高速鐵路預(yù)制后張法預(yù)應(yīng)力混凝土大跨度簡支梁技術(shù)分析

羅明福

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高速鐵路預(yù)制后張法預(yù)應(yīng)力混凝土大跨度簡支梁技術(shù)分析

羅明福

（中鐵上海工程局集團(tuán)第六工程有限公司 云南昆明 650217）

本文重點(diǎn)對高速鐵路預(yù)制后張法預(yù)應(yīng)力混凝土大跨度簡支梁技術(shù)進(jìn)行分析，簡要闡述了高速鐵路簡支梁在我國的發(fā)展現(xiàn)狀以及現(xiàn)有高速鐵路簡支梁設(shè)計(jì)參數(shù)和控制指標(biāo)，對預(yù)制大跨度簡支梁的發(fā)展意義進(jìn)行了分析，以期更好地實(shí)現(xiàn)預(yù)制簡支梁在高速鐵路中的應(yīng)用，使其在符合運(yùn)輸要求的前提下，為鐵路部門創(chuàng)造更好的經(jīng)濟(jì)效益。

鐵路部門；預(yù)制后張法；簡支梁預(yù)制

引言

我國鐵路行業(yè)發(fā)展迅速，對于高速鐵路來說，其發(fā)展成果顯著，運(yùn)營里程超過全世界總量的一半。在高速鐵路橋建設(shè)中，大多為簡支梁橋。其中，又以預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)用更為普遍，其具備的優(yōu)勢包括較好的耐久性，施工過程簡便，結(jié)構(gòu)形式相對簡單等。因此，對于簡支梁預(yù)制方面的研究有其必要性，對于高速鐵路的發(fā)展起到有力的推動(dòng)作用。

1我國高速鐵路簡支梁應(yīng)用現(xiàn)狀

就目前來說，國內(nèi)高速鐵路的運(yùn)營里程數(shù)不低于一萬六千公里，運(yùn)營里程約占世界總量的二分之一，四縱鐵路干線基本形成。高速鐵路運(yùn)營網(wǎng)絡(luò)規(guī)模全世界最大大，且運(yùn)營速度最快。以橋代路理念是我國高速鐵路建設(shè)的主要策略之一，因此橋梁在高速公路干線中的比例較大，應(yīng)用最廣，其中又以跨度為三十二米的預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁橋最為常見，另外跨度為二十四米的箱梁橋也有較多應(yīng)用，跨度為四十，四十四和五十六米的簡支箱梁應(yīng)用相對較少。

2現(xiàn)有高速鐵路簡支梁設(shè)計(jì)分析

本文以跨度為三十二米預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁這一在國內(nèi)高速鐵路中應(yīng)用最廣的結(jié)構(gòu)為例進(jìn)行分析。高速鐵路處于運(yùn)營狀態(tài)下其活載靜態(tài)效應(yīng)大約為設(shè)計(jì)參數(shù)的百分之三十五到四十之間，此時(shí)剛度取代強(qiáng)度成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的控制指標(biāo)。為了確保橋梁軌道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，保障其受力安全，另外使列車在高速運(yùn)行狀態(tài)下的安全和舒適度得以保障，要對其變形和變位值進(jìn)行限定。依照我國線性的標(biāo)準(zhǔn)，先對橋梁剛度的設(shè)計(jì)參數(shù)要求分析如下：

2.1豎向撓度

當(dāng)梁部結(jié)構(gòu)處于ZK豎向靜活作用的條件之下，此時(shí)梁體豎向撓度限制參照表1.

表1：梁體豎向撓度限值

2.2梁端轉(zhuǎn)角

如果橋梁選用的是無砟軌道，梁端豎向轉(zhuǎn)角因素會(huì)對梁縫兩側(cè)鋼軌支點(diǎn)造成影響，引發(fā)鋼軌上拔活下壓的問題。如果上拔時(shí)的力度較大，超過了鋼軌扣件扣壓力，就會(huì)使得鋼軌和下墊板脫離，進(jìn)而導(dǎo)致墊板下壓力超出其承壓范圍，是墊板發(fā)生損壞。對有砟軌道來說，需要確保橋梁接縫位置處有砟道床達(dá)到良好的穩(wěn)定性，對于梁端轉(zhuǎn)角的限制具體參照表2.

表2：ZK 豎向靜活載作用下梁端豎向轉(zhuǎn)角限值

2.3豎向自振頻率限值

相關(guān)研究中表明，若梁體的固有頻率過低的情況下，會(huì)引發(fā)高速列車運(yùn)行過程中的振動(dòng)加大或共振現(xiàn)象，在頻率過高的情況下，由于軌道平順度較低而引發(fā)的列車動(dòng)力響應(yīng)將會(huì)顯著加大，所以需要對簡支梁豎向自振頻率值進(jìn)行限定。高速列車車長在二十四到二十六之間，簡支箱梁跨度不超過三十二米，則自振頻率值限定無需對車橋耦合動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行分析。另外，若簡支梁跨度超過四十米，在長列荷載的影響之下，由于動(dòng)力荷載造成的突變效應(yīng)會(huì)有所降低。

