中了高速铁路、长大桥梁、纵连板式无砟轨道和桥上无缝线路等多种技术难点，某些关键技术方面存在的问题还需要解决 。

图1为钢轨梁单元模型图。

图2为标准轨道板实体单元模型图。

图3为轨道板、砂浆层和底座板实体单元模型图。

图4为桥上“两布一膜”滑动层位移与摩擦系数关系图。

图5为L型侧向挡块实体单元模型图。

图6为32米简支箱梁实体单元模型图。

图7为（80 128 80）米连续箱梁实体单元模型图。

图8为台后锚固体系实体单元模型图。

图9为摩擦板上“两布”滑动层位移与摩擦系数关系图。

图10为路基土体实体单元模型图。

图11为路基上支撑层实体单元模型图。

图12为桥梁地段纵连板式无砟轨道结构静力学模型图。

图13为路基地段纵连板式无砟轨道结构静力学模型图。

图14为高速车辆整体模型图。

图15为钢轨实体单元模型图。

图16为标准轨道板实体单元模型图。

图17为轨道板、砂浆层和底座板实体单元模型图。

图18为L型侧向挡块实体单元模型图。

图19为32米简支箱梁实体单元模型图。

图20为（80 128 80）米连续箱梁实体单元模型图。

图21为高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路纵横垂向空间耦合动力学模型正视图。

图22为高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路纵横垂向空间耦合动力学模型整体图。

图23为不同桥上滑动层摩擦系数条件下钢轨伸缩力比较图。

图24为不同桥上滑动层摩擦系数条件下钢轨伸缩位移比较图。

图25为不同连续梁桥墩纵向刚度条件下钢轨制动力比较图。

图26为不同连续梁桥墩纵向刚度条件下钢轨制动位移比较图。

图27为轮轨垂向力时程图。

图28为轮轨横向力时程图。

图29为轮轴横向力时程图。

图30为脱轨系数时程图。

图31为轮重减载率时程图。

图32为车体垂向加速度时程图。

图33为车体横向加速度时程图。

图34为钢轨加速度时程图。

图35为钢轨垂向（绝对）位移时程图。

图36为钢轨横向位移时程图。

图37为轨道板垂向加速度时程图汇总。

图38为轨道板动应力时程图汇总。

图39为底座板垂向加速度时程图汇总。

图40为底座板动应力时程图汇总。

图41为L型侧向挡块动应力时程图汇总。

图42为桥梁挠度时程图汇总 。

2020年7月14日，《高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路设计方法》获得第二十一届中国专利优秀奖 。2100433B

《高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路设计方法》提供高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路设计方法。应用ANSYS软件建立高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路纵横垂向空间耦合静力学模型，主要考虑钢轨、扣件、轨道板、砂浆充填层、底座板、滑动层、固结机构、高强度挤塑板、L型侧向挡块、桥梁和桥墩、摩擦板和端刺锚固体系、路基土体和路基上支撑层等结构的组成。具体如下：

（1）钢轨选用梁单元进行模拟，按实际截面属性建模，考虑钢轨的截面积、惯性矩以及扭转弯矩等参数。钢轨按照支承节点划分单元，可全面考虑钢轨的纵、横、垂向线位移及转角。钢轨梁单元模型如图1所示。

（2）扣件采用弹簧单元进行模拟，可以全面考虑扣件的纵向阻力、横向刚度和垂向刚度，扣件的阻力和刚度均可根据实测值取值。

（3）轨道板和底座板在全桥范围内连续铺设，标准轨道板之间通过6根精轧螺纹钢筋相互连接。轨道板、砂浆充填层和底座板采用实体单元进行模拟，可以全面考虑各部分结构的几何尺寸和物理属性。标准轨道板实体单元模型如图2所示，轨道板、砂浆层和底座板的实体单元模型如图3所示。

（4）为了减小桥梁温度变形对无砟轨道结构的影响，在底座板宽度范围内的梁面上连续设置“两布一膜”滑动层，使底座板与桥梁间保持滑动状态。桥上底座板与梁面间的“两布一膜”滑动层采用弹簧单元进行模拟，桥上“两布一膜”滑动层的位移与摩擦系数的关系如图4所示。

