高速鐵路預(yù)制后張法預(yù)應(yīng)力混凝土大跨度簡(jiǎn)支梁技術(shù)研究

牛斌

(中國鐵道科學(xué)研究院鐵道建筑研究所，北京 100081)

高速鐵路預(yù)制后張法預(yù)應(yīng)力混凝土大跨度簡(jiǎn)支梁技術(shù)研究

牛斌

(中國鐵道科學(xué)研究院鐵道建筑研究所，北京 100081)

我國高速鐵路運(yùn)營里程已經(jīng)占全球1/2以上，預(yù)制架設(shè)的簡(jiǎn)支梁橋占我國高速鐵路橋的絕大部分，研究預(yù)制架設(shè)大跨度簡(jiǎn)支梁對(duì)推動(dòng)我國高速鐵路橋梁技術(shù)進(jìn)步十分必要。本文的研究及設(shè)計(jì)統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，對(duì)于高速鐵路簡(jiǎn)支梁設(shè)計(jì)，跨度≤32 m由基頻限值控制，隨著跨度增大，梁端轉(zhuǎn)角限值的影響越來越大。分析不同基頻的簡(jiǎn)支梁在運(yùn)營列車作用下的動(dòng)力系數(shù)發(fā)現(xiàn)，大跨簡(jiǎn)支梁車橋動(dòng)力效應(yīng)不明顯。40 m簡(jiǎn)支梁試設(shè)計(jì)證明梁體質(zhì)量可以控制在1 000 t以內(nèi)，因此目前的運(yùn)架設(shè)備通過改造可以滿足其運(yùn)輸架設(shè)要求。此外，在一定條件下使用40 m簡(jiǎn)支梁將帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

高速鐵路 大跨度簡(jiǎn)支梁 容許動(dòng)力系數(shù)

國內(nèi)外高速鐵路橋梁主要采用簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)，其中預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支梁具有受力明確、構(gòu)造簡(jiǎn)單、耐久性好、施工便捷等優(yōu)點(diǎn)，是高速鐵路橋梁的主要結(jié)構(gòu)形式。

1 國內(nèi)外高速鐵路橋梁概況

1.1 國外高速鐵路簡(jiǎn)支梁

日本、德國、法國等高速鐵路發(fā)達(dá)國家的簡(jiǎn)支梁橋應(yīng)用情況如下述。

1)日本:早期修建的東海道新干線近50% 的橋梁為鋼橋和結(jié)合梁橋，后期修建的幾條新干線上鋼橋應(yīng)用越來越少，其中東北新干線混凝土橋已占70% 。日本新干線預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支箱梁最大跨度為67 m，預(yù)應(yīng)力混凝土槽形梁最大跨度為61.4 m，簡(jiǎn)支T形梁最大跨度為49 m。

2)德國:高速鐵路橋梁的標(biāo)準(zhǔn)跨度是25 m，44 m 和58 m。25 m跨度主要用于高架橋，44 m和58 m跨度主要用于山谷橋。近期修建橋梁主要采用預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支箱梁，跨度以44 m為主，一般采用支架法、移動(dòng)模架法、頂推法施工。

3)法國:高速鐵路混凝土橋多采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，截面形式主要為雙線等高箱梁，頂推法施工，跨度40～80 m，梁高3.5～5.0 m。鋼—混凝土結(jié)合梁在法國高鐵應(yīng)用普遍，約占橋梁總數(shù)的70% 。

4)西班牙:高速鐵路橋梁主要為多片式預(yù)應(yīng)力混凝土T梁和箱梁橋，其中跨度26.6 m的T梁橫向?yàn)?片并置，梁高為2.05 m;跨度38 m的T梁橫向?yàn)?片并置，梁高2.10 m。

5)意大利:第一期高速鐵路預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁跨度為20～25 m，質(zhì)量550 t，工廠集中預(yù)制，架橋機(jī)架設(shè);第二期高速鐵路的橋梁為跨度33.6 m單箱雙室簡(jiǎn)支梁，整孔預(yù)制，先張法預(yù)施應(yīng)力。

