戴公連　蘇海霆　閆斌

摘要：通過對某客運專線曲線段簡支梁橋上縱連板式無砟軌道結構溫度場的連續(xù)觀測，研究了秋季多種天氣情況下曲線橋上無砟軌道溫度場的時變規(guī)律.基于統(tǒng)計擬合，提出適用于我國典型地區(qū)縱連板式無砟軌道秋季豎向溫度荷載模式.研究表明：軌道結構晝夜溫度變化劇烈，表面最高溫差可達16.0 ℃，平均日溫差達8.0 ℃；隨著距表面深度的增加，軌道結構溫度變化幅值逐漸減小，峰值出現(xiàn)時間不斷滯后；底座板底面最大日溫差為1.5 ℃，平均為0.8 ℃；縱連板式無砟軌道結構的豎向溫差可擬合為指數(shù)曲線，其曲線形式與中國鐵路橋梁設計規(guī)范規(guī)定的箱梁豎向溫差分布曲線在形式上較為相似.

關鍵詞：鐵路橋梁；鐵道工程；軌道結構；溫度分布；試驗分析

中圖分類號：U213.912 文獻標識碼：A

橋上CRTSⅡ型縱連板式無砟軌道具有高平順性、維修少和經濟性好等特點，在我國京津城際、京滬、滬昆等客運專線上得到廣泛應用＼[1-4＼].由于混凝土導熱系數(shù)較小＼[5-8＼]，在太陽輻射和環(huán)境熱交換的作用下，軌道板和底座板中將出現(xiàn)豎向非線性溫差＼[9＼]，該溫差是導致軌道板上拱、窄接縫開裂和砂漿層離縫的主要原因＼[10-11＼].

關于縱連板式無砟軌道豎向溫度分布規(guī)律，既有研究中通常按軌道板和底座板整體升降溫考慮＼[12＼]，或按現(xiàn)行橋梁規(guī)范中的橋梁豎向溫差考慮，而研究對象也多局限于軌道板＼[13＼].事實上，由于南北地區(qū)氣候差異懸殊，各地無砟軌道溫度場分布規(guī)律并不相同.且橋上無砟軌道結構還與箱梁存在熱交換，其溫度分布規(guī)律極為復雜.此外，對于曲線段橋上無砟軌道，存在超高的底座板溫度場分布情況尚不明確.

為研究曲線段橋上無砟軌道結構溫度場豎向分布情況，本文對圓曲線上某簡支梁橋上縱連板式無砟軌道溫度場進行了長期監(jiān)測，研究其豎向溫度分布規(guī)律，通過對測試數(shù)據(jù)的整理與分析提出適用于簡支箱梁橋上CRTSⅡ板式無砟軌道的豎向溫度荷載模式.

1橋上無砟軌道溫度場試驗系統(tǒng)

1.1工程背景

以某客運專線圓曲線上簡支梁橋為工程背景，測試橋上縱連板式無砟軌道中的溫度分布情況.該橋位于北緯28°，東經115°，亞熱帶季風濕潤氣候，橋下為田地，橋梁軸線走向為87.5°， 測試截面位于簡支梁固定支座附近軌道板接縫處，測點布置如圖1所示.

1.2試驗方法

采用北京基康BGK3700電阻式溫度計進行溫度測試，使用自動采集儀進行自動采集存儲，采樣頻率為0.5 h，使用GPRS無線傳輸模塊進行數(shù)據(jù)上傳，溫度觀測貫穿無砟軌道整個施工過程（大致分為3個階段：① 底座板施工完成，無遮擋；② 底座板上放置軌道板未灌注瀝青砂漿；③ 軌道板與底座板之間灌注瀝青砂漿，形成完整的軌道結構）.軌道板鋪設完成時間為2013年10月4日.

2 縱連板式無砟軌道溫度場分布規(guī)律

2.1無砟軌道溫度場日變化規(guī)律

為研究軌道結構內溫度日變化規(guī)律，以截面Ⅱ為例，選取10月5日、10月10日、10月11日、10月12日和10月13日5個晴天的觀測數(shù)據(jù)見圖2.F點測量數(shù)據(jù)為軌道板頂部溫度，G點測量數(shù)據(jù)為軌道板底部溫度，H點測量數(shù)據(jù)為底座板頂部溫度，J點測量數(shù)據(jù)為底座板底部溫度.其變化規(guī)律如圖2所示，5天中各點的溫度變化趨勢基本相同，由于混凝土導熱系數(shù)較低，各測點溫度峰值出現(xiàn)時間存在滯后.

對于軌道板頂面，其溫度最小值一般出現(xiàn)在早上7：00，最大值一般出現(xiàn)在14：30，日變化幅值一般為16 ℃；軌道板底溫度最小值一般出現(xiàn)在早上7：30，最大值出現(xiàn)在下午15：30，日變化幅值一般為12 ℃；底座板頂溫度最小值一般出現(xiàn)在上午10：30，最大值出現(xiàn)在21：00，日變化幅值一般為2.8 ℃，底座板底部溫度最小值一般出現(xiàn)在下午14：00，最大值出現(xiàn)在凌晨4：30左右，日變化幅值一般為1 ℃.隨著軌道結構深度的增加，溫度變化幅值不斷降低且溫度變化趨勢不斷滯后，結構頂面至底面峰值時刻滯后10 h.

2.2溫差日變化規(guī)律

為研究軌道結構中溫差的日變化規(guī)律，以10月11日為例，將截面Ⅰ，Ⅱ和Ⅲ溫差隨時間變化情況匯總于圖3.

溫度/℃

（a） 截面Ⅰ溫差日變化規(guī)律

溫度/℃（b） 截面Ⅱ溫差日變化規(guī)律

溫度/℃（c） 截面Ⅲ溫差日變化規(guī)律

可以看出，軌道板結構沿深度方向的溫差主要有3種模式，21：00—7：00為負梯度溫度，軌道結構在7：00附近出現(xiàn)最大負梯度分布，9：00時上下溫度較為一致，此后至晚上21：00出現(xiàn)正溫差，軌道結構在15：00附近出現(xiàn)最大正梯度分布，循環(huán)往復.

2.3日最大溫差分布

從本文監(jiān)測到的數(shù)據(jù)分析（10月5日至11月5日），最大的正負梯度分布如圖4所示.

軌道板結構秋季中豎向最大正溫差出現(xiàn)在10月11日中午2：30，軌道結構中部（截面Ⅱ）最大值為14.7 ℃.當天天氣晴朗，氣溫21～32 ℃（當?shù)貧庀缶职l(fā)布），云量較少，上表面接受到太陽輻射強烈，升溫迅速，因混凝土的導熱性差，熱量向下傳遞緩慢，軌道板底部溫度峰值滯后軌道板頂部溫度峰值約2 h.

軌道板溫度自出現(xiàn)最大溫差后（中午2：30）開始下降，并在17：00左右（落日時間前0.5～1 h），軌道板頂部與底部溫度趨于一致，此后軌道板頂部溫度低于底部溫度，第二天早晨6：30左右溫度開始回升（日出后0.5～1 h），并于早上8：00左右，與底座板頂部溫度趨于一致，之后開始高于頂部溫度.軌道結構秋季中豎向最大負溫差出現(xiàn)在10月16日早上6：00，當日天氣多云，氣溫14～21 ℃，云量較多，夜間氣溫下降較大，表層溫度因接觸大氣溫度下降較快，軌道結構內部溫度降低較慢，從而產生負溫差，至早上6：00出現(xiàn)最大負溫差，軌道結構中部（截面Ⅱ）產生最大負溫差為10.0 ℃.