高速铁路桥梁技术和设计应用

魏星

（中国中铁二院土建一院　四川　成都　610031）

高速铁路桥梁技术和设计应用

魏星

（中国中铁二院土建一院四川成都610031）

随着我国经济科技的飞跃式发展，高速铁路的发展也迎来了一个新的高度。在高速铁路的设计中，桥梁设计环节是其中重要的一个组成部分。高速列车行驶时对于桥梁的破坏力远远大干普通列车，桥梁轨道的平整程度会受到严重影响，从而破坏了列车的安全性和舒适性原则。本文阐述了高速铁路桥梁特点，重点探讨桥梁设计中存在的问题及解决方法。

桥梁设计；高速铁路；特点

1　引言

目前来说，高速铁路分为谷架桥、高架桥以及一般性桥梁。在我国高速铁路建设进程中，随着高速铁路桥梁数量的增多，桥梁设计技术成为制约高速铁路发展的关键，同时桥梁技术的施工也是需要克服的一大难点。由于高速铁路的高舒适性以及高安全性，因此对桥梁设计技术提出了更高的要求，设计人员必须严格规范设计方案，借以推动我国高速铁路的蓬勃发展。

2　高速铁路桥梁的特点

2.1桥梁所占比例大

由于我国不同地域地形地貌条件相对复杂，因此桥梁在高速铁路中占有较大的比例，主要是在通过平原地区、土质较软以及人口和建筑相对密集的地区时通常需要铺设高架桥。同时对高速铁路桥梁技术标准的要求也相应的提高，因而投资也伴随着进一步提高，桥梁的设计和建造直接影响着高速铁路的建设周期和工程造价。

2.2桥梁刚度大，整体性好

为了保证列车高速、舒适、安全行驶，高速铁路桥梁必须具有足够大的竖向和横向刚度以及良好的整体性，以防止桥梁出现共振和较大振幅。同时，还必须严格控制由混凝土产生的徐变上拱和不均匀温差引起的结构变形，以保证轨道的高平顺性。

2.3避免纵向力作用产生较大位移

行车过程中，桥梁结构的温度变化情况、挠曲大小以及列车制动等会在桥梁的纵向产生位移，从而导致桥上的无缝线路钢轨产生较大的附加应力，其结果是直接导致桥上的无缝线路失去稳定性，大大加深了行车的危险程度。因此，应尽量减小桥梁的位移与变形，这样才能减少钢轨的附加应力及其对梁轨间产生的相对位移。

2.4提高结构的耐久性

高速铁路在我国交通运输业中扮演着越来越重要的角色，大大促进了我国经济的飞速发展。因此要求提高桥梁的安全质量，避免多次进行修缮。因此，设计时需要将提高桥梁的耐久性作为前提，综合考虑合理的结构设计和构造布局，同时要求在施工中严密监视检测，确保施工质量。另外，高速铁路运营路线较多，时间较长，因此维修时间相对较少并且一般在夜间进行，因此需要保证桥梁结构便于检查和维修的特性。

3　中国高速铁路桥梁建设理念

3.1保证高速条件下的安全与舒适

高速铁路桥梁上的列车行驶速度要远远大于普通铁路桥梁上的列车运行速度，在确保安全性的条件下，提高速度是当今高速铁路桥梁建设者首要解决的问题。

3.1.1动力响应问题

这是高速铁路桥梁设计的重点。列车在桥梁上高速行驶时，列车与桥梁之间存在相互作用，因此在桥梁的结构设计中不仅要求满足桥梁的设计静力强度以及设计刚度，还必须满足结构的动力特性。

3.1.2桥梁结构的非弹性变形

高速铁路桥梁结构与轨道之间的相互作用以及作用于桥梁上各种荷载产生的共同作用，会引起轨道结构产生不可逆的形变，对列车行驶安全以及舒适造成严重危害。因此必须控制基础的沉降变形、梁轨之间作用的位移差、桥墩台的水平刚度、梁体挠度、梁端转角、预应力混凝土的徐变变形，保证铁路轨道的平滑性。

3.1.3合理设计桥面

高速铁路桥梁的桥面设计除布置轨道系统外，通常还需要设置电气化、通信、信号、电力、等相关设施。设计时需要考虑桥面有施工运载机具以及列车行驶的因素，以及养护维修设备通过。列车在高速行进过程中会产生风的吸附作用，对桥面设施以及行车安全造成严重的不利影响。要综合考虑各种因素的影响，合理布置桥面形式。

