1、高速铁路桥梁实现跨越功能的桥式方案设计第 34 卷第 25 期?330?2008 年 9 月山西建筑SHANXIARCHITECrUREV01.34No.25Sep.2008文章编号:10096825(2008)25 033002高速铁路桥梁实现跨越功能的桥式方案设计文望青摘 lg:结合工程实例,论述了高速铁路桥梁设计的特点,介绍了几种不同的桥式方案,就如何从安全,经济,景观,维修等方面考虑,选择合适的桥式,桥跨方案作了深入探讨,以实现高速铁路桥梁的各种跨越功能.关键词:高速铁路,桥式方案,系杆拱,连续刚构中图分类号:U442目前我国高速铁路建设正处于高速发展时期,已开通的京津城际铁路时速达
2、350km,正在建设中的武广,郑西客运专线及京沪高速铁路设计时速均为 350km.为满足高速铁路行车要求 ,铁路在选线时一般要求采用 9000m 及以上的曲线半径 ,这直接导致了很多地段高速铁路与跨越的公(道)路,铁路,河流等夹角较小的情况,需要采用较大跨度结构跨越;另外经济发达地区 ,有较多高等级公路和较大通航宽度的河流也需要大跨度桥梁跨越.结合京沪高速铁路徐州上海段桥梁设计,对高速铁路桥梁实现跨越功能的桥式方案进行一些探讨.1 高速铁路桥梁设计的特点在列车高速运行的条件下,桥梁结构的动力响应加剧,从而使列车运行的安全性,旅客乘坐的舒适度,荷载的冲击,材料的疲劳,列车运行的噪声,结构的耐久性
3、等问题与普通铁路不同.高速铁路桥梁结构必须具有足够的强度和竖向刚度,横向刚度,抗扭刚度,使得桥梁具备良好的动力特性.高速铁路用于检查维修时间有限,桥梁结构应构造简洁,易于检查维修.高速铁路一般桥梁结构采用 32m 跨度的预制简支箱梁最为经济,但 32m 简支箱梁的跨越能力受限.经初步统计 ,京沪高速L.LL一婆一一一_=P:1m 图户:1,=7=7b 图图 1 中跨及边跨跨中弯矩图边中=1/EhlolX0.0101.边中=1/0.67EhlolX2x2/3X1/8 qL1/2(5/81/4)一文献标识码:A铁路徐沪段桥梁除简支箱梁外,特殊结构累计长度在 20 以上,特殊结构的比例较高,直接影响
4、工程投资.2 京沪高速铁路桥式方案设计2.1 系杆拱桥方案设计系杆拱桥是一种自平衡的简支结构,它克服了拱桥需要抵抗拱座处较大水平力的缺点,对地基承载能力要求不高;同时具备较大的跨越能力,梁高较低,能有效降低线路标高.为满足高速铁路桥梁对结构竖向要求高的特点,经过深入研究,分析比较,系杆拱结构采用了不常见的刚性梁,刚性拱方案.同时为确保桥梁的横向刚度,在桥跨大于 100m 时,拱设计为提篮式. 京沪高速铁路沿线地势较为平坦,桥跨在 100m 左右,跨越公路及航道时 ,桥下净空不高,采用系杆拱可以克服预应力混凝土连续梁梁高较大,影响桥下景观的不足,所以徐沪段采用了 96m,112ITI,128m
5、三种跨度共 23 处系杆拱桥.其中 128ri1 系杆拱采用“先梁后拱“的施工方案;96ri1,112ri1 系杆拱采用了“先梁后拱“和“先拱后梁“两种施工方案供施工单位选择.拱肋矢跨比为 f/l=1/5,拱肋采用悬链线线形 .悬链线方2X1/2X1/4X1/2X0.1qC=1/EhIolX0.00077.同理可求得四,五,六跨连续梁各跨挠度,见表 1.表 1 等跨连续梁跨中挠度 g 王,led01项目第一跨跨中(边跨) 第二跨跨中第三跨跨中三跨 0.01010.ooo77四跨 0.00940.0028五跨 0.O0960.00230.0049六跨 0.00960.00160.0043以上是已
6、知口作用下挠度的计算.预拱度中,在恒载作用下挠度,最大弯矩 MT 为应以开裂断面弯矩 M,代之,即开裂所能承受的最大弯矩.参考文献:1曾维裕.预制箱梁预拱度的设置J,山西建筑,2006,32(16):141142.TheanalysisOfthecamberCHENZhao-huiAbstract:Fromthedefinitionofthecamber,thepaperindicatestheapplicationofthecamberindifferentconcretebridgesandexploresfromthecalculationsofthecambersoftheCOIDAT