（5）在每孔桥梁的固定支座上方，通过在梁体预设剪力齿槽和锚固筋组成的固结机构实现底座板与梁体之间的固结。在梁缝处一定范围内的梁面铺设高强度挤塑板，以减小列车荷载作用下桥梁挠曲变形对无砟轨道结构的影响。固结机构和高强度挤塑板采用弹簧单元进行模拟。

（6）由于桥梁和无砟轨道结构之间只在固定支座上方进行了连接，为保证轨道结构的横向和竖向稳定性，在底座板两侧设置一定数量的L型侧向挡块，约束桥上底座板的横向和竖向位移。L型侧向挡块采用实体单元进行模拟，可以全面考虑挡块的几何尺寸和物理属性。L型侧向挡块的实体单元模型如图5所示。

（7）桥梁采用实体单元进行模拟，可以全面考虑桥梁结构的几何尺寸和物理属性。32米简支箱梁的实体单元模型如图6所示，（80 128 80）米连续箱梁的实体单元模型如图7所示。

（8）考虑桥梁墩台顶纵横向刚度基本为线性，采用线性弹簧单元进行模拟。

（9）为保证桥梁台后路基和无砟轨道结构的稳定，在路桥过渡段范围内设置一定长度的摩擦板和端刺组成锚固体系进行锚固。为实现路桥过渡段与区间无砟轨道结构的刚度平顺过渡，在摩擦板和端刺后设置一定长度的过渡板。摩擦板、端刺和过渡板采用实体单元进行模拟，可以全面考虑整个台后锚固体系的几何尺寸和物理属性。台后锚固体系的实体单元模型如图8所示。

（10）为避免摩擦板区段的集中受力，路基上底座板与摩擦板间铺设两层土工布。路基上底座板与摩擦板间“两布”滑动层采用弹簧单元进行模拟，摩擦板上“两布”滑动层的位移与摩擦系数的关系如图9所示。

（11）桥梁台后路基土体以及路基上支撑层采用实体单元进行模拟，可以全面考虑路基土体及支撑层的几何尺寸和物理属性。路基土体的实体单元模型如图10所示，路基上支撑层的实体单元模型如图11所示。

桥梁地段纵连板式无砟轨道结构静力学模型如图12所示，路基地段纵连板式无砟轨道结构静力学模型如图13所示。

根据《高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路设计方法》所建立的高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路纵横垂向空间耦合静力学模型进行静力学分析，可以计算得到在温度变化、挠曲作用和制动条件下，采用不同的桥上或摩擦板上滑动层摩擦系数、扣件纵向阻力、桥梁温差、无砟轨道结构温差、砂浆充填层弹性模量、底座板弹性模量折减程度、固结机构纵向刚度、路基土体弹性模量、连续梁桥墩纵向刚度和连续梁桥跨长度等条件下的钢轨最大纵向力，轨道板、砂浆层、底座板、锚固体系和端刺区土体最大应力，固结机构和连续梁桥墩最大纵向力，钢轨、轨道板、砂浆层、底座板和锚固体系最大纵向位移，梁缝纵向变化量，钢轨、轨道板、砂浆层、底座板和桥梁最大垂向位移，梁端转角等。具体计算结果见实施例所示。

《高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路设计方法》的目的在于，提供基于精细化静动力仿真的高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路设计方法，应用ABAQUS软件建立高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路纵横垂向空间耦合动力学模型，主要考虑高速车辆（包括车体、转向架、轮对、一系悬挂和二系悬挂等）、纵连板式无砟轨道无缝线路（包括钢轨、扣件、轨道板、砂浆充填层、底座板、滑动层、固结机构、高强度挤塑板和L型侧向挡块等）和长大桥梁（包括简支箱梁、连续箱梁和桥墩）等结构的组成。具体如下：

（1）高速车辆为多刚体模型，由车体、转向架、轮对、一系悬挂（轴箱悬挂）和二系悬挂（中央悬挂）等部分组成。高速车辆的整体模型如图14所示。

（2）钢轨选用实体单元进行模拟，按实际截面属性建模，考虑钢轨的截面积、惯性矩以及扭转弯矩等参数。钢轨按照较小的长度划分单元，以满足动力学计算的需要，可以全面考虑钢轨的纵、横、垂向线位移及转角。钢轨上施加现场实测不平顺轨道谱，并考虑钢轨底下的轨底坡。钢轨实体单元模型如图15所示。

