李志明，唐錢(qián)龍

(1. 南昌公路橋梁工程有限公司，江西 南昌 330077； 2. 中南大學(xué) 土木工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410075)

0 引 言

“四縱四橫”高速鐵路主骨架線路的開(kāi)通運(yùn)營(yíng)，標(biāo)志著中國(guó)高速鐵路建造技術(shù)達(dá)到了新的高度。為保證高鐵運(yùn)營(yíng)的安全穩(wěn)定，越來(lái)越多高鐵線路采用“以橋代路”[1]的修筑模式，如京滬線橋梁占線路長(zhǎng)度比例達(dá)80%以上[2]。由此，橋梁工程成為了鐵路建設(shè)的重要一環(huán)，而橋上無(wú)砟軌道鋪設(shè)也成為其主要關(guān)鍵技術(shù)。無(wú)砟軌道-橋梁結(jié)構(gòu)在高速行車(chē)荷載的沖擊下，過(guò)大變形及振動(dòng)都會(huì)危及列車(chē)行車(chē)安全[3]，充分了解無(wú)砟軌道-橋梁結(jié)構(gòu)在列車(chē)行車(chē)激勵(lì)下的動(dòng)力響應(yīng)顯得尤為重要。

關(guān)于高速列車(chē)作用下的無(wú)砟軌道-橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)問(wèn)題，HE Xia等[4]建立了較為完善的力學(xué)模型；郜新軍、盛興旺等[5-6]從數(shù)值仿真角度對(duì)軌道-橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性及其影響因素等進(jìn)行研究。除此以外，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的開(kāi)展為無(wú)砟軌道-橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)研究提供寶貴數(shù)據(jù)。蔡超勛等[7]針對(duì)重載列車(chē)作用下的簡(jiǎn)支梁動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行測(cè)試，得到梁體撓度、應(yīng)變與大軸重列車(chē)加載的關(guān)系；黃志斌等[8]以福建南平建溪特大橋?yàn)檠芯繉?duì)象，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試了32 m簡(jiǎn)支箱梁時(shí)的梁-軌動(dòng)力響應(yīng)；劉鵬輝、楊宜謙等[9-10]基于多條高鐵測(cè)試數(shù)據(jù)，對(duì)設(shè)計(jì)速度200～250 km/h及300～350 km/h的簡(jiǎn)支梁動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。

然而，依靠現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試手段對(duì)無(wú)砟軌道-橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)方面的研究依然較少，特別是針對(duì)軌道與橋梁協(xié)調(diào)變形方面的試驗(yàn)研究更加少見(jiàn)。以滬昆高鐵某無(wú)砟軌道-橋梁結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，布設(shè)精密監(jiān)測(cè)元件建立多斷面多結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)層與橋梁在列車(chē)行車(chē)激勵(lì)下的動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行測(cè)試，獲得不同行車(chē)速度下無(wú)砟軌道-橋梁各結(jié)構(gòu)層的振動(dòng)加速度及梁體動(dòng)位移響應(yīng)規(guī)律，同時(shí)深入分析軌道結(jié)構(gòu)-橋面協(xié)調(diào)變形特性，進(jìn)一步為高鐵橋梁工程設(shè)計(jì)提供參考。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 工點(diǎn)概況

滬昆高速鐵路線路全長(zhǎng)2 252 km，線上設(shè)計(jì)速度300～350 km/h，使用CRH380A(L)、CRH380B(L)等動(dòng)車(chē)組車(chē)型。筆者選擇滬昆高鐵某無(wú)砟軌道橋梁處的三孔簡(jiǎn)支箱梁為研究對(duì)象，如圖1。橋梁全長(zhǎng)400.0 m，橋跨布置為12×32 m，全橋均采用高速鐵路中常用32.0 m標(biāo)準(zhǔn)跨徑無(wú)砟軌道預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支梁橋，截面類(lèi)型為單箱單室等高度簡(jiǎn)支箱梁，橋梁凈寬12.0 m，防護(hù)墻內(nèi)側(cè)凈寬8.8 m；中心處梁高3.05 m，兩側(cè)處梁高3.078 m；梁長(zhǎng)32.5 m，計(jì)算跨度31.5 m，圖2為典型橋梁橫截面。橋墩采用圓端形橋墩，高度較小，基本約為3.2～4.8 m，橋臺(tái)采用矩形空心臺(tái)，基礎(chǔ)采用直徑1.0 m的鉆孔樁，樁長(zhǎng)約為21～23 m。