3.2注重环境与景观的适应

高速铁路桥梁建设，必须考虑分析建设地区的地理环境因素，预估环境对桥梁的影响，对不同自然环境条件下的基础设计提供数据参数。

3.2.1噪声影响

列车高速运行中轮轨碰撞以及列车与电网和空气的摩擦、列车的自身振动等都会产生很大噪声，需采取合理的手段，减震消音。如今桥梁支座设计通常采用橡胶，轨道采用弹性橡胶垫铺设，很大程度上减少噪声，降低其对环境的影响。穿越城镇或密集建筑区的桥梁，还需要在桥面外侧设置声屏障的措施等。

3.2.2塑造桥梁景观

高速铁路桥梁施工过程中有可能会穿越自然景区、城市周围。桥梁作为标志性建筑物将会融入所经地区人们的生活，给环境带来影响和变化。桥梁在发挥交通功能的前提下，还要形成与环境相协调的景观。

4　高速铁路桥梁设计技术

4.1高速铁路桥梁支座应用技术

桥梁支座是连接桥梁上部与下部结构的重要部件。随着我国经济的发展以及原材料加工技术的进步，现阶段我国桥梁支座已经研发出多种新型产品，并且能够进行系列化的设计、加工、安装、维护等方面的规程。为了提高高速铁路桥梁设计更高的刚度需求以及满足某些地区特殊的地理地质条件，我国已研发出可调高盆式橡胶支座。

4.2高性能混凝土的应用

由于我国环境特点以及材料工艺、装备水平的特点，决定了我国高速铁路桥梁工程多采用高性能混凝土材料。由于高性能混凝土具备低水灰比的配制特点，因此可以满足结构的耐久性以及稳定性等要求。如今我国对高性能混凝土的施工工艺、工作机理等技术已经初步掌握，并且比较全面系统化的制定了设计、施工和检验等一系列规范。

4.3桥面设计

高速铁路桥面设计主要有以下两方面：

（1）高速铁路桥梁的桥面宽度比一般铁路桥宽，为了满足高速行车要求，同时为了便于后期的检查和维护。养护过程中为了保障检查人员的安全，需设置人行道内侧与车辆壁距离应不小于1.2m。

（2）高速铁路上为方便桥上维修人员进行线路的养护维修，要求不需要设置护轮轨，而采取增加高挡碴墙，以避免列车发生倾覆。道碴槽的宽度设置需要满足规范要求。接触网支柱设置在外侧至护栏内侧间距不小于0.8m的宽度，以此满足桥梁上检修车的行车。

4.4车桥线动力响应仿真技术

为确保列车运行时高速、平稳、安全的特性，要求高速铁路桥梁必须具有较大的刚度和一体性以避免桥梁出现较大形变和振幅。我国科研人员经过多年的努力与实践，已经基本上掌握了高速铁路车-线-桥动力响应作用机理。

4.5无缝线路桥梁设计

高速桥上无缝线路钢轨的受力情况与路基上的钢轨受力情况大不相同，钢轨需要承受来自桥梁自身变形和位移产生的附加应力。因此确保桥上的列车能够安全行驶，设计者还需要考虑梁轨的伸缩力、挠曲力、制动力引起的变形作用的因素，同时控制其作用使其在安全范围内。现如今，我国的科研工作者经过多年努力与实践建立了无缝线路梁-轨作用的力学模型，并且制定了一系列的规范措施。

4.6车站桥梁设计技术

车站桥梁是综合铁路、地面、地铁交通的大型交通客站，从桥梁角度方面分为两种，分别为房内设桥和桥上设房。设计时需要综合考虑各种因素，设计难点在于解决温度应力缝的设置、合理控制工程量以及结构综合受力等问题。如果采用桥上设房方式，对于桥梁来说承载了巨大的站房荷载同时荷载多以集中荷载的方式作用在桥上。桥梁结构设计过程非常繁复，前提是要上下结合并且巧妙布置，目的是将站房的力传到桥墩上，同时采取措施控制桥梁桥墩变形。

5　结语

现如今，我国高铁建设已经经过近十年的发展，从无到有，方兴未艾。目前已经成为世界上综合速度最高、运营规模最大的高速铁路系统。当然，这些都离不开我国经济科技的蓬勃发展，以及技术研究人员的努力。高速铁路桥梁设计目前来讲还存在参数设定、技术规范等方面的技术不成熟，需要通过不断的研究和实践加以解决，进一步促进我国现代化进程。

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A

1673-0038（2015）12-0205-02

2015-2-18

魏星（1982-06），男，工程师，本科，主要从事桥梁设计工作。