對于高速鐵路橋梁來說，橋梁跨度是其控制參數(shù)的主要影響因素。對于各不同跨度簡支箱梁來說，其剛度限制之間的對應(yīng)關(guān)系呈冪函數(shù)。

結(jié)合各剛度限值之間的對應(yīng)關(guān)系，在梁端轉(zhuǎn)角以及基頻均符合要求的情況之下對其剛度進(jìn)行分析。將各項(xiàng)結(jié)果進(jìn)行綜合之后可以得出，首先，在梁體豎向剛度值能滿足梁端轉(zhuǎn)角或基頻限制數(shù)值的前提之下，撓跨比和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定中的數(shù)值相差較大，不對梁體設(shè)計(jì)進(jìn)行控制。其次，如果預(yù)制簡支梁跨度不超過三十二米，則梁體設(shè)計(jì)控制指標(biāo)的主要影響因素為基頻。最后，在預(yù)制簡支梁跨度為四十米的情況下，基頻及梁端轉(zhuǎn)角之間的對應(yīng)關(guān)系較為接近，基頻以及梁端轉(zhuǎn)角間控制指標(biāo)差異不大，箱梁設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性更強(qiáng)。

3預(yù)制大跨度簡支梁的發(fā)展價(jià)值

作為我國高速鐵路中較為常用的結(jié)構(gòu)之一，簡支梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)用將逐步成為鐵路行業(yè)發(fā)展中的必然趨勢，其應(yīng)用的逐步普遍也會(huì)為高速鐵路的發(fā)展帶來十分重要的影響。現(xiàn)階段，國內(nèi)高速鐵路施工數(shù)量不斷增加，規(guī)模不斷擴(kuò)大，技術(shù)逐步成熟，在長期的施工建設(shè)實(shí)踐中經(jīng)驗(yàn)逐漸豐富，技術(shù)儲備不斷增強(qiáng)。在預(yù)應(yīng)力簡支梁不斷發(fā)展的過程之中，結(jié)合發(fā)展成果和相關(guān)研究，在簡支梁設(shè)計(jì)，應(yīng)用等方面的認(rèn)識也在不斷深化，為時(shí)速在二百五十千米甚至更高的高速鐵路簡支梁發(fā)展起到了良好的鋪墊作用。

高速鐵路跨越性較強(qiáng)，施工難度較大，建設(shè)地地形復(fù)雜，高墩橋梁適用于河流和溝谷之上，深基礎(chǔ)橋梁則更適用于軟土地基。在橋梁建設(shè)中，對資金消耗較大的環(huán)節(jié)主要時(shí)下部結(jié)構(gòu)的建造。因此，如果跨度為三十二米的簡支梁應(yīng)用較多，則很難達(dá)到較好的經(jīng)濟(jì)性。當(dāng)簡支梁跨度超過三十二米時(shí)，如果只可選擇原位澆筑或連續(xù)梁，則也不具備良好的經(jīng)濟(jì)性，并且對質(zhì)量的控制難度較高。在該情況下，跨度超過四十米的簡支梁逐步成為高速鐵路應(yīng)用的主要研究方向。結(jié)合集中預(yù)制等施工方法，可以有效實(shí)現(xiàn)資金的節(jié)約。另外，積極對跨度超過四十米的簡支梁進(jìn)行研究，還能有效提升簡支梁橋的跨越能力，使其應(yīng)用范圍得以擴(kuò)寬，在技術(shù)方面也有其獨(dú)特優(yōu)勢。

4結(jié)束語

隨著我國鐵路行業(yè)的快速發(fā)展，預(yù)應(yīng)力簡支梁的應(yīng)用技術(shù)也將進(jìn)一步提高。橋梁技術(shù)方面的相關(guān)研究為推動(dòng)我國高速鐵路的發(fā)展起到了十分重要的作用，也為技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系的建立提供了參考。在未來的時(shí)間里，高速鐵路建設(shè)將不斷進(jìn)步，橋梁設(shè)計(jì)也將隨之發(fā)展起來并不斷得到完善。

[1]中華人民共和國鐵道部．TB 10002.3—2005 鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．北京:中國鐵道出版社，2010．

[2]蔡超勛，胡所亭，牛斌，等．32 m 雙線簡支箱梁在對開列車作用下梁體豎向動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律研究［C］.第二十屆全國橋梁學(xué)術(shù)會(huì)議論文集(下冊)．上海:中國土木工程學(xué)會(huì)橋梁及結(jié)構(gòu)工程分會(huì)，2012．

[3]牛斌，胡所亭，魏峰，等．我國高速鐵路預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁研究與應(yīng)用［C］.第十九屆全國橋梁學(xué)術(shù)會(huì)議論文集(上冊)．上海:中國土木工程學(xué)會(huì)橋梁及結(jié)構(gòu)工程分會(huì)、上海市城鄉(xiāng)建設(shè)和交通委員會(huì)，2010．

[4]胡所亭，牛斌，柯在田，等．高速鐵路常用跨度簡支箱梁優(yōu)化研究［J］．中國鐵道科學(xué)，2013,(1):14-20.

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