圖1 測(cè)試大橋Fig. 1 The monitored bridge

高速鐵路橋上軌道采用CRTSⅡ型板式無(wú)砟軌道(圖3)，無(wú)砟軌道由鋼軌、彈性扣件、預(yù)制軌道板、砂漿調(diào)整層及支承層等部分組成，其結(jié)構(gòu)尺寸見(jiàn)圖2。軌道板厚度200 mm，寬度2 550 mm，采用預(yù)應(yīng)力鋼筋進(jìn)行加固，混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C55，砂漿層厚度30 mm，采用水泥乳化瀝青砂漿，主要起到防震以及黏結(jié)軌道板與底座板的作用；底座板厚度300 mm，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

圖2 橋梁典型橫截面(單位：mm)Fig. 2 Typical cross-section of bridge

圖3 橋上CRTSⅡ型板式無(wú)砟軌道Fig. 3 CRTSII slab ballastless track

1.2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

選用標(biāo)定后的精細(xì)監(jiān)測(cè)元件及儀器，在高速鐵路列車(chē)運(yùn)營(yíng)天窗期，進(jìn)場(chǎng)對(duì)典型橋梁斷面的鋼軌、軌道板、道床板、橋梁等不同結(jié)構(gòu)部位布置振動(dòng)加速度與振動(dòng)位移監(jiān)測(cè)元件，測(cè)試不同車(chē)型、不同時(shí)速列車(chē)激勵(lì)下無(wú)砟軌道-橋梁系統(tǒng)的動(dòng)力響應(yīng)。

為考察橋梁不同橋跨以及橋跨不同典型斷面的動(dòng)響應(yīng)規(guī)律，選擇與兩端橋臺(tái)分別相接的兩孔簡(jiǎn)支梁及中間一孔簡(jiǎn)支梁為測(cè)試對(duì)象(圖4)，對(duì)選定的3個(gè)簡(jiǎn)支梁橋跨1/4跨、1/2跨(跨中)等關(guān)鍵斷面處布置監(jiān)測(cè)元件，建立多斷面多結(jié)構(gòu)層的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，不同斷面元件詳細(xì)布置見(jiàn)圖5。

圖4 橋跨監(jiān)測(cè)布置Fig. 4 Bridge span monitoring arrangement

2 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證

通過(guò)加速度傳感器與速度傳感器可以監(jiān)測(cè)得到列車(chē)激勵(lì)下不同監(jiān)測(cè)斷面及不同測(cè)點(diǎn)的加速度與速度振動(dòng)響應(yīng)情況。然而由于某些偶然因素(比如元件松動(dòng)、元件安裝不當(dāng)?shù)?，導(dǎo)致部分監(jiān)測(cè)元件測(cè)得信號(hào)出現(xiàn)異常。為校核監(jiān)測(cè)點(diǎn)信號(hào)數(shù)據(jù)，利用DASP軟件對(duì)比監(jiān)測(cè)點(diǎn)的原始速度時(shí)程曲線與該點(diǎn)由加速度曲線積分得到的速度時(shí)程曲線，倘若兩速度曲線的幅值及振動(dòng)規(guī)律基本一致，則可說(shuō)明此點(diǎn)信號(hào)數(shù)據(jù)可用，如果出現(xiàn)較大偏差，說(shuō)明該測(cè)點(diǎn)的加速度傳感器或者速度傳感器已經(jīng)出現(xiàn)問(wèn)題。

