为充分了解现有大位移梁端伸缩构造的使用性能和相关病害，为五峰山长江大桥梁端伸缩构造的优化设计提供参考，对典型大跨度钢桥梁端伸缩构造的工作状态进行了调研，主要包括京广高铁天兴洲长江大桥、京沪高铁南京大胜关长江大桥、厦深铁路榕江特大桥、南广铁路郁江双线特大桥、渝利铁路韩家沱长江大桥、宁安城际安庆长江铁路大桥等。调研结果表明，无论国产还是国外的梁端伸缩设备，由于频繁使用，在运营较短的时间内如3～5年，均出现了一些工程病害，成为工务部门维修养护的重点部位。

国产下承式伸缩装置存在的主要问题如下：

（1）活动钢枕间距不均。主要原因是大跨度钢桥一般采用有砟轨道，在大桥钢梁伸缩过程中道砟不能同步伸缩，道砟纵向被动受大桥钢梁拉伸和挤压，轨枕承受的道床阻力不一致，在钢梁与钢轨不断伸缩带动下，导致活动钢枕出现歪斜和间距不均的问题；两侧连接钢轨与活动钢枕之间的扣件阻力不均导致活动钢枕的伸缩受到影响。

（2）连杆无法起到保证活动钢枕位移均匀的功能，螺栓部位设计不太合理，导致某些桥梁出现连杆螺栓处强度不足而断裂的病害，如天兴洲长江大桥、韩家沱长江大桥。伸缩装置连杆的主要作用是在梁缝周期性变化过程中，通过连杆的运动保持活动钢枕间距、活动钢枕与固定钢枕之间的间距相等。连杆病害产生部位一般集中在连杆连接的节点部位，不同连杆通过螺栓进行连接。产生病害的主要原因是活动钢枕伸缩不均或歪斜直接影响了连杆部位的受力，在伸缩过程中连杆在截面强度较弱的螺栓部位首先出现裂纹，在长期累积作用下裂纹逐渐发展而出现断裂的情况；在连杆往复伸缩位移过程中由于连接处上下连杆的摩阻力大造成节点部位的局部应力集中，导致节点处易出现裂纹等病害，连杆螺栓部位的设计有待进一步改进；在机械专业中往往通过轴承实现杆件的转动与传动，因此在后续构造优化时可以考虑采用轴承实现节点部位的自由转动功能。

（3）早期将连杆设置在钢枕下部的设计不合理，给日常检修造成很大困难甚至无法检修，是工务部门反映较为突出的问题。由于无法及时、有效地检修，无法及时发现病害，也给连杆的病害带来直接影响。连杆位于钢枕下部的设计最早用于天兴洲长江大桥，在后续的南京大胜关长江大桥、沪通长江大桥等设计中，已对连杆布置进行了优化调整，将其放在钢枕两端部位，采用在侧边竖向放置或水平放置的方式。

（4）梁端伸缩装置及钢轨伸缩调节器的现场施工质量存在缺陷，如厦深铁路榕江特大桥、渝利铁路韩家沱长江大桥等。典型施工质量缺陷包括装置安装的空间位置未达到设计标准，如纵向中心线与线路存在夹角。钢轨伸缩调节器与伸缩装置之间的连接扣件类型现场安装错误，造成扣件类型与钢轨伸缩不匹配，导致钢轨无法自由伸缩，有关施工方面的质量缺陷可以通过生产厂家和施工单位安排专业技术人员严格进行现场盯控，施工完成后按技术要求进行验收加以消除。

以南京大胜关长江大桥为例，结合该桥养修部门上海铁路局南京桥工段的日常养护维修总结，给出国外BWG SA60型钢轨伸缩调节器存在的主要病害，并分析病害产生的可能原因：

