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高速铁路桥梁检测技术第三部分评判标准、测试方法和数据处理方法中国铁道科学研究院铁道建筑研究所杨宜谦2011年10月1、评判标准自2009年12月1日，《高速铁路设计规范（试行）》实施，《客运专线无砟轨道铁路设计指南》、《新建时速300~350公里客运专线设计暂行规定》废止。
《新建时速200~250公里客运专线设计暂行规定》中关于250公里有关条文和内容废止。
z《客货共线铁路工程竣工验收动态检测指导意见》（铁建设[2008]133号）z《客运专线铁路工程竣工验收动态检测指导意见》（铁建设[2008]7号）z《高速铁路设计规范（试行）》（TB10621-2009）z《新建时速200~250公里客运专线铁路设计暂行规定》（铁建设[2005]140号）z《新建时速200公里客货共线铁路设计暂行规定》（铁建设函[2005]285号）z《既有线提速200km/h技术条件(试行)》（铁科技函[2006]747号）z《既有线提速200~250km/h线桥设备维修规则》（铁运[2007]44号）z《铁路桥梁检定规范》（铁运函[2004]120号）z《铁路桥涵设计基本规范》（TB10002.1-2005）z《铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范》（GB5599-85）z《铁道机车动力学性能试验鉴定方法和试验规范》（TB/T2360-93 ）z《高速动车组整车试验规范》（铁运[2008]28号）z日本《铁道构造物设计标准—混凝土结构》（2004）z日本《铁路结构物设计标准及其解释—变位限制》(2006年2月)z日本《铁路构造物设计标准及解说（钢桥、结合梁桥）》（2002年12月）z欧洲规范1：《对结构的作用—第2部分：桥梁的交通载荷》(DIN EN 1991-2:2004; German version EN 1991-2:2003)•在京津城际、合武线等早期的客运专线联调联试中，桥梁测试数据的评价主要依据铁建设[2007]47号《新建时速300~350公里客运专线铁路设计暂行规定》、铁建设函[2005]754号《客运专线无砟轨道铁路设计指南》、铁运函[2004]120号《铁路桥梁检定规范》和铁科技函[2006]747号《既有线提速200km/h技术条件（试行）》等相关标准。
第10卷第3期2013年6月铁道科学与工程学报JOURNAL OF RAILWAY SCIENCE AND ENGINEERINGVol.10No.3June2013无砟轨道温度梯度荷载对列车－路基上板式无砟轨道系统动力特性的影响徐庆元，范浩，李斌（中南大学土木工程学院，湖南长沙410075）摘要：在吸收国内外研究成果的基础上，建立能够考虑无砟轨道—路基系统各部件间接触状态非线性的列车－路基上板式无砟轨道三维有限元耦合动力学模型，并对建立的三维有限元耦合动力学模型进行相应验证。
运用建立的耦合动力学模型，对列车在路基上板式无砟轨道线路上高速行驶时，在列车荷载和无砟轨道温度梯度荷载共同作用下，列车－路基上板式无砟轨道耦合系统动力特性进行研究。
研究结果表明：无砟轨道温度梯度荷载对列车－路基上板式无砟轨道耦合动力学系统轮轨力特性影响很小，但对无砟轨道各部件动力特性有显著影响，在进行无砟轨道各部件动力特性研究时，有必要考虑无砟轨道温度梯度荷载的不利影响；对于Ⅱ型板式无砟轨道，无砟轨道温度梯度荷载对列车－路基上板式无砟轨道耦合动力学系统动力特性影响与裂缝间距有很大关系，裂缝间距越小，其影响越小。