圖6 監(jiān)測(cè)信號(hào)驗(yàn)證Fig. 6 Monitoring signal verification

`圖6(a)為橋面某監(jiān)測(cè)點(diǎn)在8編組列車(chē)通過(guò)時(shí)得到的速度時(shí)程曲線S1，圖6(b)為該橋面監(jiān)測(cè)點(diǎn)加速度曲線一次積分后得到的曲線S2。由圖可知，S1曲線最大速度為1.37×10-3m/s，而且輪對(duì)效應(yīng)非常明顯，S2曲線最大速度為1.31×10-3m/s，輪對(duì)效應(yīng)出現(xiàn)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)與S1曲線時(shí)間節(jié)點(diǎn)基本一致，因此可以認(rèn)為原始速度監(jiān)測(cè)曲線和積分得到的速度曲線吻合，該點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)有效。采用此種方法可有效剔除異常數(shù)據(jù)。

3 試驗(yàn)成果分析

運(yùn)用上述驗(yàn)證手段對(duì)行車(chē)激勵(lì)下無(wú)砟軌道-橋梁系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效校對(duì)，進(jìn)一步對(duì)軌道-橋梁系統(tǒng)在不同車(chē)速下的振動(dòng)加速度與振動(dòng)位移進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，分析不同車(chē)速下各結(jié)構(gòu)層的振動(dòng)響應(yīng)及其衰減特性以及軌道結(jié)構(gòu)與橋面的協(xié)調(diào)變形特性。

3.1 加速度響應(yīng)分析

列車(chē)激勵(lì)作用對(duì)軌道及橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的動(dòng)力沖擊，不僅影響軌道及橋梁結(jié)構(gòu)的工作性能及使用壽命，并且對(duì)列車(chē)的運(yùn)行安全及乘客舒適性產(chǎn)生不利影響。為了盡量避免這種不利影響，《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定：橋面豎向振動(dòng)加速度要小于5 m/s2?？梢?jiàn)，振動(dòng)加速度是軌道結(jié)構(gòu)及橋梁動(dòng)力特性的關(guān)鍵控制指標(biāo)。選取CRH380A-001列車(chē)經(jīng)過(guò)的測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)整理，深入分析豎向、橫向振動(dòng)加速度響應(yīng)規(guī)律。

3.1.1 豎向振動(dòng)加速度

圖7為典型測(cè)點(diǎn)豎向振動(dòng)加速度時(shí)程曲線圖。當(dāng)輪對(duì)經(jīng)過(guò)測(cè)點(diǎn)時(shí)刻，測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)振動(dòng)峰值，此為“輪對(duì)效應(yīng)”。圖7(a)為鋼軌測(cè)點(diǎn)加速度時(shí)程曲線，時(shí)程曲線“輪對(duì)效應(yīng)”明顯，中間車(chē)廂相鄰轉(zhuǎn)向架產(chǎn)生振動(dòng)疊加，比車(chē)頭、車(chē)尾單轉(zhuǎn)向架振動(dòng)加速度稍大，最大值約1 300 m/s2；圖7(b)為軌道板測(cè)點(diǎn)加速度時(shí)程曲線，軌道板與鋼軌振動(dòng)規(guī)律基本一致，由于動(dòng)力波在路基結(jié)構(gòu)層傳遞過(guò)程中的能量衰減，同時(shí)受軌道板尺寸結(jié)構(gòu)及材料特性影響，各時(shí)刻振動(dòng)加速度較鋼軌要小，“輪對(duì)效應(yīng)”更不明顯，軌道板豎向振動(dòng)加速度最大值約為30 m/s2。

圖7 典型測(cè)點(diǎn)豎向加速度時(shí)程曲線Fig. 7 Vertical acceleration time-history curve of typicalmeasuring points

圖8為6#簡(jiǎn)支梁跨中各結(jié)構(gòu)層在不同行車(chē)速度下的豎向振動(dòng)加速度測(cè)值。由圖8可知，在行車(chē)速度為290～350 km/h情況下，鋼軌、軌道板、底座板及橋面豎向振動(dòng)加速度與行車(chē)速度的相關(guān)關(guān)系規(guī)律基本一致，即隨著列車(chē)行車(chē)速度的增大而增大，并且在列車(chē)速度320～340 km/h之間達(dá)到峰值，峰值后隨著列車(chē)速度的繼續(xù)增大而在一定范圍內(nèi)維持不變，這與文獻(xiàn)[6]研究結(jié)論一致。鋼軌豎向加速度平均值在1 500 m/s2左右，而軌道板、底座板及橋面平均值相繼為24、1.7、0.7 m/s2左右，可見(jiàn)，鋼軌與軌道結(jié)構(gòu)層的振動(dòng)加速度響應(yīng)數(shù)量級(jí)相差較大，而橋面振動(dòng)加速度小于5 m/s2，滿(mǎn)足《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》。

