高速鐵路橋梁技術和設計應用

魏星

（中國中鐵二院土建一院　四川　成都　610031）

高速鐵路橋梁技術和設計應用

魏星

（中國中鐵二院土建一院四川成都610031）

隨著我國經濟科技的飛躍式發(fā)展，高速鐵路的發(fā)展也迎來了一個新的高度。在高速鐵路的設計中，橋梁設計環(huán)節(jié)是其中重要的一個組成部分。高速列車行駛時對于橋梁的破壞力遠遠大干普通列車，橋梁軌道的平整程度會受到嚴重影響，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，重點探討橋梁設計中存在的問題及解決方法。

橋梁設計；高速鐵路；特點

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進程中，隨著高速鐵路橋梁數(shù)量的增多，橋梁設計技術成為制約高速鐵路發(fā)展的關鍵，同時橋梁技術的施工也是需要克服的一大難點。由于高速鐵路的高舒適性以及高安全性，因此對橋梁設計技術提出了更高的要求，設計人員必須嚴格規(guī)范設計方案，借以推動我國高速鐵路的蓬勃發(fā)展。

2　高速鐵路橋梁的特點

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復雜，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)、土質較軟以及人口和建筑相對密集的地區(qū)時通常需要鋪設高架橋。同時對高速鐵路橋梁技術標準的要求也相應的提高，因而投資也伴隨著進一步提高，橋梁的設計和建造直接影響著高速鐵路的建設周期和工程造價。

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，還必須嚴格控制由混凝土產生的徐變上拱和不均勻溫差引起的結構變形，以保證軌道的高平順性。

2.3避免縱向力作用產生較大位移

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

2.4提高結構的耐久性

高速鐵路在我國交通運輸業(yè)中扮演著越來越重要的角色，大大促進了我國經濟的飛速發(fā)展。因此要求提高橋梁的安全質量，避免多次進行修繕。因此，設計時需要將提高橋梁的耐久性作為前提，綜合考慮合理的結構設計和構造布局，同時要求在施工中嚴密監(jiān)視檢測，確保施工質量。另外，高速鐵路運營路線較多，時間較長，因此維修時間相對較少并且一般在夜間進行，因此需要保證橋梁結構便于檢查和維修的特性。

3　中國高速鐵路橋梁建設理念

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遠大于普通鐵路橋梁上的列車運行速度，在確保安全性的條件下，提高速度是當今高速鐵路橋梁建設者首要解決的問題。

3.1.1動力響應問題

這是高速鐵路橋梁設計的重點。列車在橋梁上高速行駛時，列車與橋梁之間存在相互作用，因此在橋梁的結構設計中不僅要求滿足橋梁的設計靜力強度以及設計剛度，還必須滿足結構的動力特性。

3.1.2橋梁結構的非彈性變形

高速鐵路橋梁結構與軌道之間的相互作用以及作用于橋梁上各種荷載產生的共同作用，會引起軌道結構產生不可逆的形變，對列車行駛安全以及舒適造成嚴重危害。因此必須控制基礎的沉降變形、梁軌之間作用的位移差、橋墩臺的水平剛度、梁體撓度、梁端轉角、預應力混凝土的徐變變形，保證鐵路軌道的平滑性。

3.1.3合理設計橋面

高速鐵路橋梁的橋面設計除布置軌道系統(tǒng)外，通常還需要設置電氣化、通信、信號、電力、等相關設施。設計時需要考慮橋面有施工運載機具以及列車行駛的因素，以及養(yǎng)護維修設備通過。列車在高速行進過程中會產生風的吸附作用，對橋面設施以及行車安全造成嚴重的不利影響。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

高速鐵路橋梁建設，必須考慮分析建設地區(qū)的地理環(huán)境因素，預估環(huán)境對橋梁的影響，對不同自然環(huán)境條件下的基礎設計提供數(shù)據(jù)參數(shù)。

3.2.1噪聲影響

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

3.2.2塑造橋梁景觀

高速鐵路橋梁施工過程中有可能會穿越自然景區(qū)、城市周圍。橋梁作為標志性建筑物將會融入所經地區(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)調的景觀。

4　高速鐵路橋梁設計技術

4.1高速鐵路橋梁支座應用技術

橋梁支座是連接橋梁上部與下部結構的重要部件。隨著我國經濟的發(fā)展以及原材料加工技術的進步，現(xiàn)階段我國橋梁支座已經研發(fā)出多種新型產品，并且能夠進行系列化的設計、加工、安裝、維護等方面的規(guī)程。為了提高高速鐵路橋梁設計更高的剛度需求以及滿足某些地區(qū)特殊的地理地質條件，我國已研發(fā)出可調高盆式橡膠支座。

4.2高性能混凝土的應用

由于我國環(huán)境特點以及材料工藝、裝備水平的特點，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，因此可以滿足結構的耐久性以及穩(wěn)定性等要求。如今我國對高性能混凝土的施工工藝、工作機理等技術已經初步掌握，并且比較全面系統(tǒng)化的制定了設計、施工和檢驗等一系列規(guī)范。

4.3橋面設計

高速鐵路橋面設計主要有以下兩方面：

（1）高速鐵路橋梁的橋面寬度比一般鐵路橋寬，為了滿足高速行車要求，同時為了便于后期的檢查和維護。養(yǎng)護過程中為了保障檢查人員的安全，需設置人行道內側與車輛壁距離應不小于1.2m。

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

4.4車橋線動力響應仿真技術

為確保列車運行時高速、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。我國科研人員經過多年的努力與實踐，已經基本上掌握了高速鐵路車-線-橋動力響應作用機理。

4.5無縫線路橋梁設計

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生的附加應力。因此確保橋上的列車能夠安全行駛，設計者還需要考慮梁軌的伸縮力、撓曲力、制動力引起的變形作用的因素，同時控制其作用使其在安全范圍內。現(xiàn)如今，我國的科研工作者經過多年努力與實踐建立了無縫線路梁-軌作用的力學模型，并且制定了一系列的規(guī)范措施。

4.6車站橋梁設計技術

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，分別為房內設橋和橋上設房。設計時需要綜合考慮各種因素，設計難點在于解決溫度應力縫的設置、合理控制工程量以及結構綜合受力等問題。如果采用橋上設房方式，對于橋梁來說承載了巨大的站房荷載同時荷載多以集中荷載的方式作用在橋上。橋梁結構設計過程非常繁復，前提是要上下結合并且巧妙布置，目的是將站房的力傳到橋墩上，同時采取措施控制橋梁橋墩變形。

5　結語

現(xiàn)如今，我國高鐵建設已經經過近十年的發(fā)展，從無到有，方興未艾。目前已經成為世界上綜合速度最高、運營規(guī)模最大的高速鐵路系統(tǒng)。當然，這些都離不開我國經濟科技的蓬勃發(fā)展，以及技術研究人員的努力。高速鐵路橋梁設計目前來講還存在參數(shù)設定、技術規(guī)范等方面的技術不成熟，需要通過不斷的研究和實踐加以解決，進一步促進我國現(xiàn)代化進程。

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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，主要從事橋梁設計工作。