高速铁路跨度40m预制简支箱梁建造技术研究
2020-03-19
来源:小侦探旅游网
高速铁路跨度40 m预制简支箱梁 建造技术研究 叶阳升 中国铁道科学研究院,研究员,北京,1 00081 魏峰 中国铁路总公司科技管理部,副研究员,北京,1 00844 胡所亭 中国铁道科学研究院铁道建筑研究所,副研究员,北京,】0008 牛斌 中国铁道科学研究院铁道建筑研究所,研究员,北京,1 00081 苏永华 中国铁道科学研究院铁道建筑研究所,副研究员,北京,1 0008 摘要:我国高速铁路桥梁以预制架设的后张法预应力 混凝土简支箱梁为主,实践证明桥梁建造技术成熟可 我 q“高速铁路运营里程U四纵四横”f 线运输网络基本成型前已超过20 000 kt 1, ,延 靠,能够较好适应我国高速铁路的建设特点及运营模 式。梳理我国高速铁路常用跨度简支梁桥的发展,从技 术背景、技术意义、技术特征等方面分析高速铁路发 营里程r 世界高速铁路的50%以上,是世界规模最 大、运营速度最快的高速铁路网 近年来,随着礼 会、经济和技术的发展,我 对于高速铁路的实际 需求越来越大,从罔家发展规划的角度提}}{了岛速 铁路“八纵八横”的日标,亦是对我旧高速铁路技 术与社会功能的充分肯定 高速铁路已成为“r…1 展跨度4O m预制架设简支箱梁的必要性;从关键设计参 数、大跨度简支梁试设计、预制技术、千吨级运架设备 研制等方面验证技术可行性;并与52 m预制架设简支箱 梁、4O m现浇简支箱梁造价对比,证明其经济性。研究 表明:我国高速铁路开展40 rnN制简支箱梁技术可行, 并可形成成套建造技术;40 m预制简支梁可提高简支箱 梁桥的跨越能力;减少墩台数量、提高生产效率;在地 形、地质复杂的高墩、深基础区段,具有经济优势。 关键词:大跨度;40m;预制简支梁;运架设备;经济 性:BlM 制造”的鲜亮名片,是“一带一路”和“走¨{去” 战略重要的技术、装备输f“对象 高速铁路不但耍保证列 运行的安全与舒适, 还要注重节约土地和保护线路周边环境…在跨越 沟谷的特殊地彤【)(段和软基 特殊地质I x=段,高速 铁路主要以桥梁跨越的形式通过,桥梁为高速铁路 的重要组成部分、罔内外高速铁路桥梁主要采J{J简 支梁结构.其中预应力混凝土简支梁 有受力『月j 中图分类号:U442.5 U448 21 7 文献标识码:A 确、构造简单、耐久性好、施T便捷等优点,怂高 速铁路桥梁的主要结构型式 文章编号:1001—683X(2016)10—0005—06 基金项目:铁道科学技术研究发展中心科研项目(J201 4G009);中国铁道科学研究院科枝研究开发计划项目 (2015YJ025);中国铁路总公司科技研究开发计划项目(201 6G002一G) CH/NA RA/LWAY 2o16f1O 甍、曼曼 。 一5一 高速铁路跨度40 m预制简支箱梁建造枝术研,艽 叶阳升等 1 我国高速铁路常用跨度简支梁的发展 包括CR I'S l型板式无砟轨道、CR FS II型板式无砟轨道 和双块式无砟轨道,设汁活载为ZK荷载 32 nl双线整孑L 20ffI-纪90,t[-代,为_r满足 民经济发展需要,原 简支梁梁高3.05 nl,混凝土川 323.2 ll'I、 铁道 采取・系列措施,逐步提I 客货列车运营速度, 同时J (3)fI、f速350 knl离速铁路死砟轨道单线简支梁主 II掣板式 一批 天离速铁路的探索性攻关项【J 在国家 要应用于合蚌高速铁路.