談鐵路橋梁技術的發展

摘要：鐵路是國民經濟的大動脈，而橋梁是鐵路線路的重要組成部分。1825年，英國建成世界上第一條鐵路和鐵路橋。在此后的一個世紀內，歐美各國大規模興建鐵路，促進了鐵路橋梁的發展。

關鍵詞：鐵路；橋梁；發展

中圖分類號：TD352+.3文獻標識碼：A

本世紀初.隨著汽車工業和公路交通的發展，公路橋梁得以迅速發展;而高速公路的出現，更在世界范圍內掀起了興建公路橋的高潮。近年來，由于公路運輸燃料消耗大、成本高、對環境的污染嚴重等原因，日本及歐洲一些國家叉開始轉向發展鐵路新干線和高速鐵路。另外，許多發展中國家，其中包括我國，正在大力興建鐵路新干線和高速鐵路。

中國地域遼闊，南北縱貫熱帶、溫帶、寒帶，東西橫跨平原、山區、高海拔山區，工程技術條件十分復雜。為了節省可耕種的土地，減少對城市的分割，保持軌道的高穩定性，在中原和東部地區建設的高速鐵路大量采用了高架橋的建設形式。這些高速鐵路跨越了中國的四大江河流域和密布的公路、水運網，需要建設大跨度和超大跨度的橋梁。中國的西南山區，山峰縱橫，溝谷深切，河流湍急，需要建造高橋墩大跨度的橋梁。

近年來.鐵路橋梁的技術發展具有以下幾個主要特點。

1 橋跨結構向大跨、長聯發展

在具有一定承載能力條件下，跨越能力仍然是反映橋梁技術水平的主要指標之一。為避免修建或少建深水橋墩，加大通航能力，世界上懸索橋、斜拉橋等橋式的跨度記錄一再被打破。

2 大跨度混凝土橋的變形

中國高速鐵路大多采用了無砟軌道系統，需要控制的變形有結構受力的彈性變形、混凝土收縮徐變變形、橋墩基礎的沉降變形、風吹日照溫度變形等，這里就大跨度混凝土橋梁的混凝土收縮徐變變形的控制進行探索和討論。

無砟軌道對結構的變形要求嚴格，按照設計規范的相關要求，對于跨度>50m混凝土結構，無砟軌道鋪設后的徐變上拱度不應大于L/5000，且不得大于20mm。混凝土收縮徐變問題本是材料領域的事情，但其結果只能產生量變且無方向。教科書中混凝土收縮徐變是彈性變形的函數的論述提醒了中國橋梁設計者，混凝土結構的彈性變形是可以控制的且可以有明確的方向性，這就成為大跨度混凝土結構的設計指導思想。

減小彈性變形的有效手段是加大EI（剛度）值和降低恒載作用下梁體截面上下緣應力差，而適當加大梁高是提高剛度和降低應力水平的重要手段，如主跨100m混凝土連續梁支點和跨中梁高分別為7.80m、4.85m。

當混凝土橋梁跨度大到難以合理控制梁體上下緣應力差時，增加輔助結構幫助控制應力的橋式就在探索之中。中國高速鐵路大跨度橋梁中有增加拱、斜拉索、鋼桁架的形式，少有人知的是這些結構的采用是為了控制混凝土收縮徐變變形，以滿足高速鐵路橋梁上線性長期穩定的需求。

3 預應力混凝土梁橋成為發展主體

工程實踐證明，預應力混凝土梁橋具有一定的強度、剛度和抗裂性能，適應性強，養護維修工作量少;隨著施工方法以及材料的改進和預應力技術水平的提高，橋梁造價得以降低。對鐵路橋梁而言，這一發展趨勢表現在以下兩方面。

3.1 中等跨度(20≤1≤56)的橋梁已逐步被預應力混凝土梁橋所替代

統計資料表明到1944年末我國鐵路已建成預應力混凝土梁近3萬孔，其中絕大部分是中小跨度的橋梁。跨度24，32m的鋼橋也已基本讓位于混凝土橋。對更大跨度的橋梁，預應力混凝土簡支梁也逐步得到應用。

