高速鐵路橋梁設計研究

陳大鵬

鐵道第三勘察設計院集團有限公司

高速鐵路橋梁設計研究

陳大鵬

鐵道第三勘察設計院集團有限公司

高速鐵路作為現代社會的一種新的運輸方式，中國的高鐵速度代表了目前世界的高鐵速度。中國是世界上高速鐵路發展最快、系統技術最全、集成能力最強、運營里程最長、運營速度最高、在建規模最大的國家。在高速鐵路的設計施工中，橋梁設計是其中一個重要的組成部分。與其他類型的公路和鐵路橋梁相比，高速列車對橋梁的沖擊力遠遠大于普通橋梁，橋梁軌道平順性會受到很大影響，從而影響到列車的安全性和乘坐的舒適性。因此，在設計高速鐵路橋梁時，就必須考慮到其特殊的設計要求，并在后續施工工程中予以堅決貫徹。

高速鐵路；橋梁設計；特點

1 高速鐵路橋梁的設計特點

1)高架橋梁所占的比例較大。在高速鐵路中高架橋梁的使用比例比較大，主要是由于平原、軟土及人口、建筑密集的地區都需要采用高架橋梁。比如說，京滬高速鐵路高架橋梁總長度占全線總長度的比例為80.5%，京津城際鐵路為86.6%，廣珠城際鐵路為94.0%，武廣客運專線為48.5%以及哈大客運專線為74.3%等等。

2)簡支箱梁結構形式被大量采用。綜合考慮我國高速鐵路建設規模、工期要求以及技術特點，將32m簡支箱梁對跨度距離、整孔施工進行確定。少部分采用20m、24m預制梁調整墩位用，此外，還有一小部分采用13m和16m跨度的T形梁。

3)大跨度橋梁多。根據我國路況的特點，在客運專線中，跨度高達100m及以上的橋梁有很多。據統計，在國內在建以及擬建的客運專線中，跨度100m及以上的橋梁多于300座。

4)剛度大，整體性好。為了對高速列車的高速、舒適、安全提供保障，就要避免高速鐵路橋梁出現較大的撓度和振幅，因此，高速鐵路橋梁就必須具有良好的整體性以及足夠大的橫向、豎向剛度。此外，還必須對由溫差不均勻導致的結構變性以及由混凝土產生的涂變上拱進行嚴格的控制。

5)特殊橋梁結構較多。我國幅員遼闊，各地區的自然環境差異較大，因此特殊的橋梁結構在我國高速鐵路橋梁中應用的比較廣泛，是世界上任何一個國家都無法相比的。目前，我國采用的特殊橋梁結構主要包含拱橋結構、斜坑橋結構、連續鋼結構以及組合結構等等。

6)提高結構的耐久性，以便于橋梁的檢查和維修。高速鐵路是非常重要的交通運輸設施，橋梁結構在設計過程中應該盡可能的做到少維修或者免維修，故而，在橋梁設計對橋梁結構的布局和細節進行綜合考慮，從而提高橋梁結構的耐久性，并且在橋梁施工過程中要對此進行嚴格的控制，以保證橋梁的質量。

2 高速鐵路橋梁設計的關鍵技術

2.1 大跨度橋梁設計建造技術

由于我國幅員遼闊，地形地勢復雜，跨越大江大河、深谷和高山就必須修建大跨度橋梁，但由于長久以來我國高速鐵路大跨度橋梁建設并沒有因其設計和建設的高難度就放緩其建設速度，實際上的速度目標值與其他簡單路段保持一致，這也無形中增加了大跨度橋梁的設計建造的壓力和難度。大跨度橋梁的建設技術水平是衡量一個國家高速鐵路橋梁建造能力的重要依據之一，追求更大跨度的橋梁也一直是橋梁工程師的努力方向。

2.2 無縫線路橋梁設計建造技術

要充分發揮出無縫線路橋梁的優越性，就必須從增強其強度和穩定性著手。經過實踐證明及總結我國在建設無縫線路橋梁的經驗，并通過力學模型的理論支撐，我國制定了相應的技術控制指標。橋上無縫線路設計要求根據氣候、地形等條件合理選擇軌道結構模式，長軌條布置和鎖定方式，準確計算中和溫度，降低其受到熱戰冷縮等物理因素的影響，確保軌道有足夠的強度和穩定性。

2.3 無砟軌道橋梁設計建造技術

高架鐵路橋橋面本身具備堅實的支承面，如果輔以適當設計的板式軌道結構，則能比傳統的有碴軌道更好地控制橋面位移。板式軌道結構的最大優勢在于它能較大地提高軌道的穩定性。它不會由于高架橋面縱向移動而導致鋼軌受力過大而發生軌道扭曲;其垂直端懸臂位移的影響可以采用合適的設計方案予以控制。過大的橋梁變形由于其不可接受的錯位、過大的軌道應力及振動將會危及行車安全。這些問題將會導致養護工作的增加，并降低乘客的舒適度。有必要對以下位移限值進行校驗：在德國規范中，梁端扭轉角的限制值僅用于有碴軌道橋梁。橋面橫向變形應通過活載值乘以橋面寬度范圍內沖擊系數、風荷載、振動力、離心力以及溫度梯度來計算。軌道安裝之后出現的徐變和收縮所造成的變形不得超過L/5000，其中，L代表橋跨的長度，以m計。兩連續橋面的伸縮縫的最大允許相對位移值不得超過1mm。

2.4 有碴軌道橋梁設計

一般來說，計算無縫線路力是為了分析在給定條件不同的荷載工況下的軌道結構包括道岔區在內的軌道與結構物相互作用力。要分析和確定由于豎向力、溫度變化、制動力、加速以及不同荷載組合引起的軌道與結構物相互作用力以及附加軌道應力。溫度變化是控制荷載工況。由豎向荷載引起的鋼軌力僅為溫度力引起的鋼軌力的20%左右。橋面及軌道的位移必須規定限值，以防止道碴過度分散。一般而言，應該避免采用鋼軌伸縮調節器，但當鋼軌應力或變形超過允許極限值時，就必須在橋梁自由端安裝鋼軌伸縮調節器。鋼軌斷裂大多數出現在鋼軌應力最高的部位。而鋼軌最大應力位于較長連續多跨橋梁的土建接縫處。我們建議假定鋼軌斷裂在這一位置。對于標準的簡支梁橋(跨長32m)而言，因其熱膨脹約束力較小，不必要使用低緊固力扣件。對于中等跨度的橋梁而言，其相應的熱伸縮長度適中，有必要在鄰近土建伸縮縫處兩端使用低緊固力扣件。對于有較長自由熱伸縮長度的橋梁而言，有必要安裝鋼軌伸縮調節器。

結語

當前盡管我國的高速鐵路橋梁建設技術已經步入世界先進水平的行列，但是我們不能驕傲自滿，只有不斷創新，科技才能發展進步，我們才能在世界高速鐵路橋梁的建設浪潮中立于不敗之地。

[1]許三平.京滬高速鐵路徐滬段橋梁設計[J].鐵道標準設計，2010，07：41-45.

[2]龔家逵.淺談高速鐵路橋梁設計特點[J].西部探礦工程，2005，S1：375-377.