无砟轨道形式为CRTs 32 Ill单线 孔简戈梁梁 “八 ”科技攻父项目“高速铁路线桥隧设计参数选 无砟轨道,设计活载为ZK简裁0lT1,混凝土川蛩I 82.2III 择”的6it:'Y ̄rf1,通过…内外训研 理沦分析等手段.腱 高3.71:丁尚述铁路桥梁动 J性能的研究,提…r高速铁路桥 (4)【{、f速350 km高速铁路 ‘砟轨道简芰输梁 最 梁没汁活城I割式、桥 离心 Jn,J 算方法、高速铁路桥 梁冲 系数、r 向允许挠度、挂电向刚度、横向摇摆 J 等, - 速铁路侨梁没、f一标准提供技术支撑 在国家 “儿 ”科技攻火项『I“高速铁路线桥结构与技术条什 (怀准)”的研究 1I,结合高架线路结构的特点,研究 合 的 构 武.给 桥而宽瞍汁箅公式、仃砟桥【fl=f布 置、九作侨而 研究确定J 高速铁路离架线路使 川等跨 啦 JfFi-1匕凝土简支梁址经济合 的,同时箱 4救 uti j 刚发人、祭体性 锋优点,是高速铁路桥梁 想的他 式 针 岛述铁路桥 , jfJJ×lf火键参数、 构型式等 进行了系统的科 试验.提…J 通应我同高速铁路发展 特点、 造模式的桥梁技术体系,并 高速铁路桥梁缱 没 Il取褂成功』 JH 我同高速铁蹄常川跨度简支梁设汁 j 裁为ZK茼载(部分按『『l一活载愉箅),速度等级分为 250 km/h、350 km/h.轨道 式分为有砟轨道和无砟轨 道,常川的标准跨度 委有24III、32 rn 找旧高速铁路简是梁的发 和应,L}j情况如下: (1) 秦沈客运々线建没过程r1I,针对时述 250 kI1 上耋情条件, 次进行r再张法颅心力混凝土 孔 简_芰耥 的系统试验研究,掌握r高速铁路简支箱梁的 结构受力特点、抗裂安全性及破坏特点;确定了混凝上 箱粱的水化热、预 ,J唪阻损火 验控制方法及横框结 构、桥mf板结构的设 法;制汀了没汁、制造、检验 技术条什;首次发 r550 l箱梁的整孔运输、架没的 施] 技术,为我同 速铁路预制架设简支梁的发展扣’下 丛础 (2)时速350 km高速铁路厄砟轨道蚁线简支梁主 要 川r 津、武 、郧两、 大、沪杭、沪昆、 石、 武、京 、』 沈、f、‘深港 高速铁路 、结构类型 何舣线 孔、蚁线组合简支结构.适川的无砟轨道形式 一6一 较少.主蛰应川于武广高速铁路人兴洲人桥fjl卡『}币¨京 沪高速铁路黄河大桥。1桥,结构类 为舣线 孔简支 箱梁,没计活载为ZK简载 32 Ill舣线整孔简史梁梁高 3.05 nl,混凝土J+j量334.7 nl (5)时速250 km客运々线(近 兼顺货运)订砟 轨道简支箱梁主要川丁禁沈、 太、合武、flj俞温、『{_『_ 广、编厦、埂深、洲仕等高速铁路,结构类' 仃双线整 孔、双线组合、 .线寮篝孔 没汁{ 载为ZK倚戡(rfl一活 载检箅) 32 Ill梁梁高 2.8 Il1.蚁线整扎简艾 梁混凝 土用量3 l0.6 in (6)川 速250 kin客运々线仃砟轨道简史莉梁主要 用于长卉、昌儿、湘林、柳南、三 贵等岛述铁路,结 构类型有双线整孑L( 箱 事f¨ 箱蚁窜)、权线组 合,没汁 城为ZK荷裁32 I11 车fi rfL室擎孔箱 梁高为 2.6 n1,双线整孑L简支箱梁混凝l-Jl J I1 ̄285.9 I11 ;32 I1]I . 