魏星

（中國中鐵二院土建一院　四川　成都　610031）

高速鐵路橋梁技術(shù)和設(shè)計(jì)應(yīng)用

魏星

（中國中鐵二院土建一院四川成都610031）

隨著我國經(jīng)濟(jì)科技的飛躍式發(fā)展，高速鐵路的發(fā)展也迎來了一個(gè)新的高度。在高速鐵路的設(shè)計(jì)中，橋梁設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)是其中重要的一個(gè)組成部分。高速列車行駛時(shí)對(duì)于橋梁的破壞力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大干普通列車，橋梁軌道的平整程度會(huì)受到嚴(yán)重影響，從而破壞了列車的安全性和舒適性原則。本文闡述了高速鐵路橋梁特點(diǎn)，重點(diǎn)探討橋梁設(shè)計(jì)中存在的問題及解決方法。

橋梁設(shè)計(jì)；高速鐵路；特點(diǎn)

1　引言

目前來說，高速鐵路分為谷架橋、高架橋以及一般性橋梁。在我國高速鐵路建設(shè)進(jìn)程中，隨著高速鐵路橋梁數(shù)量的增多，橋梁設(shè)計(jì)技術(shù)成為制約高速鐵路發(fā)展的關(guān)鍵，同時(shí)橋梁技術(shù)的施工也是需要克服的一大難點(diǎn)。由于高速鐵路的高舒適性以及高安全性，因此對(duì)橋梁設(shè)計(jì)技術(shù)提出了更高的要求，設(shè)計(jì)人員必須嚴(yán)格規(guī)范設(shè)計(jì)方案，借以推動(dòng)我國高速鐵路的蓬勃發(fā)展。

2　高速鐵路橋梁的特點(diǎn)

2.1橋梁所占比例大

由于我國不同地域地形地貌條件相對(duì)復(fù)雜，因此橋梁在高速鐵路中占有較大的比例，主要是在通過平原地區(qū)、土質(zhì)較軟以及人口和建筑相對(duì)密集的地區(qū)時(shí)通常需要鋪設(shè)高架橋。同時(shí)對(duì)高速鐵路橋梁技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求也相應(yīng)的提高，因而投資也伴隨著進(jìn)一步提高，橋梁的設(shè)計(jì)和建造直接影響著高速鐵路的建設(shè)周期和工程造價(jià)。

2.2橋梁剛度大，整體性好

為了保證列車高速、舒適、安全行駛，高速鐵路橋梁必須具有足夠大的豎向和橫向剛度以及良好的整體性，以防止橋梁出現(xiàn)共振和較大振幅。同時(shí)，還必須嚴(yán)格控制由混凝土產(chǎn)生的徐變上拱和不均勻溫差引起的結(jié)構(gòu)變形，以保證軌道的高平順性。

2.3避免縱向力作用產(chǎn)生較大位移

行車過程中，橋梁結(jié)構(gòu)的溫度變化情況、撓曲大小以及列車制動(dòng)等會(huì)在橋梁的縱向產(chǎn)生位移，從而導(dǎo)致橋上的無縫線路鋼軌產(chǎn)生較大的附加應(yīng)力，其結(jié)果是直接導(dǎo)致橋上的無縫線路失去穩(wěn)定性，大大加深了行車的危險(xiǎn)程度。因此，應(yīng)盡量減小橋梁的位移與變形，這樣才能減少鋼軌的附加應(yīng)力及其對(duì)梁軌間產(chǎn)生的相對(duì)位移。

2.4提高結(jié)構(gòu)的耐久性

高速鐵路在我國交通運(yùn)輸業(yè)中扮演著越來越重要的角色，大大促進(jìn)了我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展。因此要求提高橋梁的安全質(zhì)量，避免多次進(jìn)行修繕。因此，設(shè)計(jì)時(shí)需要將提高橋梁的耐久性作為前提，綜合考慮合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和構(gòu)造布局，同時(shí)要求在施工中嚴(yán)密監(jiān)視檢測(cè)，確保施工質(zhì)量。另外，高速鐵路運(yùn)營路線較多，時(shí)間較長(zhǎng)，因此維修時(shí)間相對(duì)較少并且一般在夜間進(jìn)行，因此需要保證橋梁結(jié)構(gòu)便于檢查和維修的特性。

