高速鐵路橋梁設(shè)計(jì)研究

陳大鵬

鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司

高速鐵路橋梁設(shè)計(jì)研究

陳大鵬

鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司

高速鐵路作為現(xiàn)代社會(huì)的一種新的運(yùn)輸方式，中國(guó)的高鐵速度代表了目前世界的高鐵速度。中國(guó)是世界上高速鐵路發(fā)展最快、系統(tǒng)技術(shù)最全、集成能力最強(qiáng)、運(yùn)營(yíng)里程最長(zhǎng)、運(yùn)營(yíng)速度最高、在建規(guī)模最大的國(guó)家。在高速鐵路的設(shè)計(jì)施工中，橋梁設(shè)計(jì)是其中一個(gè)重要的組成部分。與其他類型的公路和鐵路橋梁相比，高速列車對(duì)橋梁的沖擊力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于普通橋梁，橋梁軌道平順性會(huì)受到很大影響，從而影響到列車的安全性和乘坐的舒適性。因此，在設(shè)計(jì)高速鐵路橋梁時(shí)，就必須考慮到其特殊的設(shè)計(jì)要求，并在后續(xù)施工工程中予以堅(jiān)決貫徹。

高速鐵路；橋梁設(shè)計(jì)；特點(diǎn)

1 高速鐵路橋梁的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

1)高架橋梁所占的比例較大。在高速鐵路中高架橋梁的使用比例比較大，主要是由于平原、軟土及人口、建筑密集的地區(qū)都需要采用高架橋梁。比如說(shuō)，京滬高速鐵路高架橋梁總長(zhǎng)度占全線總長(zhǎng)度的比例為80.5%，京津城際鐵路為86.6%，廣珠城際鐵路為94.0%，武廣客運(yùn)專線為48.5%以及哈大客運(yùn)專線為74.3%等等。

2)簡(jiǎn)支箱梁結(jié)構(gòu)形式被大量采用。綜合考慮我國(guó)高速鐵路建設(shè)規(guī)模、工期要求以及技術(shù)特點(diǎn)，將32m簡(jiǎn)支箱梁對(duì)跨度距離、整孔施工進(jìn)行確定。少部分采用20m、24m預(yù)制梁調(diào)整墩位用，此外，還有一小部分采用13m和16m跨度的T形梁。

3)大跨度橋梁多。根據(jù)我國(guó)路況的特點(diǎn)，在客運(yùn)專線中，跨度高達(dá)100m及以上的橋梁有很多。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在國(guó)內(nèi)在建以及擬建的客運(yùn)專線中，跨度100m及以上的橋梁多于300座。

4)剛度大，整體性好。為了對(duì)高速列車的高速、舒適、安全提供保障，就要避免高速鐵路橋梁出現(xiàn)較大的撓度和振幅，因此，高速鐵路橋梁就必須具有良好的整體性以及足夠大的橫向、豎向剛度。此外，還必須對(duì)由溫差不均勻?qū)е碌慕Y(jié)構(gòu)變性以及由混凝土產(chǎn)生的涂變上拱進(jìn)行嚴(yán)格的控制。

5)特殊橋梁結(jié)構(gòu)較多。我國(guó)幅員遼闊，各地區(qū)的自然環(huán)境差異較大，因此特殊的橋梁結(jié)構(gòu)在我國(guó)高速鐵路橋梁中應(yīng)用的比較廣泛，是世界上任何一個(gè)國(guó)家都無(wú)法相比的。目前，我國(guó)采用的特殊橋梁結(jié)構(gòu)主要包含拱橋結(jié)構(gòu)、斜坑橋結(jié)構(gòu)、連續(xù)鋼結(jié)構(gòu)以及組合結(jié)構(gòu)等等。

6)提高結(jié)構(gòu)的耐久性，以便于橋梁的檢查和維修。高速鐵路是非常重要的交通運(yùn)輸設(shè)施，橋梁結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)該盡可能的做到少維修或者免維修，故而，在橋梁設(shè)計(jì)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的布局和細(xì)節(jié)進(jìn)行綜合考慮，從而提高橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性，并且在橋梁施工過(guò)程中要對(duì)此進(jìn)行嚴(yán)格的控制，以保證橋梁的質(zhì)量。

2 高速鐵路橋梁設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 大跨度橋梁設(shè)計(jì)建造技術(shù)

由于我國(guó)幅員遼闊，地形地勢(shì)復(fù)雜，跨越大江大河、深谷和高山就必須修建大跨度橋梁，但由于長(zhǎng)久以來(lái)我國(guó)高速鐵路大跨度橋梁建設(shè)并沒(méi)有因其設(shè)計(jì)和建設(shè)的高難度就放緩其建設(shè)速度，實(shí)際上的速度目標(biāo)值與其他簡(jiǎn)單路段保持一致，這也無(wú)形中增加了大跨度橋梁的設(shè)計(jì)建造的壓力和難度。大跨度橋梁的建設(shè)技術(shù)水平是衡量一個(gè)國(guó)家高速鐵路橋梁建造能力的重要依據(jù)之一，追求更大跨度的橋梁也一直是橋梁工程師的努力方向。

