無(wú)論是既有線(xiàn)路還是新建線(xiàn)路，都存在一個(gè)橋上軌道與土路基軌道如何相連接的問(wèn)題，由于橋上和路基兩種結(jié)構(gòu)的軌下支承條件不同，其軌下基礎(chǔ)乃至軌道整體的剛度及其變形就會(huì)不同，致使路橋連接部分產(chǎn)生軌道折角現(xiàn)象，破壞了軌道面的平順性，使得列車(chē)經(jīng)過(guò)該區(qū)段時(shí)附加動(dòng)力明顯加大，導(dǎo)致軌道累積變形加大，石碴粉碎，道床翻漿，軌枕空吊，繼而引發(fā)行車(chē)事故。隨著列車(chē)速度的提高，這些問(wèn)題愈來(lái)愈嚴(yán)重[1] 。為了減小軌面不平順對(duì)線(xiàn)路造成的危害，運(yùn)輸部門(mén)往往采用限速通過(guò)的辦法。列車(chē)在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中頻繁限速，既影響列車(chē)速度的提高，又使乘客感到不舒適，導(dǎo)致運(yùn)營(yíng)品質(zhì)降低。全國(guó)鐵路正在全面提速，過(guò)渡段問(wèn)題如得不到很好地解決，將會(huì)成為制約我國(guó)鐵路提速事業(yè)發(fā)展的重要因素。目前，南昌鐵路局正對(duì)京九線(xiàn)進(jìn)行提速改造，對(duì)部分路橋不平順段進(jìn)行了軌道過(guò)渡段的設(shè)計(jì)，本文就這方面進(jìn)行探討。

    1 　既有線(xiàn)路橋過(guò)渡段的設(shè)計(jì)

    國(guó)外鐵路先進(jìn)國(guó)家在處理過(guò)渡段方面已有一定基礎(chǔ)，并積累了較豐富的經(jīng)驗(yàn)，提出了一些經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)是可行的技術(shù)處理措施，歸納起來(lái)主要有如下幾類(lèi)[2] ：

    (1) 在過(guò)渡段較軟一側(cè)，增大基床剛度，減小路堤沉降；

    (2) 在過(guò)渡段較軟一側(cè)，增大軌道豎向剛度；

    (3) 在過(guò)渡段較硬一側(cè)，通過(guò)設(shè)置軌下、枕下、碴底橡膠墊塊(板)來(lái)調(diào)整軌道豎向剛度。本文在參考《京滬高速鐵路線(xiàn)橋隧設(shè)計(jì)暫行規(guī)定》的基礎(chǔ)上，對(duì)京九提速改造部分路橋過(guò)渡段中，采用了第一種處理方法———用級(jí)配碎石填筑過(guò)渡段，設(shè)計(jì)參考如圖1 、2 、3 所示。
 

圖1 　過(guò)渡段縱斷面Ⅰ(單位：m)



 

圖2 　過(guò)渡段縱斷面圖Ⅱ(單位：m)



 

圖3 　過(guò)渡段橫斷面(單位：m)

 

路橋過(guò)渡段長(zhǎng)度跟路橋的工后沉降差有關(guān)，《京滬高速鐵路線(xiàn)橋隧站設(shè)計(jì)暫行規(guī)定》中要求路橋過(guò)渡段沉降差α≤5 cm，《 秦沈客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)橋隧站設(shè)計(jì)暫行規(guī)定》中要求路橋過(guò)渡段沉降差α≤8 cm ，本文考慮到既有線(xiàn)的改造，要求路橋過(guò)渡段沉降差α≤10 cm。本文在參考文獻(xiàn)[3～4 ]的基礎(chǔ)上取過(guò)渡段長(zhǎng)度L = 20 m。過(guò)渡段斷面形式根據(jù)路堤與過(guò)渡段施工先后順序采用不同形式，先施工過(guò)渡段采用正梯形(圖2) ，反之先施工路堤則采用倒梯形(圖1) 。

    2 　路橋過(guò)渡段的動(dòng)力學(xué)性能評(píng)
 
    為了保證過(guò)渡段的設(shè)計(jì)能夠滿(mǎn)足運(yùn)營(yíng)的動(dòng)力學(xué)要求，本文采用仿真的方法對(duì)路橋過(guò)渡段的動(dòng)力學(xué)性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

    2.1 　過(guò)渡段的動(dòng)力學(xué)計(jì)算模型

    關(guān)于車(chē)輛軌道垂向振動(dòng)的仿真計(jì)算，國(guó)內(nèi)外已有多種模型，本文采用了一個(gè)被國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用的車(chē)輛軌道耦合系統(tǒng)豎向振動(dòng)分析模型(圖4) 。該模型是一個(gè)線(xiàn)路與車(chē)輛豎向耦合系統(tǒng)，車(chē)體和轉(zhuǎn)向架簡(jiǎn)化為剛體，均有點(diǎn)頭和沉浮兩個(gè)自由度。車(chē)輪和簧下質(zhì)量簡(jiǎn)化成質(zhì)量塊，各部件之間由彈簧和阻尼器連接。線(xiàn)路部分是由鋼軌、軌枕、道床和路基組成的三層點(diǎn)支承梁模型。鋼軌視為連續(xù)支承歐拉梁，軌枕簡(jiǎn)化為剛體，道床離散化為集中質(zhì)量塊。另外，為了有效模擬輪軌之間的赫茲非線(xiàn)性接觸，并使編程簡(jiǎn)單化，本文同時(shí)采用車(chē)輛、軌道振動(dòng)方程分開(kāi)求解的有限元法[5 ] 。
 