6)韓國:京釜高速鐵路90% 以上橋梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土雙線連續(xù)箱梁，標(biāo)準(zhǔn)跨度為25 m和40 m兩種。

1.2 我國高速鐵路簡(jiǎn)支梁

截止2014年底，我國高速鐵路運(yùn)營里程超過16 000 km，“四縱”干線基本成型，約占世界高速鐵路運(yùn)營里程的50% ，已擁有全世界規(guī)模最大、運(yùn)營速度最高的高速鐵路網(wǎng)。

我國高速鐵路多采取“以橋代路”策略，各條高速鐵路橋梁所占比例均較高，其中以跨度32 m預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支箱梁橋?yàn)橹鳎糠植捎每缍?4 m簡(jiǎn)支箱梁，少量采用跨度40，44，56 m簡(jiǎn)支箱梁?？缍?2 m及以下箱梁主要采用沿線設(shè)制梁場(chǎng)集中預(yù)制、架橋機(jī)架設(shè)的方法施工，跨度32 m以上簡(jiǎn)支箱梁主要采用現(xiàn)場(chǎng)澆筑或節(jié)段拼裝的方法施工。

我國高速鐵路橋梁里程占線路里程的比例最高達(dá)82% ，其中常用跨度混凝土簡(jiǎn)支箱梁橋占橋梁總里程的比例基本在80% 以上，最高達(dá)96% 。我國典型線路高速鐵路簡(jiǎn)支梁統(tǒng)計(jì)情況見表1。

表1 我國典型線路高速鐵路簡(jiǎn)支梁情況統(tǒng)計(jì)

1.3 發(fā)展預(yù)制大跨度簡(jiǎn)支梁的意義

橋梁技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步成為我國高速鐵路建設(shè)工程中的重大技術(shù)突破，并形成了我國自有的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系。隨著高速鐵路建設(shè)的發(fā)展，橋梁設(shè)計(jì)理論和建設(shè)技術(shù)也在逐步完善和發(fā)展，其中基于預(yù)制架設(shè)施工模式的大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支箱梁就是其中重要發(fā)展方向之一。

我國高速鐵路建設(shè)規(guī)模大，橋梁數(shù)量多，設(shè)計(jì)、施工技術(shù)成熟，并依托聯(lián)調(diào)聯(lián)試工作積累了豐富的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)于高速鐵路橋梁的建設(shè)和發(fā)展也積累了充足的技術(shù)儲(chǔ)備。根據(jù)近年來高速鐵路常用跨度預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支梁的設(shè)計(jì)和試驗(yàn)研究成果，我們對(duì)簡(jiǎn)支梁的設(shè)計(jì)理論有了更為深刻的認(rèn)識(shí)，為高速鐵路(時(shí)速250 km及以上)大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支梁的進(jìn)一步發(fā)展打下了基礎(chǔ)。

高速鐵路跨越河流、溝谷的高墩橋梁以及軟基沉陷地區(qū)的深基礎(chǔ)橋梁，下部結(jié)構(gòu)造價(jià)在橋梁建設(shè)費(fèi)用中的比重較大，大量使用跨度32 m簡(jiǎn)支梁時(shí)經(jīng)濟(jì)性較差;跨度＞32 m時(shí)若只能采用原位澆筑的簡(jiǎn)支梁橋或者連續(xù)梁、連續(xù)剛構(gòu)橋，經(jīng)濟(jì)性也較差，且質(zhì)量不易控制。發(fā)展跨度40 m及以上預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支梁，并采用集中預(yù)制、運(yùn)梁車移運(yùn)、架橋機(jī)架設(shè)的施工模式，將顯著提高橋梁的經(jīng)濟(jì)性。我國高速鐵路發(fā)展跨度40 m及以上、采用預(yù)制架設(shè)施工模式的預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支梁技術(shù)，不但能夠提高簡(jiǎn)支梁橋的跨越能力，還能夠擴(kuò)大簡(jiǎn)支梁橋的適用范圍，并具有一定的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

2 既有高速鐵路簡(jiǎn)支梁設(shè)計(jì)與使用情況

2.1 設(shè)計(jì)參數(shù)及控制指標(biāo)