箱双室整孔箱梁梁高 2.5Ⅲ,双线恪孔简支输 混凝土 用量264.4 Ill (7)时速250 kIII客运 线无砟轨道简支衔梁主嘤 Ⅲ于哈齐、沪宁等高速铁路,结构类型何双线 孔(币. 箱单室和单箱双室)、蚁线组 .没汁活载为ZK筒载 32 in单箱t 窀整孑L箱梁梁高为2.65 I1/,双线 孔简支箱 梁混凝土川 285.5 111 2发展大跨度简支梁的意义 2.1 技术背景 桥梁技术的发展 I进步是我 f 速铁路基础没施建 没的重大一l 程技术突做.是高速铁路基础没施的重要绀 成部分, 肜成_r我闻完善的技术 准体系 我 高 速铁路建没、发爬过程II1开爬r火 的科研 验 作. 对于桥梁受力特 和运 性能的认 不断深入,桥梁没 汁理论和施广技术也 逐步发胰.为发展大跨发颅制简 : CHINA RA/LM/AY 20 ̄6/10 高速铁路跨度40 m预制简支箱梁建造技术研究叶阳升等 支梁打下了良好的撼石}l{。×lf于桥梁建造者而青,提高桥 于完善我罔具有独立 识产权的高速铁路桥梁建造技术 梁跨越能力是永恒的追求[J标.其【t1跨度的提高是具体 体系,对于我同高速铁路长期发腱和实现“走…去”战 表现形式之一 略具有积极推动作用 从高速铁路桥梁发展政策角度来看: 2.3技术特征 对于跨度大于32 rn的高速铁路桥梁,常用的结构彤式 (1)最新的2()1 3年《铁路主要技术政策》(原 铁道部第34号令)第i十八条: “开展大跨度桥梁研 包括节段预制拼装混凝土简支梁、现浇混凝土简支梁、 究”一从我同高速铁路丁 建设的实际需求来看,不但 钢一混组合结构简支梁、钢结构简支梁等.但不具备整孔 需 跨越汀河、海湾的地 建设 米级的桥梁,针对高 预制架没的标准化生产优势一40111简支梁 :但可以扩充简 速铁路H】鲢最大的常刚跨度桥梁,更要研究基于预制 架 支梁的跨度序列,也能创造更大的社会 济效益: 设施T模式的大跨度预应力混凝土桥梁 . 在既有研究成果的基础上,提}}J“容许动力系数” (2)巾同铁路总公司《铁路T 程设计措施优化指 的概念来评y-0大跨度简支梁的没汁控制标准,制汀大跨 导意 》(铁总建设[20I 3]103号)规定: “梁部结 简支梁的关键参数研究流程。针对不同刚度的大跨度简 卡勾宜采川预应力混凝土结构并以简支梁为主”。在既有 支梁,运营动力系数必须满足:设汁活载 式静效应X 常J}j跨度预应力混凝土简支箱梁的成熟应用基础上,研 设计动力系数>运营年辆静效应x运营动力系数、究发展商速铁路大跨度预应力混凝土箱梁.这为我同 对 高速铁路401il简支梁,分析了魑频l~20Hz的最 高速铁路大跨度简支梁的发展提供了政策依据和技术 大动力系数、不同基频下最大动力系数 图1.运营动 导向 力系数随列 速度的关系 图2。 我国高速铁路桥梁的设汁、施‘T 技术较为成熟,并 40 m简支梁的跨度接近车长的1.5俯,有效避开了1 积累了充足的技术储备,刈‘于简支梁的设计理论有了更 阶共振点, 桥动力响虚较小,最大动力系数均远小于 为深刻的认识,为高速铁路大跨度预应力混凝土简支梁 容许动力系数 . 