高速铁路桥梁综述

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【摘 要】高速铁路桥梁在高铁建设中起到了至关重要的作用,我国高速铁路桥梁的建设发展迅速,与实际工程结合中也凸显其特色.本文全面介绍了高速铁路桥梁的特点,我国高速铁路桥梁的主要设计标准及主要结构型式,提出了在基础理论研究、新技术的应用方面与国外存在的差距及急需解决的问题.

【关 键 词 】高速铁路桥梁；发展；特点；结构形式

前言

高速铁路桥梁可分为高架桥、谷架桥和跨越河流的一般桥梁.其中,高架桥用以穿越既有交通路网、人口稠密地区及地质不良地段,通常墩身不高,跨度较小,桥梁往往长达十余公里；谷架桥用以跨越山谷,跨度较大,墩身较高.由于桥梁建设投资规模大,列车高速运行时对桥上线路的平顺性要求高,特别是采用无渣轨道技术后,对桥梁的变形控制提出了更高的要求,因此高速铁路桥梁是我国高速铁路建设中重点研究的问题之一.

1.高速铁路桥梁的发展现状：

桥梁建设作为高速铁路土建工程的重要组成部分,主要功能是为高速列车提供平顺、稳定的桥上线路,以确保运营的安全和旅客乘坐的舒适.以京沪高速铁路为例,它经过的区域是东部经济发达地区,京沪高速铁路桥梁总长达1060km,桥梁比重为80%.我国通过借鉴德国、日本等国高速铁路桥梁先进技术和成功建设经验,逐渐完善技术的同时形成自己的特色.

2.高速铁路桥梁的特点

桥梁是高速铁路土建工程的重要组成部分,与普通铁路桥梁相比,在数量、设计理念及方法、耐久性要求、养护维修等诸多方面都存在较大差异.其特点可归纳为以下几个方面：

（1）高架桥所占比例大.主要原因是在平原、软土以及人口和建筑密集地区,通常采用高架桥通过.

（2）大量采用简支箱梁结构形式.根据我国高速铁路建设规模、工期要求和技术特点,通过深入的技术比较,确定以32m简支箱梁作为标准跨度,整孔预制架设施工.

（3）大跨度桥多.据统计,在建与拟建客运专线中,100m以上跨度的高速桥梁至少在200座以上.其中,预应力混凝土连续梁桥的最大跨度为128m,预应力混凝土刚构桥的最大跨度为180m.

（4）桥梁刚度大,整体性好.为了保证列车高速、舒适、安全行驶,高速铁路桥梁必须具有足够大的竖向和横向刚度以及良好的整体性,以防止桥梁出现较大挠度和振幅.严格控制由混凝土产生的徐变上拱和不均匀温差引起的结构变形,以保证轨道的高平顺性.

3.高速铁路桥梁的结构型式

3.1 装配式双向预应力混凝土T形简支梁桥

T形简支梁由于其预制简单、架设方便,在我国普通铁路的中小跨度桥梁中被大量采用；但因为其整体性差、横向刚度弱,在高速铁路中,需要进行改进.双向预应力结构体系具有良好的纵横向刚度和整体性,且构件重量轻,架设方便,因此在秦沈客运专线较小跨度桥梁中广泛采用了装配式双向预应力T形简支梁.如用于16 m的简支梁桥,桥跨均采用双线4片式T梁,通过桥面板、横隔板及横向预应力钢筋组装而成.梁高为116m,T梁间距260cm,梁端部和中部设横隔板.

3.2 后张法预应力混凝土简支箱梁

简支箱梁具有良好的力学性能,如整体性好、刚度大、抗扭性能好等,很适用于高速铁路桥梁.截面型式分为双线单箱单室和单线单箱单室,双线箱梁采用斜腹板,单线采用直腹板,简支箱梁均不设跨中横隔板；由于采用了整体内模,在结构允许的条件下尽量减小横隔板尺寸；单线箱梁为不对称结构,为控制梁体在施加预应力时发生斜向弯曲,在桥面外悬臂板每隔2m处设置长度为0.195m的横向断缝,以调整有效截面的重心位置.

