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【摘要】本文主要分析了大跨度混凝土连续梁桥上无缝线路设计中的一些比
较关键性的问题，针对比较关键的技术，提出了使用的流程和需要注意的问题，
以期可以为大跨度混凝土连续梁桥上无缝线路设计提供有意义的参考。
【关键词】大跨度混凝土；连续梁；无缝线路
中图分类号：TU37文献标识码：A
一、前言
随着预应力混凝土连续梁桥跨度的增大，桥跨的伸缩变形成为了一个需要解
决的问题，所以，连续梁桥上无缝线路的设计成为了世界各国都极为关注和重视
的问题。
二、桥上无缝线路的设计原理
桥上无缝线路的有关实验和运营实践充分证明，尽管桥梁和无缝线路的结构
形式多种多样，但各种梁型的桥上无缝线路纵向力的计算，均可建立在梁轨相互
作用原理的基础上。
梁轨相互作用原理的基本理论是：由于梁轨发生相对位移，二者之间通过摩
阻作用而产生伸缩力和挠曲力，其大小和分布与梁轨间的连接强度有着密切关
系。梁轨间的连接强度对于无碴桥，如钢梁和钢桁梁等，由钢轨扣件的扣压力决
定；对于有碴桥，是由道床阻力决定的。伸缩力和挠曲力是沿钢轨轴向分布的纵
向力，作用方向随着梁轨相对位移方向的改变而改变。因梁体端面比钢轨大得多，
梁的位移主要是由于温度变化和列车荷载的作用引起的，钢轨对梁体的反作用可
忽略不计。而伸缩力和挠曲力对桥梁墩台、支座是有影响的：使墩顶发生位移而
影响梁轨的相对位移，同时影响梁轨的相互作用力。根据以上所述，可以建立起
梁轨间的相互位移微分方程，建立数学模型并推导出计算方法。
三、无缝线路轨条的布置
根据无缝线路原理，焊接轨条的长度可以不受限制，但实际中由于线路上各
个地段的轨道受力条件不同和线路结构的特殊要求，在一些部位的长轨条需要断
开，而某些部位不能设置长轨条接头，例如在特大桥梁地段，由于桥梁的伸缩作
用，轨道受力较为复杂，轨条的布置和扣件布置要结合考虑，需要作专门设计；
在连续梁的活动端要设置温度调节器；在小半径曲线地段，由于钢轨磨损严重，
钢轨使用寿命短，目前仍不宜铺设无缝线路；在运营的自动闭塞区间信号机处，
要设置绝缘接头；车站前后道岔区因轨道的结构较复杂，在未铺无缝道岔时仍不
铺设。所以当无缝线路在上述地段，长轨条都需要断开，而在一些重要的平交道
口处，又不宜设置无缝线路的伸缩区和缓冲区等等。因此在无缝线路设计时，应
考虑到线路的平纵面条件和轨道结构的特殊要求，参照《无缝线路铺设及养护方
法》规程中的有关规定来布置长轨条是十分重要的。
四、计算模型和计算方法
大跨度混凝土连续梁桥的使用对桥上无缝线路设计理论和计算方法提出了
新的研究课题。建立桥上无缝线路纵向力力学模型是桥上无缝线路设计的理论基
础。桥上无缝线路的力学模型既要真实反映梁轨作用关系又要便于计算分析，计
算的正确性和精确程度很大程度上取决于计算模型的正确抽象。我国桥上无缝线
路纵向附加力的计算模型的根据是梁轨相互作用原理：由于受温度影响及列车竖
向荷载、列车纵向制动力的作用，桥梁与钢轨产生相对位移，梁轨间相对位移受
到扣件和道床阻力约束，在梁轨之间产生大小相等、方向相反的纵向水平力，此
力通过梁、支座传递至墩台。梁轨间的相互作用，使得桥梁、钢轨最终达到一个
相互约束、相互作用的力学平衡体系。为了验证纵向力的计算方法的合理性，国
内曾对多种桥上无缝线路的伸缩力、挠曲力进行了试验测试，并与计算值进行了
对比分析，验证了应用梁轨相互作用原理计算桥上无缝线路纵向力的正确性。
采用梁轨相互作用原理进行大跨度混凝土连续梁桥上无缝线路附加力计算
的主要困难在于梁轨位移相等点不易确定。现代计算机技术的发展，加速和拓展
了桥上无缝线路计算理论的研究，计算机数值模拟技术为大跨度混凝土连续梁桥
上无缝线路附加力计算开辟了新途径。目前，西欧已建立了多种数学模型进行计
算机数值模拟分析计算，荷兰特而夫脱大学研制了Prolis计算程序，应用有限
元原理，对多种轨道结构进行了分析和比较。德国建立了钢轨与梁体结构连接的