7、Ionreinforcingconcretesimple-supportedbeams,theprestressreinforcingconcretesimple-supportedbeamsandcommonreinforcingconcretecontinuousbeamsinordertoensurethedesignlineisconsistentwiththelineafterbridgesarebuilt.Keywolds:camber,structure,beam,prestressreinforcingconcrete收稿日期:20080505作者简介:文望青(1966 一),
8、男,高级工程师,中铁第四勘察设计院集团有限公司,湖北武汉 430060专#第 9B 期文望青:高速铁路桥梁实现跨越功能的桥式方案设计?331?程为:y=f(chk一 1)/(m 一 1).其中,k=In(m+/优 z 一 1);m=1.347;=2x/L=/56.拱肋横截面采用哑铃形钢管混凝土截面,由厚 18mm 的钢板卷制而成,每根拱肋的两钢管之间用=16mm 的腹板连接.系梁按整体箱形梁布置,采用单箱三室预应力混凝土箱形截面,梁高 2.5m.底板厚度为 30cm,顶板厚度为 30cm,边腹板厚度为 35cm,中腹板厚度为 30cm.吊杆采用尼尔森体系,在吊杆平面内吊杆的水平夹角在52.10
9、-68.67.之间,吊杆间距为 8m.吊杆采用 127 根高强低松弛镀锌平行钢丝束,外包不锈钢防护.2.2 连续粱拱桥方案设计为保证高速铁路桥梁的竖向刚度,梁端转角等满足高速行车的要求,采用连续梁时,中墩支点处梁高一般采用 1/121/14 的高跨比,在桥跨超过 130m 时,粱高均较高,影响景观 .为降低梁高,同时满足高速铁路行车要求,经桥式比较,在桥跨为 130m200m 之间时,选择预应力混凝土连续梁拱不失为一种好的选择.徐沪段采用了(70+136+70)m,(90+180+90)m 两联连续梁拱桥,上部结构采用“先梁后拱 “施工方案.(90+180+90)m 连续梁拱桥主梁采用单箱双室
10、变高度箱形截面,中支点处梁高 10.0m,较一般连续梁结构梁高低 4m 左右.箱梁顶板厚 0.42m,局部顶板厚 1.02m;底板厚度 0.40m1.049m,局部底板厚 1.50mo 箱梁采用直腹板,腹板厚分 0.40m,0.55m,0.70m 三种.吊杆顺桥向间距 9m,全桥共设 18 组双吊杆.拱肋矢高厂=36.om, 矢跨比 f/l=1:5,拱轴线采用二次抛物线.拱肋为钢管混凝土结构,采用等高度哑铃形截面,拱肋弦管直径 1.1m,由=20mm,24mm 厚的钢板卷制而成;弦管之间用=16mm 厚钢板连接.2.3V 形墩连续刚构方案设计设计 V 形墩连续刚构,主要目的是解决跨越公(道)路
11、时 ,以V 形墩结构形式减小中间主跨的跨度,有效地降低线路标高 ,以节约工程造价.同时,采用在公(道)路两侧支架施工 V 形墩及大部分梁段,转体至桥位后合龙中跨和边跨的施工方案,极大地减小了铁路桥梁施工对既有公路行车的干扰,确保了施工期间行车的安全,是结构与施工方案结合较为完美的一个案例.京沪高速铁路采用了一处(48+80+48)m 的 V 形墩连续刚构桥 .梁体采用单箱单室等高度预应力混凝土梁,梁高 3.65m,与两侧简支箱梁(梁高 3.05m)比较协调.箱内顶板厚度 0.4m;底板底缘宽度 5.2m,底板厚度 V 形墩顶处为 0.8m,跨中为 0.4m;腹板厚度 V 形墩顶处为 0.9m,