（3）扣件采用弹簧单元进行模拟，可以全面考虑扣件的纵向阻力、横向刚度和垂向刚度。动力计算时扣件动刚度按1.5倍静刚度取值。

（4）轨道板、砂浆充填层和底座板采用实体单元进行模拟，可以全面考虑各部分结构的几何尺寸和物理属性。标准轨道板的实体单元模型如图16所示，轨道板、砂浆层和底座板的实体单元模型如图17所示。

（5）底座板与梁面之间设置的“两布一膜”滑动层采用罚函数接触进行模拟，桥梁接缝区域的固结机构和高强度挤塑板采用线性接触刚度进行模拟。

（6）L型侧向挡块采用实体单元进行模拟，可以全面考虑挡块的几何尺寸和物理属性。L型侧向挡块的实体单元模型如图18所示。

（7）桥梁采用实体单元进行模拟，可以全面考虑桥梁结构的几何尺寸和物理属性。32米简支箱梁的实体单元模型如图19所示，（80 128 80）米连续箱梁的实体单元模型如图20所示。

由以上各部分组成的高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路纵横垂向空间耦合动力学模型如图21和图22所示。

根据《高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路设计方法》所建立的高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路纵横垂向空间耦合动力学模型进行动力学分析，可以计算得到各项动力学安全性指标（包括轮轨垂向和横向力、轮轴横向力、脱轨系数、轮重减载率、车体垂向和横向加速度）、钢轨动力学计算结果（包括钢轨加速度、垂向和横向位移、轨距和轨向变化量）、无砟轨道结构动力学计算结果（包括轨道板垂向加速度、垂向位移、动应力，砂浆层垂向加速度、垂向位移、动应力，底座板垂向加速度、垂向位移、动应力，L型侧向挡块垂向加速度、动应力）、桥梁动力学计算结果（包括桥梁垂向和横向加速度、桥梁挠度、梁端转角）等。具体计算结果见实施例所示。

以下结合实施例和附图对《高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路设计方法》的内容作更进一步的说明，但《高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路设计方法》的内容不仅限于实施例中所涉及的内容 。

• 实施例1：

该部分比较分析桥上“两布一膜”滑动层摩擦系数分别为0.25、0.30和0.35时的主要温度力和位移计算结果。不同的桥上滑动层摩擦系数条件下的钢轨受力和钢轨位移比较如图23和图24所示。横坐标的零点为桥台与桥梁一侧的交界处，下同。不同桥上滑动层摩擦系数条件下的主要温度力和位移计算结果比较见表1和表2 。

表1：不同桥上滑动层摩擦系数条件下主要受力计算结果比较

表2：不同桥上滑动层摩擦系数条件下主要位移计算结果比较

由以上计算结果分析得出，桥上滑动层的摩擦系数越小，在温度变化的条件下轨道结构受到桥梁伸缩变形的影响越小，越有利于轨道和桥梁结构的安全使用。而随着长大桥梁无砟轨道无缝线路的投入使用，桥上滑动层的摩擦系数可能会由于“两布一膜”的磨损而有所增大，这一因素在设计中也应予以考虑。

• 实施例2：

该部分比较分析连续梁桥跨长度分别为（80 128 80）米、（60 100 60）米和（48 80 48）米时的主要挠曲力和位移计算结果。不同连续梁桥跨长度条件下的主要挠曲力和位移计算结果比较见表3至表5 。

表3：不同连续梁桥跨长度条件下主要受力计算结果比较

表4：不同连续梁桥跨长度条件下主要纵向位移计算结果比较

表5：不同连续梁桥跨长度条件下主要垂向位移及梁端转角计算结果比较

由以上计算结果分析得出，虽然在长大桥梁上采用了纵连板式无砟轨道结构与滑动层，但在挠曲力的作用下，长大桥梁的跨长或联长依然对轨道和桥梁结构的受力与变形有较大的影响。因此，在对长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路进行设计计算和检算时，依然要重点考虑桥梁跨长的影响。

