1、高速鐵路橋梁一、高速鐵路橋梁的特點(diǎn)高速鐵路由于采用全封閉行車模式，線路平縱面參數(shù)限制嚴(yán)格以及要求軌道高平順性，導(dǎo)致橋梁比例明顯增大。尤其在人口稠密地區(qū)和地質(zhì)不良地段，為了跨越既有交通路網(wǎng)，節(jié)省農(nóng)田，避免高路堤不均勻沉降，大量采用高架線路。日本近2 000 km高速鐵路中，高架線占線路總長36，全部橋梁達(dá)47；擬建的我國京滬高速鐵路橋梁占線路總長比例達(dá)50以上，單座橋梁最長達(dá)19 km。而我國普通鐵路橋梁的平均比例僅為4左右。可見，橋梁比例大，高架橋、長橋多是高速鐵路橋梁的主要特征，橋梁已成為高速鐵路土建工程主要組成部分。作為重要的現(xiàn)代交通干線，橋梁的主要功能是為高速列車提供平順、穩(wěn)定的橋上線路

2、，確保運(yùn)營安全和乘坐舒適，并盡量減少使期間結(jié)構(gòu)的維修工作量。為此，橋梁應(yīng)具備以下性能：1梁體應(yīng)有足夠大的豎向剛度、橫向剛度和抗扭剛度，限制溫差和混凝土徐變產(chǎn)生的上拱變形，以保證線路的高平順性和避免不良的車、橋動(dòng)力響應(yīng)。2橋梁墩臺(tái)應(yīng)有足夠大的縱向剛度，以限制橋上無縫線路軌道的附加應(yīng)力和制動(dòng)時(shí)梁軌相對(duì)位移，保證線路的穩(wěn)定。3橋型的選擇應(yīng)盡量避免增設(shè)無縫線路伸縮調(diào)節(jié)器。4橋梁結(jié)構(gòu)及構(gòu)造布置應(yīng)符合耐久性要求，并便于檢查和維修。二、高速鐵路橋梁分類按照不同用途，高速鐵路橋梁可分為以下三類：1高架橋用以穿越既有交通路網(wǎng)、人口稠密地區(qū)及地質(zhì)不良地段。高架橋通常墩身不高，跨度較小，但橋梁很長，往往伸展達(dá)十余公

3、里。2谷架橋用以跨越山谷。跨度較大，墩身較高。3跨河橋跨越河流的一般橋梁。盡管各國高速鐵路對(duì)建橋材料不作限制，但90以上的橋梁都選用混凝土結(jié)構(gòu)，主要是混凝土梁具有剛度大、噪聲低、養(yǎng)護(hù)工作量少，而且造價(jià)較為經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)橋下交通繁忙，需要快速施工，減少干擾時(shí)，還經(jīng)常選用鋼混結(jié)合梁橋。高速鐵路橋梁一般都選用簡支梁、連續(xù)梁、連續(xù)剛構(gòu)、拱及組合梁等剛度大的橋型，并盡量采用雙線整孔箱型截面。跨度一般不超過100 m，當(dāng)需要修建大跨度橋梁時(shí)，應(yīng)對(duì)車輛走行性能和動(dòng)力響應(yīng)作專門的研究。無碴軌道已被認(rèn)為是高速鐵路的發(fā)展趨勢。實(shí)踐證明，無碴軌道彈性均勻、狀態(tài)穩(wěn)定，大大減少了線路維修工作量。橋梁采用無碴軌道還能顯著

4、減少二期恒載，提高結(jié)構(gòu)自振頻率，改善車橋動(dòng)力響應(yīng)，但同時(shí)也對(duì)橋梁的變形控制、基礎(chǔ)沉降、縱向力傳遞提出了新的要求，成為高速鐵路橋梁需要研究的問題。三、梁體的剛度和變形要求高速鐵路橋梁承受的動(dòng)力作用遠(yuǎn)大于一般橋梁。當(dāng)列車高速通過時(shí)，橋梁出現(xiàn)較大的撓度或結(jié)構(gòu)自振頻率與列車周期性激勵(lì)荷載頻率相近時(shí)，列車與橋梁均會(huì)產(chǎn)生較大的動(dòng)力響應(yīng)，造成橋上軌道不平順、乘坐舒適度降低、結(jié)構(gòu)活載效應(yīng)增大，甚至列車走行性能惡化，嚴(yán)重影響車輛運(yùn)行和結(jié)構(gòu)安全。因此，與普通鐵路橋梁相比，高速鐵路橋梁必須具備足夠大的剛度和良好的整體性。在結(jié)構(gòu)形式與構(gòu)造上通常有下列特點(diǎn)：1選用剛度大、整體性能好的結(jié)構(gòu)，如簡支梁、連續(xù)梁、組合梁、剛架

