安庆长江大桥桥上无缝线路设计方案研究

安庆 长江大桥主桥为 大跨 度钢桁梁斜拉 桥 ， 铺上 无缝线路之后 ， 斜拉桥主梁 、 拉索和索塔 以及钢轨形 成
两线 为客运专 线 ， 两线为 Ｉ 级干 线 ， 中宁安线设 计 其 行 车时速 为 ２ ０ ｋ ／ ， 景 铁 路 设 计 行 车 速 度 为 ５ ｍ ｈ 阜 １０ ｋ ／ ， 留 ２ ０ｋ ／ ６ ｍ ｈ 预 ０ ｍ ｈ条件 。安庆 长江大桥 主桥
Ｋｅ ｏ ｄ ： ｒｅ ｐ ｎｃｂｅ ｔｙｄｂｉｇ ， ｏ ｔ ｕ ｕｌ ｗ ｌ ｄｒｉ ｄ ｓ ｎｎ ｃｅ ｅ ｘ ａｓ ｎｒｉｊｉ ｙＷ ｒ ｓｌ ｇ —ｓａ ａ ｌ —ｓ ｅ ｒ ｅ ｃｎｉ ｏｓ ｅ ｅ ｌ ｅｉ ｉｇｓｈ ｍ ，ｅｐｎｉ ｌｏ ｔ ａ ａ ｄ ｎ ｙ ｄ ａ， ｇ ｏ ａ ｎ
梁 一轨” 合 作 用模 型 ， 耦 对安 庆 长江 大 桥 桥 上 无
桩 基础纵 向刚度 采 用线 性 弹 簧模 拟 ， 侧 引桥 墩 台 两
纵 向刚度 也采用线 性 弹簧模拟 。斜拉 桥主梁 上 的配
缝线 路几种 设计 方 案进 行 对 比分 析 ， 定 出最 优 的 确
无缝 线路结 构设计 方案 。
空间组合体 系， 设无缝 线路后 ， 铺 在荷 载作 用下 ， 会形 成“ 一索 一梁 一轨 ” 塔 耦合 作 用体 系， 无缝 线 其 路 力学传递 机理较 一般桥 上无缝 线路 更为复 杂。通过 建立 大跨 度斜拉 桥 “ 一索 一梁 一轨 ” 塔 耦合模
型， 对安 庆长 江大桥桥 上无缝 线路 纵 向力进行 计算 分析 ， 比选 大跨 度钢 桁 梁斜 拉桥 上无缝 线路 多种
道， 采用 ６ ｇｍ钢轨 ， ０ｋ／ Ⅲ型钢筋 混凝土 轨枕配套 弹 条 Ｉ型扣 件 ， 中铺设 护轮 轨地 段 采用 新 Ⅲ型有 挡 Ｉ 其
肩混凝 土桥枕 ， 每公 里铺设 １６ ７根 。 ６
景德镇铁路的重要组成部分 ， 为新建四线铁路， 其中
第２ ６卷 第 ３期
曹
龙 ： 庆 长江 大 桥 桥 ｊ无缝 线 路 设 计 方 案 研究 发
・
３ ・ ８
铁 路 工 程 造 价管 理
２１ ０ １年 ５月
安 庆 长 江 大 桥 桥 上 无 缝 线 路 设 计 方 案 研 究
曹 龙
（ 中铁 第四勘察设计院集团有 限公 司，湖北 武汉 ４ ０ ６ ） ３０ ３
摘 要 ： 庆长 江大桥 为大跨 度钢 桁 梁斜拉 桥 ， 上铺 设 无缝 线路 。大跨 度斜 拉桥 结构 复杂 ， 安 桥 为塔 一索 一梁
Ｗｅｄ ｄ Ｒ ｉ ｎ ｔｅＡｎ ｉｇ—Ｃ ａ ｇｉｎ ｒｄ ｅ ｌｅ ａｌ ｏ ｈ ｑｎ — ｈ ｎ ｊ ｇＢ ｉｇ ｓ ａ