3.3 型钢混凝土结合连续梁

型钢混凝土（SRC）结合连续梁在国外高速铁路中被广泛采用,它能充分发挥钢材和混凝土的材料特性,具有跨越能力强、施工时对既有线路干扰小、动力性能好、维修简单、噪音低等优点.我国铁路桥梁在秦沈客运专线采用了这种结构型式,共有16联,主跨分别为40m、50 m.

4.高速铁路钢桥桥面结构

4.1 混凝土道碴板桥面结构

混凝土道碴板桥面结构多用于下承式钢桁梁桥或下承式系杆拱桥,混凝土板较主桁中心距窄,置于钢纵、横梁组成的格子梁之上,起道碴板的作用.混凝土道碴板有两种设置方式,一种是混凝土道碴板只与钢横梁结合；另一种是将混凝土道碴板与钢纵、横梁都结合,两种形式相比,后者的结构整体刚度较前者大,故应用较多.钢桁-混凝土板半结合梁桥结构简单,一般只在主桁节点处设横梁,全部桥面荷载都通过横梁传递给主桁点,主桁只受节点荷载作用,横梁除竖向弯曲外,因受主桁整体变形影响,还产生面外弯曲.例如：我国武广客运专线上140m下承式钢箱系杆拱桥也采用了道碴槽板桥面结构,该桥采用平行双拱肋结构.钢桥面系为纵横梁体系,横桥向设4片纵梁,顺桥向设19根横梁,在拱脚处设置端横梁和辅助横梁,每根吊杆处设置1根横梁.钢纵横梁通过栓钉连接件与混凝土桥面板结合,混凝土桥面板厚30cm.全桥共有19个节间,节间长度布置为2×7+14×8+2×7m.

铁路混凝土整体桥面结构中,混凝土板不仅起道碴槽板的作用,而且通过和下弦杆结合,参与主桁受力.下承式混凝土整体桥面铁路钢桁梁桥中,混凝土桥面板和主桁下弦杆的结合主要有两种形式：一种是混凝土板和主桁只在主桁节点处结合,另一种是混凝土板和整个主桁下弦杆结合.后者桥面系较低,一般采用多横梁或密布横梁体系.与前述下承式混凝土道碴板桥面结构相比,下承式钢桁-混凝土整体桥面结构横梁的面外弯曲得到很大改善,但结构自重增加.

4.2 钢整体桥面结构

钢整体桥面结构因其自重轻的优点,逐渐得到较多的应用.铁路钢整体桥面桥梁多采用正交异性钢桥面板,钢桥面板上还要铺设混凝土板,作为道碴板或整体道床.跨度较小时,多为无碴道床,跨度较大时,多为有碴道床.我国京沪高速铁路上正在建设的南京大胜关长江大桥采用的就是正交异性板整体桥面.该桥主桥采用（108+192+336+336+192+108）m六跨连续整体桥面三主桁钢桁拱桥.桥面采用由正交异性钢桥面板和主桁的下弦杆焊连在一起的整体钢桥面结构,顺桥向每节间设置1根大横梁和3根小横梁,大横梁在主桁节点处和主桁连接,小横梁与主桁下弦杆焊连,每线铁路下方设置两根纵梁,纵梁间距2m.混凝土板厚16cm,与正交异性钢桥面板结合.

5.结束语

正是上述设计特点和关键技术在铁路桥梁工程实际中的正确运用,我国的高速铁路桥梁技术有了飞速发展.我国的高速铁路建设技术已经步入世界先进水平的行列.我们只有在现有的技术上不断创新,研究更多的新技术,才能在世界高速铁路建设的浪潮中立于不败之地.

目前急需解决的问题包括：（1）车、线、桥耦合振动计算理论及方法；（2）连续等跨布置桥梁的动力性能；（3）新型大跨度结构及其动力分析和长钢轨纵向力的解决方案；（4）采用各种元渣轨道技术后,桥梁结构与线路的适应性；（5）桥梁结构的耐久陛设计理论与方法等.