张捍东
（昌九城际铁路股份有限公司，南昌 330002）
摘 要 以昌赣客运专线（35+40+60+300+60+40+35）m混合梁斜拉桥为例，建立了大跨度斜拉桥上无砟轨道精细化模型计算分析不同荷载作用下大跨度桥上无砟轨道纵向力。计算结果表明：在温度荷载作用下，钢轨纵向应力相对较大，最大拉应力为130.03 MPa，跨中轨道板纵向应力较小。在竖向荷载作用下，钢轨、轨道板和底座板的拉应力最大值出现在桥塔附近，压应力最大值出现在跨中附近，其中钢轨压应力最大值为15.02 MPa，底座板拉应力最大值为3.05 MPa。在列车制动作用下，钢轨、轨道板和底座板的拉应力最大值出现在跨中附近，压应力最大值出现在桥塔附近，轨道板和底座板纵向应力均较小。
关键词 铁路桥梁；无砟轨道；纵向力；数值模拟；斜拉桥；温度荷载；列车制动力
大跨度桥梁中主跨超过200 m的高速铁路桥上均采用有砟轨道。为消除高速铁路线路上的限速点，避免无砟轨道线路中出现一小段有砟轨道的情况，使全线轨道类型统一，因此，在大跨度斜拉桥上铺设无砟轨道成为无缝线路设计的关键课题之一［1］。
关于桥上无砟轨道结构纵向力方面，国内外学者已开展了研究。卢耀荣等［2］运用梁轨相互作用原理建立了混凝土连续梁桥上无缝线路的纵向力计算方法。UIC将欧洲学者的相关研究成果浓缩至UIC 774⁃3《轨道/桥梁设计规范》中［3］。徐庆元等［4］基于商用有限元软件建立了梁-轨纵向相互作用三维有限元模型，并对高速铁路梁-轨纵向相互作用进行了研究。徐锡江［5］基于梁轨相互作用和有限元方法，建立了大跨桥上纵连板式轨道纵向力计算模型，计算了制动力等工况下桥上纵向附加力，并分析了各种参数变化对桥上纵向附加力的影响。闫斌等［6-8］建立了可进行温度、活载和地震响应分析的梁-轨系统力学模型，对高速铁路中的简支梁、连续梁及斜拉桥进行了分析，并探讨了设计参数对梁-轨系统受力的影响。蔡小培等［9］对高速铁路长大桥梁无砟轨道无缝线路的静力学特性和设计参数进行了研究。张鹏飞等［10］建立了桥上CRTSⅢ型板式无砟轨道无缝线路模型，研究了温度荷载作用下桥梁与轨道结构的伸缩力和位移。戴公连等［11］研究了大跨度连续梁桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道制挠工况和断轨工况下受力特性。Place等［12］介绍了中国台湾在梁-轨相互作用分析方面的工程案例。关于大跨度斜拉桥上无砟轨道结构纵向力的相关研究鲜有涉及。
本文以昌赣客运专线赣州赣江特大桥主跨300 m混合梁斜拉桥为例，建立充分考虑桥塔、拉索、梁体、支座、墩台、剪力钉、底座板、减振弹性垫层、轨道板、扣件、轨道等结构的高速铁路大跨度斜拉桥-无砟轨道精细化仿真模型，探讨轨道系统在温度荷载、竖向荷载和制动荷载作用下的纵向受力特性。
1 工程概况
赣州赣江特大桥主桥采用（35+40+60+300+60+40+35）m混合梁斜拉桥，结构体系为半漂浮体系，塔梁分离，主塔与主梁之间设置液压阻尼器、横向设置抗风支座。桥塔采用人字形索塔，全高120.6 m，桥面以上塔高88.0 m，桥塔基础采用钻孔桩基础。斜拉桥共设48对镀锌平行钢丝拉索，斜拉索在边跨锚固点的间距为10.5 m，在主跨锚固点的间距为12.0 m。桥梁结构立面见图1，桥墩编号从左至右为P32⁃P39。
图1 桥梁立面（单位：m）
主桥边跨采用单箱三室预应力混凝土箱梁结构，箱梁全高4.5 m，宽16.5 m，见图2。
人际交往中存在若干心理效应,这些心理效应在课堂教学中会发挥一定的作用，一定程度上影响着思想政治教育的实效性。善于利用心理效应的积极方面，克服其对思想政治教育效果的不良影响，可以起到改善思想政治教育效果的作用。
图2 边跨截面（单位：cm）
主桥跨中采用钢箱-混凝土板结合梁结构，结合梁宽16.28 m，中心梁高4.475 m。其中，钢箱梁高4.2 m，预制板厚0.3 m，局部加厚至0.5 m，见图3。
图3 跨中截面（单位：cm）
全桥采用CRTSⅠ型双块式无砟轨道，底座板现场浇筑，通过预埋套筒与梁体连接。底座板与轨道板之间设置减振弹性垫层，轨道板和钢轨采用WJ⁃8B型扣件连接，桥梁两端设置钢轨伸缩调节器，见图4。
