1、2、客运专线简支箱梁综述2.1 概述各国高速铁路中桥梁结构形式是多样化的，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、大跨度系杆钢拱等多种结构形式。客运专线铁路与既有铁路相比，具有速度高、对线路平顺性要求高等特点，要求其下部结构物具有较大的抗弯和抗扭刚度，整孔简支箱梁以受力简单、明确、形式简洁、外形美观、抗扭刚度大、建成后的桥梁养护工作量小以及噪音小等优点，在许多国家的高速铁路建设中得到了广泛应用。 我国现阶段客运专线设计速度均在200km/h以上，大量采用了简支箱梁结构，按使用范围客运专线简支箱梁可分为三大部分，即秦沈客运专线施工
2、图、时速250 km客运专线通用图、京沪高速铁路常用跨度梁施工图。秦沈客运专线桥梁设计始于1998年，当时由于国内首次进行设计时速200 km以上客运专线铁路桥梁设计，缺乏资料和经验，特别是大吨位整孔预制箱梁，从设计、制作、架设等各方面均为全新课题。在秦沈客运专线开展了多项科研试验研究工作，科研项目的开展对设计工作起到了很好的指导作用，对设计理论进行了验证，也为今后客运专线铁路整孔箱梁设计提供了大量的实测资料。随后开展的时速350 km(京沪高速铁路)整孔箱梁设计，在吸收和借鉴秦沈客运专线简支箱梁经验的同时，开展了进一步的科研和试验工作。2.2 主要结构类型及适用范围运专线简支箱梁的设计是根据
3、不同的适用范围、适用条件进行的，因此结构形式也不尽相同。从轨道结构形式上分为有碴轨道梁和无碴轨道梁；从施工方法上分为整孔预制和原位现浇；从预应力体系上分为先张法和后张法；从截面形式上分为双线、单线、单线并置和组合箱梁。表1为客运专线简支箱梁一览表。2.3 主要设计参数及指标2.3.1 主要设计指标结构设计主要静力设计指标均满足铁路桥涵设计规范(TB10002.1TB10002.5)的有关规定。其主要设计指标见表2。2.3.2 梁体变形及自振频率限值在不同设计速度及不同设计活载作用下，要求结构的变形及自振频率限值不同，见表3。2.4 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
4、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，来确定各种跨度的尺寸。2.4.1 动力性能分析由于桥梁结构在机车、车辆活载下的动力响应分析与车辆性能、轨道平顺性、结构刚度等因素有关，而我国尚缺乏高速铁路实测机车车辆性能及轨道不平顺参数，同时高速铁路采用的机车车辆类型还未最后确定，因此动力仿真计算根据不同设计条件进行。动力性能检算满足指标如下:脱轨系数 :Q/P0.8轮重减载率:P/P 00.6舒适度指标:W2.5为优 2.5W2.75为良 2.75W3.0为合格车体振动水平加速度 L0.10g车
5、体振动垂上加速度 v0.13g桥梁响应评判标准:对于有碴轨道，桥梁的最大垂向加速度 max0.35g,为确保数据的可靠性，不同阶段设计中各种结构的动力特性分析均经过两家以上科研单位的共同计算分析形成结论。2.4.2 线形控制高速列车要求下部结构具有较高的平顺性，为保证线路的平顺性，设计时力求降低梁体的徐变拱度。由动力仿真计算确定梁的基本刚度后，应尽量减小徐变拱度的终极值。而梁体徐变拱度的变化，是与梁体自重挠度、预加应力产生的拱度、二期恒载产生的挠度以及预加应力与二期恒载上桥时间密切相关的。影响预应力混凝土梁徐变上拱的因素较多，有设计、施工、环境等等。2.4.2.1 设计方面因素(1)降低桥梁在
6、使用阶段的应力水平；(2)预应力筋的布置形式；(3)控制桥梁的恒、活载设计弯矩比。2.4.2.2 施工方面因素有：(1)材料的选择；(2)混凝土的配合比；(3)骨料的力学性能的影响；(4)预施应力时梁体的状态，预施应力的工艺；(5)养护工艺；(6)存梁状态。2.4.3 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、蒸气养护、自然养护时的温度指标及养护时间；(2)进行碱活性试验，防止碱骨
7、料反应发生；(3)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；(4)加大普通钢筋保护层厚度；(5)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；(6)加强结构预埋件的防腐处理；(7)加强桥面防排水措施，梁端设置防排水伸缩装置，并选择方便施工、耐久性能优良的防水材料。2.5 主要结构形式2.5.1 国外简支箱梁国外高速铁路整孔简支箱梁的应用较为广泛，欧洲等国设计荷载为UIC荷载，高跨比为1/91/11之间，其截面型式多为双线单箱单室的整孔箱梁；日本修建高速铁路较早，设计活载采用N、P荷载接近实际运行列车荷载，梁高相差较大，高跨比为1/151/