• 实施例3：

该部分比较分析连续梁桥墩纵向刚度分别为2600千牛/厘米、3600千牛/厘米和4600千牛/厘米时的主要制动力和位移计算结果。不同的连续梁桥墩纵向刚度条件下的钢轨受力和钢轨位移比较如图25和图26所示。不同连续梁桥墩纵向刚度条件下的主要制动力和位移计算结果比较见表6和表7 。

表6：不同连续梁桥墩纵向刚度条件下主要受力计算结果比较

表7：不同连续梁桥墩纵向刚度条件下主要位移计算结果比较

由以上计算结果分析得出，随着连续梁桥墩纵向刚度的增大，在制动力的作用下，轨道和桥梁结构的大部分受力与变形都有所减小，但相对来说变化不大，而连续梁桥墩受力则明显增大。因此，应根据实际需要对桥墩尺寸进行设计，以避免材料的浪费。

• 实施例4：

该实施例采用《高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路设计方法》所建立的高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路纵横垂向空间耦合动力学模型进行动力学分析，计算得到轮轨垂向和横向力的时程曲线如图27和图28所示，轮轨垂向力最大值为127.665千牛，轮轨横向力最大值为13.502千牛。根据轮轨横向力计算得到的轮轴横向力时程曲线如图29所示，最大值为7.586千牛。根据轮轨垂向和横向力计算得到的脱轨系数和轮重减载率的时程曲线如图30和图31所示，脱轨系数最大值为0.154，轮重减载率最大值为0.566。计算得到车体的垂向和横向加速度的时程曲线如图32和图33所示，车体垂向加速度的最大值为0.044克，横向加速度的最大值为0.024克。

计算得到钢轨加速度时程曲线如图34所示，最大值为336.335克。计算得到钢轨垂向（绝对）位移时程曲线如图35所示，最大值为3.708毫米。计算得到钢轨横向位移时程曲线如图36所示，最大值为0.403毫米。根据计算得到的钢轨横向位移，可以算得轨距和轨向变化量，轨距变化量最大值为0.412毫米，轨向变化量最大值为0.268毫米。

计算得到连续梁上不同位置处轨道板垂向加速度的时程曲线汇总如图37所示，最大值为9.218克；动应力时程曲线汇总如图38所示，最大值为0.286兆帕。计算得到连续梁上不同位置处底座板垂向加速度的时程曲线汇总如图39所示，最大值为2.025克；动应力时程曲线汇总如图40所示，最大值为0.127兆帕。计算得到连续梁上不同位置处L型侧向挡块动应力的时程曲线汇总如图41所示，最大值为0.012兆帕。

计算得到连续梁上不同位置处桥梁垂向加速度最大值为0.010g，桥梁横向加速度最大值为0.009克。计算得到连续梁上不同位置处桥梁挠度的时程曲线汇总如图42所示，桥梁挠度最大值为2.746毫米 。

高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路设计方法专利目的

针对2012年技术的不足，《高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路设计方法》提供高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路设计方法，建立高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路纵横垂向空间耦合静、动力学模型，对不同的轨道参数和桥梁参数等设计因素的影响规律进行了计算与分析，对相关设计提出了有益的补充 。

高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路设计方法技术方案

《高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路设计方法》技术方案如下：

高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路设计方法，该方法包括：应用ANSYS软件对钢轨、扣件、轨道板、砂浆充填层、底座板、滑动层、固结机构、高强度挤塑板、L型侧向挡块、桥梁和桥墩、摩擦板和端刺锚固体系，以及路基土体和路基上支撑层结构进行模拟仿真，建立高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路纵横垂向空间耦合静力学模型并对该耦合静力学模型进行静力学分析；应用ABAQUS软件对高速车辆的结构、纵连板式无砟轨道无缝线路的结构和长大桥梁的结构进行模拟仿真，建立高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路纵横垂向空间耦合动力学模型，并对该耦合动力学模型进行动力学分析。