两种计算模型，见图1。图1(a)用线性桁杆单元模拟钢轨和桥梁之间的连接，
图1(b)用抗弯杆件模拟钢轨和桥梁之间的连接。国内也有学者进行该方面
的研究，根据德国的两种模型，利用通用结构分析软件ANSYS,ALGOR进行桥上无
缝线路的结构分析。对于大跨度混凝土连续梁，选择合适的有限元计算模型，采
用数值方法进行桥上无缝线路纵向附加力计算是比较现实的选择。
五、线路纵向阻力的确定
线路纵向阻力是桥上无缝线路设计的重要参数，对梁轨之间纵向力影响较
大。线路纵向阻力反映了梁轨相互作用力和位移之间的变化规律，其大小受到轨
道结构类型、线路养护维修状况、天气气候情况、列车竖向荷载作用的大小及频
率等诸多因素的影响。
在桥上无缝线路的设计计算中可采用常量阻力或变量阻力。采用常量阻力
时，梁轨位移的微分方程可转化为代数方程，使计算过程大为简化，易于被工程
技术人员接受，因此现有设计规范倾向于采用常量阻力。采用变量阻力时，梁轨
位移的微分方程是非线性的，很难得到理论解，需要通过数值法求解，计算繁琐，
工作量较大。在梁轨相对位移较小时，线性阻力和非线性阻力均能得到较为满意
的结果。当梁轨相对位移较大时（如大跨度梁的计算），钢轨与桥梁之间的纵向
阻力表现出明显的弹塑性特征，采用常量阻力会产生较大的误差。考虑弹塑性线
路阻力的桥上无缝线路计算理论的研究是无缝线路研究的一个难点，目前在该方
面取得了一定的进展，但还有很多问题尚待深入研究。
六、桥墩线刚度合理设计目标值的确定
1、桥墩线刚度
墩顶位移包括了墩台本身弹性变形产生的位移，墩台基础的平移和转动产生
的位移引起的墩台顶位移。
桥梁下部结构刚度对传递桥梁纵向力有很大影响。梁轨相互作用力通过梁体
传递到设有固定支座的墩台上，墩台产生纵向位移，并通过固定支座带动梁体产
生纵向位移，梁轨相对位移发生改变，从而引起梁轨作用力的重分布。墩台的线
刚度过小，会对无缝线路稳定性、铺设及养护维修产生不利影响。因此，应根据
桥上无缝线路纵向力及位移分析计算结果，合理确定桥梁墩台的线刚度限值。
2、国外对于桥梁墩台线刚度的规定
德国《铁路新干线桥梁的特殊规程》（DS899/59）规定，桥梁范围内UIC60
钢轨允许附加压应力为72MPa，允许附加拉应力为92MPa。为保证钢轨附加应力
在允许限值以内，德国对不同桥梁结构的墩台线刚度进行了明确的规定。
UIC要求两结构之间的相对位移小于5mm。
日本在1972年6月制订了全国新干线网建造物设计標准，其中对于结构物
的刚度规定见表1。
表1检算结构物刚度时的允许位移量
但是日本目前在进行桥上无缝线路设计时认为桥墩的刚度由地震力决定，只
进行温度力及无缝线路的纵向荷载、制动荷载等计算，对于位移则没有限制。
3、国内对于桥梁墩台线刚度的研究
2002年，铁道科学研究院主持对32m和40m简支梁，运用梁轨相互作用原
理，详细计算了不同桥梁墩台线刚度情况下钢轨伸缩附加力、制动力和位移。该
研究报告得出的主要结论是桥梁墩台线刚度与规定支座桥台相邻的桥墩所承受
的制动力与桥台的刚度有关，墩台刚度越小，相邻桥墩承受的制动力越大。桥台
的最小线刚度取1500kN/cm，可明显减小相邻桥墩承受的制动力。
4、桥墩线刚度目标
结合国内外的研究成果和规定，作者认为我国大跨度桥梁无缝线路设计，桥
梁墩台线刚度取值，为了防止道床松动，梁轨快速移动相对位移不大于4mm，钢
轨附加压应力和附加拉应力小于允许值。
七、结束语
综上所述，我国大跨度混凝土连续梁桥上无缝线路设计还有很多需要改进的
地方，也还有很多问题需要深入的研究和探讨，所以，进一步深入的分析大跨度
混凝土连续梁桥上无缝线路设计关键技术将有利于这一理论的完善和更新。
【参考文献】
[1]黄小明.客运专线桥上无缝线路附加力有限元分析[D].西南交通大学,2006.
[2]王学政.桥上无缝线路纵向附加力设计系统研究[D].兰州交通大学,2012.
[3]崔丽红,郭福安,江忠贵,刘增杰.长大混凝土桥梁无砟轨道温度跨度的研究
[J].铁道工程学报,2012,07:11-13+28.
