CRTSⅡ型板式无轨道滑动层性能试验研究
赵体波牛斌胡所亭荣桥
（中国铁道科学研究院高速铁路轨道技术国家重点实验室北京100081）
[要]近年来我国在京津、京沪等高速铁路建设工程中大量采用了CRTSI型板式无轨道体系，该体系中的滑动层结构国内外已有经验较少缺少相应技术标准.研究制作了1：2缩尺滑动层结构整体模型及试验工装进行了小于5%：在各个磨耗阶段下测定的摩擦系数均小于0.35:滑动层摩擦系数随着界面温度的升高而增加、随着界面 两组室内试验：针对滑动层性能进行了系统、深入的研究.试验结果表明：经历300万次磨耗后滑动层的磨损面积含水率的增大而降低.
[关键词】CRTSII型板：无轨道：滑动层：摩擦系数：缩尺模型
[中图分类号]U213 [文献标识码]A
[文章编号 ]1002-8498(2011) 09-0045-04
Researches on Sliding Layer of CRTS II Slab Ballastless Track
Zhao Tibo Niu Bin Hu Suoting Rong Qiao State Key Laboratory far Track Technology of High-speed Railwwy China Academy of Railaay Seiencs Bejing 100081 Chiea)
Abstraet: Recently CRTS II slab ballastless track system has been applied widely in Beijing-Tianjin High-speed Railway and Beijing-Shanghai High-speed Railway in China while the experience for the useof sliding layer structure is less home and abroad lacking in the corresponding technical standards. Theauthors make a 1: 2 scaled integral model of sliding layer structure and take two groups of indoor test tosystematically and deeply study the performance of sliding layer. The results of test prove that after threedetermined under each abrasion stage is all less than 0. 35 and the frictional coeffcient of sliding layer million times of abrasion the wear size of sliding layer is less than 5% the frictional coefficientinereases with the interface temperature and reduees with the inerease of the interface water content.
Key words: CRTS II slab; ballastless track; sliding layer; friction coefficient; scale model
350km标准设计的铁路工程，并实现了394km/h的 京津城际轨道交通工程是中国第1条按照时速试验速度和330km/h的运营速度，工程建设中首次使用了CRTSII型板式无咋轨道体系.目前创造世界铁路第一速度的京沪高速铁路也采用了该轨道 系统.CRTSⅡI型板式无确轨道板是首次应用于中国高速铁路的新型轨道结构，与其他类型无確轨道相比CRTSI型板式无咋轨道技术相对复杂，通过在桥梁顶面铺设滑动层隔离桥梁与轨道间的相互作由轨道板、砂浆垫层、底座板、滑动层等部分组成- 用实现了轨道系统跨越梁缝连续铺设，该轨道系统CRTSII型板式无轨道体系桥上及桥台后构造如
图1所示.
图1CRTSII型板式无轨道体系桥上与桥台后构造Fig. 1 The on-bridge and after-abutment configuration of CRTS II slab ballastless track system
桥上滑动层构造由3层材料组成，自下而上依次为：规格400g/m²的聚丙烯土工布（底面通过胶粘剂与梁面防水层黏结）厚度1.0mm的高密度聚乙烯土工膜，规格200g/m²的聚丙烯土工布（顶面浇筑混凝土底座板）：桥台后隔离层构造由2层材料组成，每层均为规格400g/m²的聚丙烯土工布
（底面通过胶粘剂与摩擦板黏结，顶面浇筑混凝土 底座板）.其基本理念是利用滑动层对桥梁顶面与无轨道底座板进行隔离，通过减小界面摩擦力来减小梁体伸缩对轨道结构产生的附加力：桥台后底座板与摩擦板之间通过隔离层增大界面摩擦力以实现逐渐、均匀地传递桥梁纵向力：桥梁轨道上部的纵再传至固定支座和桥梁下部结构桥台后轨道上部 向力主要由底座板传至固定支座附近的剪力齿槽，的纵向力通过连续底座板传递至摩擦板端刺最后传至路基从而不影响轨道结构）.
算循环加载次数取300万次- 的位移加载值取±1.5mm按照60年的使用寿命计
滑动层整体力学性能试验依照以下5项原理进行模拟：①试验机水平加载模拟高速列车作用下滑动层的相对错动；②通过竖向均匀堆载为滑动层施加法向压力，通过堆载质量的改变分别模拟轨道结构的自重和列车活载堆载在试验过程中随滑动层 作水平往复运动；3③为高效利用试验工装和预制板，底层预制板模拟桥面，在其底面喷涂聚脲防水层并粘贴400g/m²规格土工布：④试验台座模拟底座板，在其顶面铺设200g/m²规格土工布和1.0mm厚土工膜并在四周用钢板压条固定：5试验滑动面位于 上层土工布与土工膜之间，模拟实桥中土工膜与下层土工布之间的滑动面
结构应满足60年的使用寿命1.滑动层体系可借 滑动层属于不可更换的特殊工程材料，且主体鉴的工程经验很少，为研究和验证其整体性能开展了系统的试验研究，研究成果已纳入客运专线铁路CRTSI型板式无轨道滑动层暂行技术条件》，为工程建设提供了技术支撑.
