单出才
中铁十局集团第一工程有限公司 山东济南 250000
摘要：本文站在动力学角度，对线路平面参数动力进行分析，包括反向曲线间夹直线与同向曲线间夹直线两种，并通过案例分析的方式，采用仿真模拟计算该铁路桥梁线路中夹直线的最小值与反向曲线，并对计算结果进行验证，通过综合分析铁路线路参数对列车运行舒适度的影响，明确线路参数的取值范围。
关键词：铁路桥梁；夹直线；反向曲线
引言：随着科技的飞速发展，高速铁路被建造出来，且行车速度不断提高，轮轨之间的动力作用越发明显，尤其是在夹直线路段，夹直线长度成为铁路线路设计的重要内容。但是，在铁路桥梁线路中，部分地形较为复杂，为了在适应地形变化的同时减少工程量，可设置较短的夹直线，达到更加理想的设计效果。
1线路平面参数动力分析
1.1反向曲线间夹直线
根据不同目标速度的线路，设置相应的参数。在确定夹直线最小长度时，应对不同速度下夹直线振动衰减情况进行分析，确定冲击引起横向振动量级最小的点，当横向加速度在1/4个侧滚运动周期后达到最大值，经过一个周期后逐渐衰减到98%。可见，在该点引起的振动经过1.25个周期便可完成衰减，横向衰减长度为112.5m，垂直向的长度为200m。如若曲率突变很容易导致车体侧滚角速度增加，将夹直线改变为直线缓和曲线后，便可达到圆顺效果，使侧滚角速度放缓。在列车运行过程中，曲线间设置夹直线有助于增强反向曲线的横向阻力，以此降低对轨道的病害，在夹直线设置后，为了降低侧滚角速度，最短夹直线长度应与特定的长度要求相符合。当某节车同时位于三种线形时，夹直线的长度可以固定。从振动衰减的角度来看，当夹直线长度为0.4v时，可达到最佳衰减效果。结合动力学仿真结果可知，在复杂条件下反向曲线无需设置夹直线，在常规条件下夹直线的长度可超过0.4v。
1.2同向曲线间夹直线
根据不同目标速度的线路参数，分别设置0、0.4v、0.6v的夹直线，在轨道平顺的条件下，分别对夹直线区段车辆的横纵加速度变化进行分析。当冲击引起的横向振动较小时，衰减周期与反向曲线相同；在同向曲线中，夹直线曲线后车体侧滚角速度可能突然发生改变，使乘客感到不适，应科学设置夹直线长度，以此提高乘客的舒适性。通常情况下，对于同向曲线间夹直线来说，最短长度可设置为0.4v，与高速铁路中规定的0.8v相比，要求更加宽松[1]。
2某铁路线路设置短夹直线反向曲线的方法
2.1案例简介
在铁路工程建设中，为了满足节地的目标，以桥代路成为工程建设的主要趋势，本文以某铁路的西环线为例，该线路设计的行车速度为100km/h，桥梁位于反向曲线上，曲线半径为800m，夹直线的长度为51.51m，但列车长度为760m，夹直线长度无法满足行车要求。对此，该桥梁采用简支T梁，墩高处于3.0—4.0m之间。
2.2仿真分析
2.2.1选择轨道谱
当前国内应用较为频繁的是三大干线轨道谱，行车速度为160km/h，国外应用较多的有标准5级与6级轨道谱，其中前者适用于144km/h速度，后者适用于176km/h速度，从方向、高低不平两个角度进行比较。通过比较结果可知，我国轨道谱的方向不平超过国外的两种谱数值，这说明线路方向的几何状态较差；在高低不平方面，我国轨道谱整体处于国外5级与6级谱之间。
在仿真分析中，通过拟开行列车对轨道平顺性进行分析，以CRH1型车组为例，分别在国外5级与6级谱中进行模拟，以此对反向曲线安全性进行检验。
2.2.2模拟结果
在平滑性良好的情况下，动车组受轮重减载率的影响，可以100km/h的速度安全的通过桥梁反向曲线。在平滑性较差的情况下，当车辆以80km/h的速度行驶时，最大轮重减载率、脱轨系数、轮轴横向力等与设定值相接近，因此应将动车的行驶速度适当放缓，降低到80km/h。
2.2.3仿真结论
通过仿真模拟可知，在轨道平顺的情况下，动车组可以低于100km/h的速度顺利通过桥梁反向曲线；在轨道不平顺的情况下，动车组应以低于80km/h的速度通过桥梁反向曲线[2]。
2.3解决方案