8、11之间，截面型式箱梁和多片T梁，且大量采用小跨度连续刚架桥。表4 部分国家高速铁路箱梁截面设计情况2.5.2 秦沈客运专线简支箱梁2.5.2.1 秦沈客运专线双线简支箱梁2.5.2.2 秦沈客运专线单线并置简支箱梁2.5.3 时速250km客运专线简支箱梁2.5.3.1 双线简支箱梁时速250km客运专线简支箱梁在设计中考虑后张法预应力混凝土梁与先张法预应力混凝土梁的互换，从模板简统化角度出发，同一跨度形式的先张梁和后张梁采用同一截面，双线箱梁的截面尺寸见图3、表7。梁端采用底板向下加厚的方式，既保证隔墙足够的抗扭性能，又最大限度地提供内模工作空间，同时结构外形保持一致，为采用带模张拉工艺创
9、造了条件。先张法预应力混凝土简支箱梁，吸收和借鉴了“先张法预应力混凝土梁设计及制造工艺研究”的科研成果，采用折线配筋，提高结构抗剪性能。2.5.3.2 双线组合箱梁双线组合箱梁由两片单线并置箱梁通过桥位连接桥面板及端隔墙形成整体。此种结构形式主要为满足桥隧相连地段的运输架设需要。该结构与秦沈线单线并置箱梁的运架梁方式类似，不同之处是架设完成后桥面板和端隔墙需在桥位进行连接，形成整体桥面，不仅保证了桥面的整体性，提高结构的耐久性同时考虑了适应线间距4.6 m5.0 m的情况。2.5.3.3 单线简支箱梁单线简支箱梁主要用于联络线或线间距大于8.5m的单线铁路需要。单线箱梁处于单线桥隧地段，必须在
10、隧道口进行架设时，可根据架桥设备情况，采用现浇桥面板的方式。2.5.4 时速350km客运专线简支箱梁在设计中考虑后张法预应力混凝土梁与先张法预应力混凝土梁的互换，从模板简化的角度出度，同一跨度形式的先张梁和后张梁采用同一截面，各种跨度梁的截面尺寸见图6、表10。2.6 结构构造2.6.1 梁端支承长度的优化现代桥梁合理的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，以及认识的不断深人，对时速250km及时速350km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
11、心距梁端的距离为0.75cm。2.6.2 进ren孔方案为方便养护维修人员检查维修，梁端需设置进人孔。秦沈客运专线采用底板开洞方式，但此种方式由于底板开洞，箱梁底板预应力筋不能均匀布置，使梁端底板中极易形成横向拉应力区。时速250km及时速350km客运专线通用图从不影响底板预应力筋的布置、减小对梁端的削弱、对结构外型美观影响较小等角度出发，采用梁端底板中部开槽方案。该方案分别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，此方案梁端开槽位置与桥墩顶面设置的槽口相对应，检查维修时可从此处进入梁体，并可进行顶梁、支座检查、维修等工作，该方式梁端支座布置与锚具的布置有足够的构造空间，对墩台
12、构造尺寸要求较小。2.6.3 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，还有很多施工控制因素需要考虑，如自动化内膜要求的构造空间、顶梁、吊梁及要求的隔墙尺寸、施工架设过程中支点的不平整效应等。秦沈客运专线简支箱梁由于梁高较低，为最大限度地提供梁端构造空间，梁端腹板采用内外同时加宽的方式，同时设置了端隔墙。但由于构造空间较小，自动化内模的设置较为困难。时速350km客运专线箱梁设计中，综合考虑梁端截面的尺寸与变宽段长度，采取梁端截面渐变的方式，为自动液压内模的采用提供条件。时速250km客运专线通用图设计，在端截面渐变的基础
13、上，采取梁端底板向下加厚的方式，最大限度地提供内模操作空间。2.6.4 其他在客运专线设计中充分考虑了桥上通过和摆放的各种设施的需要。主要有电缆槽、接触网支柱基础、声屏障、人行道挡板、防水伸缩缝、综合接地预埋钢筋等。2.7 施工架设我国在秦沈客运专线的建设中，大吨位架桥机已经得到了成功应用，架桥机最大架设吨位达到了600t，取得了宝贵经验，但时速350 km客运专线铁路简支箱梁最大吊重为899t，秦沈客运专线架桥设备已不能满足高速铁路运架梁需要，因此在高速铁路箱梁结构设计的同时，国内多家架桥机研制单位进行了900t级高速铁路架桥机的研制，目前京津已有4种架桥机，能够满足架设32m双线整孔箱梁的需要。对于40m简支箱梁，梁重已超过1000t，因此40m梁按原位现浇法设计。由于架设吨位的增大，对施工架设时的指标控制更加严格。但各架桥机结构形式不一，对桥梁的作用也各不相同，为保证箱梁结构在架设过程中的安全性，必须对所架梁型和所通过的结构进行运梁车及架桥机施工荷载检算。施工荷载已经成为结构的控制荷载，故架梁操作时必须严格按照操作规程作业，以防对已架箱梁的破坏。
