溫度對高速鐵路高墩橋梁行車影響分析與研究

徐 旭

(中國中鐵二院工程集團有限責任公司, 四川成都 610031)

?

溫度對高速鐵路高墩橋梁行車影響分析與研究

徐 旭

(中國中鐵二院工程集團有限責任公司, 四川成都 610031)

高速鐵路橋梁的結構安全和行車安全性、平順性是基本要求，而不同溫度條件下，由于混凝土結構的熱脹冷縮引起橋梁橋面高程變化會對高鐵行車造成一定的影響。文章通過對相關案例的分析與研究，判斷不同溫度條件對高墩橋梁的影響，可供類似工程參考。

溫度； 高速鐵路高墩橋梁； 行車影響

1 橋梁設計概況

橋梁設計速度目標值為250 km/h，采用無砟軌道，孔跨布置為(6×32+72+128+72) m連續剛構+(5×32+2×24) m，墩高14～85 m，全橋基礎為樁基礎。

2 溫度對橋梁橋面高程的影響

2014年7月大橋在聯調聯試過程中發現部分CPⅢ測點高程與提供的軌道精調前首次復測成果不吻合，2014年8月7日對大橋的CPⅢ網進行再次復測確認，從兩次復測對比來看高程差呈規律變化，在墩身較高處的高差較大，在最高墩身(8號墩身高度為85 m)處達7.2 mm(表1)。

表1 CPⅢ高程成果對比

根據后續觀測，2014年9月4日至12月19日橋面豎向變形最大值為27.39 mm，發生在主跨跨中。2014年10月28日與2015年10月29日的橋面豎向變形基本相當。2015年10月29日主跨中部豎向變形為14.1 mm。根據對橋面的觀測，一年中從9月至12月橋面基本呈規律的向下變形，且隨氣溫降低，豎向變形越大。7#、8#墩豎向變形值與后述溫度變化20℃的豎向變形計算值基本相當。

3 分析與研究

3.1 大橋溫度效應下橋梁變形

根據TB 10002.1-2005《鐵路橋涵設計基本規范》附錄F.1、F.2可查得橋址處1月份平均氣溫6℃，7月份平均氣溫26℃。在溫度變化20℃情況下，大橋各墩豎向變形值見表2。

表2 溫度效應下橋墩豎向變形值

3.2 軌道平順性分析

3.2.1 CP Ⅲ高程變化影響分析

根據CP Ⅲ高程變化數據對無砟軌道平順性進行了分析(表3)。

表3 靜態高低值統計 mm

3.2.2 20℃溫差橋墩高程變化影響分析

根據溫差20℃情況下橋梁墩臺線性膨脹后高程變化值對無砟軌道平順性進行了分析(表4)。

3.2.3 小結

根據以上數據可知，大橋墩臺高程變化對無砟軌道短波不平順影響較小，10 m弦和30 m基線長波不平順均能夠滿足軌道安全性的要求。對影響舒適性的300 m基線長波不平順影響相對較大，20℃溫差溫度效應下墩臺高程理論變化值長波不平順為12.95 mm。

表4 靜態高低值統計 mm

3.3 車-橋耦合動力分析

大橋梁部設計時，已考慮墩身發生10 mm不均勻沉降對梁體受力的影響、且考慮了年溫度變化下的梁體受力，因此，上述墩高不同對梁體的受力是有保證的。

由于墩高不同，在溫度荷載效應下，引起橋面的起伏，在20℃溫度效應下，相鄰墩臺最大豎向位移差為8.2 mm，跨中最大豎向位移為25 mm，造成的軌面不平順，采用車-橋耦合動力分析程序，分析了橋上列車運行安全性、平順性。

3.3.1 橋梁振動性能

CRH3動車組以速度250～300 m/h運行時，橋墩正常情況下，簡支梁跨中的橫向和豎向振動位移最大值分別為0.472 mm、1.396 mm，橫向和豎向振動加速度最大值分別為0.043 m/s2和0.867 m/s2；考慮橋墩溫差效應情況下，簡支梁跨中的橫向和豎向振動位移最大值分別為0.474 mm、1.398 mm，橫向和豎向振動加速度最大值分別為0.045 m/s2和0.870 m/s2；橋墩正常情況下，連續梁跨中的橫向和豎向振動位移最大值分別為0.465 mm、4.385 mm，橫向和豎向振動加速度最大值分別為0.040 m/s2和0.119 m/s2；考慮橋墩溫差效應情況下，連續梁跨中的橫向和豎向振動位移最大值分別為0.466 mm、4.390 mm，橫向和豎向振動加速度最大值分別為0.039 m/s2和0.120 m/s2；。

由此可見，在溫度變化20℃的計算條件下，大橋各墩產生豎向變形對列車作用下橋梁的動力響應影響很小，墩臺豎向變形尚未加劇橋梁的振動。無論橋梁正常、還是橋墩豎向變形工況，橋梁的振動性能均完全滿足規范限值要求。

3.3.2 列車運行安全性

在溫度變化20℃情況下，橋墩發生豎向變形，車輛的脫軌系數、輪重減載率、車體橫向力等計算結果，均滿足安全要求，橋墩的豎向變形對列車的行車安全性影響很小。

3.3.3 列車運行舒適性

在溫度變化20℃情況下，橋墩發生豎向變形，車體橫向、豎向加速度，車體橫向、豎向Sperling指標等計算結果，均滿足舒適性要求。

在溫度變化20℃情況下，橋墩發生豎向變形對列車運行橫向舒適性影響很小，對列車運行豎向舒適性影響也有限。

4 案例小結

(1)橋面CP Ⅲ高程變化的主要原因是溫度效應下橋墩線性膨脹。

(2)橋梁梁部在設計中已經考慮了發生10 mm不均勻 沉降對梁體受力的影響，且考慮了年溫度變化下梁體受力，溫度效應下橋墩高程變化對梁體的受力是有保證的。

(3)溫度效應下橋面高程變化對無砟軌道短波不平順影響較小，能夠滿足行車安全性的要求；300 m基線長波不平順對舒適性有一定的影響。

(4)無砟軌道可以按設計高程進行精調，選擇在合適的時機進行二次精調能確保300 m基線長波不平順滿足要求。

5 啟發

高速鐵路高墩橋梁設計，除常規的結構和基礎設計外，還應著重注意以下幾個方面的影響：

(1)充分考慮不均勻沉降對連續梁或連續剛構的影響，保證結構安全。

(2)進行車-線-橋耦合振動分析，控制橋面高程變化對橋上高鐵車輛走行的安全性和平順性。

(3)橋上軌道需要預留有足夠的調整空間，確保在橋面高程變化時不影響平順性。

在橋梁設計過程中做好了以上三點，那么不同溫度條件下，由于高墩混凝土熱脹冷縮引起的橋面高程變化，對橋梁結構安全性、橋面高鐵車輛走行的安全性和平順性的影響都是可以控制的。

徐旭(1983～)，男，本科，工程師，從事橋梁工程設計工作。

U442.5+9

A

[定稿日期]2017-03-21