梁轨相互作用简介

在我国《新建桥上无缝线路暂行规定》、以及《铁路无缝线路设计规范》（送审稿）中，均提及在进行铁路桥上设计时，必须考虑梁轨相互作用，对无缝线路的强度和稳定性进行检算，在检算下部结构时应考虑钢轨传递给下部结构的纵向力。

无缝线路纵向力，指桥上无缝线路所承受的伸缩力、挠曲力和断轨力。

伸缩力：因温度变化，桥梁与长钢轨相对位移而产生的纵向力。

挠曲力：列车荷载作用下，桥梁挠曲引起桥梁与长钢轨相对位移而产生的纵向力。

断轨力：因长钢轨折断，引起桥梁与长钢轨相对位移而引起的纵向力。

国内铁道科学研究院、中南大学 （原长沙铁道学院）、西南交通大学、北京交通大学对该问题有过一定的研究和探讨。

对于无缝线路纵向力，国内外学者进行了广泛的研究。关于其力学模型，通常采用纵向非线性弹簧模拟梁轨之间的非线性作用，采用带刚臂的梁单元模拟桥梁，该模型被证明可以正确模拟无缝线路与桥梁之间的相互作用问题 。

首先在试验室内对DT-2、WJ-2、克隆蛋三种扣件进行了有载和无载的情况下的位移阻力系数的试验，根据试验结果分析了钢轨位移阻力系数滞回特性和有载到无载之间变化规律，提出了能反映轨梁相互作用的位移阻力系数的双弹簧模型，该模型纠正了德国学者P.Ruge and C.Birk等人的位移阻力系数模型一些不合理的假定，更加符合实际情况，具有创新性和先进性。 其后，根据获得的轨梁位移阻力双弹簧模型，在简支梁体系内进行了考虑加载历程的钢轨附加力的计算，并和传统的线性叠加方法对比。分析表明：由于梁轨作用问题是一个复杂的非线性问题，必须考虑荷载反复作用下的钢轨残余应力，它对附加应力计算结果产生较大的影响。按加载历程方法计算的钢轨附加应力比线性叠加法小，而轨梁相对位移要大很多。对斜拉桥进的计算分析得出了相同的结论，但是位移差值要更大些。斜拉桥钢轨附加力和梁轨相对位移最大值位于斜拉桥两边墩处，数值计算结果和试验数据吻合。钢轨附加力主要与斜拉桥结构体系有关，和主梁刚度大小关系不大，对塔梁固结体系，钢轨附加应力将变得很小。 移动车辆制动和启动作用下梁轨相互作用属于动力问题，目前都用静力方法计算。课题组针采用移动车辆荷载过桥方式，对斜拉桥钢轨在制动和启动作用下的附加应力进行动力计算，并将结果与静力学计算数据进行了比较，结论是两种方法计算结果相差不大，可以用静力方法来计算制动作用下的梁轨的相互问题，回答了这个长期争议问题。 斜拉桥结构温度场对钢轨温度附加应力影响研究表明：拉索、桥塔、墩台和钢轨虽然具有不同的温度分布，但拉素、桥塔、墩台和钢轨的温差产生的钢轨温度附加应力影响不大，可以不予考虑，影响钢轨温度附加力的主要因素是梁轨的温差。对轨道U梁和钢轨温度场进行了大量测试，并应用热力学理论进行日照作用下温度场分布计算研究。研究发现，目前梁轨温度附加应力计算的假定和实际出入太大，梁内温度场不宜采用单一温度值和平面假定来计算。研究发现采用热力学理论计算日照下温度场和现场实测吻合，可以用来计算梁轨温度附加应力。 最后，对斜拉桥钢轨伸缩调节器设置的合理跨进行了研究。分别建立了303 m, 454.5m, 606 m, 757.5 m, 909 m, 1060.5 m的轨道交通斜拉桥模型，研究必须设置钢轨调节设置的合理跨度。此项研究已有一些初步结论，可作为后续研究。

轨道不平顺是引起列车振动、轮轨动作用力增大的主要根源。对行车平稳舒适和行车安全都有重要影响，是轨道方面直接限制行车速度的主要因素。

轮轨相互作用的理论研究和国外高速铁路的实践证明，在高平顺的轨道上，高速列车的振动和轮轨间的动作用力都不大，行车安全和平稳舒适性能够得到保证，轨道和车辆部件的寿命和维修周期也较长。反之，即使轨道、路基和桥梁结构在强度方面完全满足要求，而轨道平顺性不良时，在高速条件下各种轨道不平顺引起的车辆振动、轮轨噪声和轮轨动作用力将大幅度者加，使平稳、舒适、安全性严重恶化，甚至导致列车脱轨。

轨道不正指数轨道不平顺的主要影响

国内外的研究试验均表明，各种轨道不平顺对车辆振动、轮轨噪声、轮轮相互作用力、舒适生、安全性等都有直接影响，但不同种类的不平顺，其激扰方向、影响性质、影响程度又各不相同。

轨道不正指数波长区分轨道不平顺及影响

随机性轨道不平顺的波长范围很宽，0.01～200m波长的不平顺均常见。

1m以下的轨面短波不平顺幅值很小，多在0.02～2mm，主要由钢轨接头焊缝、不均匀磨耗、轨头擦伤、剥离掉块、波浪和波纹磨耗以及轨枕间距等因素形成。

1～3.5m范围的波长成分主要是钢轨在轧制过程中形成的周期性成分和波浪形磨耗。

3.5～30m波段主要由道床路基的不均匀残余变形、各部件间的间隙不等、道床弹性不均、焊头形成的以轨长为基波的复杂周期波成分，以及桥、隧头尾、涵洞等轨道刚度突变和桥梁动挠度等形成。

30～200m波段多由道床及路基沉降不均、路基施工过程中形成的先天性不平、桥梁动挠度等构成。更长的长波多为地形起伏、线路坡度变化等形成。

轨道不平顺不仅幅值和波长的变化范围大，而且其影响也各不相同。短波不平顺可能引起簧下质量与钢轨间的冲击振动，产生很大的轮轨作作用力。周期性成分可能引起机车车辆的谐振。而中、长波尤其是敏感波长成分常常是引起车体产生较大振动的重要原因。

在速度为120km/h以下时，轨道不平顺有影响的波长范围在30m以下。随着行车速度的提高，轨道不平顺有影响的波长相应增长。速度为350km/h时，有影响的波长可达百余米。

按轨道不平顺的波长特征可分为短波、中波、长波不平顺三类。各国划分的波长范围不尽相同。我国波长划分如下：

轨道不正指数波长和行车速度的影响规律

当不平顺波长和行车速度一定时，幅值越大，所引起的车辆振动和轮轨作用力等响应也越大。

当轨道不平顺幅值和行车速度一定时，波长越长影响越小，非线性递减，但敏感波长、周期性的谐振波长影响大。

当轨道不平顺幅值和波长一定时，速度越高影响越大，非线性递增。