所述建立高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路纵横垂向空间耦合静力学模型具体如下：

（1）钢轨选用梁单元进行模拟，按实际截面属性建模，考虑钢轨的截面积、惯性矩以及扭转弯矩参数，钢轨按照支承节点划分单元，全面考虑钢轨的纵、横、垂向线位移及转角；

（2）扣件采用弹簧单元进行模拟，全面考虑扣件的纵向阻力、横向刚度和垂向刚度，扣件的阻力和刚度均根据实测值取值；

（3）轨道板和底座板在全桥范围内连续铺设，标准轨道板之间通过6根精轧螺纹钢筋相互连接，轨道板、砂浆充填层和底座板采用实体单元进行模拟，全面考虑各部分结构的几何尺寸和物理属性；

（4）为了减小桥梁温度变形对无砟轨道结构的影响，在底座板宽度范围内的梁面上连续设置“两布一膜”滑动层，使底座板与桥梁间保持滑动状态，桥上底座板与梁面间的“两布一膜”滑动层采用弹簧单元进行模拟；

（5）在每孔桥梁的固定支座上方，通过在梁体预设剪力齿槽和锚固筋组成的固结机构实现底座板与梁体之间的固结，在梁缝处一定范围内的梁面铺设高强度挤塑板，以减小列车荷载作用下桥梁挠曲变形对无砟轨道结构的影响，固结机构和高强度挤塑板采用弹簧单元进行模拟；

（6）由于桥梁和无砟轨道结构之间只在固定支座上方进行了连接，为保证轨道结构的横向和竖向稳定性，在底座板两侧设置一定数量的L型侧向挡块，约束桥上底座板的横向和竖向位移，L型侧向挡块采用实体单元进行模拟，考虑挡块的几何尺寸和物理属性；

（7）桥梁采用实体单元进行模拟，全面考虑桥梁结构的几何尺寸和物理属性，考虑桥梁墩台顶纵横向刚度基本为线性，采用线性弹簧单元进行模拟；

（8）为保证桥梁台后路基和无砟轨道结构的稳定，在路桥过渡段范围内设置一定长度的摩擦板和端刺组成锚固体系进行锚固，为实现路桥过渡段与区间无砟轨道结构的刚度平顺过渡，在摩擦板和端刺后设置一定长度的过渡板，摩擦板、端刺和过渡板采用实体单元进行模拟，全面考虑整个台后锚固体系的几何尺寸和物理属性。

（9）为避免摩擦板区段的集中受力，路基上底座板与摩擦板间铺设两层土工布，路基上底座板与摩擦板间“两布”滑动层采用弹簧单元进行模拟；

（10）桥梁台后路基土体以及路基上支撑层采用实体单元进行模拟，全面考虑路基土体及支撑层的几何尺寸和物理属性。

所述应用ANSYS软件建立的高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路纵横垂向空间耦合静力学模型进行静力学分析，计算得到在温度变化、挠曲作用和制动条件下，采用不同的桥上或摩擦板上滑动层摩擦系数、扣件纵向阻力、桥梁温差、无砟轨道结构温差、砂浆充填层弹性模量、底座板弹性模量折减程度、固结机构纵向刚度、路基土体弹性模量、连续梁桥墩纵向刚度和连续梁桥跨长度等条件下的钢轨最大纵向力，轨道板、砂浆层、底座板、锚固体系和端刺区土体最大应力，固结机构和连续梁桥墩最大纵向力，钢轨、轨道板、砂浆层、底座板和锚固体系最大纵向位移，梁缝纵向变化量，钢轨、轨道板、砂浆层、底座板和桥梁最大垂向位移，梁端转角。

所述应用ABAQUS软件建立高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路纵横垂向空间耦合动力学模型具体如下：

（1）高速车辆为多刚体模型，由车体、转向架、轮对、一系悬挂和二系悬挂组成；

（2）钢轨选用实体单元进行模拟，按实际截面属性建模，考虑钢轨的截面积、惯性矩以及扭转弯矩参数，钢轨按照较小的长度划分单元，以满足动力学计算的需要，全面考虑钢轨的纵、横、垂向线位移及转角，钢轨上施加现场实测不平顺轨道谱，并考虑钢轨底下的轨底坡；