3　中國高速鐵路橋梁建設(shè)理念

3.1保證高速條件下的安全與舒適

高速鐵路橋梁上的列車行駛速度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于普通鐵路橋梁上的列車運(yùn)行速度，在確保安全性的條件下，提高速度是當(dāng)今高速鐵路橋梁建設(shè)者首要解決的問題。

3.1.1動(dòng)力響應(yīng)問題

這是高速鐵路橋梁設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。列車在橋梁上高速行駛時(shí)，列車與橋梁之間存在相互作用，因此在橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中不僅要求滿足橋梁的設(shè)計(jì)靜力強(qiáng)度以及設(shè)計(jì)剛度，還必須滿足結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性。

3.1.2橋梁結(jié)構(gòu)的非彈性變形

高速鐵路橋梁結(jié)構(gòu)與軌道之間的相互作用以及作用于橋梁上各種荷載產(chǎn)生的共同作用，會(huì)引起軌道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不可逆的形變，對(duì)列車行駛安全以及舒適造成嚴(yán)重危害。因此必須控制基礎(chǔ)的沉降變形、梁軌之間作用的位移差、橋墩臺(tái)的水平剛度、梁體撓度、梁端轉(zhuǎn)角、預(yù)應(yīng)力混凝土的徐變變形，保證鐵路軌道的平滑性。

3.1.3合理設(shè)計(jì)橋面

高速鐵路橋梁的橋面設(shè)計(jì)除布置軌道系統(tǒng)外，通常還需要設(shè)置電氣化、通信、信號(hào)、電力、等相關(guān)設(shè)施。設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮橋面有施工運(yùn)載機(jī)具以及列車行駛的因素，以及養(yǎng)護(hù)維修設(shè)備通過。列車在高速行進(jìn)過程中會(huì)產(chǎn)生風(fēng)的吸附作用，對(duì)橋面設(shè)施以及行車安全造成嚴(yán)重的不利影響。要綜合考慮各種因素的影響，合理布置橋面形式。

3.2注重環(huán)境與景觀的適應(yīng)

高速鐵路橋梁建設(shè)，必須考慮分析建設(shè)地區(qū)的地理環(huán)境因素，預(yù)估環(huán)境對(duì)橋梁的影響，對(duì)不同自然環(huán)境條件下的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)參數(shù)。

3.2.1噪聲影響

列車高速運(yùn)行中輪軌碰撞以及列車與電網(wǎng)和空氣的摩擦、列車的自身振動(dòng)等都會(huì)產(chǎn)生很大噪聲，需采取合理的手段，減震消音。如今橋梁支座設(shè)計(jì)通常采用橡膠，軌道采用彈性橡膠墊鋪設(shè)，很大程度上減少噪聲，降低其對(duì)環(huán)境的影響。穿越城鎮(zhèn)或密集建筑區(qū)的橋梁，還需要在橋面外側(cè)設(shè)置聲屏障的措施等。

3.2.2塑造橋梁景觀

高速鐵路橋梁施工過程中有可能會(huì)穿越自然景區(qū)、城市周圍。橋梁作為標(biāo)志性建筑物將會(huì)融入所經(jīng)地區(qū)人們的生活，給環(huán)境帶來影響和變化。橋梁在發(fā)揮交通功能的前提下，還要形成與環(huán)境相協(xié)調(diào)的景觀。

4　高速鐵路橋梁設(shè)計(jì)技術(shù)

4.1高速鐵路橋梁支座應(yīng)用技術(shù)

橋梁支座是連接橋梁上部與下部結(jié)構(gòu)的重要部件。隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及原材料加工技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)階段我國橋梁支座已經(jīng)研發(fā)出多種新型產(chǎn)品，并且能夠進(jìn)行系列化的設(shè)計(jì)、加工、安裝、維護(hù)等方面的規(guī)程。為了提高高速鐵路橋梁設(shè)計(jì)更高的剛度需求以及滿足某些地區(qū)特殊的地理地質(zhì)條件，我國已研發(fā)出可調(diào)高盆式橡膠支座。