关键词：三维有限元；耦合动力学；板式无砟轨道；温度梯度荷载；高速铁路中图分类号：U213文献标志码：A文章编号：1672－7029（2013）03－0001－06Influence of temperature gradient load of slab on dynamiccharacteristic of train－slab track on subgrade systemXU Qingyuan，FAN Hao，LI Bin（School of Civil Engineering，Central South University，Changsha410075，China）Abstract：A vehicle－slab track－subgrade three－dimensional finite element coupling dynamic model which can take the nonlinear contact state of different parts of slab track－subgrade system into account was established based on the domestic and foreign research results，and the corresponding program was developed and verified．With the established dynamic model，by using high－speed trains passing slab track on subgrade as example，dynamic characteristics of train－slab track on subgrade system were theoretically studied under temperature gra-dient load of slab and train load．The calculated results show that temperature gradient load of slab has little in-fluence on dynamic characteristics of wheel/rail vertical force，but it has significant effect on dynamic character-istics of different components of slab track，so the adverse influence of temperature gradientload cannot be ig-nored when studying the dynamic characteristics of different components of slab track．For II－type slab track the influence of temperature gradient load of slab track on dynamic characteristic of train－slab track on subgrade system is greatly related to crack spacing，and the shorter the crack spacing，the smaller the influence of temper-ature gradient load of slab track．Key words：three－dimensional finite element method；coupling dynamic；slab track；temperature gradient load；high－speed railway无砟轨道温度梯度荷载是无砟轨道的重要荷载，对无砟轨道受力及变形特性有很大影响，文献［1］的研究表明：无砟轨道温度梯度荷载引起的轨道板翘曲应力可达2MPa以上，远超过列车荷载引*收稿日期：2012－03－18基金项目：国家自然科学基金资助项目（51178469）；铁道部科技开发计划项目（2008G031－17－1）作者简介：徐庆元（1972－），男，湖北武汉人，博士，副教授，从事高速铁路无缝线路及无砟轨道研究铁道科学与工程学报2013年6月起的无砟轨道板应力，无砟轨道温度梯度荷载引起的轨道板翘曲变形可达1mm以上，由于翘曲变形，在轨道板中部，轨道板与CA砂浆出现了比较明显的脱空现象，文献［2－3］中也有相类似的结论。