圖8 不同行車(chē)速度下跨中結(jié)構(gòu)各層的豎向振動(dòng)加速度Fig. 8 Vertical vibration acceleration of stratums of mid-span structures at different vehicle speeds

表1給出了6#跨中豎向振動(dòng)加速度幅值范圍及結(jié)構(gòu)層間傳遞率。由表1可知，在CRH380A-001綜合檢測(cè)列車(chē)激勵(lì)作用下，鋼軌、軌道板、橋面板、橋面、墩臺(tái)及地面均產(chǎn)生不同程度的振動(dòng)，其中梁體跨中鋼軌豎向振動(dòng)加速度幅值高達(dá)693.89～1 734.20 m/s2，其傳遞給軌道板和底座板的傳遞率小于2%和12%，其余各層間傳遞率略高但均小于42%。由此可見(jiàn)，受扣件阻尼及軌道結(jié)構(gòu)材料動(dòng)力性能影響，鋼軌傳遞給軌道及橋梁結(jié)構(gòu)的振動(dòng)能量衰減很大。

表1 跨中豎向振動(dòng)加速度幅值及層間傳遞率Table 1 Acceleration amplitude and interlayer transfer rate of vertical vibration in mid-span

3.1.2 橫向振動(dòng)加速度

圖9給出了6 #各結(jié)構(gòu)層的不同行車(chē)速度下橫向振動(dòng)加速度的變化情況。在行車(chē)速度為290～350 km/h情況下，各結(jié)構(gòu)層橫向振動(dòng)加速度響應(yīng)數(shù)量級(jí)與豎向振動(dòng)加速度基本一致，并且鋼軌振動(dòng)加速度明顯大于軌道各結(jié)構(gòu)層振動(dòng)加速度；另外鋼軌及各結(jié)構(gòu)層橫向振動(dòng)加速度小于豎向振動(dòng)加速度，與行車(chē)速度沒(méi)有明顯相關(guān)關(guān)系。梁體跨中鋼軌橫向加速度幅值為441 ～870 m/s2，見(jiàn)表2，其傳遞給軌道板的傳遞率為1.9%～5.3%，比豎向加速度傳遞率稍大，傳遞給底座板的傳遞率為3.5%～9.2%，比豎向加速度傳遞率稍小，其余各層間傳遞率略高但均小于63%。

圖9 不同行車(chē)速度下跨中結(jié)構(gòu)各層的橫向振動(dòng)加速度Fig. 9 Transverse vibration acceleration of stratums of mid-span structures at different vehicle speeds

車(chē)型位置加速度幅值范圍/(m·s-2)層間傳遞率/%CRH380A-001鋼軌441.230～869.980—軌道板8.420～46.0101.9～5.3底座板0.776～1.6003.5～9.2橋面板0.357～0.64440.2～46.0墩(臺(tái))頂0.223～0.33952.7～62.4地面0.023～0.07810.3～22.9

3.2 梁體豎向動(dòng)位移響應(yīng)分析

針對(duì)無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)動(dòng)力變形方面的研究較多[11-13]，而梁體動(dòng)力變形的試驗(yàn)研究成果并不多見(jiàn)。橋梁作為軌道結(jié)構(gòu)的下部支承，其結(jié)構(gòu)變形直接影響到行車(chē)的安全性與舒適性，因此《高速鐵路橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)高速鐵路橋梁的變形提出了嚴(yán)格的要求。結(jié)合試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)，考慮到梁體橫向動(dòng)位移很小且無(wú)特別明顯規(guī)律，故以下針對(duì)梁體豎向動(dòng)位移響應(yīng)進(jìn)行分析。

