铁路提速既有线梁桥存在的问题

既有线简支梁桥现状

在既有线铁路桥梁中,中小跨度简支梁桥占有很高的比例,主要型式有:

(1)钢筋混凝土简支梁:跨度在4-20m,1975年铁道部编制了8种不同跨度的定型设计。

(2)预应力混凝土简支梁:1957年编制了跨度19.8-27.7 m T梁的标准设计,后来又设计了31.7m的T梁,这种跨度梁在目前铁路建设中被广泛的采用,1980年代后,又设计了24 m、40 m跨度的箱型截面梁。目前,铁路预应力混凝土简支梁最大跨度为 m。

(3)钢板梁:有上承与下承式二种类型,目前常见的有32 m和40 m两种跨度。下承式板梁主梁间距大于上承钢板梁,又带有纵横梁结构的桥面系,因此,下承式板梁横向刚度较大,稳定性好。

(4)简支钢桁梁:有上承式、半穿式和穿式钢桁梁桥三种。半穿式钢桁梁桥其横截面为开口截面,抗扭刚度和横向刚度小,不适合高速行车,主要用于中等跨度的桥梁上,常见的定型设计跨度有40 m、44 m和48 m。常见的下承式钢桁梁桥大多为定型设计,其跨度范围在48-128 m之间。

提速运营中简支梁桥结构出现的主要问题

在提速前的桥梁设计技术标准中,客车的车速小于120 km/h,货车的车速小于60 km/h。为提高运营竞争能力,全国铁路主要干线从1997年开始实行提速运营。目前已经完成6次大提速,主要干线客车速度提至160-200 km/h。在前五次铁路大提速运营中既有线简支梁桥暴露了很多问题,具体概括如下:

(1)钢筋混凝土简支梁:这类型桥梁具有足够的横向刚度,但普遍采用的是板式橡胶支座,现场测试发现,由于支座处横向约束不足,高速列车进桥时的冲击作用往往使梁体产生一横向刚体位移,其值比弹性体振动位移值大得多,影响行车安全。

(2)预应力混凝土简支梁:对于分片式T梁,当二片T梁结构联接在一起时,一般横向振幅很小,如果施工质量不良,或二片T梁横向联系较弱时,也会产生超限的横向振幅。

(3)钢板梁:上承式钢板梁横向刚度差,横向振幅超限;下承式钢板梁在速度达到160 km/h时产生共振,使得梁体和车体各项动力学指标达到较大值;另外当提速货车通过下承式板梁时桥上机车的平稳性指标不满足要求。

(4)简支钢桁梁:单线半穿式钢桁梁横向刚度差,横向振幅超限;当提速货车通过上承式钢桁梁时桥上机车的平稳性指标不满足要求。 横向振幅超限原因

既有线简支梁桥在铁路大提速运营中暴露的主要问题集中在横向刚度不足、桥梁横向振动幅度过大,直接影响行车安全性。为此,有关院校、科研机构对此进行了研究。例如以人工蛇行波和钢轨不平顺作为激振源输入,以蛇行波的波长及车速作为参数进行了大量的模拟计算分析,对40 m上承钢板梁在货车(空车)作用下的横向振动特性进行了探讨,结果表明,当输入蛇行波长在8-9 m范围内、列车行驶速度为55-70km/h时,蛇行运动额率为2.10 Hz左右,正好与梁的横向有载频率接近,这时桥梁横向振动出现较大的振幅。计算结果与现场测试结果接近。

通过理论计算和现场测试,分析横向振幅超限的主要原因有:①桥梁的横向刚度不足;②桥梁的抗扭刚度不足;③桥梁支座横向位移过大;④桥墩的横向刚度不足和桥墩基础不够稳固;⑤桥上线路病害及轨道不平顺;⑥桥头线路不平顺;⑦车辆蛇行运动。

加固方法综述

(1)对于采用橡胶支座的小跨度钢筋混凝土梁,目前大都采用在梁端支座处增加支挡结构,以阻止梁的过大侧向位移,已取得明显的效果。

(2)对于预应力混凝土分片T梁:铁道部工务局在工桥(1996)24号文颁布的“既有线铁路桥隧设备(行车速度

120-160 km/h)暂行技术条件”中,明确提出了并置梁加固要求,即对双梁式无横向联结的、跨度≥12 m的T形、工字形混凝土梁,必须在梁端及跨中增设横向联结。具体地:①对既有线上无横向联结的并置梁,在梁跨两端和跨中增设一定数量的横隔板。②在横隔板内施加横向预应力。③增加双片式T梁内侧上翼缘横向联结,上翼缘混凝土桥面板整体加厚,连接两片T梁内侧上翼缘,形成Ⅱ形截面。④增设水平板加固,在两片并置梁已加横隔板加固的基础上,再增设两道水平板,以进一步加固梁体。将两片T梁上翼缘连同人行道连成整体,以增大桥梁的横向刚度和有载频率。通过以上五项内容的加固,可以保证并置梁体共同受力,加强两片梁间的横向联结,从而可提高桥梁的整体稳定性。