Ａ ｓ ａ ｔＴ ｅＡ ｑｎ —Ｃ ａ ｇ ｎ ｒ ｇ ｓａｌ ｇ ｂ ｔ ｃ ：ｈ ｎ ｉｇ ｈ ｎｊ ｇＢ ｄ ｅｉ ａ ｅ—ｓａ ａｌ ｒ ｉ ｉ ｒ ｐ ｎｃｂｅ—ｓ ｙｄ ｓ ｅ ｔ ｓ ｂ ｄ ｅ ａ ｄｔｅｃｎ ｎ ｏｓ ｔ ｅ ｔ ｌ ｒ ｓ ｒ ｇ ． ｎ ｈ ｏｔ ｕｕｌ ａ ｅ ｕ ｉ ｉ ｙ
ｔｗｅ ｓ，ｃ ｂ ｅ ｏ ｒ ａ ｌｓ，ｇｒ ｅ ｓ ｎ ａｌ． Ｔｈ ｅ ｈ ｎｓ ｏ ｏｃ ｒ ｎ ｉ ｏ ｆｔ ｅ ｃ ｎ ｉ ｕ ｕ ｌ ｌ ｅ ａｌ ｎ ｉｄ ｒ ，ａ ｄ ｒ ｉｓ ｅ ｍ ｃ ａ ｉｍ ｆｆｒ ｅ ｔａ ｓｔ ｎ ｏ ｈ ｏ ｔｎ ｏ ｓｙ ｗｅｄ ｄ ｒ ｉｓ ｏ ｉ
ｗｅｄ ｄ ｒ ｉｓａ ｅ ｌｉ ｎ ｔ ｅ ｂ ｉ ｇ ．Ｓ ｎ ｅ，ｔ ｅｌ ｒ ｅ—ｓ ａ ａ ｌ ｌｅ ａｌ ｒ ａｄ ｏ ｈ ｒｄ ｅ ｉ ｃ ｈ ａｇ ｐ ｎ ｃ ｂｅ—ｓａ ｅ ｔｅ ｒ ｓ ｒｄ ｅ ｈ ｓａ ｃ ｍｐ ｅ ｔｙ ｄ ｓｅ ｌｔｕ ｓｂ ｇ ａ ｏ ｌｘ ｉ ｓｒ ｃｕ ｅ，ａｔｒ ｔｅ ｃ ｎ ｉ ｕ ｕ ｌ ｌ ｅ ａ ｌ ｒ ａｄ，ｔ ｅ ｌａ ｌ ｍａ ｅ ｔ ｅ ｂ ｉ ｇ ｏ ｐｅ ｙ ｔｍ ｆ ｔｕ ｔ ｒ ｆ ｈ ｏ ｔｎ ｏ ｓｙｗｅｄ ｄ ｒ ｉｓａ ｅ ｌ ｉ ｅ ｈ ｏ ｄ ｗｉ ｋ ｈ ｒｄ ｅ ａ ｃ ｕ ｌ ｄ ｓ ｓｅ ｏ ｌ
采用 （０ ． ＋１８５＋ ８ ２７５＋ ５ ． １６０ Ｉ 双 １１５ ８． ５０＋ １． １９５＋ １．）ｑ ｉ
“ 一 一 一 ” 塔 索 梁 轨 耦合体 系 ， 四者之间相互作 用 。斜
拉桥在体 系温度变化或列 车荷载作用 时会通过道 床或 扣件系统带 动梁 上铺设 的钢轨 一起 受力 和变 形 。另 外， 长轨条因列 车起动／ 制动 、 钢轨 折断或 位于无 缝线 路伸缩区产生纵 向位 移 ， 过扣件 系统及道 床对主梁 通 施加纵 向力 ， 主梁 通过 拉索 又将 该纵 向力 传 至桥塔 。 因此 ， 大跨 度斜拉桥桥上无缝 线路力学传递 机理较一 般桥上无缝线路更 为复杂 ， 增大了桥上无 缝线路设计 的困难 ， 需对其设计方案展开系统深入 的研究。
＋１８ ５＋ ８ ２ ７ ５＋１ ９ ５＋１ ６ ０ ｍ斜 拉桥 ＋ ８ ． ５ ０＋ １ ． ５． ．） １ ３跨 ６ Ｉ 支梁 ＋１０ｍ路 基 。钢 轨两端 节点位 于 ４Ｉ 简 Ｔ ０ 无缝 线路 固定 区 ， 限元 模 型 中按 固结 约束 进 行 处 有 理。 安庆长 江大桥 桥上无 缝线 路空 间一体化 模型 如 图 ２所 示 。主梁 和桥塔按 照实 际空 间位置离 散为 三
塔 三索 面钢桁 梁斜拉 桥 方 案 ， 梁 全长 １３ ３ｍ， 桥 ６ 主
跨 ５０ｍ， 目前 同类 铁 路桥 梁 中的 最 大跨 度 。其 ８ 是
立 面布 置如 图 １所示 。主梁在 所有桥 墩上均设 竖 向 和横 向约 束 ， 塔 与 主梁 之 间设 纵 向水 平 约 束 ， ４号 ３