圖10給出了1#、6#及12#橋跨梁體測(cè)點(diǎn)在不同行車(chē)速度下的豎向動(dòng)位移測(cè)值，其中圖10(a)為梁體跨中豎向動(dòng)位移，圖10(b)為梁體1/4跨豎向動(dòng)位移。當(dāng)測(cè)試列車(chē)以5 km/h速度通過(guò)橋梁時(shí)，由于列車(chē)速度很小，其引起梁體慣性力作用也很小，因此，可認(rèn)為1#孔、6#孔、12#孔梁體跨中截面的動(dòng)位移為準(zhǔn)靜態(tài)豎向位移，其值分別為-0.541、-0.500、-0.527 mm。由圖10可知，在行車(chē)速度為290～350 km/h情況下，梁體跨中及1/4跨測(cè)點(diǎn)豎向動(dòng)位移與列車(chē)行車(chē)速度沒(méi)有明顯相關(guān)關(guān)系，不同橋跨豎向動(dòng)位移在320～340 km/h達(dá)到最大值，達(dá)到最大值后隨著車(chē)速的增加不再增加。1#、6#及12 #橋跨跨中豎向動(dòng)位移測(cè)值在-0.439～-0.567 mm范圍內(nèi)變化，1/4跨豎向振動(dòng)位移幅值范圍為-0.226～-0.426 mm，其中6 #橋跨跨中豎向動(dòng)位移值普遍比1 #及12 #橋跨要小，而1/4跨豎向動(dòng)位移值比1#及12#橋跨要大，這可能由不同橋跨結(jié)構(gòu)差異導(dǎo)致(1#、12#橋跨連接橋臺(tái)，而6#橋跨處于橋梁中間)。

圖10 梁體豎向動(dòng)位移與行車(chē)速度關(guān)系Fig. 10 Relationship between vertical dynamic displacement of beam body and vehicle driving speed

為了進(jìn)一步分析梁體在不同行車(chē)速度列車(chē)作用下的變形特性，圖11分別繪制了1#、6#和12#的梁體跨中及1/4跨豎向動(dòng)位移最大值與行車(chē)速度的關(guān)系。由圖11可知，在行車(chē)速度為290～350 km/h情況下，跨中與1/4跨豎向動(dòng)位移最大值與受行車(chē)速度的影響不大，豎向動(dòng)位移最大值隨行車(chē)速度的增加而基本與準(zhǔn)靜態(tài)位移持平，跨中豎向動(dòng)位移最大值為1/4跨的1～2倍，其中1#、6#及12#梁體跨中最大豎向動(dòng)位移分別為-0.554、-0.506、-0.567 mm，1#、6#及12#梁體1/4跨最大豎向動(dòng)位移分別為-0.372、-0.426、-0.407 mm?！陡咚勹F路橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定高速鐵路橋梁在列車(chē)時(shí)速350 km/h下豎向最大位移不能超過(guò)L/1 600=0.02 m(L為跨度，文中取32 m)，可見(jiàn)該高速鐵路橋梁滿(mǎn)足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

圖11 梁體豎向動(dòng)位移最大值與行車(chē)速度關(guān)系Fig. 11 Relationship between maximum vertical dynamic displacement of beam body and vehicle driving speed

3.3 軌道結(jié)構(gòu)-橋面協(xié)調(diào)變形分析

在行車(chē)激勵(lì)作用下，由于無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)軌道板與底座板以及底座板與梁體在結(jié)構(gòu)尺寸、結(jié)構(gòu)剛度等方面的不同，不同結(jié)構(gòu)層會(huì)產(chǎn)生變形差異，劣化軌道工作性能。通過(guò)在軌道板與底座板間、底座板與橋面板間布置差動(dòng)式位移傳感器，獲得列車(chē)過(guò)橋時(shí)各結(jié)構(gòu)層間的相對(duì)動(dòng)位移，揭示不同行車(chē)速度條件下軌道結(jié)構(gòu)-橋面的協(xié)調(diào)變形特性。