的发展打下基础: 40 m简支梁的设汁思路可以从跨度24 in、32 I11简支 I刚度共同控制设计,这 随着{1 会经济的发展.两部山IX:不1I东部沿海地I又: 梁的刚度控制没计转变为强度乖fI11简支梁的关键技术特 的高速铁路建发逐年增多,跨越河流、沟谷的高墩桥梁 亦是高速铁路40 以及软基沉陷地【x:的深基础桥梁占比较大,墩台基础造 2.4经济性 价较高。存此情况下,当简史梁桥的跨度大于32 m时, 以某高速铁路典型I 段为代表T点,选取有代表性 一多采用现浇桥梁(简支梁、连续梁、连续刚构等),其 般段落的桥梁及跨河桥梁,l卡,J步开展F40 I1]简支梁的 经济性指标下降,且质量控制难度较大。若能够实现基 经济性分析 与 2 m预制架设简支箱梁对比 于预制架设施T模式的跨度40 m预应力混凝土简支箱梁 2.4.1(简称4()m简支梁)规模化应用,丌1以扩大混凝土简支 梁侨的适Hj范围,并具有一定的经济性、 2.2技术意义 高速铁路常规地段桥梁墩离大部分 5~l 5 n ,选用 代表性较强的10nl墩高进行对比、选取娇梁段落98l in, 分别采#:1-]24: ̄L40 m简支梁以及3o:fL32 n 简支箱梁,均采 从高速铁路发展的总体 度来看,发展大跨度简支 用预制架设施I 一r法. 梁建造技术的意义如下: 分析表明,墩高l 0 n1自勺常规I 段桥梁造价与抗震设防 20 (8度)、0.15 (7 (1)根据周内外高速铁路桥梁建没情况,目前各 等级关系较大:在地震动加速度0.同均没有实现40 nl简支梁的整孑L预制架设,我国若能 度)条件下,40 m简支梁的造价与32 111梁桥基本持平或 10 (7度)、0.05#(6度) 高速铁路桥梁建设 Il实现40 m简支梁基于预制架设模式 稍有增加;存地震动加速度0.m简支梁总造价降低0~2%,具有一定的经济 的规模化T程应j}{,将是高速铁路建造技术的重大提升 条件下,40 和突破; 优势。 (2)发展高速铁路大跨度简支梁建造技术,有助 对于墩高大于l 0 mIX:段,如高墩深琏础地段,下部 CHINA RAILWAY 2016/18[甍曼 .7一 3技术研究 3.1 关键技术 3.1.1 关键设计参数 通过理论研究,确定高速列车作用下大跨度简支 梁的动力响应,在保证列车运行安全性和平顺性的条件 下。确定大跨度简支梁的刚度设计标准,l并研究大跨度 简支梁对时速250 km、350 km等级高速铁路的适应性。 桥梁在荷载作用下产生竖向变形,并在梁端支点位 置产生竖向转角。无砟轨道桥梁要保证荷载作用下梁缝两 侧钢轨支点不产生过大的上拔力与下压力,有砟轨道桥梁 图1 跨度40 m简支梁不同基频下最大动力系数 要保证粱缝部位有砟道床稳定性。 高速条件下车桥相互作用特征明显,对于40 m简支 梁,由于列车长度与桥梁跨度的相互影响,车辆动力作 用较24m、32m简支梁减弱 40n1简支梁的梁端转角与跨 挠比、梁端转角与竖向基频之间的关系见 3;根据不同 刚度的对应函数关系,梁端转角和基频满足要求前提下 的其他刚度参数情况见表l、表2。 分析表明:梁端转角、基频满足规范要求情况下, 挠跨比远小于£/l 600,高速铁路简支梁的挠跨比规定不 控制梁体设计;40 n 简支梁,基频和梁端转角对应l关系 图2不l司基频条件下4O m跨度简支梁动力系数分布图 结构造价增大,在桥梁造价中的占比增加,40m简支梁 的经济优势将更为明显。 