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1、客运专线常用跨度桥梁的设计与发展,l 引 言,很多国家如法国、德国、日本、意大利、西班牙、瑞典、韩国等国相继发展了高速客运专线铁路，目前最高运营时速300km/h。各国高速铁路中桥梁结构形式呈现多样化，如预应力混凝土连续箱梁、简支箱梁、混凝土刚架、多片式T梁、上承式钢板连续结合梁、鱼腹式上承钢桁连续结合梁、大跨度系杆钢拱等。,与国外相比，我国客运专线铁路具有规模大、桥梁比重大、长大桥梁多的突出特点。,京沪高速铁路的桥梁,高速铁路的高架桥,2 客运专线桥梁的设计特点及原则,21 主要设计特点,由于客运专线列车运行速度较高，要求线下结构提供的刚度较大，因此客运专线设计均以刚度控制为主；对结构尺寸的
2、拟定除按常规进行技术和经济上的比较外，还参照国外高速铁路桥梁设计资料，通过列车走行性分析研究，来确定各种跨度桥梁的结构尺寸；,系统设计,客运专线铁路具有速度快、对线路轨道平顺性及线下基础设施要求高等特点，因此对于桥梁部分的设计就不能仅局限于静力设计。必须综合考虑机车车辆、线路、桥梁的共同作用，根据机车车辆的安全性与乘座舒适性指标、桥梁动力响应限制来控制桥梁的竖向、横向刚度限值，进行动力设计。,我国客运专线铁路桥梁比例高、总里程长，设计中要选择有代表性的典型桥梁进行包括基础、桥墩、梁部结构在内的实桥动力特性分析，以保证高速列车运行下的舒适性和安全性。,浍河系杆拱桥,2.1.2 动力性能,2.1.
3、3 变形控制,过大的桥梁变形、轨道应力以及振动将会危及行车安全，这些变形还会导致养护工作量的增加，降低乘客的舒适度。设计中主要对以下位移限值进行检算:,(l)桥面扭曲,以一段3m长的线路为基准，ZK活载作用下，一线两根钢轨的竖向相对变形量不大于l.5mm；实际运营列车作用下，一线两根钢轨的竖向相对变形量不大于1.2mm。,(2)梁端转角,在欧洲规范中，梁端转角的值仅用于有渣轨道桥梁，其限值(桥台处=3.5rad 及两连续梁间1+2=5 rad)过大而不适用于无砟轨道。,规定梁端转角极限值的主要目的在于避免轨道的上拔，而轨道的上拔主要由梁端转角、轨道支承结构以及轨道紧固性能控制，建议的转角控制值
4、为lrad。,(3)桥面横向变形,墩顶横桥向弹性水平位移按以下要求控制:在ZK活载、横向摇摆力、离心力、风力和温度的作用下，墩顶横向水平位移引起的桥面处梁端水平折角应不大于lrad。,在列车横向摇摆力、离心力、风力和温度的作用下，梁体的水平挠度应小于或等于梁体计算跨度的1/4000。,(4)残余徐变变形(上拱或下挠),轨道铺设后,无渣桥面梁的徐变上拱值不大于10mm。,(5)梁端相临桥面间的水平偏移,两连续桥面的伸缩缝的最大允许相对水平位移不得超过1mm，一般设置横向约束以将其限制在1 mm 以内。,2.1.4 耐久性设计,在客运专线桥梁设计中，结构的耐久性设计不断得到重视。特别是在高速铁路桥
5、梁设计中，明确提出了桥梁结构设计寿命为100 年的目标。,为提高结构耐久性，主要采取以下措施:,(1)采用高性能混凝土、严格控制混凝土配合比及外加剂的掺量与品质，控制混凝土在入模、拆模、蒸汽养护、自然养护时的温度指标及养护时间；,(2)严格控制预应力梁的后期徐变变形，保证各类梁在各种不利因素影响后有足够的抗裂安全储备；,(3)采用锚穴形式，减小封端混凝土体积，提高对管道灌浆材料性能要求，加强对预应力筋及锚头的保护措施;(4)加强桥面防排水措施，梁端设置防排水伸缩装置，选择施工方便、耐久性能优良的防水材料。,2.1.5 梁端支承长度,梁端构造除了应满足结构的受力要求外，还必须考虑便于在运营期间的
6、检查、维修，同时应满足各种施工方法实施的可能性。,结合我国实际情况，对客运专线铁路常用跨度预应力混凝土简支箱梁:预制梁支座中心距梁端的距离采用0.55m;现浇梁支座中心距梁端的距离为0.75m;,2.1.6 进人孔,为方便养护维修人员检查维修，梁端需设置进人孔。采用梁端底板中部开槽方案，在相邻两孔梁的底板中部设置槽口，两个槽口相对形成进人孔。梁端开槽位置与桥墩顶面设置的槽口相对应，检查维修人员可从此处进人梁体。,2.1.7 梁端构造,影响梁端构造尺寸的因素较多，对整孔简支箱梁不仅要考虑在运营荷载下结构的受力性能，结构的系列化和全桥的外型、景观效果，还有很多施工控制因素需要考虑，如自动化内膜要求
7、的构造空间、顶梁及吊梁时要求的隔墙尺寸、施工架设过程中支点的不平整效应等。客运专线通用图设计，梁端采用端截面渐变的方式，满足受力要求，并最大限度地提供内模操作空间。,2.1.8 接口设计,客运专线桥梁设计是一个系统工程，桥梁结构除了要满足承载能力、变形控制以外，还应满足轨道与桥梁的连接耍求和通讯、信号、电力等电缆的通过要求，因此在桥梁设计中充分考虑了桥上通过和摆放各种设施的需要，主要有电缆槽、接触网支柱基础、声屏障、人行道遮板、防水伸缩缝、电缆过轨及上桥构造、综合接地预埋钢筋等。,22 主要设计原则,221 景观设计,客运专线桥梁不仅是一道高速轨道交通走廊，更应呈现良好的景观。桥梁的设计应造型