4.2高性能混凝土的應(yīng)用

由于我國環(huán)境特點(diǎn)以及材料工藝、裝備水平的特點(diǎn)，決定了我國高速鐵路橋梁工程多采用高性能混凝土材料。由于高性能混凝土具備低水灰比的配制特點(diǎn)，因此可以滿足結(jié)構(gòu)的耐久性以及穩(wěn)定性等要求。如今我國對(duì)高性能混凝土的施工工藝、工作機(jī)理等技術(shù)已經(jīng)初步掌握，并且比較全面系統(tǒng)化的制定了設(shè)計(jì)、施工和檢驗(yàn)等一系列規(guī)范。

4.3橋面設(shè)計(jì)

高速鐵路橋面設(shè)計(jì)主要有以下兩方面：

（1）高速鐵路橋梁的橋面寬度比一般鐵路橋?qū)?，為了滿足高速行車要求，同時(shí)為了便于后期的檢查和維護(hù)。養(yǎng)護(hù)過程中為了保障檢查人員的安全，需設(shè)置人行道內(nèi)側(cè)與車輛壁距離應(yīng)不小于1.2m。

（2）高速鐵路上為方便橋上維修人員進(jìn)行線路的養(yǎng)護(hù)維修，要求不需要設(shè)置護(hù)輪軌，而采取增加高擋碴墻，以避免列車發(fā)生傾覆。道碴槽的寬度設(shè)置需要滿足規(guī)范要求。接觸網(wǎng)支柱設(shè)置在外側(cè)至護(hù)欄內(nèi)側(cè)間距不小于0.8m的寬度，以此滿足橋梁上檢修車的行車。

4.4車橋線動(dòng)力響應(yīng)仿真技術(shù)

為確保列車運(yùn)行時(shí)高速、平穩(wěn)、安全的特性，要求高速鐵路橋梁必須具有較大的剛度和一體性以避免橋梁出現(xiàn)較大形變和振幅。我國科研人員經(jīng)過多年的努力與實(shí)踐，已經(jīng)基本上掌握了高速鐵路車-線-橋動(dòng)力響應(yīng)作用機(jī)理。

4.5無縫線路橋梁設(shè)計(jì)

高速橋上無縫線路鋼軌的受力情況與路基上的鋼軌受力情況大不相同，鋼軌需要承受來自橋梁自身變形和位移產(chǎn)生的附加應(yīng)力。因此確保橋上的列車能夠安全行駛，設(shè)計(jì)者還需要考慮梁軌的伸縮力、撓曲力、制動(dòng)力引起的變形作用的因素，同時(shí)控制其作用使其在安全范圍內(nèi)?，F(xiàn)如今，我國的科研工作者經(jīng)過多年努力與實(shí)踐建立了無縫線路梁-軌作用的力學(xué)模型，并且制定了一系列的規(guī)范措施。

4.6車站橋梁設(shè)計(jì)技術(shù)

車站橋梁是綜合鐵路、地面、地鐵交通的大型交通客站，從橋梁角度方面分為兩種，分別為房?jī)?nèi)設(shè)橋和橋上設(shè)房。設(shè)計(jì)時(shí)需要綜合考慮各種因素，設(shè)計(jì)難點(diǎn)在于解決溫度應(yīng)力縫的設(shè)置、合理控制工程量以及結(jié)構(gòu)綜合受力等問題。如果采用橋上設(shè)房方式，對(duì)于橋梁來說承載了巨大的站房荷載同時(shí)荷載多以集中荷載的方式作用在橋上。橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程非常繁復(fù)，前提是要上下結(jié)合并且巧妙布置，目的是將站房的力傳到橋墩上，同時(shí)采取措施控制橋梁橋墩變形。

5　結(jié)語

現(xiàn)如今，我國高鐵建設(shè)已經(jīng)經(jīng)過近十年的發(fā)展，從無到有，方興未艾。目前已經(jīng)成為世界上綜合速度最高、運(yùn)營規(guī)模最大的高速鐵路系統(tǒng)。當(dāng)然，這些都離不開我國經(jīng)濟(jì)科技的蓬勃發(fā)展，以及技術(shù)研究人員的努力。高速鐵路橋梁設(shè)計(jì)目前來講還存在參數(shù)設(shè)定、技術(shù)規(guī)范等方面的技術(shù)不成熟，需要通過不斷的研究和實(shí)踐加以解決，進(jìn)一步促進(jìn)我國現(xiàn)代化進(jìn)程。

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U44

A

1673-0038（2015）12-0205-02

2015-2-18

魏星（1982-06），男，工程師，本科，主要從事橋梁設(shè)計(jì)工作。