3.2 連續梁(剛構)成為大跨度鐵路橋的優選橋式

與其它橋式相比，連續梁具有變形小、結構剛度好、行車平順舒適、養護簡易等優點。連續剛構橋式保留了連續梁的優點，而且，由于采用墩梁固結的形式，減少了大型橋梁支座及其養護工作量，減少了橋墩及基礎工程的材料用量，也有利于施工。因此，在100～200m左右的跨度范圍內，預應力混凝土連續梁(剛構)橋具有強大的競爭力，成為鐵路橋梁的優選橋式。

4 大跨度橋梁的剛度

高速列車在鐵路橋梁上運行時，列車與橋梁之間的互動影響明顯，為了減小橋梁動力響應、保證列車運行舒適性，橋梁應具有足夠的剛度和適宜的自振頻率。中國高速鐵路設計規范對于大于80m的多跨梁，梁體豎向撓跨比應不大于1/1000。

對于梁式橋或剛度較大的拱橋，設計的剛度可以滿足規范的要求，但中國高速鐵路需要跨越長江這樣的黃金水道，通航的要求較高，防汛的要求也較高。橋梁跨度在不同的航道區段有不同的要求，但均要求在300m以上。

大于300m的橋梁目前只能采用鋼梁橋，而對于高速鐵路采用的大跨度鋼梁橋要解決橋面系問題和高速列車運行的舒適性問題。

大跨度橋梁因其撓度變形曲線較和緩，撓跨比不宜成為主要關注的控制指標，影響行車安全和舒適的主要位于剛度突變區域，如梁端、主塔、橋墩等，需要對局部范圍的軌面變形進行限制。

5 建橋材料向高強、新功能、輕質方向發展

工程材料的進步對鐵路橋梁的發展起到重要的推動作用。在材料強度方面，世界各國都很注重提高建橋材料的強度。在材料的新功能方面，抗腐蝕性能好、結構表面不需油漆的耐侯鋼逐步得到應用。美國在70年代修建的阿肯色河橋和其它幾座橋梁上就采用了耐侯鋼，1991年我國采用武鋼生產的NH-35g耐侯鋼，在京廣線巡司河上建成第一座耐侯鋼橋。在國外，高性能鋼材的種類及其應用逐步增加。例如，按TMCP(熱力控制加工)生產的高質量、高強度的厚鋼板(該鋼材在40～100mm厚度內不需要降低標準設計強度)、能大幅度減輕焊接時的預熱作業的抗裂鋼、抗層裂鋼、變厚度(LP)鋼、用于結合梁橋的波紋鋼板、樹脂復合型減振鋼板、用于磁浮式鐵路的無磁性鋼等。從70年代起，可在水中不離析、自行流平和密實的絮凝混凝土得到世界各國的開發和應用，我國也開展了相關的研制和試用，在黃石公路大橋5號墩堵漏時首次使用了這種混凝土。另外，目前還只用于航天工業的碳纖維強化復合材料(CFRP)也得到橋梁工程界的重視和研究。該材料的特點是:剛度大、重量輕、熱膨脹系數低、耐疲勞、抗腐蝕等。

概括地講，橋梁建設的基本目標是適用、安全、經濟、美觀。圍繞這一基本目標，橋梁技術的發展應表現在:橋梁具有較大的跨越能力和承載能力;車輛能安全運行于橋上并使旅客有舒適感;講求經濟效益，力圖降低造價;考慮結構與環境的協調。

今后我國鐵路橋梁的一般發展方向是:①發展大跨度和特大跨度的鐵路橋梁，進一步研究與之相關的振動、穩定、結構剛度和變形等問題;②研究和解決準高速和高速鐵路橋梁的設計、施工及加固問題;③開發預應力棍凝土橋跨結構的新的截面型式，完善中等跨度的橋梁的標準設計;④廣泛采用以可靠性理論為基礎的方法指導橋梁設計和評估;⑤更多地將高強度鋼、耐候鋼、新型混凝土和高強低松弛線材應用于橋梁工程;⑥建立橋梁管理系統，提高既有橋梁的養護、評估和加固水平。

結束語

可以預見，在今后一段時間內，世界鐵路橋梁技術會得到迅速發展。隨著社會的發展，城市中和周邊的橋梁的景觀效果也受到重視，這些需求成為高速鐵路橋梁建設中需要深入研究和探索的重要課題。因此，探索新材料、發展新結構，重視和提高結構的使用功能和藝術功能等，必將成為21世紀橋梁的發展方向。

參考文獻

[1]孫國瑛.鐵路工務，1998.

[2]任成智.鐵路橋隧工實用技術教材，2005.