（3）扣件采用弹簧单元进行模拟，全面考虑扣件的纵向阻力、横向刚度和垂向刚度；

（4）轨道板、砂浆充填层和底座板采用实体单元进行模拟，全面考虑各部分结构的几何尺寸和物理属性；

（5）底座板与梁面之间设置的“两布一膜”滑动层采用罚函数接触进行模拟，桥梁接缝区域的固结机构和高强度挤塑板采用线性接触刚度进行模拟；

（6）L型侧向挡块采用实体单元进行模拟，全面考虑挡块的几何尺寸和物理属性；

（7）桥梁采用实体单元进行模拟，全面考虑桥梁结构的几何尺寸和物理属性。

应用ABAQUS软件建立的高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路纵横垂向空间耦合动力学模型进行动力学分析，计算得到包括轮轨垂向和横向力、轮轴横向力、脱轨系数、轮重减载率、车体垂向和横向加速度的各项动力学安全性指标、包括钢轨加速度、垂向和横向位移、轨距和轨向变化量的钢轨动力学计算结果、包括轨道板垂向加速度、垂向位移、动应力，砂浆层垂向加速度、垂向位移、动应力，底座板垂向加速度、垂向位移、动应力，L型侧向挡块垂向加速度、动应力的无砟轨道结构动力学计算结果、包括桥梁垂向和横向加速度、桥梁挠度、梁端转角的桥梁动力学计算结果。

所述高速车辆的结构包括车体、转向架、轮对、一系悬挂和二系悬挂。

所述纵连板式无砟轨道无缝线路的结构包括钢轨、扣件、轨道板、砂浆充填层、底座板、滑动层、固结机构、高强度挤塑板和L型侧向挡块。

所述长大桥梁的结构包括简支箱梁、连续箱梁和桥墩 。

高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路设计方法改善效果

《高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路设计方法》可以弥补高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路研究的不足，有助于形成中国高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道的技术条件，完善中国高速铁路技术体系，研究成果将直接服务于中国高速铁路的建设，具有重要的理论与现实意义。

《高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路设计方法》所建立的高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路空间耦合模型，结构更加完善，模型更加细致，各项参数均可以按照实际设计参数和现场实测数据取值，可以得到各细部结构在静、动力学条件下的计算结果，解决了设计、铺设和养护维修等方面面临的各项技术难题 。

1.高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路设计方法，其特征在于，该方法包括：应用ANSYS软件对钢轨、扣件、轨道板、砂浆充填层、底座板、滑动层、固结机构、高强度挤塑板、L型侧向挡块、桥梁和桥墩、摩擦板和端刺锚固体系，以及路基土体和路基上支撑层结构进行模拟仿真，建立高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路纵横垂向空间耦合静力学模型并对该耦合静力学模型进行静力学分析；应用ABAQUS软件对高速车辆的结构、纵连板式无砟轨道无缝线路的结构和长大桥梁的结构进行模拟仿真，建立高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路纵横垂向空间耦合动力学模型，并对该耦合动力学模型进行动力学分析；所述建立高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路纵横垂向空间耦合静力学模型具体如下：（1）钢轨选用梁单元进行模拟，按实际截面属性建模，考虑钢轨的截面积、惯性矩以及扭转弯矩参数，钢轨按照支承节点划分单元，全面考虑钢轨的纵、横、垂向线位移及转角；（2）扣件采用弹簧单元进行模拟，全面考虑扣件的纵向阻力、横向刚度和垂向刚度，扣件的阻力和刚度均根据实测值取值；（3）轨道板和底座板在全桥范围内连续铺设，标准轨道板之间通过6根精轧螺纹钢筋相互连接，轨道板、砂浆充填层和底座板采用实体单元进行模拟，全面考虑各部分结构的几何尺寸和物理属性；（4）为了减小桥梁温度变形对无砟轨道结构的影响，在底座板宽度范围内的梁面上连续设置“两布一膜”滑动层，使底座板与桥梁间保持滑动状态，桥上底座板与梁面间的“两布一膜”滑动层采用弹簧单元进行模拟；（5）在每孔桥梁的固定支座上方，通过在梁体预设剪力齿槽和锚固筋组成的固结机构实现底座板与梁体之间的固结，在梁缝处一定范围内的梁面铺设高强度挤塑板，以减小列车荷载作用下桥梁挠曲变形对无砟轨道结构的影响，固结机构和高强度挤塑板采用弹簧单元进行模拟；（6）由于桥梁和无砟轨道结构之间只在固定支座上方进行了连接，为保证轨道结构的横向和竖向稳定性，在底座板两侧设置一定数量的L型侧向挡块，约束桥上底座板的横向和竖向位移，L型侧向挡块采用实体单元进行模拟，考虑挡块的几何尺寸和物理属性；（7）桥梁采用实体单元进行模拟，全面考虑桥梁结构的几何尺寸和物理属性，考虑桥梁墩台顶纵横向刚度基本为线性，采用线性弹簧单元进行模拟；（8）为保证桥梁台后路基和无砟轨道结构的稳定，在路桥过渡段范围内设置一定长度的摩擦板和端刺组成锚固体系进行锚固，为实现路桥过渡段与区间无砟轨道结构的刚度平顺过渡，在摩擦板和端刺后设置一定长度的过渡板，摩擦板、端刺和过渡板采用实体单元进行模拟，全面考虑整个台后锚固体系的几何尺寸和物理属性；（9）为避免摩擦板区段的集中受力，路基上底座板与摩擦板间铺设两层土工布，路基上底座板与摩擦板间“两布”滑动层采用弹簧单元进行模拟；（10）桥梁台后路基土体以及路基上支撑层采用实体单元进行模拟，全面考虑路基土体及支撑层的几何尺寸和物理属性。