5、及拱等。2優(yōu)先選用雙線整孔箱形梁橋。雙線橋不僅提供了很大橫向剛度，在經(jīng)常承受單線列車荷載時(shí)，豎向剛度比單線橋增大1倍。當(dāng)小跨度橋梁采用多片式T梁時(shí)，應(yīng)具有較強(qiáng)的橫隔板和整體橋面，以保證其整體性。3選用較大的梁高以保證足夠大的豎向剛度。例如，德國規(guī)定高速鐵路混凝土簡支箱梁和連續(xù)箱梁的高跨比分別為111和112；意大利高速鐵路25 m混凝土簡支梁的高跨比甚至取為19。由于梁高的確定來自結(jié)構(gòu)剛度要求，截面應(yīng)力都偏低，因此，高速鐵路橋梁在疲勞和預(yù)應(yīng)力混凝土徐變方面的問題都不明顯。4橋梁跨度不宜過大。世界各國高速鐵路橋梁的跨度一般不超過100 m。少數(shù)幾座跨度超過100 m的橋梁都選用拱橋、V形剛構(gòu)、密

6、束斜拉橋等剛度大的結(jié)構(gòu)形式。為了保證運(yùn)行安全和乘坐舒適，各國均對(duì)橋梁在活載作用下的撓度限值作出了規(guī)定。我國高速鐵路橋梁在zK靜活載作用下梁體的豎向撓度限值(ZK活載作用下)見表241。此外，還應(yīng)避免橋梁的一階豎向自振頻率與列車的周期性激勵(lì)荷載頻率相近而引起的共振或較大的動(dòng)力響應(yīng)。為了保證橋上軌道的平順性，還規(guī)定了預(yù)應(yīng)力混凝土梁徐變上拱的限值，即軌道鋪設(shè)后，有碴橋面及無碴橋面的上拱值分別不超過2 cm和l cm。高速鐵路橋梁剛度的合理選擇直接影響運(yùn)營安全和乘坐舒適，是橋梁設(shè)計(jì)中十分重要的參數(shù)。四、橋墩的縱向剛度要求為了確保線路質(zhì)量和軌道的平順性，高速鐵路要求全部采用無縫線路。與一般路基上的無縫線

7、路相比，橋上無縫線路軌道的受力較為不利。由于橋梁的縱向剛度遠(yuǎn)低于路基，列車在橋上制動(dòng)時(shí)，軌道要承受較大的制動(dòng)力；同時(shí)，橋梁的溫度伸縮變形和外載作用下的撓曲變形也會(huì)使軌道承受附加的伸縮力和撓曲力。保證橋上無縫線路的穩(wěn)定性和運(yùn)營安全最直接的方法是要求橋墩有足夠的縱向剛度。五、橋梁的耐久性要求對(duì)高速鐵路橋梁耐久性應(yīng)格外關(guān)注，是基于長期以來對(duì)橋梁的使用經(jīng)驗(yàn)和高速鐵路的重要性。1盡管鐵路橋梁設(shè)計(jì)使用壽命為100年，但只有在設(shè)計(jì)、施工十分精心并在運(yùn)營時(shí)認(rèn)真檢查、及時(shí)養(yǎng)護(hù)的情況下才能實(shí)現(xiàn)。不少橋梁往往使用不足50年便出現(xiàn)了種種劣化現(xiàn)象，而在不中斷交通情況下進(jìn)行修補(bǔ)非常困難，費(fèi)用昂貴，經(jīng)常由于病害不能及時(shí)得到

