客运专线铁路桥梁构造.doc

客运专线铁路桥梁结构构造高速铁路客运专线上，列车对桥梁的动力作用大，为满足行车安全、乘坐舒适以及适应高速铁路线路的构造要求，高速铁路桥梁必须具有足够的强度、更高的刚度、良好的稳定性、更大的抗扭能力、更好的耐久性和较高的减振降噪特性，同时，还要利于检查与维修。一、桥面布置客运专线铁路桥梁桥面结构主要由人行道栏杆（声屏障）、人行道盖板、电缆槽、防撞墙（挡碴墙）、排水孔、防水层及保护层、轨道系统等组成。无碴轨道桥面与有碴轨道桥面相比结构要稍复杂一些，下面我们以京津城际铁路桥梁为例对桥面结构做如下具体介绍。图2-2-1 京津城际铁路箱梁桥面断面图如图2-2-1所示，京津城际铁路桥面栏杆内净宽13.2m，正线线间距5m，线路两侧设防撞墙（高1m、强度C40）取代护轮轨，防撞墙内净宽9.1m；在箱梁翼缘板两侧的遮板上安装可拼装式混凝土桥梁栏杆（高1.2m），穿越居民区时，安装声屏障（高2.15m）；桥面喷涂聚脲弹性涂料防水层（厚度2mm），防水层上无保护层，梁缝间用橡胶止水带连接。图2-2-2 京津城际桥面现状图图2-2-3 翼缘板上部断面详图图2-2-4 梁端止水带和缓冲层示意图与既有线普通桥梁不同，为使轨道系统与桥梁形成两个相互独立的系统而自由伸缩移动，桥面与轨道系统的混凝土底座之间增加了滑动层；在梁端的混凝土底座与桥面间增加了弹性缓冲材料；同时为防止轨道系统的横向位移和向上敲起，在桥面的混凝土底座两侧增设了C、D两种侧向挡块。在底座板和桥梁表面之间有一层滑动层，由土工布-薄膜-土工布组成。它使底座板下的梁跨伸缩不影响钢轨的受力，从而不受无缝线路的纵向力影响。图2-2-5 滑动层与梁体及轨道系统的关系示意图如图所示，桥梁结构中，每个梁体是相互独立的单元，而桥上则是无碴轨道的整体道床，为使梁体不受无缝线路纵向力的影响，在桥面与混凝土底座之间增设滑动层（两布一膜），将桥梁与轨道系统划分为彼此相互独立的系统而又不失为一整体，彼此相互移动，互不影响。客运专线桥梁要保证耐久性，首先得有良好的防排水系统，京津城际铁路桥梁就采用了一种新型防水层材料。用于桥面中间部位的防水层主材料喷涂聚脲弹性防水涂料（简称SPUA）。聚脲弹性涂料是一种双组分，不含溶剂、快速固化型涂料。A组分由预聚物或半预聚物与异氰酸酯反应制得，B组分由端氨基树脂和端氨基扩链剂组成。A组分和B组分在专用喷涂设备的喷枪内混合喷出，快速反应固结成灰色的弹性体膜。防水层系统构造见图8，防水层涂膜平均厚度不得小于2.0 mm，每平方米涂料用量约2.3kg左右。图2-2-6 防水层系统构造示意图图2-2-7 止水带、混凝土底座板及弹性缓冲材料图2-2-8 防撞墙、人行道板及人行道栏杆有碴轨道的桥面结构在防撞墙外侧与无碴轨道的桥面结构类似，只是具体尺寸有所区别，有碴轨道的防撞墙又称挡碴墙，在其挡碴墙内侧填充石碴并铺设钢轨，有碴轨道桥面无侧向挡块及两布一膜滑动层，并且两线间无排水孔。二、梁体结构目前，我国客运专线桥梁以32m单箱双线预应力混凝土简支箱梁为主导梁形，利用40m、24m预应力混凝土简支箱梁进行辅助调跨，跨越道路时多采用连续梁形式。客运专线铁路桥梁梁体混凝土强度不低于C50，钢筋净保护层厚度除顶板不小于30mm，其余均不小于35mm。在每片简支箱梁底板端部设进人孔，以方便日后支座及箱梁内部的检查和维修。