图4 桥上无砟轨道（单位：mm）
2 大跨度斜拉桥-无砟轨道系统仿真模型
CHN60轨采用梁单元模拟，WJ⁃8B型扣件采用非线性弹簧模拟。全桥扣件包括小阻力扣件和常阻力扣件，常阻力扣件用于钢轨伸缩调节器。常阻力扣件和小阻力扣件的弹簧变形-阻力关系分别为［13］：
式中：r1、r2分别为常阻力扣件和小阻力扣件纵向阻力，kN；x1为钢轨与承轨台之间的相对纵向位移，mm。
扣件横向阻力采用试验拟合结果，即
式中：r3为扣件横向阻力，kN；x2为钢轨与承轨台之间的相对横向位移，mm。
共培养出金黄色葡萄球菌9株，其中耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(methicillin resistant Staphylococcus aureus，MRSA)4株(44.4%)。未发现万古霉素和利奈唑胺耐药菌株，除对奎奴普汀/达福普汀耐药率较低(22.2%)外，对其他抗菌药物耐药率均>40%，对红霉素则全部耐药。见表4。
采用线性弹簧单元模拟垫板和弹条竖向刚度，扣件的竖向刚度为35 kN/mm。
6.河道疏浚机械。我国江河湖泊众多，由于地理环境及水情不同，淤积程度也不尽相同，应该研制开发各种类型的清淤机械，以适应不同条件下的疏浚工作，如水下清淤机和不同吨位的挖泥船，这些机械都应具有高效率、能够中远距离输送和自动监测等功能以及环保、节能特点。
桥上轨道板采用C40混凝土，全桥纵连板式铺设，分块浇筑，双层配筋。轨道板长5.92 m，板宽2.80 m。在伸缩调节器范围内板高0.29 m，其他位置板高0.26 m，轨道板之间间隔为0.08 m。
本研究所得数据均采用SPSS20.0统计学软件进行处理。治疗总有效率及不良反应发生率采用百分率表示,卡方检验;血糖指标及血糖降低至正常水平时间采用均数±标准差表示;两组比较,差异具有统计学意义采用P<0.05表示。
底座板采用C40混凝土，板长和板宽与对应的轨道板相同，板高0.24 m。每块底座板纵向设2个凹槽，对应轨道板位置设置2个凸台，凸台和凹槽之间设置减振弹性垫层，其横纵向刚度均采用线性弹簧模拟，取180 kN/mm。
在桥上钢轨伸缩调节器范围内，轨道板和底座板之间设置聚丙烯土工布，其摩擦因数为0.7～0.8，转折点位移为0.5 mm，见图5。在桥梁其他位置，轨道板和底座板之间设置减振弹性垫层，其竖向刚度逐级过渡，以10块轨道板为1个铺设单元，从0.1 N/mm3过渡至0.025 N/mm3再过渡至0.1 N/mm3，见图6。减振弹性垫层横、纵向刚度取13 kN/mm。
6、向外撬动阀体，同时迅速的将钢板插入阀体与油箱侧安装法兰之间，确认抽力吸住钢板后，松动预留螺栓，拆除开裂阀门。此时，应注意使钢板均匀受力，避免破坏真空而漏油。（如图）
图5 聚丙烯土工布摩擦因数
图6 弹性垫层刚度
图7 有限元模型
有限元模型（图7）中的桥塔、轨道板、底座板、混凝土桥面均采用非线性纤维梁单元模拟，钢筋混凝土材料采用Takeda滞回模型模拟，并用Mander⁃Confined模型模拟箍筋的约束作用。为了能够正确模拟桥梁双线铁路、斜拉索以及桥墩的空间位置，在桥梁中性轴处采用带钢臂的梁单元模拟桥梁主体。由于桥梁结构体系为半漂浮体系，边跨桥墩的纵向刚度取0，索塔和梁体之间采用滑动支座。
3 温度荷载作用下无砟轨道纵向力
在桥-轨系统仿真模型上施加温度荷载，根据TB 10015—《铁路无缝线路设计规范》［14］，分别在边跨混凝土梁体上加载30℃，在中跨钢-混梁体上加载50℃，得到无砟轨道伸缩力包络图，见图8。温度作用下墩顶水平力见表1。由于大桥纵向基本对称，因此表中只列出左侧桥墩，后文同理。
图8 无砟轨道伸缩力包络图
表1 温度作用下墩顶水平力 kN
P32 1 618.1 P33 24.0 P34 602.1 P35-1 880.8
由图8可知，在温度荷载作用下，跨中钢轨应力达到最大值130.03 MPa，轨道板和底座板跨中均出现应力最大值，分别为0.48，20.03 MPa。轨道板和底座板在跨中的长度（5.25 m）比普通板短，且在中跨钢混结合梁体上施加的温度比边跨高20℃，因此无砟轨道结构在边跨的纵向力均比跨中纵向力小。