對(duì)于我國高速鐵路用量最大的跨度32 m預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支箱梁，高速鐵路運(yùn)營活載靜態(tài)效應(yīng)(動(dòng)車組)約為設(shè)計(jì)活載靜效應(yīng)的35% ～40% ，橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)控制指標(biāo)已由強(qiáng)度變?yōu)閯偠?。橋梁結(jié)構(gòu)的變形和變位限值主要是為保證橋上軌道結(jié)構(gòu)受力安全性和穩(wěn)定性，同時(shí)滿足列車高速運(yùn)行條件下行車安全及乘車舒適的要求。根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范，高速鐵路橋梁剛度設(shè)計(jì)參數(shù)應(yīng)滿足如下要求。

1)豎向撓度

梁部結(jié)構(gòu)在ZK豎向靜活載作用下，梁體的豎向撓度不應(yīng)大于表2所示限值。

表2 梁體豎向撓度限值

2)梁端轉(zhuǎn)角

對(duì)于采用無砟軌道的橋梁，由于梁端豎向轉(zhuǎn)角使得梁縫兩側(cè)的鋼軌支點(diǎn)分別產(chǎn)生鋼軌的上拔和下壓現(xiàn)象。當(dāng)上拔力大于鋼軌扣件的扣壓力時(shí)將導(dǎo)致鋼軌與下墊板脫開，當(dāng)墊板所受下壓力過大時(shí)可能導(dǎo)致墊板產(chǎn)生破壞。對(duì)于采用有砟軌道的橋梁，還要保證橋梁接縫部位有砟道床的穩(wěn)定性。梁端轉(zhuǎn)角規(guī)定見表3。

表3 ZK豎向靜活載作用下梁端豎向轉(zhuǎn)角限值

3)豎向自振頻率限值

研究表明梁體固有頻率過低將導(dǎo)致高速列車通過時(shí)產(chǎn)生較大振動(dòng)或共振，頻率過高時(shí)橋上軌道不平順引起的車輛動(dòng)力響應(yīng)明顯增加，因此對(duì)簡(jiǎn)支梁豎向自振頻率提出限值。對(duì)于運(yùn)行車長24～26 m的動(dòng)車組、L≤32 m混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土雙線簡(jiǎn)支箱梁，給出了不需要進(jìn)行車橋耦合動(dòng)力響應(yīng)分析的自振頻率限值。同時(shí)，研究發(fā)現(xiàn)對(duì)于跨度40 m及以上的簡(jiǎn)支梁，由于長列荷載的影響，動(dòng)力荷載產(chǎn)生的突變效應(yīng)減弱。

高速鐵路橋梁設(shè)計(jì)的控制性參數(shù)與橋梁跨度有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，選取跨度20，24，32及40 m的簡(jiǎn)支箱梁，每種跨度的簡(jiǎn)支梁分別選取21種不同尺寸的截面，二期恒載統(tǒng)一按180 kN/m來計(jì)算梁體豎向基頻，以此研究分析不同剛度設(shè)計(jì)參數(shù)間的關(guān)系。跨度32，40 m簡(jiǎn)支梁梁端轉(zhuǎn)角與跨撓比(雙線靜活載)、梁體豎向基頻之間的關(guān)系分別見圖1和圖2。從圖中擬合函數(shù)及相關(guān)系數(shù)可以看出，不同剛度限值間呈冪函數(shù)對(duì)應(yīng)關(guān)系。

圖1 跨度32 m簡(jiǎn)支箱梁剛度限值關(guān)系對(duì)比

根據(jù)不同剛度限值對(duì)應(yīng)函數(shù)關(guān)系，梁端轉(zhuǎn)角和基頻滿足要求前提下其它剛度參數(shù)情況見表4和表5。表中32 m及以下跨度簡(jiǎn)支梁基頻取現(xiàn)行規(guī)范中不需要?jiǎng)恿z算的下限值，40 m箱梁基頻取現(xiàn)行規(guī)范中公式計(jì)算的下限值，梁端懸出長度按預(yù)制架設(shè)模式統(tǒng)一取0.55 m，梁端轉(zhuǎn)角限值取1.5×10－3rad。