2试验装置
依照以上5项试验原理自行研制了试验装置，统4部分组成试验装置如图2所示. 主要由试验结构、加载系统、测试系统、温度控制系
1试验原理
CRTSII型板式无轨道底座板的固定宽度为2950mm）为了真实地模拟实桥上滑动层结构的整体受力状态，同时考虑到试验场地的限制制作了桥向）×3.0m（纵桥向）.摩擦系数的大小取决于摩 1:2缩尺滑动层整体模型滑动面积设计为1.5m（横擦面的材料和摩擦面上单位面积承受的压力整体模型在这两方面都和实际情况相同，所以试验得到的摩擦系数和现场状态相同.
1）试验结构自下而上依次由试验台座“两布一膜”滑动层、喷涂聚脲防水层、预制混凝土板和堆载5部分构成，试验台座采用自平衡体系.
水平向加载采用200kN电液伺服作动器按照正弦波位移控制方式加载以实现预制混凝土板的水平往复运动，竖向加载通过堆载实现，试验中利用2层预制混凝土板模拟结构自重作用6层预制混凝土 板模拟结构自重和列车活载作用.
层、轨道板、钢轨和扣件，设计恒载作用于滑动层的 滑动层上部结构的自重主要包括底座板、砂浆静压强为8.9kPa列车活载按照ZK标准活载图示中的均布荷载选用按每线64kN/m取值整体模型按照滑动层界面等压强原则进行设计）
3)测试系统利用VisualBasic程序自主开发出控制软件实现试验机的牵引力和水平轴向位移的自动采集并计算出摩擦力和摩擦系数，数据采集结果如图3所示-
通过时活载引起支座转动和梁体曲：列车通过之 活载作用下滑动层相对位移的模拟原则：列车后梁体弹性变形和滑动层的相对位移恢复原位.运营荷载下两车交会对桥梁的作用约为设计荷载作用的40%考虑到两车交会的偶然性及运营后3min发车间隔的远期规划“，滑动层整体性能磨耗试验
4）温度控制系统由温度传感器、红外线测温仪、水冷循环系统等构成，预制试验台座时在试验台座上表面预埋了温度传感器，随时监控滑动层界面附近的温度以防摩擦过热影响试验结果.红外线测温仪用于在磨耗试验中实时测量滑动层表面及滑
图2试验装置示意Fig. 2 Experimental device
滑动层摩擦系数μ的变化规律并检验耐磨性能，如 本试验用于测试滑动层界面升温及界面潮湿条件下表1所示.
Fig. 3 The relationship of measured traction 图3实测牵引力与位移关系and displacement
动界面四周预制混凝土板的温度：水冷循环系统由预埋在试验台座表面附近的一系列水管组成的环路及水冷循环机组成，在磨耗试验过程中可有效控制滑动层界面温度.
3试验过程
整个研究分1，Ⅱ两个试验进行制备滑动层试样步骤如下：①制作400g/m²及200g/m²两种规格的土工布试样各1块，1.0mm厚土工膜试样1块，尺寸均为4.0m（纵向）×1.7m（横向）：②在试验基 座顶面铺设200g/m²规格的土工布，其上铺设1.0mm厚的高密度聚乙烯膜并在纵向两端将土工膜和土工布固定：③底层预制板光面朝上放置并喷涂聚脲防水层待终凝后在其表面的两侧沿纵向涂格的土工布-养护5d以上达到设计黏结强度后将 抹胶粘剂2道，每道宽0.3m，之后粘贴400g/m²规底层预制板翻面并叠放于试验台顶面的土工膜之上形成滑动层结构.
图4滑动层界面喷水处理
Fig. 4 Watering sliding layer interface
表1试验Ⅱ过程中摩擦力测试参数
Table 1 The testing parameter of frietion during test II
试验试验压加载频 相对 循环序号重/kN 率/x 位移量/ sm 次数 试验目的TI T2 43. 30 43. 30 0.05 0.05 0-40 0 -90 20测试室温干燥状态下的 20测试室温干燥状态下的T3 43. 30 0.05 0 ~40 20测试升温干燥状态下的T4 T5 43. 30 43. 30 0.05 0.05 0 -90 0 ~40 20测试升温干燥状态下的T6 43. 30 0. 05 0 ~ 90 20测试室温潮漫状态下的
制混凝土板模拟恒载活载按照4Hz加载频率及 1）试验1制备滑动层试样，上面堆载6层预±1.5mm的相对位移进行连续磨耗加载加载300万次-全过程始终开启水冷循环系统，过程中每间隔50万次暂停磨耗试验按照0.05Hz加载频率和面干燥条件下滑动层摩擦系数u的变化规律并检验 ±20mm的相对位移进行加载，测试磨耗各阶段界耐磨性能-试验中每经过100万次磨耗后拆卸试验结构查看土工布、土工膜及胶粘剂的磨损情况-
4试验结果
1）试验1
试验I过程在各磨耗阶段的摩擦力和摩擦系数结果如表2所示摩擦系数的变化趋势如图5所示.可以看出：0-50万次磨耗期间摩擦力与摩擦系数增长较快；随着磨耗次数的增加，在随后的每50万 次间隔测试到的摩擦力与摩擦系数呈现出缓慢增长并逐渐趋于稳定的趋势，且最大值未超过0.35.