图2-2-9 京津城际32m简支箱梁断面图图2-2-10 石太客专32m简支箱梁断面图三、支座桥梁支座是连接桥梁上部结构和下部结构的重要部件，起着将上部结构静荷载和动荷载集中传递至桥梁墩台的作用。同时，协调上部结构因荷载、温度变化等因素作用下产生的变形。支座受力性能的优劣及其对桥梁变形的适应性将直接关系到桥梁运营安全、抗震性能及其耐久性。对于高速铁路桥梁支座，尽量做到少维修,少更换。由于长钢轨纵向力、制动力、列车动力作用和机车车辆横向摇摆力等动力影响较之普通铁路桥梁加剧，因而对支座的减振、消振性能就提出了新的要求。为满足减、消振性能的要求，除个别桥梁采用钢支座外，其余均采用盆式橡胶支座，其部分支座具有调高功能。图2-2-11 盆式橡胶支座组成盆式橡胶支座是利用被半封闭钢制盆腔内的弹性橡胶块，在三向受力状态下具有流体的性质特点，来实现桥梁上部的转动，同时依靠中间钢板上的F4板与上座板的不锈钢板之间的低摩擦系数来实现上部结构的水平位移，使支座所承受的剪切不再由橡胶完全承担，而间接作用于钢制底盆及F4板与不锈钢之间的滑移上。从试验的数据来看，橡胶处于三向约束状态时的抗压弹性模量为50000kg/cm2，比无侧向约束的抗压弹性模量增大近20倍，因而支座承载能力大为提高，解决了板式橡胶支座承载能力的局限，能满足大的支承反力、大的水平位移及转角要求。客运专线简支梁的四个支座分别为：固定、纵向活动、横向活动及多向活动。目前，我国客运专线用的盆式橡胶支座主要有ALGATMT、KTPZ、TGPZ等类型。图2-2-12 简支箱梁支座布置示意图图2-2-13 防落梁装置KTPZ-TG调高盆式橡胶支座具有液压及机械双重调高能力，最大调高量为70mm。TGPZ调高盆式橡胶支座为机械调高支座，最大调高量为60mm。连续梁采用ALGATMT调高盆式橡胶支座，ALGATMT支座可通过机械或液压调高支座，液压调高最大调高量为60mm。预制简支箱梁采用改变上支座板顶面坡度的方式以适应梁体坡度（20）的要求，当坡度大于20时，采用梁底调整，现浇简支梁采用梁底调整，简支箱梁的每个支撑垫石内侧装有防落梁装置，并做接地处理。打开防尘罩后的支座如下：图2-2-14 KTPZ-TG可调高盆式橡胶支座客运专线无碴轨道的特点是只能利用扣件系统和轨道板下的CA砂浆垫层进行少量调高，当轨道系统的调高不能满足线形和坡度时，就需要对桥梁的支座进行调整来满足线路的平顺要求。目前，京津城际铁路的全线桥梁和石太客专的部分桥梁采用可调高盆式橡胶支座。可调高盆式橡胶支座主要有ALGATMT、KTPZ-TG、TGPZ等类型，见下表。表2-2-1 主要类型支座调高量支座类型吨别调高方式最大调高量(mm)总最大调高量(mm)ALGATMT小于3000机械45105液压60大于3000机械4545KTPZ机械4070液压30TGPZ机械6060支座调高方式主要有两种：液压调高：在支座预留的孔道中，利用油泵直接向支座中注入快速钢化树脂材料，使其提升。机械调高：a.通过千斤顶直接将梁顶起，在支座的上座板与梁底间插入薄钢板。b.支座承压橡胶板中油腔可取代千斤顶实现自顶升，待抬升后再用临时支撑将梁撑住，然后支座回油，在支座的上座板与梁底间插入钢板。