表4 梁端轉(zhuǎn)角滿足限值情況下簡(jiǎn)支箱梁撓跨比及自振頻率

表5 基頻滿足要求的情況下簡(jiǎn)支箱梁撓跨比及梁端轉(zhuǎn)角

綜上分析可以看出:①梁體豎向剛度滿足梁端轉(zhuǎn)角限值或滿足基頻限值的情況下，撓跨比遠(yuǎn)小于規(guī)范規(guī)定的1/1 600，撓跨比不控制梁體設(shè)計(jì);②跨度32 m及以下的預(yù)制簡(jiǎn)支梁，基頻為梁體設(shè)計(jì)控制指標(biāo);③跨度40 m預(yù)制簡(jiǎn)支梁，基頻和梁端轉(zhuǎn)角的對(duì)應(yīng)關(guān)系接近，梁體設(shè)計(jì)控制指標(biāo)在基頻和梁端轉(zhuǎn)角方面差別較小，可實(shí)現(xiàn)箱梁經(jīng)濟(jì)性設(shè)計(jì)。

2.2 實(shí)梁設(shè)計(jì)狀況

以我國高速鐵路跨度32，40 m預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支箱梁為代表，分析了既有簡(jiǎn)支梁的設(shè)計(jì)情況。

2.2.1 跨度32 m簡(jiǎn)支箱梁

為研究試驗(yàn)因素交互作用對(duì)羊肚菌SDF提取效果的影響，可以通過響應(yīng)面分析實(shí)現(xiàn)。通過Design-Expert 8.0.6軟件分析，所得的響應(yīng)面圖見圖5～圖10。

我國高速鐵路跨度32 m預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支箱梁(通用參考圖)設(shè)計(jì)參數(shù)統(tǒng)計(jì)情況見表6。高速鐵路有砟、無砟橋面雙線箱梁二期恒載設(shè)計(jì)值分別為206.5 ～211.0 kN/m和120.0～180.0 kN/m，受二期恒載影響(不同無砟軌道類型、直曲線及有無聲屏障等)，同一圖號(hào)的無砟簡(jiǎn)支箱梁基頻和殘余徐變拱度略有差異。

對(duì)于設(shè)計(jì)時(shí)速350 km高速鐵路32 m無砟軌道預(yù)應(yīng)力混凝土雙線簡(jiǎn)支箱梁，預(yù)制梁的梁端轉(zhuǎn)角、基頻的設(shè)計(jì)參數(shù)與規(guī)范參數(shù)比值分別為53% ，101% ～108% ，現(xiàn)澆梁相應(yīng)的兩者比值分別為70% 和106% ～114% 。

2.2.2 跨度40 m簡(jiǎn)支箱梁

時(shí)速350 km高速鐵路無砟軌道后張法預(yù)應(yīng)力混凝土雙線簡(jiǎn)支箱梁(圖號(hào):叁橋通［2008］2326－Ⅳ)，計(jì)算跨度為39.1 m，施工方法為原位現(xiàn)澆，截面中心梁高為3.75 m，橋面寬度為12.0 m，質(zhì)量1 130 t，主要設(shè)計(jì)參數(shù)見表7。

表6 高速鐵路跨度32 m預(yù)制箱梁設(shè)計(jì)參數(shù)統(tǒng)計(jì)

表7 跨度40 m簡(jiǎn)支梁設(shè)計(jì)情況

對(duì)于設(shè)計(jì)時(shí)速350 km高速鐵路跨度40 m無砟軌道預(yù)應(yīng)力混凝土雙線簡(jiǎn)支箱梁，梁端轉(zhuǎn)角、基頻的設(shè)計(jì)參數(shù)與規(guī)范限值的比值分別為62% 和139% 。

2.2.3 對(duì)比分析

1)高速鐵路各種箱梁的撓跨比設(shè)計(jì)值遠(yuǎn)小于規(guī)范規(guī)定的限值。

2)跨度32 m箱梁的豎向基頻設(shè)計(jì)值稍大于規(guī)范規(guī)定的基頻限值，梁端轉(zhuǎn)角富余度較高，基頻限值控制箱梁的設(shè)計(jì)。

