新建時速200ｋｍ客貨共線鐵路橋梁設計

　注: 為低高度鋼筋混凝土雙片式Ｔ梁。

(3)我國過去的鋼橋都采用明橋面,廣深準高速鐵路跨度64．0ｍ雙線鋼桁梁也是明橋面,只是將明橋面用的鉤頭螺栓改為在縱梁上打孔的螺栓連接。列車在160ｋｍ/ｈ速度條件下已經安全運營了4年,整個結構和橋面系均處在良好的狀態。日本東海道新干線(運行速度210ｋｍ/ｈ)上也使用明橋面。明橋面直接承受列車的沖擊作用,一是縱橫梁容易出現疲勞裂紋,日本東海道新干線在運營10年后明橋面出現裂紋的現象顯著增多;二是軌枕易變位,使得明橋面的軌道結構的維護量大;三是明橋面噪聲大。為此,日本東海道新干線明橋面的木枕已逐步改造成樹酯軌枕。貨車提速至120ｋｍ/ｈ后,由于其軸重和簧下質量都比客車大,沖擊作用會顯著增加,明橋面能否長期適用于120ｋｍ/ｈ貨車的動力作用及噪聲污染都是突出的問題。在德國新建鐵路線上鋼橋一般都采用正交異性板及鋼筋混凝土板的道碴橋面。因此,綜合考慮結構的長期使用性能和減少橋上軌道的維修量,在新建客車200ｋｍ/ｈ、貨車120ｋｍ/ｈ的客貨共線鐵路上不宜采用明橋面。(4)我國既有鐵路線上曾采用一些柔性橋墩,當貨車速度提高到60～80ｋｍ/ｈ時,柔性橋墩普遍存在橫向振動急劇增大的現象。目前,有這類橋墩的線路區段提速貨車不得不限速60ｋｍ/ｈ運行。因此,在貨車120ｋｍ/ｈ的新建鐵路上一般不應采用剛度較小的柔性墩臺,以滿足行車舒適性與安全性要求。(5)板式橡膠支座橫向變位沒有約束,列車通過時梁體橫向呈整體剛體振動形態。當速度提高后,列車的橫向激勵頻率與梁體橫向整體剛體振動頻率很容易接近,從而使梁體產生劇烈的橫向振動。因此,必須采取措施,約束其橫向變位。