无砟轨道介绍一、国内外无砟轨道综述1．无砟轨道的概念无砟轨道又作无碴轨道,无砟轨道采用谐振式轨道电路传输特性技术，首次成区段建成无砟轨道铁路。
在铁路上，“砟”的意思是小块的石头。
常规铁路都在小块石头的基础上，再铺设枕木或水泥钢轨，但这种铁路不适于列车高速行驶。
世界高速铁路的发展证实，高速铁路基础工程如果使用常规的轨道系统，道砟粉化严重，线路维修频繁，安全性、舒适性、经济性相对较差。
无砟轨道是高速铁路工程技术的发展方向。
砟(zhǎ)，岩石、煤等的碎片。
在铁路上，指作路基用的小块石头。
传统的铁路轨道通常由两条平行的钢轨组成，钢轨固定放在枕木上，之下为小碎石铺成的路砟。
路砟和枕木均起加大受力面、分散火车压力、帮助铁轨承重的作用，防止铁轨因压力太大而下陷到泥土里。
此外，路砟（小碎石）还有几个作用：减少噪音、吸热、减震、增加透水性等。
这就是有砟轨道。
传统有碴轨道具有铺设简便、综合造价低廉的特点，但容易变形，维修频繁，维修费用较大。
同时，列车速度受到限制。
无砟轨道的轨枕本身是混凝土浇灌而成，而路基也不用碎石，铁轨、轨枕直接铺在混凝土路上。
无砟轨道是当今世界先进的轨道技术，可以减少维护、降低粉尘、美化环境，而且列车时速可以达到 200 公里以上。
二、无碴轨道的整体性能为综合评估上述 3 种结构型式无碴轨道的整体性能，考察其结构强度与动力特性，在试验室内分别铺设 10m 长的无碴轨道实尺模型，利用多点液压伺服加载系统及落轴试验设备，对无碴轨道进行了静载、疲劳与落轴试验。
2．1 静截与疲劳试验静载试验单点最大荷载值为结构的设计荷载，疲劳试验单点最大荷载值根据静轮重，并考虑动力附加系数，确定为 150 kN，加载频率范围 5-25 Hz。
2.1.1 试验测试内容道床板的表面应变；钢轨支点压力的分配；钢轨的绝对位移。
2.1.2 试验结果(1)在静载过程中，3 种结构无碴轨道道床板的表面应变随荷载增加成线性增长，其受力状态在弹性范围内，结构具有足够的强度储备。
桥上CRTSⅠ型板式无砟轨道动力特性研究随着交通需求的不断增长，无砟轨道作为一种新型的铁路轨道材料逐渐在桥梁上得到了广泛应用。
其中，CRTSⅠ型板式无砟轨道是一种较为常见的类型。
本文将对桥上CRTSⅠ型板式无砟轨道的动力特性进行研究。
首先，桥上CRTSⅠ型板式无砟轨道的动力特性主要体现在以下几个方面：弯通性能、板式无砟轨道的纵向不平顺度和横向不平顺度。
板式无砟轨道的纵向不平顺度是指轨道在车辆行驶过程中产生的起伏高度。
纵向不平顺度直接影响着车辆的运行稳定性和乘坐舒适度。
为了研究和改善桥上CRTSⅠ型板式无砟轨道的纵向不平顺度，可以采用激光光纤光栅传感器等技术手段对铁路的振动进行实时监测，通过对采集的数据进行分析和处理，得出纵向不平顺度的具体数值。
横向不平顺度是指轨道的水平变化。
在桥上布设的板式无砟轨道由于受到桥梁结构的影响，容易出现横向不平顺度问题。
横向不平顺度会导致列车向一侧偏移，降低行车的稳定性和安全性。
研究桥上CRTSⅠ型板式无砟轨道的横向不平顺度包括对轨道的实测和实验分析，以及对横向不平顺度的修复和改善方法的研究。
总之，桥上CRTSⅠ型板式无砟轨道的动力特性研究涉及弯通性能、纵向不平顺度和横向不平顺度等方面。
通过对这些特性的研究，可以进一步优化和改进无砟轨道的设计和施工，提高铁路的行车安全性和乘坐舒适度。
无砟轨道结构层对高速铁路列车-桥梁系统动力响应的影响陈令坤;左一舟;陈亮【摘要】基于非线性弹性Hertz接触理论和 Kalker蠕滑理论，建立了高速铁路列车-无砟轨道-桥梁精细化计算模型，以高速铁路32 m跨简支箱梁桥和CRTSⅡ型板式无砟轨道为研究对象，编制了 MATLAB程序分别计算有(无)无砟轨道列车-桥梁系统的动力响应及列车走行安全指标并作对比分析。
计算结果表明：对于桥梁的动力响应，不考虑无砟轨道时结构变位等动力响应减小；对于列车的动力响应，不考虑无砟轨道时，多数列车动力响应及走行安全指标有较大增加。