表2试验I过程中的摩擦力与摩擦系数
2)试验Ⅱ滑动层界面温度降到室温后移走凝土板模拟恒载进行加载.首先分别进行了T1T2 最上面的4层预制混凝土板，堆载剩余2层预制混两组试验：随后以加载频率4Hx相对位移±1.5mm进行了17530次、共90min的磨耗加载过程中未使用水循环降温系统以大幅提高界面温度停止疲劳试验后立即进行了T3，T4两组试验.滑动层界面 温度降至室温后吊起底层预制板用喷壶对上层土工布喷满水同时土工膜上表面酒满水（见图4）然后重新组装试验结构分别进行了T5，T6两组试验.
Table 2 The friction and friction coefficient during test 1
磨耗次数/万次050100150200250300摩擦力/kN35.639.740.440.742.843.844.8摩擦系数 0. 269 0. 299 0. 305 0. 307 0. 323 0. 330 0. 338
混凝土温度和试验台座温度均未超过40℃.100万 试验I过程中监测到滑动层表面温度、预制板次磨耗之后打开滑动层查验滑动层界面：查验结果表明：土工膜上表面在局部区域出现轻度磨损现象且出现一处小面积磨穿的空洞，其余部位均无明显磨损痕迹：上层土工布下表面局部被磨黑无磨穿
2）试验ⅡI
（上接第44页）
图5试验1过程中摩擦系数的变化趋势Fig. 5 The increase tendeney of frietion coefficient during the test 1
和破坏痕迹.200万次磨耗之后，土工膜和上层土 工布磨损程度与100万次基本一致.300万次磨耗之后土工膜和上层土工布蘑损状态同200万次磨耗状态类似，但磨损面积有所扩大-揭开土工膜，发现下层土工布局部被蘑黑但无蘑穿和破坏痕迹.
试验Ⅱ过程中摩擦力与摩擦系数如表3所示.
表3试验I过程中的摩擦力与摩擦系数
Table 3 The friction and frietion coefficient during test
试验序号 T1T2T3T4摩擦力/ 14.014.215.315.28.88.3 T6摩系数 0. 3230. 328 0. 353 0. 3510. 203 0. 192
表明：滑动层相对位移量对摩擦系数测定结果的影 试验T1与T2，T3与T4，T5与T6的结果对比响不大；试验T1与T3，T2与T4的结果对比表明：界面温度对摩擦系数有一定影响界面温度升高摩擦力和摩擦系数随之变大；试验T1与T5T2与T6影响较大土工布吸满水之后，摩擦系数大幅下降. 的结果对比表明：滑动层材料的含水量对摩擦系数
1)按照预计的挂篮定位标高进行挂篮定位（除00至日出前完成，以减少温度的影响. 平面定位外关键是底模标高定位）挂篮定位在0：
2)混凝土浇筑过程中，测量控制挂篮定位标高测量已浇筑梁段端部及后支点断面处测点标高.
3)浇筑混凝土后，第2天测量已施工完成的梁段上的测点标高.
4）应严格控制塔两端同步施工其不同步偏载的重量按设计规范要求应小于5.0m混凝土（或按设计文件要求）不能超限
5)预报标高与索力同原设计参数值的差异经设计方认可或略作应力验算进行参数调整，一般索 力与设计值应控制在2%容许范围内：横向同号索力应控制在±1%容许范围内：同号索力应同步张拉
5结语
参考文献：
4结语
参考文献：
桥上滑动层结构的受力状态，可以有效地测试 1）用于研究的试验体系可以较真实地模拟实CRTSII型板式无轨道滑动层材料的摩擦系数和磨耗性能.该体系既可用于力学试验研究，也可用于材料性能检验.
2)由高密度聚乙烯土工膜与聚丙烯针刺非织造土工布组成的滑动层结构经历了使用冷却水循环的情况下加载频率4Hz、加载位移±1.5mm、加载次数300万次的磨耗试验（试验1）-磨耗试验后5%全程摩擦系数均小于0.35，可以满足设计与工 土工布和土工膜基本完好，滑动层磨损面积小于程要求.
3）对比试验（试验ⅡI）表明，界面温度升高，滑动层摩擦力和摩擦系数会随之变大：与干燥状态相比吸满水的滑动层材料摩擦系数大幅下降-
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6）挂篮定位标高与预报标高误差应控制在±1cm内.
随着惠青黄河公路大桥边、中跨的顺利合龙，无论是线形控制还是索力控制都相当理想，合龙段桥轴线两侧对称点最大高差仅5mm，这标志着前期施工控制做得十分精确，为以后矮塔斜拉桥合龙提供了非常宝贵的经验和实践数据.
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