3　國外的鐵路橋梁設計

目前,國際上發達國家的新線建設一般是高速客運專線和時速200ｋｍ以上的客貨共線鐵路,橋梁的主要功能是為高速列車提供平順、穩定的橋上線路,確保列車運營安全和乘坐舒適,并盡量減少使用期間結構的維修工作量。因此,其橋梁設計具有以下特點:(1)梁體具有足夠大的豎向剛度、橫向剛度和抗扭剛度,限制溫差和混凝土徐變產生的上拱變形,以保證線路的高平順性和避免不良的車橋動力響應;(2)橋梁墩臺有足夠大的縱向剛度,以限制橋上無縫線路軌道的附加應力和制動時的梁軌相對位移,保證線路的穩定;橋梁墩臺還應有足夠的橫向剛度,保證線路的方向平順性,避免車橋產生過大的橫向振動;(3)橋梁的選型盡量避免或減少鋼軌伸縮調節器的設置;(4)橋梁結構及構造設計充分考慮耐久性要求,并便于檢查和維修。橋梁較長、墩身不高的高架橋在新建高速鐵路中占有很大的比例。德國、意大利、西班牙等國都采用等跨布置的25ｍ預應力混凝土簡支梁結構;韓國高速采用3×25ｍ或2×40ｍ預應力混凝土連續梁;日本十分重視結構的抗震性能,大量采用跨度為8、10、12ｍ的鋼筋混凝土連續剛構,每聯一般有4～10跨,各聯之間采用簡支梁過渡。一般橋梁一跨或一聯長度大于80ｍ時,需要設置無縫線路伸縮調節器。因此,高架橋的選擇應避免在橋上設置無縫線路伸縮調節器。歐洲新建鐵路有不少跨越山谷的高墩橋梁,橋墩最高達100ｍ,稱為谷架橋。德國在20世紀80年代新線建設時一般選用等跨布置的44、56ｍ兩種跨度的預應力混凝土簡支梁,運營后發現56ｍ簡支梁的端部由于溫度伸縮量大,道碴不穩定,維修工作量大。因此,在以后的新線鐵路建設中簡支混凝土梁的最大跨度用到44ｍ。在最近建設的科隆—法蘭克福高速客運專線上,谷架橋更多地采用了連續梁,連續梁和簡支梁的比例約各占50%。西班牙和法國均選用連續梁,跨度不超過80ｍ。由于谷架橋橋墩高,縱向剛度弱,因此都采用傳力裝置將制動力直接傳到橋臺或特別設計的制動墩上。橋梁截面形式一般有板梁、Ｔ梁和箱梁。德國一般采用板梁和箱梁,法國一般采用箱梁,日本和西班牙采用了不少多片式Ｔ形梁,多片式Ｔ形梁都加強勁的橫隔板并采用整體橋面。日本一般采用了4、6、8片式Ｔ形梁,跨度有19．4、24．2、29．2、34．2、39．2ｍ和44ｍ;西班牙一般采用25ｍ跨度5片式Ｔ形梁,也用過39ｍ跨度9片式Ｔ形梁。對于跨度小于20ｍ的小型橋梁,根據法國的經驗,最好采用超靜定結構,如剛構橋。因為法國早期的里昂—巴黎高速線上的小跨度簡支梁橋,動力效應十分顯著,導致梁體開裂。簡

支梁和連續梁是最常用的兩種結構形式。簡支梁的優點是對于支座沉降不敏感,不需要設置軌道伸縮調節器,可采用工廠預制。連續梁較簡支梁高度低,結構變形和墩帽尺寸較小,但支座沉降對連續梁的受力有影響,尤其是小跨度連續梁,跨度越小,影響越大;并且當多跨連續梁一聯長度大于80ｍ時,需要設置軌道伸縮調節器。從橋梁截面形式來看,跨度不大于40ｍ的混凝土梁采用箱形和Ｔ形都可以,對Ｔ形梁要采用整體橋面,加強橫向聯結。根據日本的研究比較分析,認為跨度大于38ｍ采用箱形梁才較為經濟。

4　結論

根據上述分析,一方面總結分析了我國既有橋梁在運營和提速中遇到的問題;另一方面積極吸收發達國家類似鐵路橋梁設計先進成熟的經驗。在此基礎上對我國新建時速200ｋｍ客貨共線鐵路的橋梁設計提出以下一般規定。(1)橋梁結構應滿足行車舒適度和耐久性的要求,橋梁構造應便于檢查、養護和維修。(2)橋梁上部結構應采用剛度大的結構型式,宜優先采用預應力混凝土結構,亦可采用鋼筋混凝土結構和鋼混凝土結合結構,必要時也可采用鋼結構。(3)預應力混凝土梁,宜采用雙線整孔箱梁,中小跨度也可采用兩個并置的單線箱梁或整體橋面多片式Ｔ梁。整體橋面多片式Ｔ梁應加強橫向連接。(4)鋼結構橋橋面系不宜采用明橋面。(5)橋梁下部結構宜采用混凝土或鋼筋混凝土墩臺,不得采用柔性結構。(6)涵洞宜采用鋼筋混凝土圓涵、蓋板涵和框架矩形涵,涵頂不得高出路基基床底層頂面。(7)橋面構造應考慮橋上線路大型養路機械作業的要求。對跨度不大于40ｍ的混凝土標準梁在滿足上述規定的條件下,應根據我國的實際情況,在充分考慮梁體的預制、運輸和架設的基礎上,進行充分的經濟365JT技術比較綜合確定梁體的截面形式。