ｓ ｈ ｍｅ ，ａ ｄ ｐ ｏ ｓ ｓａ ｆ ａ ｉ ｌ ｅ ｉｎ ｎ ｃ ｅ ｒｔｅ ｓｒ ｃｕ ｅ ｏ ｈ ｏ ｔｎ ｏ ｌ ｌ ｅ ａ ｌ． ｃ ｅ ｓ ｎ ｒｐｏ ｅ ｅ ｓｂ ｅ ｄ ｓｇ ｉ ｇ ｓ ｈ ｍｅ ｆ ｈ ｔ ｔｒ ｆｔｅ ｃ ｎｉ ｕ ｕｓｙ ｗｅｄ ｄ ｒ ｉｓ ｏ ｕ
・３ ・ ９
图 １ 安 庆 长 江 大 桥 立 面 布置 示 意
安 庆长 江大桥 主桥温 度跨 度较 大 ， 到 ９ ２ ｍ。 达 ０ 在温度 荷载或列 车 荷载 作 用 下 ， 主梁 纵 向位移 的增 大会引起 很大 的梁 轨之 间相 互作 用 力 ， 该 桥孔 跨 且 为非对称 布置 ， 两端 主 梁在 荷 载作 用 下 的 纵 向位 移
ｓ ｃ ｒｄ ｅｉ ｒ ｏ ｌｃ ｔ ｄ ｔ ａ ｈａ ｎ ｏｈ ｒｂ ｄ ｅ ．Ｂｙ ｓ ｔｉｇ ａｃ ｕ ｌｄ ｍｏ ｅ ｆｔｗｅｓ，ｃ ｂｅ ｕ ｈ ａｂ ｇ ｓｍｏ ｅｃ ｍｐ ｉａｅ ｈ ｎ ｔ ｔｏ ｔ ｅ ｒ ｇ ｓ ｉ ｉ ｅｔ ｏ ｐ ｅ ｄ ｌｏ ｎ ｏ ｒ ａ ｌｓ，
不 一致 ， 需考 虑钢 轨伸 缩 调 节器 动 程 的合 理 选 择 故
以及小 阻力 扣件 如 何 布置 的问题 。另外 ， Ｆ３号 由＝
塔 与梁 问使 用带 限位 功 能 的粘 滞 阻尼 器 ， 缩 力计 伸
算 时 ， 、 之间纵 向可 自由活 动 ， 当列车 制动 时 ， 塔 梁 但 桥塔上 的阻尼 限 位器 就会 限制 主梁 的位 移 ， 致使 梁 轨相互 作用方 式发生 改变 ， 因此 ， 伸缩力 和制 动力计 算模 型应考虑 不 同 的约束 条 件 ， 实地 反 映 其 梁轨 真 相互作 用 。通 过建立 大 跨度 钢 桁梁 斜 拉桥 “ 一索 塔
一
维 梁 单 元 ； 索 离 散 为 索 单 元 ， 弹 性 模 量 采 用 拉 其 Ｅｎｔ ｒｓ公式 进行修 正 ； 和辅 助墩 也 离散 为三 维梁 桥墩 单元 ； 钢轨采用 梁单 元理论 计算 ； 两侧 引桥 的上 下翼
缘 厚度 采用 刚臂进 行模 拟 ， 按 照 各 自的截 面特 性 并 和材料特 性赋值 进行 计算 。线路纵 向阻力用非 线性 弹 簧单元 模拟 ， 拉桥 桥塔 、 斜 桥墩及 辅助墩 的承 台底
设 计方案 ， 出可行 的无缝 线路 结构设 计方 案。 提
关键词 ： 大跨度 ； 斜拉桥 ； 无缝 线路 ； 计方案 设
中图分类 号 ：２ ４ Ｆ ８
文 献标识码 ： Ａ
文章 编号 ：０ ７— ８０ ２ １ ）３— ０ ８— ５ １０ ９ ９ （ ０ １ ０ ０ ３ ０
Ｔｈｅ Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｔ ｓｇ ｉ ｇ Ｓ ｈｅ ｅ ｆｔ ｅ Ｃｏ ｔｎ ｕ ｌ ｓ ａ ｃ ｎ ｈｅ Ｄｅ ｉ ｎ ｎ ｃ ｍ ｓ ｏ ｈ ｎ ｉ ｕｏ ｓｙ