既有高速铁路桥梁造价对比规律如下:简支梁桥造 价低于连续梁桥;预制架设的简支梁桥造价低于现浇简支 梁桥;32 m预制架设简支梁桥造价低于24 m预制架设简支 梁桥。综合考虑地形、地质等因素的影响,40 rn简支梁规 模化应用后,在一定条件下的综合造价具有经济优势。 2.4.2 与4O m现浇简支箱梁对比 以某高速铁路跨河特大桥为代表性lT点,计划采用 83 ̄L40 n1简支梁(墩高19m,桥长3 378.1 m),分别按照 预制架设、移动模架现浇2种施T 法进行对比研究。 采用40 m预制简支梁,基础+桥墩费用减少约1.56%、 梁部费用减少l2.06%,总造价减少4.97%。40 rfl预制简 支粱与现浇箱梁相比,经济优势明显。 图3 40 m简支梁刚度关系对比图 .8— [ 曼苎苎CHINA RA/LWAY 2016/10 表1 梁端转角满足规范要求情况下简支箱梁挠跨比及自振频率 表2基频满足规范要求情况下简支箱梁挠跨比及梁端转角 圳较小,【『J’ 脱简卫 的 济没汁 3.1.2 结构设计 人跨 简殳 没 参数研究、构造没计们『 等 成 ,川陡人跨 之_ 的结构没汁技 套的附属没施没 汁,ji }l 仃 J 运 ‘ 过程Il 仔存的问题进行优化 汁研究发 , 构没汁心允分号虑运梁个运梁迎过隧m 的r 设汁答数等研究成 ,丌展_r40Ill简支 没 汁,没汁研究相Iil—t’:分析 表明:40 III简支梁暇}反JIJ 刈J,L'- 端转ffJ的影响}』乏小;存满足摧频、 端转 厂n ‘求 J 的 小梁高 2.8 ll1 5.1.3预制技术 人- 111  ̄ 一I'id殳泶颅制过氍『ll,结合I 程建设价息化 术的、卜台.J 芝预心 “I动张{ 技术、预 力1 :进r1 功』 浆技术、颅 顷 综合控制技术的应川研究,挺I 久跨』 颅制技术f【I质 、运 技术的控制水 5.1.4千吨级运架设备研制 l述铁路人跨瞍简史梁的魄_i!i控制 l 000 I, 满 址 的运 求,研圳 吨级的大跨度简支梁运架 设 {;虑刊既 运 没 仔 情况,研究过 -f 孑虑 仃运 的收造力‘案 F1前,我罔l 程机械仃、I l,J 釉J造能 个=满址4【】111简支梁的运架需要,但通过隧道 CH/NA RA/LWAY 20’6,10 戋.曼妻 f『 卜的低 延 逝 隧道I J架梁的架矫fJ【址 究的 j难 3.2主要技术参数 40III简_芰梁主 技术参数满 脱仃《高速铁路 汁 f 》n,J J之 ,I f小 【】卜 (I)没汁速度:250 km/h、350 kmlh (2)r …挠 :zK 向静i 载 川下梁f小r …尧 度/f 人j ,J/l 900 (3) 端转『f】:ZK …静 栽f1:川卜,尤仆轨道 桥 , 端怂…K ≤().55 III时,梁端转厢 ≤1.5‰; 0.5 5 Ill<梁端怂…K瞍≤0.7 5 III时, 端转『fJ 1.5% ~1.0%r线性I J、j捕 仃胙轨道侨梁,梁端转『fj ≤2.0% (4)- 振 丰:40 Ill 梁基频和 端转 『fJ的埘J 火系接近. 