1．目的及意义
1 课题来源、目的和意义
1.1 课题来源
科研选题
1.2 研究目的和意义
无缝线路从二十世纪初问世以来，因其消除了轨缝、台阶、折角等接头缺陷，改善了轨道结构的连续性与整体性，且具有行车平稳、延长钢轨使用寿命、节约养护维修劳力和材料、节约能耗等特点，在世界各国铁路上均得到大力发展。
桥梁上铺设的无缝线路与路基不同，其钢轨除受温度力作用外，还将承受桥上附加纵向力作用。梁因温度变化而收缩，在列车荷载作用下梁上表面因挠曲而产生纵向位移，而扣件和道床会对梁、轨间的相对位移产生一定的约束，从而带动桥梁及两端一定范围内长钢轨产生纵向位移而受到附加纵向力，在此范围之外的长钢轨仍处于无缝线路的固定区，因而发生纵向位移的局部范围内钢轨将承受附加纵向力，它与固定区钢轨温度力叠加即为钢轨承受的绝对纵向力。这些附加纵向力同时又反作用于梁跨，并传递至固定支座，使桥墩产生弹性变形，墩顶发生纵向位移。墩顶纵向位移又改变了梁体纵向位移分布，继而影响梁轨间的纵向附加力，直至钢轨、桥梁、墩台系统处于稳定的平衡状态。
综上，由于梁轨相互作用，钢轨承受很大的伸缩附加力，可能会超过钢轨的允许应力，与此同时，较大的梁轨相对位移也会影响线路的稳定性。基于此，在超大跨度无缝线路上需要铺设钢轨伸缩调节器。钢轨伸缩调节器由基本轨、尖轨、扣件、弹性垫板、轨枕和轨道板等部件组成，可以协调桥梁与无缝线路纵向位移并自动释放长轨条中的纵向力，以保证轨道及桥梁结构的受力安全。
钢轨伸缩调节器结构部件复杂，扣件形式较多，尖轨需要固定，基本轨要能自由伸缩，轨距容易变化。为了保证钢轨伸缩调节器的正常使用，需要提出控制指标，以便进行结构设计和优化。同时，在大跨度铁路桥梁无缝线路上布置几组钢轨伸缩调节器，在什么位置上布置能最大程度的减少梁轨的纵向位移以及钢轨内部伸缩附加力都具有理论与实际上的重大意义。
2 国内外研究现状综述
2.1 国外钢轨伸缩调节器发展
德国：德国钢轨伸缩调节器根据伸缩量的不同，其系列产品有：SA-200、SA-340、SA-500和SA-830，其伸缩量分别为170mm、310mm、470mm和800mm。设计时刻可根据伸缩量选取。BWG公司在调节器设计时，考虑了钢轨伸缩调节器范围内轨道刚度的均匀性，要求与邻近线路的轨道刚度尽可能相等，调节器范围内的钢轨由弹性板支撑。SA-830、SA-340型调节器基本轨微动，尖轨伸缩。尖轨与基本轨共用铁垫板范围尖轨、基本轨采用轨撑固定，基本轨通过水平螺栓与轨撑固定，尖轨轨撑与钢轨接触面预留一定间隙。尖轨至梁端伸缩段扣件采用扣板式扣件，不扣压轨底。
日本：日本在桥梁前后以及区间路基上采用伸缩量为±100mm的伸缩调节器，桥上则根据设计需要设置调节器。桥梁范围钢轨纵向力超过1000kN或钢轨段峰值超过70mm时，根据桥梁梁端位移以及钢轨位移设置不同的调节器。北陆新干线采用的调节器全长为18750mm±400mm，尖轨刨切采用R=100m的单圆曲线，尖轨全长10.10m，轨枕间距550~575cm，轨距1435mm，最大构造轨距1438.5mm。日本调节器采用基本轨伸缩调节的方式，基本轨伸缩时轨距不发生变化，可允许尖轨有适量小位移。由于梁端转角引起的尖轨移动量为±10mm，尖轨尖端轨距的变化为 0.16~-0.15mm，尖轨范围内最大轨距变化为 0.75~-0.68mm。上述范围内的轨距变化不影响高速列车的运营。
法国：法国单向钢轨伸缩调节器长度为12.70m，双向调节器长度为61.40m，调节器伸缩量600mm。调节器采用基本轨伸缩的方式。两单向调节器组合成双向调节器，单向调节器范围内采用木枕，两单向调节器间36m线路采用混凝土枕。调节器尖轨长度8.100m，尖轨非工作边刨切曲线为R=100圆曲线，尖轨与基本轨共用铁垫板范围为4.3m。