较关键性的问题，针对比较关键的技术，提出了使用的流程和需要注意的问题，
以期可以为大跨度混凝土连续梁桥上无缝线路设计提供有意义的参考。
【关键词】大跨度混凝土；连续梁；无缝线路
中图分类号：TU37文献标识码：A
一、前言
随着预应力混凝土连续梁桥跨度的增大，桥跨的伸缩变形成为了一个需要解
决的问题，所以，连续梁桥上无缝线路的设计成为了世界各国都极为关注和重视
的问题。
二、桥上无缝线路的设计原理
桥上无缝线路的有关实验和运营实践充分证明，尽管桥梁和无缝线路的结构
形式多种多样，但各种梁型的桥上无缝线路纵向力的计算，均可建立在梁轨相互
作用原理的基础上。
梁轨相互作用原理的基本理论是：由于梁轨发生相对位移，二者之间通过摩
阻作用而产生伸缩力和挠曲力，其大小和分布与梁轨间的连接强度有着密切关
系。梁轨间的连接强度对于无碴桥，如钢梁和钢桁梁等，由钢轨扣件的扣压力决
定；对于有碴桥，是由道床阻力决定的。伸缩力和挠曲力是沿钢轨轴向分布的纵
向力，作用方向随着梁轨相对位移方向的改变而改变。因梁体端面比钢轨大得多，
梁的位移主要是由于温度变化和列车荷载的作用引起的，钢轨对梁体的反作用可
忽略不计。而伸缩力和挠曲力对桥梁墩台、支座是有影响的：使墩顶发生位移而
影响梁轨的相对位移，同时影响梁轨的相互作用力。根据以上所述，可以建立起
梁轨间的相互位移微分方程，建立数学模型并推导出计算方法。
三、无缝线路轨条的布置
根据无缝线路原理，焊接轨条的长度可以不受限制，但实际中由于线路上各
个地段的轨道受力条件不同和线路结构的特殊要求，在一些部位的长轨条需要断
开，而某些部位不能设置长轨条接头，例如在特大桥梁地段，由于桥梁的伸缩作
用，轨道受力较为复杂，轨条的布置和扣件布置要结合考虑，需要作专门设计；
在连续梁的活动端要设置温度调节器；在小半径曲线地段，由于钢轨磨损严重，
钢轨使用寿命短，目前仍不宜铺设无缝线路；在运营的自动闭塞区间信号机处，
要设置绝缘接头；车站前后道岔区因轨道的结构较复杂，在未铺无缝道岔时仍不
铺设。所以当无缝线路在上述地段，长轨条都需要断开，而在一些重要的平交道
口处，又不宜设置无缝线路的伸缩区和缓冲区等等。因此在无缝线路设计时，应
考虑到线路的平纵面条件和轨道结构的特殊要求，参照《无缝线路铺设及养护方
法》规程中的有关规定来布置长轨条是十分重要的。
四、计算模型和计算方法
大跨度混凝土连续梁桥的使用对桥上无缝线路设计理论和计算方法提出了
新的研究课题。建立桥上无缝线路纵向力力学模型是桥上无缝线路设计的理论基
础。桥上无缝线路的力学模型既要真实反映梁轨作用关系又要便于计算分析，计
算的正确性和精确程度很大程度上取决于计算模型的正确抽象。我国桥上无缝线
路纵向附加力的计算模型的根据是梁轨相互作用原理：由于受温度影响及列车竖
向荷载、列车纵向制动力的作用，桥梁与钢轨产生相对位移，梁轨间相对位移受
到扣件和道床阻力约束，在梁轨之间产生大小相等、方向相反的纵向水平力，此
力通过梁、支座传递至墩台。梁轨间的相互作用，使得桥梁、钢轨最终达到一个
相互约束、相互作用的力学平衡体系。为了验证纵向力的计算方法的合理性，国
内曾对多种桥上无缝线路的伸缩力、挠曲力进行了试验测试，并与计算值进行了
对比分析，验证了应用梁轨相互作用原理计算桥上无缝线路纵向力的正确性。
采用梁轨相互作用原理进行大跨度混凝土连续梁桥上无缝线路附加力计算
的主要困难在于梁轨位移相等点不易确定。现代计算机技术的发展，加速和拓展
了桥上无缝线路计算理论的研究，计算机数值模拟技术为大跨度混凝土连续梁桥
上无缝线路附加力计算开辟了新途径。目前，西欧已建立了多种数学模型进行计
算机数值模拟分析计算，荷兰特而夫脱大学研制了Prolis计算程序，应用有限
元原理，对多种轨道结构进行了分析和比较。德国建立了钢轨与梁体结构连接的
两种计算模型，见图1。图1(a)用线性桁杆单元模拟钢轨和桥梁之间的连接，