3.3.1 軌道板-底座板相對(duì)位移

圖12給出了1#、6#及12#簡(jiǎn)支梁測(cè)點(diǎn)軌道板-底座板的豎向及橫向相對(duì)動(dòng)位移值。由圖12可知，在行車(chē)速度為290～350 km/h情況下，軌道板-底座板豎向相對(duì)動(dòng)位移隨行車(chē)速度的增大總體上呈現(xiàn)先增大后減小趨勢(shì)，并且在列車(chē)速度330～340 km/h達(dá)到最大值，但有部分離散點(diǎn)；軌道板-底座板豎向相對(duì)動(dòng)位移在0.02～0.244 mm幅值范圍內(nèi)變化，1#跨測(cè)值總體上要稍大于6#及12#測(cè)值。而軌道板-底座板橫向相對(duì)位移與行車(chē)速度沒(méi)有明顯的相關(guān)關(guān)系，這與列車(chē)激勵(lì)荷載主要為豎向荷載有關(guān)，其值在0.008～0.024 mm范圍內(nèi)變化，明顯要小于豎向相對(duì)動(dòng)位移，同時(shí)6#跨測(cè)值總體上要稍小于6#及12#測(cè)值。

表3統(tǒng)計(jì)出了1#、6#及12#簡(jiǎn)支梁測(cè)點(diǎn)軌道板-底座板的豎向及橫向相對(duì)動(dòng)位移的最大值。由表3可知，在行車(chē)速度為290～350 km/h情況下，1#、6#及12#簡(jiǎn)支梁跨中豎向相對(duì)動(dòng)位移最大值在0.095～0.244 mm之間變化，并且隨著行車(chē)速度的增加總體呈現(xiàn)增大后減小趨勢(shì)，在車(chē)速320～340 km/h之間達(dá)到最大值，為0.244 mm；不同車(chē)速下跨中橫向相對(duì)動(dòng)位移最大值在0.009～0.035 mm之間變化，與行車(chē)速度沒(méi)有明顯的相關(guān)關(guān)系，豎向相對(duì)位移最大值約為橫向的6～10倍。

圖12 軌道板-底座板相對(duì)位移Fig. 12 Track plate-base plate relative displacement

測(cè)點(diǎn)位置列車(chē)經(jīng)過(guò)測(cè)點(diǎn)時(shí)速度/(km·h-1)5290300310320340350跨中豎向/mm1#0.2090.1800.1870.1360.2090.2440.1456#0.1170.1670.1210.1050.1380.1920.05612#0.1310.1180.0950.1040.1420.2400.066跨中橫向/mm1#0.0360.0230.0350.0170.0190.0280.0246#—0.0090.0110.0120.0120.0110.01312#—0.0220.0180.0170.0240.0330.016

3.3.2 底座板-橋面相對(duì)位移

軌道板通過(guò)CA砂漿層與底座板黏結(jié)，軌道板與底座板的相對(duì)動(dòng)位移規(guī)律揭示了動(dòng)力荷載作用下，不同材料特性的結(jié)構(gòu)層由于輪對(duì)作用動(dòng)力波傳遞的時(shí)效性導(dǎo)致變形存在時(shí)間滯后，進(jìn)而引起不同結(jié)構(gòu)層的相對(duì)變形。橋面板作為無(wú)砟軌道鋪設(shè)的基礎(chǔ)，橋面與底座板的相對(duì)變形同樣影響軌道工作性能。圖13給出了1#、6#及12#簡(jiǎn)支梁測(cè)點(diǎn)底座板-橋面的豎向及橫向相對(duì)位移值。由圖13可知，在行車(chē)速度為290～350 km/h情況下，底座板-橋面豎向及橫向相對(duì)動(dòng)位移與行車(chē)速度沒(méi)有明顯的相關(guān)關(guān)系，測(cè)值點(diǎn)較為離散，豎向相對(duì)動(dòng)位移在0.005～0.024 mm幅值范圍內(nèi)變化，橫向相對(duì)動(dòng)位移在0.003～0.017 mm范圍變化。