（1）钢枕、混凝土轨枕歪斜及胶垫窜出。根据上海铁路局南京桥工段的现场检查发现，南京大胜关长江大桥主桥沪蓉线1＃～4＃调节器钢枕均出现歪斜现象，3＃两钢枕歪斜量达35 mm，4＃两钢枕歪斜量达51 mm，1＃、2＃调节器钢枕偏斜程度较轻，但也有15～25 mm。梁缝两侧的混凝土轨枕同样出现了歪斜，现场测量歪斜量达到30 mm。调节器基本轨一侧小阻力扣件线路轨枕间距不均匀，时大时小。并且日常检查发现钢枕、混凝土轨枕经过整治，大约两周后，上述现象再次出现，昼夜温差越大，病害重复出现周期越短。另外，现场检查发现4＃调节器钢枕胶垫有窜出现象，窜出量有20 mm左右，1＃、2＃调节器基本轨一侧小阻力扣件线路胶垫共窜出8块，窜出量大概有50 mm。产生上述病害的可能原因如下：

①大桥上线路设计为有砟轨道形式，在大桥钢梁伸缩过程中道砟不能同步伸缩，道砟纵向被动受大桥钢梁拉伸和挤压，轨枕所受道床阻力不一致，在钢梁与钢轨不断伸缩带动下，轨枕出现歪斜及间距不均。

②调节器在梁缝左右侧的8根和20根轨枕两端分别采用钢板条纵向连接，形成轨排框架，一旦轨排框架左右位移出现不等时，加剧导致钢枕、混凝土轨枕出现歪斜。

③固定基本轨扣板上的螺栓扭力矩过大，调节器横梁与轨下垫片无间隙，摩擦力过大及长效油脂在钢梁扣件滑动范围内涂抹不到位，加之剪刀叉弯曲变形，在基本轨伸缩时钢枕不能正常摆动，导致钢枕出现歪斜。

④调节器及前后线路，尤其小阻力扣件地段处在动态的伸缩变化中，容易造成螺栓松动、扣件扣压力不足，进而导致胶垫窜出。

（2）剪刀叉装置横向扭曲变形。现场检查发现，1＃～4＃调节器剪刀叉装置均出现不同程度的变形，其中3＃、4＃调节器剪刀叉横向变形较为严重，现场通过20 mm长钢尺测量，最大横向弯曲变形有3 mm。引起这一病害的主要原因如下：

①南京大胜关长江大桥主桥三主桁钢梁中桁下部安装纵向活动支座，两边桁为双向活动支座，钢梁存在横向的温度位移变化，在横向伸缩过程中引起上部轨道结构的横向变形，由于上承式梁端伸缩构造设置的横向约束部件较少，造成剪刀叉装置产生横向的扭曲变形，特别对于主梁宽度较大的大跨度铁路桥，这一问题更为突出。但从另一个角度来看，采用中间纵向固定、梁端双向活动的支座布置方式，已是比较合理的方式，故而只能提高横向刚度来适应温度位移带来的影响。此外，除开温度横向变形的影响外，列车的横向摇摆力等横向作用也会产生一定影响，而上述影响具有长期性，即剪刀叉装置的横向扭曲变形是长期累积造成的。因此对剪刀叉装置做好定期检查监控就非常必要。

②调节器左右轨枕端道床阻力不一致及其他因素，钢板条纵向连接形成的轨排框架从长方形变形成平行四边形，造成梁缝侧边混凝土轨枕歪斜而导致剪刀叉出现扭曲变形。

③在梁缝周期变化过程中引起悬挂式钢枕纵向移动，当悬挂式钢枕与纵向调节器钢梁之间的连接扣件纵向阻力左右不等时造成剪刀叉弯曲变形。

（3）尖轨及基本轨光带不良。钢轨光带好坏直接反映出轮轨关系是否正常，严重不良时将导致晃车现象产生，由于轮轨关系的复杂性，难以从理论上弄清轮轨关系和钢轨光带之间的内在机理，使得养护维修的难度大。现场检查发现沪蓉上行4＃，下行1＃、3＃调节器在23＃枕处，上行2＃调节器在22＃枕处的尖轨顶面光带出现突变，1＃～4＃调节器均存在左右尖轨光带不一致，相错1.5 m左右。产生上述病害的原因分析如下：(www.daowen.com)

①在基本轨动态伸缩变化过程中，造成22＃～23＃枕处基本轨轨顶略高于尖轨轨顶，导致出现光带突变。

②调节器左右尖轨降低值不一致及降低数值不符合要求，车轮对左右尖轨受力位置发生变化。

③调节器生产制造及运输施工过程中可能造成设备缺陷，导致出现光带不良的问题。

（4）调节器尖轨爬行量较大。日常周期性对调节器位移进行观测，发现沪蓉上下行四组调节器尖轨单向爬行量最大达22 mm，现场左右尖轨出现明显的爬行痕迹。产生尖轨爬行的原因主要如下：

