高速铁路大跨度混凝土连续梁设计关键技术初探

来源 :城市建设理论研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jiahong222
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   摘要:高速铁路运输与其他运输方式相比,有着输送能力大、速度快、安全性高、能源消耗少、经济效益好等诸多优势,高速铁路匀速的快速发展那不但带来了传统铁路业的发展和振兴,也推动了相关产业的发展。高速铁路是指通过对原有路线进行改造,使运营速率达到每小时200公里以上,并专门修建新的“高速新线” ,使得营运速率达到每小时250公里以上的铁路系统。自上世纪60年代开始高速铁路在全球蓬勃发展。近年来,我国多方学者共同论证发现,在我国修建高速铁路是我国经济、社会发展的需要,也是促进我国工业发展、提高科技水平、改善交通运输质量的重要途径,同时也是提高铁路运输能力,并彻底解决运能不足并改善铁路旅客服务水平和服务质量的必要措施。
  关键词:高速铁路, 混凝土连续梁 ,运输能力
  Abstract: high speed railway transportation and other transport way in, with carrying ability, speed, high security, energy consumption, good economic returns, and many other advantages, the rapid development of high speed railway uniform that not only bring the traditional railway of industry development and revitalization, but also promote the development of relevant industries. High speed railways refer to the original route through improved operation rate reached over 200 km per hour, and especially to build a new "high-speed line", making operation rate reached over 250 km per hour system of railways. Since the 1960 s in high speed railway global vigorous development. In recent years, many scholars in China proves together found that, in our country building high-speed railway is China's economy, the demand of social development, and promote our country's industrial development, improve the level of science and technology, improve transportation quality in a major way, but also improve the railway transport capacity, and completely solve deficiency and forms of the railway passenger service level and improve the quality of the service the necessary measures.
  Keywords: high speed railway, concrete continuous beam, transport capacity
  
  
  中圖分类号: TU528文献标识码:A文章编号:
  一、高速铁路桥梁技术特点
  高速铁路与普通铁路在外型上差别不大,但是其在建设过程中所需要采用的各种技术指标和技术条件与普通铁路存在很大的差别。高速铁路的轮轨关系理论研究和诸多实践结果表明,当货运列车在平顺的轨道上高速运行时,其轮轨的动力作用相对较小;而当在平顺性较差的轨道上高速运行时,列车的振动以及轮轨的振动作用力也将会大幅度增加。由于高速铁路列车的运行有着高速度、高密度的特点,高速铁路必须具备高平顺性、高稳定性、高安全性的特点。
  高速铁路的高平顺性的第一要求就是要保证线路平纵的断面变化要尽可能的保证平缓。其主要措施可以选择:大幅度的提高线路平面最小曲线半径,优先选用推荐曲线半径,采用平缓过渡的缓和曲线、增大夹直线和圆曲线的最小长度、增大竖曲线的半径以及延长最小坡段长度等。
  例如,我国丹田双线特大桥高速铁路的平面最小曲线半径一般不能小于6000m,困难条件下不能小于5500m ,推荐曲线半径在7000-9000m之间。
  高速铁路的轨道直接承受着高速列车行驶运动所发生的荷载作用,因此必须要通过严格的控制高速铁路轨道的铺设精度来实现轨道初始的平顺性。目前,国际高速铁路修建过程中,对于有碴轨道的应用变得越来越广泛,已经成为世界高速铁路轨道发展的一大趋势。
  高速铁路由于对于纵断面设计标准高、平顺性要求高、全封闭式的行车模式等特点,因而高速铁路路线中桥梁占有很大比例,高架桥、大跨度桥梁成为高速铁路路线选择和组成的一大特征。桥梁已经成为高速铁路路线选择的主要部分,而大跨度的桥梁其较大的挠度将直接影响桥上轨道的平顺性,同时高速铁路列车在运行过程中对桥梁产生的附加动力冲击作用,也将共同影响行车的安全和舒适。因此高速铁路的桥梁跨度多以中小跨度为主,并选择刚度较大、整体性较好的结构形式。
  此外,由于混凝土梁桥具有刚度大、噪音低、养护工作量少等优点,因此在高速铁路建设中得到了广泛的应用。而当桥面铺设有碴轨道时,为了要保证轨道的平顺,对于高速铁路桥梁还必须要严格的限制预应力混凝土桥梁出现由于徐变上拱以及不均匀温差而造成的结构变形。另外,还必须要要求桥梁墩台有足够大的纵向刚度,用以限制桥上铺设无缝线路后结构物变形,从而保证线路的平顺。此外,高速铁路桥梁要求具有足够的耐久性,重视结构构造细节的处理,以便检修。
  二、工程概况
  广西沿海铁路钦州北至北海段扩能改造工程丹田双线特大桥72+128+72m预应力混凝土连续梁桥桥型布置图如图1所示。
  