为了最大限度提高旅客乘坐舒适性，在夹直线最小长度确定时，通常受列车在缓和曲线出入口产生的振动制约，使车辆通过夹直线的时间超过车体振动衰减的时间即可，可对夹直线长度进行计算，公式为：
L＝tVmax/3.6
式中，L代表的是夹直线长度；t代表的是车体振动衰减时间；Vmax代表的是最大行车速度；通过上述公式计算可知，垂向振动衰减值受振动衰减因素影响，当行车速度为70km/h时，在困难的情况下，夹直线长度的最小值为0.38Vmax/m；在均值条件下，夹直线长度的最小值为0.43Vmax/m；在一般情况下，夹直线长度的最小值为0.48Vmax/m。当行车速度为80km/h时，在困难的情况下，夹直线长度的最小值为0.34Vmax/m；在均值条件下，夹直线长度的最小值为0.42Vmax/m；在一般情况下，夹直线长度的最小值为0.47Vmax/m。当行车速度为90km/h时，在困难的情况下，夹直线长度的最小值为0.34Vmax/m；在均值条件下，夹直线长度的最小值为0.41Vmax/m；在一般情况下，夹直线长度的最小值为0.48Vmax/m。
在多种工况下对平均振动衰减速度进行计算，得出均值条件下的取值，剩余数据在该数值的上下波动，具有较强的稳定性，可作为一般条件的最小推荐值。优良条件可通过最大值计算而得，以该数值为最小长度可满足各种情况下车体对衰减距离的要求。但是，在大部分情况下，因车辆长度较长难以充分适应地形，可将其当作一般情况下的最小推荐值。此外，还应对横向与纵向振动计算结果进行对比，二者中较大的一个可同时满足双方的振动衰减要求，由此防止出现振动重叠，对旅客的舒适性产生不良影响。总之，在困难的情况下，当时速为70km/h时，夹直线最小长度为0.38Vmax；当时速为80km/h时，夹直线最小长度为0.35Vmax；当时速为90km/h时，夹直线最小长度为0.34Vmax；在一般条件下，当时速为70km/h时，夹直线最小长度为0.54—0.65Vmax；当时速为80km/h时，夹直线最小长度为0.51—0.63Vmax；当时速为90km/h时，夹直线最小长度为0.47—0.63Vmax。
2.4结果验证
通过深入分析可知，利用上述公式计算得出的夹直线长度与列车相比可能较短，此时列车可同时跨两个曲线运行。从动力学角度出发，对此类工况下列车运行平稳性进行分析。路况为无随机反向曲线，桥梁位于反向曲线上，曲线半径为800m，夹直线长度范围为0.4—0.8Vmax，利用舒适度为标准进行评价和检验。当曲线长度为100m时，垂向舒适度为1.029，横向舒适度为1.598；当曲线长度为150m时，垂向舒适度为1.021，横向舒适度为1.592；当曲线长度为200m时，垂向舒适度为1.003，横向舒适度为1.584。当夹直线长度为100m时，垂向舒适度为0.969，横向舒适度为0.798；当夹直线长度为150m时，垂向舒适度为0.951，横向舒适度为0.792；当夹直线长度为200m时，垂向舒适度为0.943，横向舒适度为0.781。通过上述数据可知，当曲线长度增加时，车体的评价指标数值随之降低，但下降趋势不明显，并未超出规定范围。将夹直线与反向曲线的各项指标进行对比可知，前者的指标数值均小于后者，特别是横向舒适值。由此可见，当列车同时跨两个曲线时，列车运行的舒适性有所降低，但指标数值并未超出规定范围[3]。
结论：综上所述，在铁路工程建设中，为了满足节地的目标，以桥代路成为工程建设的主要趋势，桥梁反向曲线在所难免。对此，在线路设计过程中，如若必须设置反向曲线，应尽量增加曲线半径，延长夹直线长度，通过加强桥梁横纵向刚度等方式进行设计，尽可能的提高乘客舒适度，使轨道时刻保持良好状态，确保运营安全稳定。
参考文献：
[1]郑贺民.高速铁路线路参数与线路方案动力分析研究[J].铁道标准设计,2019,63(06):72-76+104.
[2]李群.京承线250m半径曲线无缝线路理论与观测试验分析[D].北京交通大学，2018.
[3]路宏遥.重载列车荷载作用下反向曲线地段线路结构力学性能分析[D].北京交通大学，2019.