高速铁路桥梁设计研究

陈大鹏

铁道第三勘察设计院集团有限公司

高速铁路桥梁设计研究

陈大鹏

铁道第三勘察设计院集团有限公司

高速铁路作为现代社会的一种新的运输方式，中国的高铁速度代表了目前世界的高铁速度。中国是世界上高速铁路发展最快、系统技术最全、集成能力最强、运营里程最长、运营速度最高、在建规模最大的国家。在高速铁路的设计施工中，桥梁设计是其中一个重要的组成部分。与其他类型的公路和铁路桥梁相比，高速列车对桥梁的冲击力远远大于普通桥梁，桥梁轨道平顺性会受到很大影响，从而影响到列车的安全性和乘坐的舒适性。因此，在设计高速铁路桥梁时，就必须考虑到其特殊的设计要求，并在后续施工工程中予以坚决贯彻。

高速铁路；桥梁设计；特点

1 高速铁路桥梁的设计特点

1)高架桥梁所占的比例较大。在高速铁路中高架桥梁的使用比例比较大，主要是由于平原、软土及人口、建筑密集的地区都需要采用高架桥梁。比如说，京沪高速铁路高架桥梁总长度占全线总长度的比例为80.5%，京津城际铁路为86.6%，广珠城际铁路为94.0%，武广客运专线为48.5%以及哈大客运专线为74.3%等等。

2)简支箱梁结构形式被大量采用。综合考虑我国高速铁路建设规模、工期要求以及技术特点，将32m简支箱梁对跨度距离、整孔施工进行确定。少部分采用20m、24m预制梁调整墩位用，此外，还有一小部分采用13m和16m跨度的T形梁。

3)大跨度桥梁多。根据我国路况的特点，在客运专线中，跨度高达100m及以上的桥梁有很多。据统计，在国内在建以及拟建的客运专线中，跨度100m及以上的桥梁多于300座。

4)刚度大，整体性好。为了对高速列车的高速、舒适、安全提供保障，就要避免高速铁路桥梁出现较大的挠度和振幅，因此，高速铁路桥梁就必须具有良好的整体性以及足够大的横向、竖向刚度。此外，还必须对由温差不均匀导致的结构变性以及由混凝土产生的涂变上拱进行严格的控制。

5)特殊桥梁结构较多。我国幅员辽阔，各地区的自然环境差异较大，因此特殊的桥梁结构在我国高速铁路桥梁中应用的比较广泛，是世界上任何一个国家都无法相比的。目前，我国采用的特殊桥梁结构主要包含拱桥结构、斜坑桥结构、连续钢结构以及组合结构等等。

6)提高结构的耐久性，以便于桥梁的检查和维修。高速铁路是非常重要的交通运输设施，桥梁结构在设计过程中应该尽可能的做到少维修或者免维修，故而，在桥梁设计对桥梁结构的布局和细节进行综合考虑，从而提高桥梁结构的耐久性，并且在桥梁施工过程中要对此进行严格的控制，以保证桥梁的质量。

2 高速铁路桥梁设计的关键技术

2.1 大跨度桥梁设计建造技术

由于我国幅员辽阔，地形地势复杂，跨越大江大河、深谷和高山就必须修建大跨度桥梁，但由于长久以来我国高速铁路大跨度桥梁建设并没有因其设计和建设的高难度就放缓其建设速度，实际上的速度目标值与其他简单路段保持一致，这也无形中增加了大跨度桥梁的设计建造的压力和难度。大跨度桥梁的建设技术水平是衡量一个国家高速铁路桥梁建造能力的重要依据之一，追求更大跨度的桥梁也一直是桥梁工程师的努力方向。

2.2 无缝线路桥梁设计建造技术

要充分发挥出无缝线路桥梁的优越性，就必须从增强其强度和稳定性着手。经过实践证明及总结我国在建设无缝线路桥梁的经验，并通过力学模型的理论支撑，我国制定了相应的技术控制指标。桥上无缝线路设计要求根据气候、地形等条件合理选择轨道结构模式，长轨条布置和锁定方式，准确计算中和温度，降低其受到热战冷缩等物理因素的影响，确保轨道有足够的强度和稳定性。

2.3 无砟轨道桥梁设计建造技术

高架铁路桥桥面本身具备坚实的支承面，如果辅以适当设计的板式轨道结构，则能比传统的有碴轨道更好地控制桥面位移。板式轨道结构的最大优势在于它能较大地提高轨道的稳定性。它不会由于高架桥面纵向移动而导致钢轨受力过大而发生轨道扭曲;其垂直端悬臂位移的影响可以采用合适的设计方案予以控制。过大的桥梁变形由于其不可接受的错位、过大的轨道应力及振动将会危及行车安全。这些问题将会导致养护工作的增加，并降低乘客的舒适度。有必要对以下位移限值进行校验：在德国规范中，梁端扭转角的限制值仅用于有碴轨道桥梁。桥面横向变形应通过活载值乘以桥面宽度范围内冲击系数、风荷载、振动力、离心力以及温度梯度来计算。轨道安装之后出现的徐变和收缩所造成的变形不得超过L/5000，其中，L代表桥跨的长度，以m计。两连续桥面的伸缩缝的最大允许相对位移值不得超过1mm。

2.4 有碴轨道桥梁设计

一般来说，计算无缝线路力是为了分析在给定条件不同的荷载工况下的轨道结构包括道岔区在内的轨道与结构物相互作用力。要分析和确定由于竖向力、温度变化、制动力、加速以及不同荷载组合引起的轨道与结构物相互作用力以及附加轨道应力。温度变化是控制荷载工况。由竖向荷载引起的钢轨力仅为温度力引起的钢轨力的20%左右。桥面及轨道的位移必须规定限值，以防止道碴过度分散。一般而言，应该避免采用钢轨伸缩调节器，但当钢轨应力或变形超过允许极限值时，就必须在桥梁自由端安装钢轨伸缩调节器。钢轨断裂大多数出现在钢轨应力最高的部位。而钢轨最大应力位于较长连续多跨桥梁的土建接缝处。我们建议假定钢轨断裂在这一位置。对于标准的简支梁桥(跨长32m)而言，因其热膨胀约束力较小，不必要使用低紧固力扣件。对于中等跨度的桥梁而言，其相应的热伸缩长度适中，有必要在邻近土建伸缩缝处两端使用低紧固力扣件。对于有较长自由热伸缩长度的桥梁而言，有必要安装钢轨伸缩调节器。

结语

当前尽管我国的高速铁路桥梁建设技术已经步入世界先进水平的行列，但是我们不能骄傲自满，只有不断创新，科技才能发展进步，我们才能在世界高速铁路桥梁的建设浪潮中立于不败之地。

[1]许三平.京沪高速铁路徐沪段桥梁设计[J].铁道标准设计，2010，07：41-45.

[2]龚家逵.浅谈高速铁路桥梁设计特点[J].西部探矿工程，2005，S1：375-377.