图1(b)用抗弯杆件模拟钢轨和桥梁之间的连接。国内也有学者进行该方面
的研究，根据德国的两种模型，利用通用结构分析软件ANSYS,ALGOR进行桥上无
缝线路的结构分析。对于大跨度混凝土连续梁，选择合适的有限元计算模型，采
用数值方法进行桥上无缝线路纵向附加力计算是比较现实的选择。
五、线路纵向阻力的确定
线路纵向阻力是桥上无缝线路设计的重要参数，对梁轨之间纵向力影响较
大。线路纵向阻力反映了梁轨相互作用力和位移之间的变化规律，其大小受到轨
道结构类型、线路养护维修状况、天气气候情况、列车竖向荷载作用的大小及频
率等诸多因素的影响。
在桥上无缝线路的设计计算中可采用常量阻力或变量阻力。采用常量阻力
时，梁轨位移的微分方程可转化为代数方程，使计算过程大为简化，易于被工程
技术人员接受，因此现有设计规范倾向于采用常量阻力。采用变量阻力时，梁轨
位移的微分方程是非线性的，很难得到理论解，需要通过数值法求解，计算繁琐，
工作量较大。在梁轨相对位移较小时，线性阻力和非线性阻力均能得到较为满意
的结果。当梁轨相对位移较大时（如大跨度梁的计算），钢轨与桥梁之间的纵向
阻力表现出明显的弹塑性特征，采用常量阻力会产生较大的误差。考虑弹塑性线
路阻力的桥上无缝线路计算理论的研究是无缝线路研究的一个难点，目前在该方
面取得了一定的进展，但还有很多问题尚待深入研究。
六、桥墩线刚度合理设计目标值的确定
1、桥墩线刚度
墩顶位移包括了墩台本身弹性变形产生的位移，墩台基础的平移和转动产生
的位移引起的墩台顶位移。
桥梁下部结构刚度对传递桥梁纵向力有很大影响。梁轨相互作用力通过梁体
传递到设有固定支座的墩台上，墩台产生纵向位移，并通过固定支座带动梁体产
生纵向位移，梁轨相对位移发生改变，从而引起梁轨作用力的重分布。墩台的线
刚度过小，会对无缝线路稳定性、铺设及养护维修产生不利影响。因此，应根据
桥上无缝线路纵向力及位移分析计算结果，合理确定桥梁墩台的线刚度限值。
2、国外对于桥梁墩台线刚度的规定
德国《铁路新干线桥梁的特殊规程》（DS899/59）规定，桥梁范围内UIC60
钢轨允许附加压应力为72MPa，允许附加拉应力为92MPa。为保证钢轨附加应力
在允许限值以内，德国对不同桥梁结构的墩台线刚度进行了明确的规定。
UIC要求两结构之间的相对位移小于5mm。
日本在1972年6月制订了全国新干线网建造物设计標准，其中对于结构物
的刚度规定见表1。
表1检算结构物刚度时的允许位移量
但是日本目前在进行桥上无缝线路设计时认为桥墩的刚度由地震力决定，只
进行温度力及无缝线路的纵向荷载、制动荷载等计算，对于位移则没有限制。
3、国内对于桥梁墩台线刚度的研究
2002年，铁道科学研究院主持对32m和40m简支梁，运用梁轨相互作用原
理，详细计算了不同桥梁墩台线刚度情况下钢轨伸缩附加力、制动力和位移。该
研究报告得出的主要结论是桥梁墩台线刚度与规定支座桥台相邻的桥墩所承受
的制动力与桥台的刚度有关，墩台刚度越小，相邻桥墩承受的制动力越大。桥台
的最小线刚度取1500kN/cm，可明显减小相邻桥墩承受的制动力。
4、桥墩线刚度目标
结合国内外的研究成果和规定，作者认为我国大跨度桥梁无缝线路设计，桥
梁墩台线刚度取值，为了防止道床松动，梁轨快速移动相对位移不大于4mm，钢
轨附加压应力和附加拉应力小于允许值。
七、结束语
综上所述，我国大跨度混凝土连续梁桥上无缝线路设计还有很多需要改进的
地方，也还有很多问题需要深入的研究和探讨，所以，进一步深入的分析大跨度
混凝土连续梁桥上无缝线路设计关键技术将有利于这一理论的完善和更新。
【参考文献】
[1]黄小明.客运专线桥上无缝线路附加力有限元分析[D].西南交通大学,2006.
[2]王学政.桥上无缝线路纵向附加力设计系统研究[D].兰州交通大学,2012.
[3]崔丽红,郭福安,江忠贵,刘增杰.长大混凝土桥梁无砟轨道温度跨度的研究
[J].铁道工程学报,2012,07:11-13+28.