由表1可知，最大水平力出现在塔墩P35，其值为1 880.8 kN。
4 竖向荷载作用下无砟轨道纵向力
根据铁路列车荷载图式的要求，在模型上施加64 kN/m的竖向荷载，加载长度取300 m，得到无砟轨道挠曲力包络图，见图9。竖向荷载作用下墩顶水平力见表2。
我们的研究结果也显示，上肢康复机器人训练结合传统康复与对照组相比并没有更大程度地改善患者的日常生活能力，这与以前的一些研究不一致[12-13]，这可能与很多因素有关，比如实验的设计，病人的选择，功能的严重程度、样本量、治疗的强度等等。有研究认为[4]，机器人辅助治疗本身不足以改善日常功能或者在真实环境中使用患肢，上肢康复机器人训练主要是患者借助上臂和前臂的协调完成整个操作任务，而腕和手在完成日常对物体的操控中起着非常重要的作用，所以需要结合补充的功能训练使患者学习特定的运动技巧，例如手的灵敏性、协调性和其他日常生活中需要的复杂功能，与其他技能的结合可以帮助完成复杂的日常生活需求。
图9 无砟轨道挠曲力包络图
表2 竖向荷载作用下墩顶水平力 kN
竖向荷载最大值最小值P32 832.2-1 013.7 P33 1 951.6-2 847.3 P34 5 101.9-3 670.8 P35 6 195.8-93.1
由图9可知，轨道结构的拉应力最大值出现在桥塔附近，钢轨、轨道板和底座板的拉应力最大值分别为17.81，0.22，3.05 MPa，桥梁跨中拉应力基本为0。轨道结构的压应力最大值均出现在桥梁跨中，钢轨、轨道板和底座板分别为15.02，0.14，2.05 MPa。
由表2可知，最大水平力出现在塔墩P35，其值为6 195.8 kN。
5 列车制动作用下无砟轨道纵向力
参照 UIC 774⁃3［3］制动系数通常取 0.164。偏安全考虑，本文轮轨黏着系数取0.25，制动力取16 kN/m。在仿真模型上施加16 kN/m的列车制动荷载，得到无砟轨道制动力包络图，见图10。制动荷载作用下墩顶水平力见表3。
图10 无砟轨道制动力包络图
表3 制动荷载作用下墩顶水平力 kN
制动荷载最大值最小值P32 34.429-105.649 P33 639.813 32.524 P34-214.908-1 843.229 P35-381.147-3 293.361
由图10可知，轨道结构拉应力最大值出现在桥梁跨中，钢轨、轨道板和底座板的拉应力最大值分别为14.20，0.10，1.14 MPa。轨道结构压应力最大值出现在桥塔附近，钢轨、轨道板和底座板的压应力最大值分别为13.50，0.15，2.12 MPa。
(2)若G=Mp(n,m),此时G={biaj:ab=ba1+pn-1},|G|=pn+m,故知biaj两两不同.容易计算
由表3可知，最大水平力出现在塔墩P35，其值为3 293.361 kN。
6 纵向力检算
根据以上分析结果可知，该桥轨道纵向力主要由温度荷载控制。参照TB 10015—，由挠曲力、伸缩力和制动力包络图可知：钢轨最大拉应力为145.2 MPa，出现在主跨跨中附近，满足规范要求；轨道板和底座板最大拉应力分别为0.3，2.2 MPa，出现在边跨跨中附近，可能出现开裂。
7 结论
1）在温度荷载作用下，钢轨纵向应力相对较大，最大拉应力为130.03 MPa。左塔墩顶水平力最大值为1 880.8 kN。
2）在竖向荷载作用下，钢轨、轨道板和底座板的拉应力最大值出现在桥塔附近，压应力最大值出现在跨中附近，其中钢轨压应力最大值为15.02 MPa，底座板拉应力最大值为3.05 MPa。左塔墩顶水平力最大值为6 195.8 kN。
（3）灯光诱杀：每20亩悬挂频振式杀光灯一盏，诱杀小菜蛾、甘蓝夜蛾、斜纹夜蛾等蔬菜和金龟子、蝼蛄等地下害虫。
3）在列车制动力作用下，钢轨、轨道板和底座板的拉应力最大值出现在跨中附近，压应力最大值出现在桥塔附近。钢轨拉应力最大值为14.20 MPa，压应力最大值为13.50 MPa。底座板拉应力最大值为1.14 MPa，压应力最大值为2.12 MPa。左塔墩顶水平力最大值为3 293.4 kN。