表4統(tǒng)計(jì)出了1#、6#及12#簡(jiǎn)支梁測(cè)點(diǎn)底座板-橋面的豎向及橫向相對(duì)動(dòng)位移的最大值。由表4可知，在行車(chē)速度為290～350 km/h情況下，1#、6#及12#簡(jiǎn)支梁跨中豎向相對(duì)動(dòng)位移最大值在0.009～0.024 mm之間變化，受行車(chē)速度的影響不大；不同車(chē)速下跨中橫向相對(duì)動(dòng)位移最大值在0.005～0.017 mm之間變化，跨中豎向相對(duì)動(dòng)位移最大值約為橫向的1～2倍。

通過(guò)以上對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知，軌道板-底座板與底座板-橋面相對(duì)動(dòng)位移都很小，基本處在毫米級(jí)以下。然而值得注意的是，在列車(chē)長(zhǎng)期動(dòng)力循環(huán)加卸載條件下，此種相對(duì)位移可能引起不可忽視的塑性累積變形，進(jìn)而導(dǎo)致軌道線路彎曲，劣化軌道工作形態(tài)，影響列車(chē)安全運(yùn)行。

表4 列車(chē)不同行車(chē)速度下底座板-橋面板相對(duì)位移最大值Table 4 Maximum relative displacement of the base plate-deck plate at different driving speeds of the train

圖13 底座板-橋面板相對(duì)位移Fig. 13 Base plate-deck plate relative displacement

4 結(jié) 論

針對(duì)滬昆高鐵某32.0 m標(biāo)準(zhǔn)跨徑預(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)支箱梁進(jìn)行動(dòng)力響應(yīng)測(cè)試，研究該無(wú)砟軌道-橋梁結(jié)構(gòu)振動(dòng)加速度、梁體豎向動(dòng)位移以及軌道結(jié)構(gòu)-橋面協(xié)調(diào)變形特性，得到以下結(jié)論：

1)在行車(chē)速度為290～350 km/h情況下，該預(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)支箱梁梁體跨中豎向振動(dòng)加速度隨著列車(chē)行車(chē)速度的增大而增大，并且在列車(chē)速度320～340 km/h之間達(dá)到峰值，峰值后隨著列車(chē)速度的繼續(xù)增大而在一定范圍內(nèi)維持不變；梁體跨中各結(jié)構(gòu)層豎向加速度大于橫向加速度，且鋼軌與軌道結(jié)構(gòu)層的加速度響應(yīng)數(shù)量級(jí)相差較大。

2)梁體跨中各層結(jié)構(gòu)的豎向、橫向加速度從上至下呈現(xiàn)十分明顯的逐級(jí)減小趨勢(shì)，振動(dòng)衰減較為明顯，鋼軌傳遞振動(dòng)給軌道板和底座板的傳遞率偏小，由橋面板傳給墩臺(tái)的傳遞率較高。

3)在行車(chē)速度為290～350 km/h情況下，該預(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)支箱梁梁體跨中及1/4跨測(cè)點(diǎn)豎向動(dòng)位移與列車(chē)行車(chē)速度沒(méi)有明顯相關(guān)關(guān)系，跨中豎向動(dòng)位移測(cè)值在-0.439～-0.567 mm范圍內(nèi)變化，1/4跨豎向振動(dòng)位移幅值范圍為-0.226～-0.426 mm，振動(dòng)變形滿(mǎn)足《高速鐵路橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》要求。

4)軌道板-底座板間相對(duì)動(dòng)位移遠(yuǎn)大于底座板-橋面板間相對(duì)動(dòng)位移，豎向相對(duì)動(dòng)位移均大于橫向相對(duì)動(dòng)位移。在行車(chē)速度為290～350 km/h情況下，1#、6#及12#簡(jiǎn)支梁軌道板-底座板跨中豎向相對(duì)動(dòng)位移最大值為0.244 mm，底座板-橋面板跨中豎向相對(duì)動(dòng)位移最大值為0.024 mm。長(zhǎng)期動(dòng)力循環(huán)加卸載條件下，此種相對(duì)動(dòng)位移可能引起此類(lèi)無(wú)砟軌道-橋梁結(jié)構(gòu)不可忽視的塑性累積變形，劣化軌道工作形態(tài)，影響列車(chē)行車(chē)安全。