2.3 實(shí)梁測(cè)試結(jié)果

根據(jù)高速鐵路橋梁聯(lián)調(diào)聯(lián)試的測(cè)試結(jié)果，跨度40 m簡(jiǎn)支梁實(shí)測(cè)結(jié)果見表8。

表8 高速鐵路跨度40 m箱梁測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)

將高速鐵路常用跨度簡(jiǎn)支梁設(shè)計(jì)情況和實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)比可知:

1)撓跨比不是梁體設(shè)計(jì)控制指標(biāo)，跨度32 m以下的簡(jiǎn)支梁的設(shè)計(jì)參數(shù)由基頻控制，跨度40 m的簡(jiǎn)支梁基頻和梁端轉(zhuǎn)角的影響接近。

2)高速鐵路各種箱梁的撓跨比設(shè)計(jì)值小于規(guī)范規(guī)定的限值。跨度32 m箱梁豎向基頻設(shè)計(jì)值稍大于規(guī)范規(guī)定的基頻限值，跨度40 m箱梁基頻設(shè)計(jì)值與規(guī)范限值的差別較大，有較大的優(yōu)化空間。

3)從設(shè)計(jì)和運(yùn)營指標(biāo)測(cè)試結(jié)果來看，我國高速鐵路發(fā)展跨度40 m及以上的預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支箱梁技術(shù)可行。

3 大跨度簡(jiǎn)支梁適用性分析

我國高速鐵路橋梁建設(shè)過程中，雖然有節(jié)段預(yù)制拼裝混凝土簡(jiǎn)支梁、現(xiàn)澆混凝土簡(jiǎn)支梁、鋼—混組合結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)支梁、鋼結(jié)構(gòu)等跨度較大簡(jiǎn)支梁橋的工點(diǎn)應(yīng)用，但都不具備整孔預(yù)制架設(shè)施工方法的現(xiàn)代工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)。通過研究發(fā)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)采用預(yù)制架設(shè)施工方法的跨度40 m及以上預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支梁的推廣應(yīng)用，可以進(jìn)一步提高我國高鐵預(yù)制架設(shè)簡(jiǎn)支梁的跨越能力和適用范圍，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益明顯。

3.1 設(shè)計(jì)參數(shù)分析

大跨度簡(jiǎn)支梁的各項(xiàng)受力性能指標(biāo)主要由剛度控制，由此提出“容許動(dòng)力系數(shù)”來評(píng)判大跨度簡(jiǎn)支梁剛度取值的合理性。

大跨度簡(jiǎn)支梁豎向剛度不同時(shí)，運(yùn)營車輛作用產(chǎn)生的運(yùn)營動(dòng)力系數(shù)不同，梁體豎向基頻是主要的影響因素。但運(yùn)營動(dòng)力系數(shù)必須滿足:運(yùn)營動(dòng)力系數(shù)＜容許動(dòng)力系數(shù)，等同于:設(shè)計(jì)活載圖式靜效應(yīng)×設(shè)計(jì)動(dòng)力系數(shù)＞運(yùn)營車輛靜效應(yīng)×運(yùn)營動(dòng)力系數(shù)。

大跨度簡(jiǎn)支梁豎向剛度取值研究流程見圖3。選取40，48，56，64 m簡(jiǎn)支梁進(jìn)行容許動(dòng)力系數(shù)分析，在運(yùn)營車輛作用下跨度40，48，56，64 m簡(jiǎn)支梁的最小容許動(dòng)力系數(shù)分別為3.062，3.027，2.874和2.733。