2.根据权利要求1所述的高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路设计方法，其特征在于，应用ANSYS软件建立的高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路纵横垂向空间耦合静力学模型进行静力学分析，计算得到在温度变化、挠曲作用和制动条件下，采用不同的桥上或摩擦板上滑动层摩擦系数、扣件纵向阻力、桥梁温差、无砟轨道结构温差、砂浆充填层弹性模量、底座板弹性模量折减程度、固结机构纵向刚度、路基土体弹性模量、连续梁桥墩纵向刚度和连续梁桥跨长度条件下的钢轨最大纵向力，轨道板、砂浆层、底座板、锚固体系和端刺区土体最大应力，固结机构和连续梁桥墩最大纵向力，钢轨、轨道板、砂浆层、底座板和锚固体系最大纵向位移，梁缝纵向变化量，钢轨、轨道板、砂浆层、底座板和桥梁最大垂向位移，梁端转角。

3.根据权利要求1所述的高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路设计方法，其特征在于，所述应用ABAQUS软件建立高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路纵横垂向空间耦合动力学模型具体如下：（1）高速车辆为多刚体模型，由车体、转向架、轮对、一系悬挂和二系悬挂组成；（2）钢轨选用实体单元进行模拟，按实际截面属性建模，考虑钢轨的截面积、惯性矩以及扭转弯矩参数，钢轨按照较小的长度划分单元，以满足动力学计算的需要，全面考虑钢轨的纵、横、垂向线位移及转角，钢轨上施加现场实测不平顺轨道谱，并考虑钢轨底下的轨底坡；（3）扣件采用弹簧单元进行模拟，全面考虑扣件的纵向阻力、横向刚度和垂向刚度；（4）轨道板、砂浆充填层和底座板采用实体单元进行模拟，全面考虑各部分结构的几何尺寸和物理属性；（5）底座板与梁面之间设置的“两布一膜”滑动层采用罚函数接触进行模拟，桥梁接缝区域的固结机构和高强度挤塑板采用线性接触刚度进行模拟；（6）L型侧向挡块采用实体单元进行模拟，全面考虑挡块的几何尺寸和物理属性；（7）桥梁采用实体单元进行模拟，全面考虑桥梁结构的几何尺寸和物理属性。

4.根据权利要求1所述的高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路设计方法，其特征在于，应用ABAQUS软件建立的高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路纵横垂向空间耦合动力学模型进行动力学分析，计算得到包括轮轨垂向和横向力、轮轴横向力、脱轨系数、轮重减载率、车体垂向和横向加速度的各项动力学安全性指标、包括钢轨加速度、垂向和横向位移、轨距和轨向变化量的钢轨动力学计算结果、包括轨道板垂向加速度、垂向位移、动应力，砂浆层垂向加速度、垂向位移、动应力，底座板垂向加速度、垂向位移、动应力，L型侧向挡块垂向加速度、动应力的无砟轨道结构动力学计算结果、包括桥梁垂向和横向加速度、桥梁挠度、梁端转角的桥梁动力学计算结果。