8、整治而繼續(xù)惡化，最終危及使用安全，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。2大量病害實(shí)例證明，除了施工方面的原因，影響耐久性的決定性因素來自構(gòu)造上的缺陷。長期以來，人們一直偏重結(jié)構(gòu)計(jì)算方法的研究，卻忽視了對(duì)構(gòu)造細(xì)節(jié)方面的要求。3橋梁養(yǎng)護(hù)經(jīng)驗(yàn)表明，病害越早發(fā)現(xiàn)、及時(shí)整治，所需費(fèi)用就少，并且不會(huì)影響結(jié)構(gòu)的耐久性。因此，橋梁養(yǎng)護(hù)的重點(diǎn)首先要加強(qiáng)檢查。在設(shè)計(jì)中要重視使結(jié)構(gòu)易于檢查、方便維修的原則。4合理的經(jīng)濟(jì)性應(yīng)當(dāng)體現(xiàn)為橋梁的建造和使用期內(nèi)的檢查、養(yǎng)護(hù)、維修費(fèi)用之和達(dá)到最低。片面追求較低的建造費(fèi)用而忽視了對(duì)結(jié)構(gòu)耐久性的改善，不僅影響交通運(yùn)輸?shù)恼＿\(yùn)營和橋梁使用壽命，同時(shí)投入的養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用十分可觀，乃至遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過在建造中節(jié)省的

9、費(fèi)用。5高速鐵路是十分重要的交通干線，橋梁所占比例很大，而且高密度的交通量使維修工作格外困難。因此，強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)物的耐久性并作為主要設(shè)計(jì)原則，統(tǒng)一考慮橋梁的合理結(jié)構(gòu)布局和構(gòu)造細(xì)節(jié)，使其易于檢查、方便維修是十分必要的。根據(jù)國內(nèi)外混凝土橋梁的使用經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合高速鐵路橋梁的特點(diǎn)，保證高速鐵路橋梁耐久性的設(shè)計(jì)原則有：1優(yōu)先采用上承式預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，橋梁要有足夠的剛度和良好的整體性。2橋梁品種及規(guī)格要簡明，外形及截面尺寸應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)化、模數(shù)化。3盡量采用整體雙線橋面，使承重結(jié)構(gòu)置于密閉、不透水的橋面板遮蓋之下。4人行道設(shè)置在橋面板翼緣兩端并通過人行道遮板保護(hù)主梁的翼緣。遮板上設(shè)有欄桿、電纜槽及其他橋面設(shè)施，使其更

10、換和增設(shè)不影響承重結(jié)構(gòu)。遮板一端的垂直板既作為橋面滴水檐又可保護(hù)橋面橫向預(yù)應(yīng)力錨具，人行道遮板作為易磨耗構(gòu)件可以局部更換。5整體橋面鋪設(shè)密閉、有效的防水層，橫向排水坡度不小于2，兩孔梁之間的接縫宜采用連續(xù)防水體系，防水層上要覆蓋致密、耐磨的保護(hù)層，厚度不少于5。m。6橋面應(yīng)設(shè)置易于檢查、維修的排水設(shè)施。要考慮線路有縱坡時(shí)的橋面排水措施。應(yīng)使橋面積水迅速排走，而不流經(jīng)梁體。7主梁的封錨及接縫處應(yīng)在構(gòu)造上采取防水措施，不能讓水有滲入的可能。8墩臺(tái)頂面要設(shè)置有效的排水系統(tǒng)，防止表面及支座處存水。9主梁的構(gòu)造要力求簡潔、統(tǒng)一，任何部位都能讓檢查人員容易接近，進(jìn)行檢查。10箱型梁內(nèi)凈空高度不宜低于17 m，以便于檢查人員通行，箱梁腹板及底板上需設(shè)置排氣、排水及懸掛腳手的小孔。11主梁截面尺寸的擬定不宜太緊，各項(xiàng)尺寸應(yīng)能保證混凝土灌造及震搗質(zhì)量。12要有足夠的預(yù)應(yīng)力筋管道和普通筋的保護(hù)層，管道保護(hù)層不應(yīng)少于管道直徑，普通鋼筋(包括箍筋和構(gòu)造筋)的保護(hù)層一般不小于3 cm。管道間凈距不少于5 cm。保護(hù)層應(yīng)有良好的密實(shí)度。13為保證線路狀態(tài)的穩(wěn)定，要嚴(yán)格控制預(yù)應(yīng)力混凝土