圖3 大跨度簡(jiǎn)支梁豎向剛度取值研究流程

以跨度40 m簡(jiǎn)支梁為例，分析不同基頻的簡(jiǎn)支梁在運(yùn)營列車作用下的動(dòng)力系數(shù)分布情況?；l1～20 Hz范圍內(nèi)跨度40 m簡(jiǎn)支梁在不同速度級(jí)下的最大動(dòng)力系數(shù)見圖4，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)最大動(dòng)力系數(shù)均遠(yuǎn)小于容許動(dòng)力系數(shù)。不同基頻條件下跨度40 m簡(jiǎn)支梁的運(yùn)營動(dòng)力系數(shù)隨列車速度的關(guān)系見圖5，結(jié)果表明跨度40 m簡(jiǎn)支梁接近車長的1.5倍，有效避開了1階共振點(diǎn)，車橋動(dòng)力響應(yīng)較小。

圖4 跨度40 m簡(jiǎn)支梁不同基頻下最大動(dòng)力系數(shù)

圖5 不同基頻條件下跨度40 m簡(jiǎn)支梁動(dòng)力系數(shù)分布

分析表明，跨度40 m簡(jiǎn)支梁設(shè)計(jì)受基頻控制的影響較小，箱梁設(shè)計(jì)思路可以從跨度32 m簡(jiǎn)支梁的豎向剛度(基頻)控制設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)度和豎向剛度(基頻、梁端轉(zhuǎn)角)共同控制設(shè)計(jì)。

3.2 簡(jiǎn)支梁試設(shè)計(jì)

根據(jù)實(shí)際工程現(xiàn)場(chǎng)條件和應(yīng)用需求，參照40 m簡(jiǎn)支梁通用參考圖(圖號(hào):叁橋通(2008)2326－Ⅳ)，開展跨度40 m預(yù)制架設(shè)簡(jiǎn)支梁的試設(shè)計(jì)。橋面寬度參考最新簡(jiǎn)支梁通用參考圖選為12.6 m;腹板厚度考慮2種，一種與通用參考圖一致為45 cm，另一種考慮采用大噸位錨具技術(shù)將腹板減為36 cm。通過變化腹板高度使梁高在2.6～4.0 m變化(逐級(jí)增加0.1 m)，共擬定30種截面，來分析不同截面跨度40 m箱梁的剛度設(shè)計(jì)值?？缍?0 m箱梁不同剛度指標(biāo)與梁高的關(guān)系見圖6和圖7，跨中截面示意圖見圖8。

圖6 跨度40 m箱梁基頻與梁高關(guān)系

計(jì)算分析結(jié)果表明:①對(duì)于跨度40 m簡(jiǎn)支梁，腹板從45 cm減薄為36 cm對(duì)梁體基頻和梁端轉(zhuǎn)角影響很小。②在跨度40 m簡(jiǎn)支梁滿足規(guī)范基頻限值(2.66 Hz)情況下，梁高需不小于2.8 m。③在跨度40 m簡(jiǎn)支梁滿足1.5‰的梁端轉(zhuǎn)角限值情況下，梁高需≥2.7 m。④綜合考慮各種指標(biāo)，跨度40 m簡(jiǎn)支梁的梁高控制在3.1 m左右時(shí)，單孔梁質(zhì)量可以控制在1 000 t以內(nèi)。⑤若單孔梁質(zhì)量需進(jìn)一步降低，應(yīng)考慮梁體截面型式的進(jìn)一步優(yōu)化和橋面附屬設(shè)施的輕型化。

跨度40 m簡(jiǎn)支梁初步設(shè)計(jì)情況見圖9、圖10和表9，表9中各項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。

圖7 跨度40 m箱梁梁端轉(zhuǎn)角與梁高關(guān)系

圖8 跨度40 m簡(jiǎn)支梁跨中截面示意(單位:mm)

圖9 跨度40 m簡(jiǎn)支梁截面布置(單位:mm)

圖10 跨度40 m簡(jiǎn)支梁立面布置(單位:mm)

表9 跨度40 m簡(jiǎn)支梁主要設(shè)計(jì)參數(shù)