【期刊名称】《铁道建筑》【年(卷),期】2014(000)008【总页数】3页(P5-7)【关键词】无砟轨道约束;高速铁路;列车-桥梁系统;动力响应【作者】陈令坤;左一舟;陈亮【作者单位】扬州大学建筑科学与工程学院，江苏扬州 225127; 北京交通大学土木建筑工程学院，北京100044;铁道第三勘察设计院集团有限公司广东分公司，广东深圳 300142;铁道第三勘察设计院集团有限公司线站处，天津 300142【正文语种】中文【中图分类】U211.3;U441+.3铁路桥梁中，轨道的存在使得桥梁的整体性增强，为桥梁提供一定的约束，并将一部分振动传递给轨道，对桥梁的动力反应产生一定的影响。
既有关于轨道约束的研究大多集中在列车—钢轨的纵横向协调上，或者仅分析研究列车—轨道系统的竖向振动动力性能;或者采取将轨道板的振动归于钢轨、底座，以参振质量形式在桥梁建模中体现来研究列车—桥梁的动力性能。
随着高速铁路无砟轨道的大量使用，为了正确分析铁路桥梁的动力性能，有必要对无砟轨道结构对列车—桥梁系统动力响应的影响进行深入的研究。
为详细分析高速铁路列车—桥梁的动力性能，本文以高速铁路32 m跨简支箱梁桥和CRTSⅡ型板式无砟轨道为研究对象，将高速列车动车和拖车离散为38个自由度的具有二系悬挂的多刚体系统，无砟轨道结构及桥梁结构离散为有限单元集合;分别建立高速铁路列车—无砟轨道—桥梁和列车—钢轨—桥梁两个精细化计算模型，基于MATLAB计算平台编制高速铁路列车—无砟轨道—桥梁和列车—钢轨—桥梁动力分析软件，对列车—无砟轨道—桥梁和列车—钢轨—桥梁两个模型做计算对比，分析了无砟轨道约束对列车—桥梁耦合振动系统动力响应及列车走行安全的影响。
考虑轨道伤损的列车-无砟轨道-桥梁系统动力特性作者：闫斌谢浩然潘文彬来源：《振动工程学报》2020年第04期摘要：為探讨桥上无砟轨道损伤对列车-轨道-桥梁系统动力响应的影响规律，基于车辆-轨道-桥梁耦合动力学原理，基于ANSYS+SIMPACK联合仿真，建立了考虑墩台纵向支座刚度、轨道结构及层间接触特性的双线32 m简支箱梁桥CRTSⅢ型无砟轨道空间动力学模型。
研究了时速200 km列车通过条件下，扣件伤损及轨道板和底座板间离缝对车桥系统动力响应的影响规律。
研究表明：单个扣件失效对轨道动力响应影响有限，0.07 m板缝处轮轨竖向力骤变显著，钢轨竖向位移和钢轨节点反力增大明显;扣件连续失效对系统整体影响更大，其中相邻且对侧扣件失效影响最大;自密实混凝土沿轨道板横向完全脱空后，纵向离缝长度越大，对系统动力响应的影响也越大;相邻轨道板端部自密实混凝土都沿横向完全脱空对系统动力响应影响最大，轨道结构与桥梁结构的垂向加速度、竖向位移均增幅最大，增势最快;离缝长度1.2 m，轮重减载率接近限值，继续增加至1.6 m时，列车将脱轨;轨道板和桥梁的竖向振动随着离缝长度的增大显著增大，振动骤增会对轨道以及桥梁的耐久性产生不利影响，建议离缝长度检修限值可设为1.2 m，并应重点关注轨道板端部自密实混凝土界面脱空情况。
关键词：轨道工程; 动力响应; 简支桥梁; 板边离缝; 扣件损伤中图分类号： U213.2; U213.9+12 文献标志码： A 文章编号： 1004-4523（2020）04-0807-08DOI：10.16385/ki.issn.1004-4523.2020.04.019引言中国高速铁路网中，桥梁占比平均达50%以上，其中90%的桥梁为32 m双线无砟轨道简支梁[1]。
为消除钢轨接头带来的轮轨动力冲击，减少后期养护工作量，通常采用无砟轨道无缝线路。
如中国具有自主知识产权的桥上CRTSⅢ型单元板式无砟轨道，其采用分块式结构，底座板与自密实混凝土层间设置中间隔离层[2]，利用限位挡台传递轨道纵横向荷载。
国内外学者已针对列车作用下的无砟轨道的静动力学性能进行了较为广泛的研究，涉及土质路基[3-4]、简支梁[5]、钢混梁[6]等不同下部基础，并探讨了温度[7]、地震作用下[8]，砂浆离缝[9-10]、底板脱空[11]、温度翘曲变形[12]等损伤对无砟轨道静动力学性能的影响[13-14]。
