山區高速鐵路高墩設計研究

陳 宇

(中鐵二院重慶公司，重慶 400023)

山區高速鐵路高墩設計研究

陳 宇

(中鐵二院重慶公司，重慶 400023)

對山區高速鐵路高墩進行設計研究，分別對縱向線剛度、縱橫向位移、整體穩定性、局部穩定性以及強度進行靜力計算，并按規范要求進行檢算，提出在滿足規范要求情況下，設計山區高速鐵路高橋墩時應控制的計算指標。

高速鐵路，高墩，剛度，穩定性，強度

1 概述

隨著國家高速鐵路的陸續建成通車，高速鐵路給人們的出行帶來了很大的便利，同時縮短了旅途的時間，大大的減少了城市與城市之間的距離。在國家西部大開發的大戰略背景下，西部建設高鐵的步伐也逐漸加快，即將建成通車的蘭渝線、成渝線等，在建的成貴線、成蘭線、渝萬線、渝黔線等，已經建成通車的成綿樂城際、貴廣高鐵等。由于西部山區地形復雜、山高坡陡，受限于地形、地貌條件的影響，同時也受限于鐵路線形半徑及坡度的影響，高速鐵路的橋梁不得不跨越深溝、河谷，有些墩高幾十米甚至上百米；隨著西部高速鐵路進一步的建設發展，高墩的應用不可避免，也會越來越多。針對山區高速鐵路橋梁高墩的設計，本文對橋墩強度、剛度及穩定性方面做出相應計算研究。

2 山區高速鐵路高墩類型及特點

在鐵路設計中，墩高在50 m以上為高墩。為節約圬工數量，根據橋墩的受力特點，高墩采用空心薄壁結構，這種結構具有截面面積小、截面模量大、自重輕、結構剛度和強度較好的特點。鐵路高墩分為矩形空心墩、圓端形空心墩、圓形空心墩；一般情況下，位于山區溝谷無河流的地形中采用矩形空心墩，位于城市附近或城市中以及能滿足行洪要求的河流中采用圓端形空心墩，位于行洪有特別要求的河流中采用圓形空心墩。圖1為典型高墩截面。

3 高墩靜力設計研究

橋墩靜力計算時采用的受力模式為墩底彈性連接、墩頂無約

束的懸臂結構。設計時需考慮上部簡支梁梁部荷載、列車活載、風力、橫向搖擺力以及軌道結構等荷載的影響。

3.1 縱向水平線剛度

3.2 縱、橫向位移

單線橋梁計算時上部荷載需考慮恒載、單孔輕載、單孔重載、雙孔重載、無縫線路縱向力組合、架橋機架梁荷載組合。

雙線橋梁計算時上部荷載需考慮恒載、雙線鋪軌單線行車一孔輕載、雙線鋪軌單線行車一孔重載、雙線鋪軌單線行車兩孔重載、雙線行車一孔輕載、雙線行車一孔重載、雙線行車雙孔重載、無縫線路縱向力組合(無車)、無縫線路縱向力組合(單線有車)、架橋機架梁荷載組合。

3.3 整體穩定

橋墩在中心受壓以及偏心受壓時，其穩定性按《鐵路橋涵混凝土及砌體結構設計規范》相關條款進行計算，KN

3.4 局部穩定

研究高墩的局部穩定性，主要是為了確定墩身的最小壁厚。理論分析說明，混凝土空心墩，當t/R，t/b≥1/10～1/15時，局部失穩臨界應力與混凝土抗壓強度比較接近，其中，t為壁厚；R為圓形墩半徑；b為矩形墩邊長；由此確定保證局部穩定的最小壁厚滿足下式：

圓形墩：

矩形墩：

圓端形墩：

其中，D為墩直線段長度。

3.5 強度計算

高墩進行強度計算時需檢算墩身的最大壓應力以及最大拉應力，同時計算出固端干擾段的長度進行加強配筋以及構造加強處理。需滿足《鐵路橋涵混凝土及砌體結構設計規范》的相關要求。

4 計算算例

渝萬客專鹽井河雙線大橋是13×32+2×24簡支箱梁，橋梁全長485.6m，平均墩高43.5m，其中最大墩高為61m。橋址所在區域地層巖性主要是粉質粘土、泥巖夾砂巖；橋位處地震動峰值加速度為0.05g，地震動反應譜特征周期為0.35s，為6度地震區。選取鹽井河雙線大橋3號,5號,7號墩，墩高分別為53m,56m,61m進行相應靜力計算。擬定的墩形為圓端形，墩頂縱向尺寸為5.2m，橫向尺寸為9m，墩身外坡為40∶1，內坡為60∶1，壁厚采用0.6m。

4.1 線剛度及位移計算結果及分析

在最不利荷載工況下，橋墩縱向組合線剛度以及縱向位移、橫向位移見表1。由結果可知，各墩的縱向組合線剛度均大于350kN/cm，滿足規范要求。各墩的縱向位移均小于規范限值2.83cm，橫向位移均小于規范限值1.63cm。

4.2 穩定性計算結果及分析

在最不利荷載工況下，橋墩的整體穩定性及最小壁厚計算結果見表2。各橋墩的順橋向彎曲穩定系數以及橫橋向彎曲穩定系數均大于規范要求的安全系數K=2.0，整體穩定性滿足要求；初步擬定的壁厚0.6 m也滿足最小壁厚的要求，局部穩定性滿足要求。

表2 整體穩定系數及最小壁厚計算結果

4.3 強度計算結果及分析

在最不利荷載工況下，橋墩的強度計算結果見表3。根據計算結果分析，各橋墩的強度滿足規范的要求。

表3 強度計算結果

5 結論及建議

通過對鹽井河雙線大橋橋墩進行靜力計算分析可知初步擬定尺寸的橋墩的縱向組合線剛度、縱向位移、橫向位移滿足規范要求；整體穩定性及局部穩定性均符合規范標準；強度檢算均滿足要求。在設計高墩時，建議對不同尺寸進行多次試算，在滿足強度、剛度以及穩定性要求的前提下，擬定出最優橋墩尺寸。

[1] 鐵道第四勘察設計院.橋梁墩臺[M].北京：中國鐵道出版社，2007.

[2] 馬朝霞，陳思甜，龔尚龍.高橋墩墩頂水平位移的計算與分析[J].重慶交通大學學報(自然科學版)，2007(12)：50-54.

[3] TB 10621—2009，高速鐵路設計規范(試行)[S].

[4] 劉日圣.橋梁高墩截面形式探討及其穩定性計算[J].山西建筑，2007，33(12)：14-15.

Plan of the high pier for high speed railway in mountainous area

Chen Yu

(ChinaRailwayEryuanChongqingCompany,Chongqing400023,China)

The static calculations and the inspecting calculations based on specification of longitudinal linear stiffness, longitudinal and lateral displacement, global and local stability and strength of the high pier for high speed railway in mountainous area are carried out. The calculation indexes, which should be considered during planning of the high pier, have been proposed in this paper.

high speed railway， high pier， stiffness, stability， strength

2015-02-02

陳 宇(1983- )，男，工程師

1009-6825(2015)11-0177-02

U443.22

A