3.3 運(yùn)架能力分析

高速鐵路的發(fā)展帶動(dòng)了我國工程機(jī)械行業(yè)的飛躍進(jìn)步。目前高速鐵路跨度32 m整孔預(yù)制混凝土箱梁使用的載重900 t輪胎式平板運(yùn)梁車技術(shù)發(fā)展成熟，其液壓驅(qū)動(dòng)、液壓懸掛和液壓轉(zhuǎn)向技術(shù)使其可在窄小場(chǎng)地等復(fù)雜路況下執(zhí)行任務(wù)，并具有自動(dòng)輔助駕駛、遙控、防撞和故障診斷等智能化控制系統(tǒng)，可完成運(yùn)梁作業(yè)、架梁作業(yè)、架橋機(jī)轉(zhuǎn)場(chǎng)和穿越高速鐵路隧道等任務(wù)。架設(shè)跨度32 m雙線簡(jiǎn)支梁的900 t架橋機(jī)，可以適應(yīng)高速鐵路架設(shè)全部工況，是集機(jī)、電、液、控、橋等多學(xué)科跨專業(yè)的架設(shè)裝備。

針對(duì)跨度40 m整孔預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，質(zhì)量可以控制在1 000 t左右，相關(guān)運(yùn)架設(shè)備生產(chǎn)單位能夠制造出適應(yīng)跨度40 m簡(jiǎn)支梁的運(yùn)架設(shè)備，也可以通過改造目前適應(yīng)跨度32 m箱梁900 t運(yùn)架設(shè)備來實(shí)現(xiàn)運(yùn)架跨度40 m簡(jiǎn)支梁。初步測(cè)算，為了適應(yīng)1 000 t左右的跨度40 m箱梁，改造900 t運(yùn)梁車增加費(fèi)用約300萬元，改造900 t架橋機(jī)增加費(fèi)用約270萬元，相比較于運(yùn)架設(shè)備的購置費(fèi)用，均攤后的改造設(shè)備費(fèi)用較小，并可以避免既有設(shè)備的閑置。

3.4 經(jīng)濟(jì)性對(duì)比分析

以某在建高速鐵路典型區(qū)段為代表工點(diǎn)，開展了跨度40 m預(yù)制簡(jiǎn)支梁的經(jīng)濟(jì)性研究，選取對(duì)象為一般段落橋梁。分析結(jié)果表明:

1)抗震設(shè)防類別的選用對(duì)橋梁的工程造價(jià)影響較大，主要影響下部結(jié)構(gòu)造價(jià)?？缍?0 m預(yù)制簡(jiǎn)支梁規(guī)?；瘧?yīng)用后，重要性及震后修復(fù)困難程度將降低，應(yīng)研究其抗震設(shè)防類別設(shè)置的合理性。為降低高烈度地震區(qū)大跨度簡(jiǎn)支梁的造價(jià)，應(yīng)積極研究采用有效的減隔震措施，降低地震作用。

2)按現(xiàn)行抗震設(shè)計(jì)方法，在抗震設(shè)防等級(jí)較低的常規(guī)地段和高墩、深基礎(chǔ)地段，跨度40 m預(yù)制簡(jiǎn)支梁與跨度32 m預(yù)制簡(jiǎn)支梁相比具有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

3)我國高速鐵路常規(guī)地段的抗震設(shè)防類別多數(shù)在7度及以下，跨度40 m預(yù)制簡(jiǎn)支梁與現(xiàn)行32 m預(yù)制簡(jiǎn)支梁相比，規(guī)?；瘧?yīng)用后在直接造價(jià)方面具有一定的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

4)采用跨度40 m預(yù)制簡(jiǎn)支梁，可減少制、運(yùn)、架作業(yè)班次，提高生產(chǎn)效率，間接效益明顯。若綜合考慮直接造價(jià)和間接效益，跨度40 m預(yù)制簡(jiǎn)支梁橋規(guī)?；瘧?yīng)用后的綜合造價(jià)預(yù)期可降低3% 左右，經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)顯著。

4 結(jié)語

根據(jù)高速鐵路預(yù)制后張法預(yù)應(yīng)力混凝土大跨度簡(jiǎn)支梁技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)性對(duì)比分析研究結(jié)果，得出結(jié)論如下:

1)高速鐵路跨度40 m簡(jiǎn)支梁的設(shè)計(jì)控制指標(biāo)已從跨度32 m簡(jiǎn)支梁的剛度(基頻)控制轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)度和剛度(基頻、梁端轉(zhuǎn)角)共同控制。