8、新颖、美观，富有时代气息，体现与当地规划结合、与周围环境协调，使客运专线铁路成为一道靓丽的风景线。,通过建筑设计，综合考虑桥梁外型与人行道栏杆、声屏障的外型，同时利用制梁与架梁的高质量达到较好的景观效果。,客运专线与周围景观的协调,222 力求标准化、工厂化,采用标准化、系列化梁跨，减少结构种类，有利于缩短工期，节省工程投资，便于设计、施工、运营维护管理;工厂化预制有利于控制施工质量，减少对地面道路交通、环境景观和城乡绿化的影响。,采用标准化、系列化梁跨，减少对环境景观的影响,223 积极采用新技术、新材料、新工艺,在成熟、先进、经济的前提下，充分考虑中国的国情，走自主创新之路，实现铁路建设的
9、跨越式发展，使我国客运专线建设达到世界一流水平。,32m900t级的间支预制箱梁在合宁高铁线首次研制成功,新技术,224 考虑轨道专业的要求,客运专线铁路采用超长无缝线路。由于梁、轨相互作用，应计算钢轨附加力，并将其限制在一定范围内，这样才能：保证桥梁和轨道之间相互作用的影响得到控制；保证桥梁和轨道均能正常发挥其功能。,轨道与结构物的相互作用主要体现在：由于约束引起的纵向力；附加轨道应力；桥面的位移；,为满足单开道岔或交叉渡线等轨道专业的需要，减少道岔及温度伸缩调节器的养护维修工作。要选取合理的孔跨布置形式和梁部结构，避免梁缝设在道岔区和温度调节器前后。,3 客运专线铁路常用跨度梁发展方向,我
10、国客运专线桥梁结构形式研究始于2003京沪高速铁路常用跨度梁，是在吸收秦沈客运专线建设经验以及国外先进建设经验的基础上进行的。设计中结合我国桥梁建设多跨简支连续布置的特点，对国外桥梁设计情况进行了分析、吸收。,对预应力混凝土T梁、预应力混凝土箱梁、钢混结合梁、钢桁结合梁等结构形式，结合整孔预制架设、预制节段拼装、桥位满布支架现浇、移动模架现浇、拖拉架设等不同施工方案进行综合比,选，考虑现场条件、工程质量、经济、工期等因素和无缝线路、无砟轨道的要求，采用了预制简支箱梁为主、连续现浇箱梁以及钢一混、钢桁结合梁为辅的桥梁结构形式。,目前我国新建客运专线桥梁均处于建设之中，还有待于运营实践的验证，随着
11、客运专线建设的大面积开展，桥梁结构的比例不断增加，寻找更加经济适用、耐久的桥梁结构形式成为桥梁建设者的首要任务。,31 重视环境保护，节省施工用地,在梁型选择、施工组织设计、施工工艺的确定中应充分考虑到施工对环境的影响。在满足结构耐久性、受力特性的基础上，在结构设计和工艺措施上，研究缩短制梁周期、加快制梁台座周转的可能。,32 采用先张梁结构，提高结构的耐久性,为了在我国进一步推广先张梁技术，铁道部有关部门先后设立课题组迸行T形及箱形先张梁试制、试验等方面的研究。特别是2006年9月，在合宁线制梁场完成的3孔先张法预应力混凝土箱梁试制和试验，在验证设计理论的同时，对大吨位折线配筋先张梁的工艺进
12、行了深入研究，取得了成功的经验。,合宁铁路32m箱梁,目前我国新建客运专线大量采用双线整孔简支箱梁，并主要采用现场集中预制、架桥机架设的施工方法，先张法预应力混凝土梁施工周期短、工序简洁、节省材料、维修养护工作量小、梁场占地面积小、结构耐久性良好，因此具有广阔的应用前景。,32m双线整孔简支箱梁,架桥机架设简支箱梁,3.3 钢一混结合梁、钢桁结合梁以及系杆拱桥将逐步推广应用,连续钢一混结合梁、下承式简支钢桁结合梁以及系杆拱桥自重轻，能充分发挥钢和混凝土两种不同材料的优点，具有抗震性能好、施工便利、噪声小等特点，已在国外高速铁路上得到了大量的运用，我国在客运专线建设中也进行了有益的尝试。,在跨越
13、河流、线路等障碍物时，跨度需增大而梁高又受限制的地区，连续钢混结合梁、下承式简支钢桁结合梁以及系杆拱桥等钢一混组合桥将有广泛的应用前景。,位于武广客运专线上，主桥采用连续钢桁拱结构，孔跨为（99+242+99）m，横桥向采用三片主桁。,东平水道桥,位于宁夏银川市，是太中银铁路全线重点控制工程之一，全桥有13孔96米下承式简支钢桁结合梁，在国内铁路桥梁设计中是首次采用简支钢桁结合梁结构。这种桥梁设计代表了我国桥梁技术向高强、整体、新结构发展的方向，具有较高的科技含量。,中宁黄河特大桥,沪宁铁路仙林特大，跨越南京绕城高速公路，采用1-96米系杆拱，为沪宁全线技术含量较高的控制性工程。,4 结 语,在客运专线桥梁的建设中，预制结构具有优越的施工条件，因而施工质量好;简支结构受力明确，对无缝线路、无渣轨道的适应性强，下部结构工程量合理，工程可靠性高。发展先张法预应力混凝土预制整孔箱梁和下承式简支钢桁结合梁、系杆拱桥的通用设计和相应的施工装备，对客运专线铁路高效、优质地建成具有十分重要的意义。,