孙璐等[15]基于有限元理论建立了CRTSⅢ型板式无砟轨道结构，进行列车静荷载作用下结构静力特性分析，但未考虑列车动载荷对轨道动力特性的影响。
宋小林等[10]利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件建立了CRTSⅢ型无砟轨道动力有限元模型，分析了板边离缝对轨道结构冲击动力特性的影响规律，将列车模型简化为单轮对结构，动力响应中未充分考虑车辆自由度。
鉴于CRTSⅢ型板式无砟轨道的特殊结构与传荷性能，对动荷载作用下桥上CRTSⅢ型无砟轨道系统动力性能及时域特征研究仍相对较少，扣件伤损与板下离缝条件对系统动力响应的影响规律仍不明确。
为研究无砟轨道损伤对列车作用下桥上CRTSⅢ型无砟轨道系统动力响应的影响规律，运用车辆-轨道-桥梁耦合动力学原理，以成灌线上某32 m简支箱梁桥为例，采用ANSYS+SIMPACK联合仿真，建立考虑下部结构刚度、限位挡台、无砟轨道及轨道层间接触特征的桥上CRTSⅢ型板式无砟轨道空间动力学模型[16]。
在此基础上，进行模态响应分析，探讨轨道结构损伤对系统动力特性的影响，分析时速200 km列车作用下扣件伤损及轨道板下离缝组合工况对车-轨-桥系统动力性能的影响规律。
1 列车-轨道-桥梁多体动力学仿真模型1.1 车-桥系统耦合振动模型将钢轨视为Timoshenko梁，与下部轨道-桥梁系统视为单层弹性点支承接触以模拟真实情况，并用弹簧模拟WJ-8扣件三向刚度与阻尼约束，混凝土底座板结构通过参振质量的形式在桥梁动力学模型中予以考虑，自密实混凝土当作弹性垫层与周围结构通过一系列离散支承的线性弹簧相连，将轨道板和底座板看作双层弹性叠合梁[17]，如图1所示，在系统耦合动力分析中予以采用。
1.2 车辆动力学模型基于中国CRH3型列车，建立了多体动力学车辆模型，由刚体+弹簧+阻尼器构成。
主要组成有4个轮对、2个转向架、1个车体以及一、二系的悬挂系统，车体和转向架均具有沉浮、横移、侧滚、点头、摇头5个自由度，轮对有沉浮、横移、侧滚、摇头4个自由度，即模型共有31个自由度。
各元件采用力元（Force Element）连接，高速动车组参数参见文献[18]。
1.3 Ⅲ型轨道-桥梁有限元模型按照固定+活动方式布置箱梁支座约束，考虑弹簧模拟墩台纵向刚度，建立了限位挡台与层间连续接触的CRTSⅢ型板式无砟轨道双线箱梁空间仿真模型（如图2所示），对底座、轨道板两端进行约束，节点耦合，各层之间采用Target170单元模拟3D刚性“目标”面，Contact174单元模拟3D柔性“接触”面，通过设置“接触对”模拟实际面-面接触。
钢轨采用Beam188梁单元模拟，扣件系统采用Combin14线性弹簧单元模拟，轨道板、自密实混凝土层、底座板、箱梁均采用Solid45实体单元模拟，墩台采用Combin14弹簧单元等效模拟。
轨道模型共6块预制单元轨道板，采用5.6 m和4.925 m两种规格，按4.925 m×2+5.6 m×4拼装组合，相邻单元板轨缝为0.07 m，模型总长32.6 m。
根据中国《高速铁路设计规范》[16]，双线简支梁桥墩台纵向刚度取35000 kN/m，扣件系统采用WJ-8型扣件，垂向阻尼取为4×104 N·s/m，纵向刚度按照15000 N/0.63 m设置，横向刚度为5×107 N/m，垂向刚度为3.5×107N/m，布置间距为0.63 m。
相关参数设置如表1所示。
2 耦合动力学模型验证高速铁路列车以250 km/h速度通过简支箱梁上板式无砟轨道，将动力学分析结果分别与原铁道部科技司授权软件TTBSIM计算结果和沙河特大桥系统的现场试验结果进行比对[19]。
设置列车行驶速度为250 km/h，积分时间为3 s，积分步长取0.001 s进行离线计算。
计算分析得到车辆、桥梁动力学结果如表2所示，其中列车和被测桥梁动力响应均为计算和实测的最大值。
从表2的比对结果可以看出，受限于简化的数学模型、数值分析方法和实际环境的随机性，跨中竖向动挠度和加速度峰值存在一定差异，总体上，本文计算结果与TTBSIM軟件以及沙河特大桥实测值分布规律基本吻合，证明本文联合仿真中实体三维耦合模型是正确的。