  图1 桥型布置图
  梁体截面类型为单箱单室直腹板变截面箱梁,挡碴墙内侧净宽9.0m,桥上人行道栏杆内侧净宽12.1m,桥面板宽12.2m,梁体全长273.6m,边支座中心线至梁端0.8m,支座横桥向支座中心距为5.5m;中跨中部18m梁段和边跨端部17.8m梁段为等高梁段,梁高为5.5m;中支点处梁高为10m,除0号段外其余梁段梁底下缘按二次抛物线变化。
  箱梁顶宽12.2m,底板宽6.7m;顶板厚45cm,边跨端块处顶板厚由45cm渐变至100cm,底板厚48~180cm,腹板厚40~90cm。梁体在支座处设置横隔板,全联共设4道横隔板,横隔板中部设有孔洞,以利检查人员通过。同时在梁端底板设置了检查槽口。
  梁体按照全预应力结构设计,纵向、横向、竖向设预应力。
  本桥采用挂篮悬臂施工方式,悬臂施工法是预应力混凝土连续梁桥的主要施工方法,对于预应力混凝土连续梁桥来说,采用悬臂施工方法虽有许多优点,但是这类桥梁的形成要经过一个复杂的过程,当跨数增多,跨径较大时,为保证合拢前两悬臂端竖向挠度的偏差不超过容许范围,须对该类桥梁的施工过程进行控制。
  
  三、高速铁路大跨度混凝土连续梁设计关键技术
  (一)设计关键
  本文结合广西沿海铁路钦州北至北海段扩能改造工程丹田双线特大桥72+128+72m预应力混凝土连续梁桥的高速铁路列车运行要求,分析设计关键的技术:
  1、结合相关规范技术指标等要求计算分析表明,对于高速铁路(72+128+72)m 预应力混凝土连续梁桥支座截面宜取梁高 8.5m,跨中截面宜取梁高 4.5m。
  2、通过计算表明(72+128+72)m预应力混凝土连续梁竖向自振频率为该桥最小自振频率,结构刚度中竖向刚度最弱。同时验证跨中支点梁高 4.5m~8.0m 能够提高结构自振频率,保证高速铁路的行车平顺度和舒适度。
  (二)高速铁路大跨度预应力混凝土连续梁桥设计关键技术措施
  1、通过选择较大的梁高,能够有效的提高连续梁桥梁体的抗弯刚度,进而达到降低截面下翼缘的压应力水平,减小预应力混凝土连续梁桥后期出现徐变变形的目的;
  2、通过增加或减少连续梁桥边跨以及中跨的底板预应力钢束,能够调整箱梁截面上下翼缘的应力差值从而有效控制后期徐变变形;
  3、加载龄期对混凝土的终极徐变系数影响很大,混凝土养护龄期为30天的徐变系数是养护龄期为 3 天的徐变系数的64.7%;早强剂的添加在提高混凝土强度的同时并未提高混凝土的弹性模量,相当于缩短了混凝土的加载龄期,是影响预应力混凝土连续梁桥后期徐变的重要原因之一,在工期允许的情况下适当延长加载龄期能够有效的控制后期徐变;
  4、适当延长二期恒载的施工时间,能够有效的控制大跨度连续梁桥后期徐变值,最佳二期恒载施工时间为 60 天。
  5、施工过程中选择合理的边跨现浇段混凝土浇筑时间能够进一步消除温度效应,提高施工精度。证实了连续梁边跨不设合拢段是一种可行的施工方法,可在高速铁路施工中广泛应用
  参考文献:
  [1]宋顺忱.高速铁路大跨度预应力混凝土连续梁设计關键技术研究:[同济大学硕士学位论文],上海:土木工程 2008
  [2]石现峰,王澜,万家.有碴轨道混凝土桥梁的徐变变形研究.石家庄铁道学-院学报,2007 (3):61-63
  [3]黄毅.混凝土连续箱梁日照温度场及温度效应研究.武汉:武汉理工大学,2009.
  
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