圖4 　車(chē)輛軌道耦合系統(tǒng)豎向振動(dòng)分析模型
 

　
    2.2 　過(guò)渡段的不平順模擬

    為了盡可能準(zhǔn)確模擬列車(chē)通過(guò)路橋過(guò)渡段的動(dòng)力響應(yīng)，過(guò)渡段的不平順綜合考慮了3 種情況。

    (1) 軌面隨機(jī)不平順， 線(xiàn)路軌道譜作為激擾輸入[5] ，文獻(xiàn)[6]將軌道不平順?lè)譃閹缀蔚暮蛷椥缘膬刹糠?，通過(guò)實(shí)測(cè)和研究，給出了我國(guó)一級(jí)鐵路軌道高低不平順功率譜推薦公式   

   
    上述不平順譜最短波長(zhǎng)約1 m。

    (2) 路橋過(guò)渡段由于工后沉降不一致，過(guò)渡段軌面產(chǎn)生了靜不平順，普通路基線(xiàn)路與橋臺(tái)等剛性軌道之間過(guò)渡段的曲線(xiàn)應(yīng)根據(jù)實(shí)際線(xiàn)路檢查的記錄考慮。本文將折角不平順簡(jiǎn)化為四分之一波長(zhǎng)的余弦，其表達(dá)式為

    y = (α/ 2) [1 - cos (πx/ l) ]     (2)
　　
    式中， y 代表軌面的豎向不平順； l 為過(guò)渡段長(zhǎng)度； x 代表計(jì)算點(diǎn)到過(guò)渡段起始點(diǎn)的距離；α代表總的沉降差。

    (3) 路橋過(guò)渡段由于巨大剛度差而引起的軌道動(dòng)不平順，路橋間剛度變化如圖5 所示。
 

圖5 　軌道底部剛度
 

　
    2.3 　過(guò)渡段的動(dòng)力學(xué)計(jì)算結(jié)果分析

    迄今為止，還未見(jiàn)有對(duì)路橋過(guò)渡段動(dòng)力學(xué)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，這里從軌道強(qiáng)度、列車(chē)運(yùn)行的舒適性和安全性方面出發(fā)，主要采用以下3 項(xiàng)指標(biāo)作為分析和評(píng)價(jià)路橋過(guò)渡段動(dòng)力學(xué)性能： 
 
    (1) 輪軌垂向力≤250 kN ；

    (2) 車(chē)體垂向加速度≤1.3 m/ s2 ； (3) 鋼軌垂向加速度≤200 g 。表1 列出了對(duì)路橋過(guò)渡段動(dòng)力學(xué)效應(yīng)仿真計(jì)算結(jié)果的評(píng)價(jià)結(jié)果。

    表1 　路橋過(guò)渡段動(dòng)力學(xué)效應(yīng)仿真計(jì)算結(jié)果
 
   
    3 　結(jié)論

    既有線(xiàn)提速線(xiàn)路路橋過(guò)渡段對(duì)線(xiàn)路工程的重要性已成共識(shí)，本文在參考國(guó)內(nèi)外處理過(guò)渡段的技術(shù)措施上，設(shè)計(jì)了我國(guó)既有線(xiàn)提速線(xiàn)路過(guò)渡段。為了保證過(guò)渡段的設(shè)計(jì)能夠滿(mǎn)足運(yùn)營(yíng)的動(dòng)力學(xué)要求，利用有限元法，通過(guò)建立車(chē)輛軌道耦合系統(tǒng)豎向振動(dòng)分析模型，對(duì)列車(chē)經(jīng)過(guò)路橋過(guò)渡段時(shí)軌道結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)，計(jì)算結(jié)果表明該過(guò)渡段滿(mǎn)足動(dòng)力學(xué)性能要求，為既有線(xiàn)提速和新線(xiàn)建設(shè)提供了設(shè)計(jì)依據(jù)。

    參考文獻(xiàn)：

    [1] 　Arnold D。 Kerr and Brian E。 Moroney。 TRACK TRANSITION PROBL EMS AND REMEDIES[ C] 。 Bulletin 7422American Rail2
way Engineering Association ， 2672298。

    [2] 　王其昌。 高速鐵道土木工程[M] 。 成都： 西南交通大學(xué)出版社，1999。

    [3] 　羅強(qiáng)，蔡英等。 高速鐵路路橋過(guò)渡段的動(dòng)力學(xué)性能分析[J ] 。 工程力學(xué)，1999 (5) 。

    [4] 　王其昌，蔡成標(biāo)等。 高速鐵路路橋過(guò)渡段軌道折角限值的分析[J ] 。 鐵道學(xué)報(bào)， 1998 (3) 。

    [5] 　雷曉燕。 鐵路軌道結(jié)構(gòu)數(shù)值分析方法[M] 。 北京：中國(guó)鐵道出版社，1998。

    [6] 　長(zhǎng)沙鐵道學(xué)院隨機(jī)振動(dòng)研究室。 關(guān)于機(jī)車(chē)車(chē)輛/ 軌道系統(tǒng)隨機(jī)激勵(lì)函數(shù)的研究[C] 。 長(zhǎng)沙鐵道學(xué)院，1985。