2)跨度40 m預(yù)制簡(jiǎn)支梁的梁高設(shè)計(jì)可以控制在3.1 m左右，單孔梁質(zhì)量可以控制在1 000 t以內(nèi)。該梁高與既有跨度32 m簡(jiǎn)支梁的梁高接近，便于橋梁跨度布置及美觀設(shè)計(jì)。

3)無論是研制新的運(yùn)架設(shè)備還是對(duì)既有的運(yùn)架設(shè)備進(jìn)行改造，均可滿足跨度40 m預(yù)制簡(jiǎn)支梁的制、運(yùn)、架施工要求。

4)高速鐵路跨度40 m的預(yù)制簡(jiǎn)支梁橋，在墩高10 m左右的常規(guī)地段綜合造價(jià)與跨度32 m簡(jiǎn)支梁橋相比具有一定經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，在高墩、深基礎(chǔ)等下部結(jié)構(gòu)費(fèi)用較高的地段綜合造價(jià)與跨度32 m簡(jiǎn)支梁橋相比經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)增加。

5)采用跨度40 m預(yù)制簡(jiǎn)支梁橋，可提高橋梁的跨越能力、增加橋跨布置的適應(yīng)性、減少墩臺(tái)基礎(chǔ)的數(shù)量、擴(kuò)大簡(jiǎn)支梁橋的適用范圍，并可減少施工作業(yè)班次、提高生產(chǎn)效率，工程建設(shè)實(shí)際意義顯著。

［1］中華人民共和國鐵道部.TB 10002.1—2005鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范［S］.北京:中國鐵道出版社，2005.

［2］中華人民共和國國家鐵路局.TB 10621—2014高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國鐵道出版社，2015.

［3］中華人民共和國鐵道部.TB 10002.3—2005鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國鐵道出版社，2005.

［4］胡所亭，牛斌，柯在田，等.高速鐵路常用跨度簡(jiǎn)支箱梁優(yōu)化研究［J］.中國鐵道科學(xué)，2013(1):15－21.

［5］牛斌，胡所亭，魏峰，等.我國高速鐵路預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁研究與應(yīng)用［C］//第十九屆全國橋梁學(xué)術(shù)會(huì)議論文集(上冊(cè)).上海:中國土木工程學(xué)會(huì)橋梁及結(jié)構(gòu)工程分會(huì)、上海市城鄉(xiāng)建設(shè)和交通委員會(huì)，2010.

［6］蔡超勛，胡所亭，牛斌，等.32 m雙線簡(jiǎn)支箱梁在對(duì)開列車作用下梁體豎向動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律研究［C］//第二十屆全國橋梁學(xué)術(shù)會(huì)議論文集(下冊(cè)).上海:中國土木工程學(xué)會(huì)橋梁及結(jié)構(gòu)工程分會(huì)，2012.

Research on precasting of long-span simply-supported post-prestressed concrete girder

NIU Bin
(Railway Engineering Research Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China)

Over a half mileage of high speed railway all over the world is built in china.The majority of high speed railway bridge employed simply－supported girders which were precast in factorys and erected in－site.The study on long－span simply－supported girder was important for the development of China high speed railway bridge technique. In this paper，investigation and statistical analysis of high speed railway bridge design shows that the fundamental frequency limit was the most important design factor for the girder which span is within 32 m.W ith the increase of span，the angle limit is getting more important.Dynamic response is not significant through analysis of impact facotr of simply－supported girders with different fundamental frequency and under the action of high speed train.The weight of 40 m girder may be controlled within 1 000 t，satisfying the current requirement of transportation and erection.Besides，it may bring huge economic benefits.

High speed railway;Long－span simply－supported girder;Allowable impact factor

U448.21+7;U448.35

A

10.3969/j.issn.1003－1995.2015.10.06

(責(zé)任審編 趙其文)

1003－1995(2015)10－0031－07

2015－08－01;

2015－09－07

中國鐵路總公司鐵道科學(xué)技術(shù)研究發(fā)展中心科研項(xiàng)目(J2014G009)

牛斌(1966—)，男，研究員，碩士。