5.根据权利要求1所述的高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路设计方法，其特征在于，所述高速车辆的结构包括车体、转向架、轮对、一系悬挂和二系悬挂。

6.根据权利要求1所述的高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路设计方法，其特征在于，所述纵连板式无砟轨道无缝线路的结构包括钢轨、扣件、轨道板、砂浆充填层、底座板、滑动层、固结机构、高强度挤塑板和L型侧向挡块。

7.根据权利要求1所述的高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路设计方法，其特征在于，所述长大桥梁的结构包括简支箱梁、连续箱梁和桥墩 。

桥梁纵坡度，桥面沿桥轴线方向的坡度。

为保证桥梁纵向稳定，固定桥对纵坡度有明确规定，如低水桥架设时的最大允许纵坡度为3%。

本书针对中国高速铁路线/桥结构工程特点，系统阐述了作者十余年来在桥上无缝线路技术领域的创新研究成果及应用实践。全书共五章，内容涵盖了国内外桥上无缝线路技术发展现状及设计方法对比、各种类型轨道和桥梁结构间纵各相互作用规律、高速铁路线/桥结构设计优化方法、状态检测与监测技术及下一步研究工作方向等。

超长无缝线路的铺设是以单元轨条为一段依次分段焊连施工的。焊连时保证锁定轨温不超限（在设计中和轨温范围）是关键。所以根据施工作业轨温和施工条件一般有两种施工方法，一种叫“连入法”，一种叫“插入法”。

无缝线路连入法

采用连入法施工时，是在一个天窗时间内把要铺设的单元轨条始端用焊接法与前一天铺设的单元轨条终端焊连，铺设时同时焊接同时放散，做到一步到位。也就是说，在认为锁定轨温相符的条件下，新轨引进换轨车龙门之后，换轨车边前进边进行长轨条的始端焊接。这种施工组织难度较大，一般适用于封闭线路铺设和轨温变化不大，与锁定轨温相同的条件。

无缝线路插入法

是在一个天窗内，与铺设普通无缝线路一样，在两单元轨条之间设一根缓冲轨（长度不短于6m）。而在另一个天窗时间取出缓冲轨，插入经计算确定的轨长放散应力，然后进行最终焊接。第二次焊接作业，可以选在正在铺设新轨区间或相邻区间铺设新单元轨条时的同一个天窗内来进行。作业地点间隔以相互施工不发生影响，最好不小于三个单元轨条长。这种施工方法原则上可以任意轨温下铺设，施工难度较小，容易做到温度力均匀，符合设计中和轨温要求。

超长无缝线路的基本原理与普通无缝线路相同，因此，普通无缝线路的一切养护维修办法，都适用于超长无缝线路。但超长无缝线路因其轨条特长，也有一些不同于普通无缝线路的特点。

超长无缝线路一经锁定，其锁定状况，因其超长而不易改变。例如，锁定轨温不准、轴向力分布不均时，只能进行局部调整，几乎无法进行整体放散。因此，“锁定轨温要准”对超长无缝线路来说格外重要。为此，必须做好：

跟踪监控：大修换轨时，工务段要派遣分管无缝线路的技术人员，对施工中锁定轨温的设置实行跟踪监控。施工单位确定的锁定轨温之依据是否可靠；新轨的入槽轨温和落槽轨温的测定是否准确适时；低温拉伸时，其拉伸温差和拉伸量的核定是否无误，拉伸是否均匀等等，都要认真监视、检查和记录。严格验收。工程验交时，有关记录锁定轨温的资料，必须齐全，同时要一一查对核实，如有疑问必须核查清楚。

最终复核：工程验交以后，工务段要对验交区段的轨长表项进行一次取标测量，去掉可疑点，算出各分段的锁定轨温值。而后将跟踪监控、交验资料、取标测算三方面的情况进行一次最终核查，将查定的锁定轨温作为日后管理的依据。

日常监测。在日常管理中，要对爬行观测桩和轨长标定的设标点进行定期观测，并互相核对。如发现两观测桩之间有位移，则进一步对两观测桩之间的设标点进行取标测量，详查发生位移的实际段落所在。核定后进行局部应力调正，使之均匀。