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随着中国高速铁路的跨越式发展,高墩大跨连续梁结构以其诸多优势广泛应用于跨越河谷、山区及地质不良地带,墩体受日照、工后沉降、地震等外界扰动产生的位移会使上部桥梁及轨道结构发生相互作用,其作用机理较为复杂。本文针对广泛应用于我国高速铁路的大跨连续梁桥及CRTSⅠ型和CRTSⅡ型板式无砟轨道,研究墩体位移作用下桥上无砟轨道无缝线路的纵向力与位移特性,揭示其纵向力传递机理,对相关影响参数进行分析,并对桥梁轨道结构的设计、施工、检修提出合理建议,主要研究内容包括以下几个方面:1.针对高速铁路双线(70+130+70)m连续箱梁和32m简支箱梁,基于墩-梁-板-轨相互作用原理和有限元法,充分考虑无缝线路、无砟轨道、梁体等细部结构的实际空间尺寸和力学属性,分别以CRTSⅠ型板式、CRTSⅡ型板式无砟轨道为例,建立了考虑纵-横-垂向空间耦合的桥上板式无砟轨道无缝线路精细化有限元模型。2.针对桥墩在纵向温度梯度荷载作用下发生偏转、墩顶产生位移的情况,研究了桥墩顶位移条件下桥上板式无砟轨道无缝线路纵向力及位移分布规律。结果表明各桥墩顶发生均匀纵向位移条件下,CRTSⅠ型板式无砟轨道轨道结构纵向力最大值均出现在第一跨简支梁活动端和右桥台,CRTSⅡ型板式无砟轨道钢轨纵向力最大值分别出现在两端桥台附近,底座板桥梁相对位移及固结机构纵向剪力均较大;各桥墩顶发生差异纵向位移条件下,需重点关注CRTSⅠ型板式无砟轨道简支梁-连续梁交接墩顶以及高差相差较大的相邻墩顶处轨下扣件垫板的状态;CRTSⅡ型板式无砟轨道当连续梁桥墩墩身高度高于相邻简支梁桥墩时,设计过程中应对连续梁固定支座墩顶及其温度跨度较大端简支梁固定支座墩顶处固结机构抗剪能力进行检算;需对相邻桥墩高差较大处底座板桥梁相对位移进行实时监测;研究结论为两种轨道结构在夏季的监测养护提供支持。3.针对桥墩基础出现工后沉降及基础不良的情况,研究了桥墩基础沉降条件下桥上板式无砟轨道无缝线路纵向力及位移分布规律。结果表明各桥墩基础发生均匀沉降条件下,两种板式无砟轨道结构纵向(应)力峰值均出现在两侧桥台及相邻墩顶附近,各轨道及桥梁结构纵向力与墩底沉降量线性正相关;各桥墩基础发生差异沉降条件下,桥墩顶纵向位移差值及墩顶纵向位移累积值对桥梁轨道结构纵向力各有影响;CRTSⅠ型轨道板、CA砂浆层及底座板纵向应力峰值仅出现在相邻桥墩基础沉降存在差异处;CRTSⅡ型板式无砟轨道钢轨纵向力在相邻桥墩基础沉降差异处出现峰值,轨道板、CA砂浆层、底座板纵向应力则在第一跨和最后一跨梁端、连续梁-简支梁连接墩顶处出现峰值;研究结论为长大桥梁及地质不良地带两种轨道的监测养护提供了参考。4.针对复杂温度荷载作用下桥墩顶纵向位移和梁体伸缩变形共同发生的情况,研究了复杂温度荷载作用下大跨连续梁桥上CRTSⅠ型板式和CRTSⅡ型板式无砟轨道无缝线路纵向力学特性。结果表明两种板式无砟轨道均应采用墩-梁纵向位移方向相同的工况,各桥墩发生差异纵向位移对CRTSⅠ型板式无砟轨道结构的影响较大、对CRTSⅡ型板式无砟轨道结构的影响较小;在设计过程中,各桥墩顶纵向位移量及梁体温差应根据当地日温差及桥墩空间尺寸进行计算取值,需优化支座的布设方式,尽量保证在复杂温度荷载作用下墩-梁纵向位移方向相反;研究结论为炎热地区两种轨道的设计铺设提供了理论支撑。5.针对单元(CRTSⅠ型)板式无砟轨道和纵连(CRTSⅡ型)板式无砟轨道,对比分析了两种桥上板式无砟轨道在墩顶纵向位移、桥墩基础沉降和复杂温度荷载作用下纵向力特性。结果表明CRTSⅡ型板式无砟轨道抵抗墩顶位移能力优于CRTSⅠ型板式无砟轨道,特别有利于钢轨受力和控制轨下扣件垫板滑出;高温季节桥上CRTSⅡ型轨道板、CA砂浆层及底座板纵向应力均较大,固结机构和“两布一膜”滑动层也是薄弱环节,选用时需予重点考虑;桥墩基础沉降引起的桥上无缝线路附加纵向力这一因素在设计过程中可不作为轨道选型的控制性因素;相较于CRTSⅠ型板式无砟轨道,复杂温度荷载作用下桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道无缝线路结构的受力与变形更小,但固结机构抗剪强度是否满足设计要求是关键;研究结论为长大桥梁、炎热地区、地质不良地带的两种轨道选型铺设提供参考。6.采用El Centro地震荷载,分析了桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道无缝线路地震响应规律。结果表明桥墩、梁体与轨道结构均在地震、重力、结构层间约束的共同作用下发生受迫振动,需采用墩-梁-板-轨相互作用法进行分析;轨道与桥梁结构纵向位移响应规律与地震荷载的变化基本一致,但各结构纵向位移的峰值自下而上呈现逐层递减的规律,表明各结构层间摩阻力对位移的传递有一定的约束作用;轨板相对位移、固定支座墩顶和固结机构纵向剪力峰值均较大,其中轨板相对位移峰值已远超扣件纵向弹性变形的限值。