综上所诉，国外伸缩调节器主要具有以下特点：尖轨非工作边刨切曲线型均采用曲线型，日本法国采用圆曲线线型，以加强基本轨与尖轨的贴靠。日、法等国主要采用尖轨基本不动，基本轨伸缩的方式；德国主要采用基本轨微动，尖轨伸缩的工作方式。在尖轨尖端位置，基本轨的轨距都有加宽，一般加宽5mm左右。采用尖轨滑动方式加宽量则较大，德国加宽15mm，日本加宽7mm。钢轨与垫板的连接方式采用轨撑连接，以增加钢轨抗倾覆的能力和实现有限的扣压。调节器范围内轨枕间距根据调节器的结构有所调整，德国为600~660mm，日本为550~570mm。
2.2 国内钢轨伸缩调节器发展
20世纪60年代末70年代初，我国开始研制钢轨伸缩调节器。1988年研制了广深线石龙特大桥钢轨伸缩调节器，2001年研制了秦沈客运专线跨兴闫公路大桥钢轨伸缩调节器，2007年研制了武广客运专线天兴洲大桥钢轨伸缩调节器，2008年研制了时速250km、350km有砟、无砟轨道基础钢轨伸缩调节器，满足了我国客运专线的建设要求。
我国先后研制了以下几种类型的钢轨伸缩调节器。
（1）双尖式钢轨伸缩调节器
双尖式钢轨伸缩调节器一般仅适用于伸缩量很小处，且线路等级不高，一般运行速度不大于80km/h。其优点是结构空间小，设计简单，但存在局部轨距线中断，同时在交叉段中部也存在不贴靠现象，伸缩量一般限定在±60mm，单轨受力薄弱断面的长度与轨距线中断长度一致。
（2）斜线型钢轨和折线型钢轨伸缩调节器
斜线型和折线型钢轨伸缩调节器是基本轨不懂，尖轨伸缩。20世纪60年代，我国研制了伸缩量为300mm、600mm的两种定型结构。基本轨不动的结构型式框架结构稳定，与双尖式相比，有着轨距线不中断的优点，其缺点是伸缩时轨距有变化，对行车及养护不利，但是在伸缩范围小、且轨距变化在线路允许范围内的低速线路上仍有其使用价值。
（3）曲线型伸缩调节器
从20世纪70年代来开始，我国就在研制曲线型伸缩调节器，其尖轨为圆弧（或复合曲线）状，基本轨不预先顶成曲线，而是在组装时由尖轨圆弧和按圆弧布置的基本轨轨撑，吧基本轨顶弯成相应的曲线；党基本轨伸缩时，尖轨固定不动，因此轨距保持不变，基本轨和尖轨始终保持密贴（在尖轨刨切范围内），平顺性好，行车平稳。这种类型的伸缩器，因其伸缩时轨距不变的特性，适用于在大伸缩量的调节器中应用，目前是我国主型的调节器类型。它虽然被称为曲线形伸缩调节器，但轨距线仍为直线，只能铺设于直线轨道上而不能铺设在曲线轨道上，否则会造成尖轨与基本轨不密贴而影响行车平稳性。

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2. 研究的基本内容与方案

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3 课题的研究内容、研究目标和拟采用技术方案
3.1 研究内容
（1）第一章 绪论部分。

高速铁路大跨桥梁、无砟轨道以及无缝钢轨位移调节研究的目的、意义和必要性。

（2）第二章 文献综述。

综合高速铁路桥梁无缝钢轨位移同步调节国内外研究发展状况，理论上分析梁轨伸缩调节的作用机制。

（3）第三章 梁轨同步伸缩调节器的设计。

根据梁轨伸缩调节机制，设计高速铁路梁轨同步伸缩调节器。

（4）第四章 数值验证。

采用有限元软件，建立梁轨伸缩调节的有限元模型，验证设计的可行性与合理性。

（5）第五章 结论与展望。

3.2 研究目标
（1）通过查阅国内外相关文献理论分析梁轨伸缩调节的作用机制，忽略次要因素影响，提出基本假定，建立符合实际情况的线桥纵向相互作用计算模型。