①调节器在混凝土连续梁上的20根轨枕均纵联成轨排框架，总体道床纵向阻力较大，尖轨焊连了引桥上的长轨条，随着温度的周期变化，长轨条的来回伸缩带动了尖轨爬行。

②日常检修不到位，尖轨及焊连的长轨条扣件扣压力不足，导致出现尖轨过大爬行。

（5）调节器及前后线路几何状态易出现不良。随着梁缝及无缝线路不断伸缩变化，调节器及前后线路（尤其是150 m的小阻力扣件地段）容易产生轨向、轨距及轨距递减不顺、高低、三角坑等病害，调节器的基本轨前端及尖轨根端容易出现空吊。产生上述几何状态不良的原因如下：

①调节器及前后线路的来回伸缩变化，道床来回拉伸、挤压，容易造成轨枕将道砟带出线路，形成线路空吊、道床密实不均，造成线路刚度、弹性不均，在行车的动态荷载冲击下，出现高低、水平三角坑病害。

②调节器及前后线路焊缝不平顺，钢枕、混凝土轨枕偏斜及胶垫窜出，导致出现轨距、轨距递减不顺及高低、水平三角坑病害。

针对南京大胜关长江大桥钢轨伸缩调节器的病害，工务段制定了对应的整治措施，对钢枕和混凝土枕歪斜、剪刀叉变形等进行了整治，如方正轨枕、更换严重变形剪刀叉等，整治后消除了钢轨光带不良、尖轨爬行量大、几何状态不良等问题，使得设备质量得到明显提升，减少了日常维修的工作量，为行车安全提供了保证。这也说明在梁端伸缩构造出现问题后可及时、有效地进行维修或更换，不对线路的正常运营造成较大影响，在梁端伸缩构造的设计阶段就要遵循可恢复性设计（resilient design）的理念。此外，当梁端伸缩构造某些部位出现折断或较严重病害时，不致引起列车脱轨或行车安全无法保证的情况，要求梁端伸缩构造的设计具有较强的鲁棒性（robustness）。

以上梳理总结了两类在我国广泛应用的梁端伸缩构造的主要病害及其产生的可能原因，由于所处工作环境的复杂性，其病害原因也是多方面的，包括结构构造的设计不足、制造或施工质量缺陷、后期缺乏必要及时且有针对性的养护维修。由于本研究的目的主要针对五峰山长江大桥提出更为合理的梁端伸缩构造方案，故通过对常见病害的分析，给出结构构造设计上的主要优化思路，具体如下：

（1）梁端伸缩构造区域钢轨扣件阻力的优化设计。在往复伸缩变化的过程中，扣件阻力是保证轨道几何形态的关键因素，阻力设计值及保持情况对梁端伸缩构造的性能状态至关重要。特别对于小阻力扣件线路，扣件阻力设计和保持至关重要。

（2）连杆优化设计。两类伸缩构造的连杆均存在一些问题，主要表现在连杆的空间布置、结构形式和节点构造方面。从空间布置来看，分为竖向连杆和水平连杆，对于竖向连杆，在夏季高温季节主桥伸长时，连杆被挤压后间距变小，可能出现侵入轨道限界的问题，故目前有将连杆平置的设计，如沪昆高铁北盘江大桥。从结构形式来看，有单连杆（剪刀叉式）、平行四边形连杆、菱形连杆三大类，应结合实际应用选择合理形式。从节点构造来看，节点部位螺栓连接的细节处理需重点关注。

（3）在以上两类伸缩构造的基础上，能否提出更为合理的设计方案，也值得进一步思考。应从伸缩构造应满足的各项性能要求入手，同时考虑主引桥梁端的变位特征。对主引桥的梁端变位也应提出要求，并给出建议限值，否则不利于梁端伸缩构造的设计，也对日后梁端区域的养护维修造成影响。

有理由相信，国产伸缩装置随着国内工程的大量使用和及时反馈，其质量的改进和提升速度会更快，必然会成为各类大跨度铁路桥梁的主流。