图2-2-15 TGPZ顺桥向支座断面图图2-2-16 TGPZ横桥向支座断面图表2-2-2 京津城际TGPZ支座尺寸表支座反力（KN）调高量（mm）主要尺寸（mm）ABCDA1B1C1D1H15006058543050030043037036522017520006064548055030048042541026518025006066051556530051547044529519530006074056563030056551048532520035006080061568030061555052535021040006087565074030065058555537522045006090567077030067061557540522050006095571081035071065061043022555006099574584038074568064044024060006010157758604007757156704702407000601070830900500830760715505245四、墩台对于高速铁路，为了保证桥上轨道结构的强度、平顺性和稳定性，以及满足梁轨相对位移限值的要求，必须对不同跨度的桥梁下部的刚度加以限制。 为保证桥墩具有足够的刚度，高度30m以下一般采用实体墩，高度30m以上一般为空心墩，禁止使用轻型墩，也不采用石砌墩台。为便于检查养护，在墩顶设有凹槽，梁底进人孔位于墩顶。墩顶预留千斤顶顶梁位置。简支梁墩顶相邻跨支座纵向间距由普通铁路桥梁70cm放大至120cm。图2-2-17京津城际高速铁路桥墩为保证轨道平顺，对墩台基础工后沉降及相邻墩台工后沉降差给予严格的限制，保证墩台发生沉降后，桥头和桥上线路坡度的改变不致影响列车的正常运行，即使要进行线路高程调整，其调整工作量不致太大，不会引起桥面改建和桥梁结构加固。为缓解桥梁和路基的刚度大的差异，使列车平稳通过，在桥台后方的路基上做了一些特殊处理。一般在桥台后路基上设置摩擦板，可将桥梁上传来的荷载传入地基，摩擦板宽度一般为9m，厚度为0.4m，长度根据不同桥梁结构计算确定。摩擦板端设置端次，可将没有经过摩擦板传入地基的剩余荷载传入地基，并且产生很小的位移，端次的外侧再设置过渡板，保证桥梁和路基段的平稳过渡。整体看来桥面板与桥台、摩擦板、端次、过渡板形成一条长带，其结构如图2-2-18示。桥梁墩台混凝土强度不低于C30，桥墩多采用桩基础，一般桩径1m，桩长50m左右，大跨桥桩径1.5m，桩长70m左右。考虑到景观要求，一般位于市区内的桥梁墩台不设置吊围篮。桥墩沉降观测标志位置：墩高4m，设在墩顶一侧距墩顶0.5m；4m墩高14m，设在墩身平面一侧距地面0.5m；墩高14m，设在圆端墩身两侧距地面0.5m。图2-2-18 路桥过渡段示意图五、紧急疏散通道在发生事故时，为了方便旅客的逃生和工作人员对设备的检查与维修，在超过3km长的特大桥上设置了紧急疏散通道，紧急疏散通道间距一般为3km左右。图2-2-19 紧急疏散通道六、轮轨系统高速铁路桥梁与普通铁路桥梁的主要区别高速铁路桥梁要有足够大的刚度。主要控制挠度，梁端转角，扭转变形，结构自振频率，还要限制预应力徐变和不均匀温差引起的结构变形。所有这些变形必须进行控制，以满足列车高速运行安全。车-线-桥要进行动力耦合检算。动力耦合检算应满足动力学指标（脱轨系数、轮重减载率、轮对横向水平力、车辆竖向加速度）和旅客乘坐舒适度指标。常用跨度梁（24m、32m）结构形式为双线整孔箱型梁，斜交跨越障碍一般采用小跨连续刚构或刚构连续梁。为了保证桥梁结构100年的使用寿命，要采用高性能混凝土。施工原材料配比设计、外加剂、掺和料、搅拌、灌筑、养护等要满足高性能混凝土技术条件的要求。为了避免梁体产生早期收缩裂缝，预制梁采用三阶段张拉方法，