2.2 無(wú)縫線路橋梁設(shè)計(jì)建造技術(shù)

要充分發(fā)揮出無(wú)縫線路橋梁的優(yōu)越性，就必須從增強(qiáng)其強(qiáng)度和穩(wěn)定性著手。經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明及總結(jié)我國(guó)在建設(shè)無(wú)縫線路橋梁的經(jīng)驗(yàn)，并通過(guò)力學(xué)模型的理論支撐，我國(guó)制定了相應(yīng)的技術(shù)控制指標(biāo)。橋上無(wú)縫線路設(shè)計(jì)要求根據(jù)氣候、地形等條件合理選擇軌道結(jié)構(gòu)模式，長(zhǎng)軌條布置和鎖定方式，準(zhǔn)確計(jì)算中和溫度，降低其受到熱戰(zhàn)冷縮等物理因素的影響，確保軌道有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

2.3 無(wú)砟軌道橋梁設(shè)計(jì)建造技術(shù)

高架鐵路橋橋面本身具備堅(jiān)實(shí)的支承面，如果輔以適當(dāng)設(shè)計(jì)的板式軌道結(jié)構(gòu)，則能比傳統(tǒng)的有碴軌道更好地控制橋面位移。板式軌道結(jié)構(gòu)的最大優(yōu)勢(shì)在于它能較大地提高軌道的穩(wěn)定性。它不會(huì)由于高架橋面縱向移動(dòng)而導(dǎo)致鋼軌受力過(guò)大而發(fā)生軌道扭曲;其垂直端懸臂位移的影響可以采用合適的設(shè)計(jì)方案予以控制。過(guò)大的橋梁變形由于其不可接受的錯(cuò)位、過(guò)大的軌道應(yīng)力及振動(dòng)將會(huì)危及行車安全。這些問(wèn)題將會(huì)導(dǎo)致養(yǎng)護(hù)工作的增加，并降低乘客的舒適度。有必要對(duì)以下位移限值進(jìn)行校驗(yàn)：在德國(guó)規(guī)范中，梁端扭轉(zhuǎn)角的限制值僅用于有碴軌道橋梁。橋面橫向變形應(yīng)通過(guò)活載值乘以橋面寬度范圍內(nèi)沖擊系數(shù)、風(fēng)荷載、振動(dòng)力、離心力以及溫度梯度來(lái)計(jì)算。軌道安裝之后出現(xiàn)的徐變和收縮所造成的變形不得超過(guò)L/5000，其中，L代表橋跨的長(zhǎng)度，以m計(jì)。兩連續(xù)橋面的伸縮縫的最大允許相對(duì)位移值不得超過(guò)1mm。

2.4 有碴軌道橋梁設(shè)計(jì)

一般來(lái)說(shuō)，計(jì)算無(wú)縫線路力是為了分析在給定條件不同的荷載工況下的軌道結(jié)構(gòu)包括道岔區(qū)在內(nèi)的軌道與結(jié)構(gòu)物相互作用力。要分析和確定由于豎向力、溫度變化、制動(dòng)力、加速以及不同荷載組合引起的軌道與結(jié)構(gòu)物相互作用力以及附加軌道應(yīng)力。溫度變化是控制荷載工況。由豎向荷載引起的鋼軌力僅為溫度力引起的鋼軌力的20%左右。橋面及軌道的位移必須規(guī)定限值，以防止道碴過(guò)度分散。一般而言，應(yīng)該避免采用鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器，但當(dāng)鋼軌應(yīng)力或變形超過(guò)允許極限值時(shí)，就必須在橋梁自由端安裝鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器。鋼軌斷裂大多數(shù)出現(xiàn)在鋼軌應(yīng)力最高的部位。而鋼軌最大應(yīng)力位于較長(zhǎng)連續(xù)多跨橋梁的土建接縫處。我們建議假定鋼軌斷裂在這一位置。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的簡(jiǎn)支梁橋(跨長(zhǎng)32m)而言，因其熱膨脹約束力較小，不必要使用低緊固力扣件。對(duì)于中等跨度的橋梁而言，其相應(yīng)的熱伸縮長(zhǎng)度適中，有必要在鄰近土建伸縮縫處兩端使用低緊固力扣件。對(duì)于有較長(zhǎng)自由熱伸縮長(zhǎng)度的橋梁而言，有必要安裝鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器。

結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前盡管我國(guó)的高速鐵路橋梁建設(shè)技術(shù)已經(jīng)步入世界先進(jìn)水平的行列，但是我們不能驕傲自滿，只有不斷創(chuàng)新，科技才能發(fā)展進(jìn)步，我們才能在世界高速鐵路橋梁的建設(shè)浪潮中立于不敗之地。

[1]許三平.京滬高速鐵路徐滬段橋梁設(shè)計(jì)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2010，07：41-45.

[2]龔家逵.淺談高速鐵路橋梁設(shè)計(jì)特點(diǎn)[J].西部探礦工程，2005，S1：375-377.