非线 性有 限元模 型对安 庆长江 大桥桥 上无缝 线路 进
图 ２ 安 庆 长 江 大桥 桥 上 无 缝 线 路 纵 向 力计 算 模 型 示惹
２ ２ 计 算参 数 ． 斜 拉桥 体系 温差 。根 据 当地历年 最高气 温和历 年最低 气 温 ， 安庆 长江大 桥体 系温差 取为 ： 混凝土 主
号 塔与梁 间使 用带 限位 功能 的粘滞 阻尼器 。阻尼器 对 温度 变化 、 车辆活 载等缓慢 荷载 不约束 ， 但对车 辆 制 动 、 动风 、 脉 船撞和地 震等 冲击荷 载激励 下 的动 力
响应 产生 阻尼 作用 。安 庆长 江大桥 全桥铺设 有砟 轨
１ 工 程 概 况
安 庆长江 大桥是南 京至安 庆城 际铁路 和阜 阳至
ｈｌｏｃ ｆｈ ｏｔ ｕ ｕｌ ｗ ｌｅ ａｌ ｏ ｅＡ ｑｎ Ｃ ａ ｇａ ｇＢ ｄ ｅ ｃｍ ａｅ ｓｖｒｌ ｅｉ ｉ ａ ｆｒ ｏ ｅｃｎｉ ｏ ｓ ｅ ｄｒｉ ｎｔ ｎ ｉｇ— ｈ ｎｊ ｎ ｒ ｇ ， ｏ ｐ ｒ ｅｅ ｓ ｎ ｇ ｅ ｔ ｎ ｙ ｄ ｓ ｈ ｉ ｉ ｓ ａｄ ｇ ｎ
重 等采用 质量点单 元 进 行模 拟 ， 期 恒 载采 用 均布 二
荷 载施 加 于桥梁上 的方 式进行 模拟 。
２ 计算 模 型 及 计 算参 数
２ １ 计算模 型 ． 安 庆 长 江大桥 为双塔 三 索 面钢 桁梁 斜 拉桥 ， 具 有很强 的空 间力学 特性 ， 且斜 拉 桥 本 身也 是 高 次超 静定结 构 ， 为塔 一索 一梁空 间结构 组合 体系 ， 有很 强的非线 性 。但 现 有 的常 规 梁 、 纵 向相 互作 用 力 轨 学模型无 法考 虑斜 拉索 的影 响 ， 能很 好 地 反 映大 不 跨 度斜拉桥 桥上 无缝 线 路 力学 传 递 机理 ， 与实 际情 况存 在很 大的差 别 ； 另外 ， 现有 汁算模 型也 无法分 析 桥 上一线制 动 ＋ 一线 牵引 、 桥上 发生 断 轨后 断轨 力 的重 分布等 特殊 工 况 。 因此 ， 项 目采用 三 维 空 问 本
ｇ ｒ ｅｓ，ａ ｄ ｒ ｉ ｏ ａ ｇ —ｓ ａ ａ ｌ ｉｄ ｒ ｎ ａｌ ｆ ｒａｌｒ ｅ ｓ ｐ ｎ ｃ ｂ ｅ— ｓａ ｅ ｒｄ ｅ，ｔ ｉ ａ ｅ ａｃ ｌｔｓ ａ ｄ ａ ａｙ ｅ ｈ ｏ ｇｔ ｄ — ｔｙｄ ｂ ｇ ｉ ｈ ｓｐ ｐ ｒｃ ｌｕ ａｅ ｎ ｎ ｌｚ ｓｔｅ ｌｎ ｉ ｉ ｕ
塔 ４１ Ｃ， 拉索 、 －５ｏ 斜 钢梁 及桥 面板 ±２ Ｃ。 ７ｑ
行精 Байду номын сангаас化分 析 。斜拉 桥 的计算模 型根 据安庆 长江 大 桥桥塔 、 斜拉 索及钢 板 桁 结 合梁 实 际 的空 问位 置及