12、跨中处为 0,5m.刚构长度 2m的合龙段在吊架上浇筑,其余梁段在支架上浇筑.v 形墩墩身截面尺寸为 5.2m1.4m,墩身与水平线夹角为49.31o.V 形墩墩身基座分两层布置,布置有转动体系 .刚构采用平面转盘体系,转动面由 e92.2m 的不锈钢板和四氟板组成.转体重量为 3793t,转动力矩为 1402kN?m,转动角度为 35.2.4 斜结构桥式方案设计高速铁路规范规定,活载作用下梁体扭转引起的轨面不平顺限值以一段 3m 长的线路为基准,实际运营列车作用下 ,一线两根钢轨的竖向相对变形量1.2mm.此规定涉及列车运行的安全,必须考虑,它限制了一些斜交桥梁结构的使用.京沪高速铁路徐沪段
13、在技术条件容许的情况下,尽可能地设计了一些斜结构,以期减小桥跨,节约工程投资.2.4.1 斜置桥墩方案设计对于高速铁路简支箱粱,梁端部一般是不能与轨道斜交的,需要垂直设置,在高速铁路与河流,道路斜交时,由于此原因往往要加大桥梁的跨度,增加较多投资,这是不可取的一种桥式方案.2.4.2 斜交异型刚构桥方案设计在斜交角度达 60.以上时,高速铁路跨越公路,铁路时,往往需要采用大跨度桥梁,有时梁式桥方案跨度达 100m 以上也难以跨越道路或铁路,给桥跨布置带来困难.经过研究,采用斜交,小跨(跨度在 20m 以内) 的异型刚构能较好地解决大斜交角的跨越问题.京沪高速铁路跨越一公路时斜交角 71o,桥跨
14、布置时利用在公路绿化带上设置桥墩的条件,使得预留高速公路六车道的条件时,桥梁跨度仅为 216m.结构采用钢筋混凝土.如果采用梁式桥,桥梁跨度至少在 150m 以上,景观,经济性等都不如斜交异型刚构桥.2.4.3 斜连续梁桥方案高速铁路大型车站与动车运用所之间,一般有较多股铁路在两车场之间运行.此时如果遇到需要较大跨度跨越斜交的通航河流时,给桥式选择带来很大困难.京沪高速铁路徐沪段有两处这样的情况,一处并行有 6 座桥,另外一处并行有 4 座桥,按斜交中心桥跨达 100m 才能满足净空要求,需要设计斜交连续梁 ,否则跨度要加大,需抬高车场标高,增加工程投资.另外桥墩斜置,多座桥梁并行位于河流中时
15、,能有效地减小桥墩的阻水面积,减小了桥墩附近横向水流的速度,便于行船等.斜连续梁采用单箱单室直腹板截面,顶板厚 40cnl,腹板厚分别为 60cm,80cm,100cm,底板厚由跨中的 40cm 变化至中支点梁根部的 110cm.中支点处两个支座下方对应设置厚 2.0m 的中横隔梁,间距 4.2m.3 结语高速铁路桥梁由于行车,维修养护等要求,限制了一些桥式方案的选择.如考虑到高速铁路维修时间较短,只能在天窗时间内检修桥梁,所以钢结构桥梁在京沪高速铁路中一般较少选择,而多采用维修工作量较小的钢筋混凝土或预应力混凝土桥梁结构,这为系杆拱桥提供了较好的使用条件.另外由于一些特殊工点,设计选择了几种
16、铁路桥梁不常见的斜结构,以作探讨.BridgetypeschemedesignofhighspeedrailwaybridgerealizingthestridingoverfunctionWENWang-qingAbstract:Combiningwithengineeringpractice,itexpoundsthecharacteristicofhighspeedrailwaybridgedesign,introducesseveralkindsofdifferentbridgetypescheme,thorongblydiscusseshowconsiderfromsafety,economy,sceneryandrepairtOchoosesuitablebridgetypeandbridgespanschemes,inordertOrealizeeverykindofstridingoverfunctionofhighspeedrailwaybridge.Keywords:highspeedrailway,bridgetypescheme,stringpolearch,continualsteelstructure