(3)对于上承式钢板梁桥:①加强上、下平纵联,由原来的三角形改为交叉形平纵联。②北方交通大学和铁道部专业设计院提出加强端横联及跨中横联,由原来的交叉形改为横隔板横联,并在梁端一定位置增加一横隔板横联。③加大主梁中心距,将主梁中心距由原来的2.0 m展宽为2.2 m,并与方案①、②综合运用。④在上、下翼缘间各增加一块钢板,将钢板梁桥改为准箱形截面。⑤连接上下行对应的两孔桥,铁道部大桥局桥梁科学研究院在跨度为32 m的京广线遂平桥上进行试验,结果表明以单层粘弹性连接最为合适。但加固后,结构由单行线受载变成双行线受载,这样可能会影响

结构的疲劳寿命。⑥在腹板外侧各增加一块钢板,可以大幅度地提高横向刚度,但是耗费钢材太多,不够经济。

(4)对于钢桁梁桥,铁道专业设计院针对京广线某钢桁梁桥的具体情况,确定采用加强主桁下弦杆、上平纵联、下平纵联和改造横梁与主桁间肱板的加固方案。

对于既有各种类型的钢梁,目前主要采取二种措施:①从结构上进行刚度加固,修改定型设计;②在桥上安装减振器,以减小桥梁的振幅。这二种措施的研究目前尚未取得十分满意的效果,有待于继续研究。列车通过这些横向振幅超限的桥梁还得采取限速运行,以确保安全。对于新建的铁路桥梁,尽量不采用钢板梁和半穿式桁梁桥[1]。

(5)对桥墩,横向加固的措施主要有:①在桥墩外侧套钢管以增大桥墩横向抗弯刚度。②加大桥墩横向尺寸。③相邻桥墩之间增设系梁,这种加固方法可以大幅度提高整个桥梁结构体系的横向刚度。

(6)对于墩台基础的加固主要有扩大基脚尺寸、设锚固桩、旋喷桩加固及将上下行两线承台连成整体等加固措施。

简支梁桥建设相关建议

通过对提速运营中简支梁桥结构出现主要问题的分析,考虑到高速铁路桥梁要求有足够的竖向、横向刚度,《国际铁路联盟规范》推荐尽量采用刚劲的上部结构,结合国内外

高速铁路建设的特点,对今后高速铁路建设中简支梁桥的截面形式和结构型式提出相应建议。 截面形式

(1)小跨(L≤20 m):可考虑采用带道碴的正交异性板的结构,预制梁体时即预留多片梁之间的横向连接构造;单片梁体可采用型钢混凝土梁;跨径大于10 m时,可考虑采用预应力钢筋混凝土梁。如秦沈客运专线较小跨度(12 m、16 m)的桥梁,广泛采用了装配式双向预应力T形简支梁。这种结构设计吸取了国外高速铁路和我国既有线提速的经验,并经过专题研究和技术经济比较,采用双向预应力结构体系,具有良好的纵横向刚度和整体性;且构件重量较轻,不需大型起吊设备,建造方便,适合于客运专线和高速铁路小跨度桥梁上使用。

(2)中跨(20 m(1)高速铁路桥梁设计中应尽量少采用刚度小的钢结构,而应多采用混凝士、预应力结构。

(2)对于中小跨径的多跨桥梁结构,尽量考虑采用连续体系结构。连续体系结构建筑高度低,结构性能良好,造型美

观。

(3)有针对性地采用钢混结合梁和钢混结合连续梁。这个方案主要是在跨越既有道路,净空和施工都受到时考虑采用。钢混结合梁能够比较充分地发挥钢材与混凝土材料的特性,以较低的建筑高度和较大的跨度跨越障碍物,动力性能良好,噪声低,在钢梁涂装技术比较成熟的情况下,养护维修工作量亦较小,在国内外广受青睐。

(4)跨度较大时,尽量避免采用简支钢桁梁结构,尽量考虑采用钢拱桥、钢筋混凝土或预应力钢筋混凝土拱桥。拱桥的刚度相对较大,变形小,能较好地适应高速铁路对刚度要求高的特点。 结束语

本文总结了目前我国铁路既有线简支梁桥在铁路提速中出现的几个主要问题,进行了原因分析,提出了加固措施和今后高速铁路简支梁桥建设的相关建议,希望有益于今后高速铁路的桥梁建设。

既有线铁路桥梁存在的问题

指导老师：李小珍

铁道部第六期培训班