随着我国高速铁路持续发展和“走出去”战略实施,CRTSⅢ型板式无砟轨道作为我国自主研发的新型无砟轨道结构广泛应用于桥上无缝线路,可满足高速铁路对运营安全性和行车平稳性的严格要求。梁-板-轨相互作用机理较复杂且相关研究还较少,轨道层间相互作用力过大将引起钢轨折断、层间接触部分开裂,以及内部凸台、弹性垫层及隔离层结构伤损等病害,从而影响桥上CRTSⅢ型板式无砟轨道无缝线路的安全服役状态、甚至危及桥上行车安全。本文在综合分析国内外桥上无缝线路纵向力研究现状的基础之上,针对多跨简支梁桥和大跨连续梁桥,分别从静力和动力的角度出发,对桥上CRTSⅢ型板式无砟轨道无缝线路纵向力进行了较为全面的研究,主要研究内容包括以下几个方面:1.建立了桥上CRTSⅢ型板式无砟轨道无缝线路空间耦合模型。针对CRTSⅢ型板式无砟轨道这种新型轨道结构的组成和特点,以及广泛应用于我国高速铁路的多跨简支梁桥和大跨连续梁桥,基于梁-板-轨相互作用机理和有限元法,充分考虑钢轨、扣件、轨道板、自密实混凝土层、凸台、弹性垫层、“土工布”隔离层、底座板、桥梁梁体和墩/台顶支座等各细部结构的空间几何尺寸及其力学属性,运用ANSYS建立了两种桥上CRTSⅢ型板式无砟轨道无缝线路空间耦合模型。2.编制了桥上CRTSⅢ型板式无砟轨道无缝线路纵向力计算程序。基于C#高级编程技术和参数化语言APDL,实现了ANSYS的二次开发,编制了桥上CRTSⅢ型板式无砟轨道无缝线路纵向力计算程序,实现了参数设置、空间耦合模型建立、加载计算与计算结果数据后处理一体化,其中参数设置包括了各轨道、桥梁结构的空间几何尺寸和力学参数,以及包括复杂温度荷载、列车荷载及列车制动荷载的多种荷载参数;通过与现有研究成果对比,验证了采用本文模型进行静力和动力分析的准确性,以及相应纵向力计算程序的通用性和可靠性。3.研究了桥上CRTSⅢ型板式无砟轨道无缝线路纵向静力特性。利用所编制的计算程序,从静力的角度出发,考虑了包括桥梁梁体双向非线性温度梯度和轨道板竖向温度梯度的多种复杂温度荷载,列车荷载和列车制动荷载考虑了多种不同的加载方式,断缝值计算时考虑了不同钢轨断缝位置和温度荷载的影响,研究了桥上CRTSⅢ型板式无砟轨道无缝线路伸缩力、挠曲力、制动力和断轨力特性,并对最不利工况进行了总结;建议分别采用整体温度荷载、全桥列车荷载和列车制动荷载,选取伸缩力最大处作为钢轨断缝位置对桥上无缝线路进行设计检算;在此基础上,分别对钢轨强度、断缝值、弹性垫层变形量、层间相对位移进行了安全性检算,并建议在检算钢轨断缝值及断轨力时采用基于梁-板-轨相互作用法的空间耦合有限元模型;研究结论为桥上CRTSⅢ型板式无砟轨道无缝线路设计检算方法及检算荷载的合理选取提供了理论依据。4.研究了多种因素对桥上CRTSⅢ型板式无砟轨道无缝线路纵向静力的影响。利用所编制的计算程序,从静力的角度出发,依次分析了扣件纵向阻力、小阻力扣件铺设方案、固定支座墩/台顶纵向刚度及支座布置形式等因素分别对桥上CRTSⅢ型无砟轨道无缝线路伸缩力、挠曲力和制动力的影响;以减小结构纵向静力的角度为出发点,对设计过程当中扣件选型、铺设方案提出了合理化建议,给出了轨道、桥梁结构参数的合理取值范围,以及结构检算过程中桥梁跨数及梁体截面简化方法;结果表明较小温度跨度的桥梁更有利于轨道、桥梁结构的纵向受力,桥梁支座布置也应遵循该原则,等截面的连续梁桥模型不适用于挠曲力的计算;研究结论为桥上CRTSⅢ型板式无砟轨道无缝线路结构设计改进和铺设方法提供了参考。5.研究了桥上CRTSⅢ型板式无砟轨道无缝线路动力特性。以双线长大桥梁中间跨作为研究对象,从动力的角度出发,以8节编组的CRH₂型高速动车组为例,采用计算公式获得列车匀速运行和快速制动过程中的纵向轮轨力,分析了高速列车匀速运行和快速制动条件下无砟轨道和桥梁结构的纵、竖向动力特性;通过与静力计算结果对比,对桥上CRTSⅢ型板式无砟轨道无缝线路计算过程中静/动荷载的选取提出了合理建议;结果表明无砟轨道、桥梁结构纵向位移与加速度均在列车始制动和制动停车瞬间出现不同程度的反向突变,且列车朝固定支座方向制动时对轨板相对位移的变化和墩顶纵向受力较为不利,建议按照规范中的静荷载进行桥上无砟轨道无缝线路挠曲力和制动力计算;研究结论为运营过程中桥上CRTSⅢ型板式无砟轨道无缝线路结构稳定性提供了理论依据。