3 扣件失效对车-轨-桥系统动力性能影响针对轨道系统中可能出现的扣件局部失效情况（将失效扣件的竖向刚度和阻尼均取为0），设置多个工况，研究单个扣件失效、对侧扣件失效、相邻且对侧扣件失效、间隔且对侧扣件失效等工况下， 200 km时速列车作用下系统各结构受力以及加速度等动力响应。
3.1 单个扣件失效图4为单个扣件失效（工况1）的情况下系统动力响应对比。
可以看出，工况1中，轮轨竖向力极值几乎没有变化，且均在轨缝处出现激增，增幅约6.3%;另外，车体垂向加速度和构架垂向加速度变化也不明显;失效扣件处钢轨节点反力增大明显，由19.4 kN增至34.5 kN，增幅为77.8%;钢轨垂向加速度幅度的增大最明显，从141 m/s2增大至275 m/s2，增幅为95%;针对轨道板与桥梁结构，其垂向动加速度变化不明显。
由此，工况1中单个扣件失效对于列车系统动力响应影响有限，列车行驶平稳性和安全性依然能得到保证;对轨道结构动力特性影响较大，钢轨节点反力显著增大;对下部桥梁动力响应影响有限。
3.2 扣件失效组合基于现实环境，在列车-轨道-桥梁动力耦合系统中，还有可能出现多个扣件失效的伤损情况，即工况2、工况3和工况4中所列举的扣件状态（如图5所示）。
分析表3可以看出，轨道结构中钢轨竖向位移在各组扣件失效的工况中都会变大，其中工况1，2和4均比正常情况下增大了51%左右，而工况3相比正常情况增幅128%，达到了3.3 mm，这时已经超过2 mm规定限值;工况3中轨下扣件失效处，钢轨结构垂向加速度增大了近乎2.3倍，达到46.8g，相邻钢轨节点的反力也从19.4 kN增至48.7 kN，增幅1.5倍，对比之下，工况1，2，4中各系统响应相对增加较小;另外，车体、转向架和轨道板结构在失效扣件处的垂向加速度只有小幅波动，几乎不变。
此外，桥梁的竖向位移和垂向加速度在扣件没有连续失效情况下变化不明显，而在工况3时，桥梁竖向位移从0.24 mm增至0.42 mm，增幅为75%。
桥梁垂向加速度从0.42 m/s2增大到0.52 m/s2，可见钢轨扣件失效虽然对于列车行驶的平稳性、舒适性影响较小，但是却增大了钢轨、轨道板和桥梁结构的竖向位移，长此以往对车桥系统带来的累计损伤不容忽视。
4 板下离缝组合对车-轨-桥系统动力性能影响在自密实混凝土未全部贯通轨道板情况下，对行车影响而言并不是最不利情况[20]。
因此，本文考虑板下充填层横向2.5 m范围、竖向0.09 m范围内全部脱空，充分考虑在离缝位置组合下离缝长度对耦合系统动力学特性影响。
如图6所示，行车速度200 km/h下，设置三种工况，离缝纵向长度分别取0.5，0.8，1.0，1.2，1.4，1.6 m，进行对比性研究。
4.1 车辆动力特性图7为三种离缝工况下，部分车辆系统动力性能对比。
由图7（a）可以看出，在离缝长度不超过0.5 m情况下，各工况下车体垂向加速度变化均不明显;当离缝长度超过0.5 m时，随着离缝长度增大，车体垂向加速度变化幅度也随之增加，其中工况1相对于工况2，3增幅较小，从0.093 m/s2增大到0.101 m/s2。
工况2和工况3增长趋势基本一致，且当离缝长度达到1.6m时，车体垂向加速度最大值分别为0.147和0.146 m/s2。
因此，所有工况下车体垂向加速度均满足1.3 m/s2限值要求;图7（b）和（c）中，在离缝长度不超过0.5 m时，各组工况下轮轨竖向力极值变化均不甚明显;当超过0.5 m时，轮轨竖向力最大值呈增大趋势，而轮轨竖向力最小值则呈递减趋势。
其中工况2下极值变化幅度最大，离缝长度1.6 m时，最大值由84.1 kN增大到了106.4 kN，增幅26.5%，最小值由64.1 kN减小到了0，表明已经脱轨。
4.2 轨道动力特性表4给出了离缝组合下，轨道系统动力性能积分计算结果。
由图8可以看到，各工况下钢轨、轨道板的垂向加速度随离缝长度的增大而增大。
这其中工况2中增幅最大，钢轨垂向加速度从14.1g增至44.6g，轨道板垂向加速度从5.1g增至28.5g，离缝导致的结构竖向振动越大，对轨道整体动力响应性能的影响也越大。