顿按脱 觇池收 ,1 小j 2.66 HZ 没汁参数,40 III 史 汁钟:分析表叫:满址J l圳 lI,梁 llf小于2.8 III;满越1.5%r 端转f『】 [ilf, f 、 1 小j 2.7 111:梁『岛3.2 Ill芹 ,-f ̄,j-,梁质 llJ‘ 制 1 000I以 3 3试验研究规划 J’5述铁路40 II1简芝梁成会技术的 验 究魁划i l阶段 }、‘: (1)分析 述列4:‘j桥 fI,JfH且f1 J¨4寺 ; (2)选择 述铁路大跨艘简史 的合 跨 ; (3)提川140・”简史梁主 没汁参教; (4)确定40 III简史梁 恂选 币II设汁; (5)J 1孔 』 试验梁预圳f¨结构试验; (6) 腱运 没矫 案研究; (7)40 111简支 I_程 川; (8)40 III简芰梁1_ 川 『 、 速铁路矫梁从个,I-_命周期米行主嘤分乃 、 削 造、运 维护 个土 阶段.从I1 隋况来看符1\阶段 l,『¨£术均仃长址发 …仉址.受、l 务分类等 粜的 响,这 个阶段处丁卡H 孙 的状念,缺乏统 n l'J‘fJ【 结 技术r段术 现桥 个=,l 命例期的管"! j1,dill:究 姚划,针刈’ 述铁路40III简支梁,拟丹腮建造技术 j运 维护技术的打机结合I 作.研究 十B1Mt ̄;j,没汁、 驯造、 返 维护・体化技术, 现桥梁全,} 命周期管 【I f,J ..9.. 与迷铁路跨度40 m预制简支箱梁建造技术研究叶阳升等 4结束语 术创新性骰,结牛jJ 能优讳、述J芝迅J 忡 . 济 叫 、T程迅 i"l-幻:等i人特包 综合术胥,代… 腱 我 t『 述铁路Jl:腱4()…颅制简芝箱 建造技术研究 I岛述铁路人跨 颅川简支 仃 女J:的技术坫础、 ll衔良好f10f 川发展 址JlJ‘ii-l'19,位 J’参数研究、 均设汁、 体颅制、运 的l 程需求 一定的经济优势, 输 没 火矬 术,能够形成成 建造技术 发 40 简是 桥: 条件,FI前正 Jf J 成套技术 [ 作,以推动I 述铁 路人跨度简支梁的I 悍应川 (1)l1『J以提离 川I数:I=: 尺的常川跨 支梁侨 1'19跨越能,J,扩人简是 侨f19. ̄8川范 ,扩腱肼速铁路 简 的 系列 适f 性、 参考文献 】胡所亭,牛斌,柯在田 等.高速铁路常『}]跨度简 支箱梁优化研究【JJ.中国铁道科学,201 3(1):1 5-21 【2】牛斌.高速铁路预制后张法预应力混凝土大跨度简 支梁技术研究【J_1.铁道建筑 20i 5(1 0):5f 57. TB 1 0621 2O1 4高速铁路设计规范【s1. (!)『I『【.』减少墩台数h 、增jJI1桥跨 减少瞧r 、Il, 次. 高r 的 产设牢 (3) 常 肜、地匝 段 既仃侨型的造价卡¨、 {;存地 J fJ 段,墩台 刚f'r桥梁造 ,J『 墩、 价一 均 匕较ii,'J,侨 综 造价 j 仃桥 卡I{l-匕具订 济优 【4]王晋生.高速铁路大跨度铜箱拱桥转体稳定性控制 技术研究【JJ.中国铁路,201 5(5):52 55. “述铁路发J陡人 瞍 圳简戈梁桥总体术行 有. 定的 济 rI:,jf 能够j1i:功我 f 。 睦铁路建造技小=发腱 镟 I 、j迷铁路 跨瞍颅制简 何没汁 念突lLIj技 、责任编辑李葳 收稿日期 20 1 6 09—1 5