我国铁路简支梁桥的类型及发展趋势

我国铁路简支梁桥的类型及发展趋势我国铁路简支梁桥的类型及发展趋势 梁式桥梁式桥是我国一种非常普遍的桥型 它的适用范围较为广泛 它按 受力体系大致可以分为 简支梁 悬臂梁 连续梁 T 型刚构桥 连续刚构桥 等几种形式 和公路简支梁桥相比 铁路梁桥由于荷载比较大 故配筋大致相 同的情况下 铁路桥梁的跨径较小 其粱高也比公路的来的大些 一般情况几 米到几十米到几百米都可以用到这种桥型 其中铁路简支梁桥是我这篇论文关注的重点 其中简支梁桥在小跨径的梁 桥中使用十分广泛 在一些斜拉桥还有一些拱桥的引桥部分也使用简支梁的形 式 简支梁桥有许多的优点 施工方便 它相当于一跨就是一个简支梁 施工起来没有像连续梁桥的施工简 支变连续 悬臂施工 或者顶推施工那么复杂 在适当的条件下 简支梁桥主 要就是装配式施工 或者整体现浇 它是静定体系 静定体系对地基要求不高 在地基比较差的地方特别适合 造这种桥梁 其受力比较明确 像温度力 地基不均匀沉降 施加预应力等都 不会对其造成很大的次内力 对结构的影响是十分小的 这对我们分析桥梁结 构是十分有利的 在现有的基础上我们的设计水平在简支梁的体系上还是做的 十分有把握的 有利于桥梁在全国各地的发展 如果是一座复杂的桥梁那不知 道要多长时间才能完成 而且一般的设计院也不敢做 这有利于我国经济的发 展 但是简支梁桥也有它的局限性 它只适合于小跨径桥梁 因为他的受力特 点决定了它在相同跨径的桥型当中其内力是最大的 支点的弯矩为零 是不会 为其跨中分担负弯矩的 如下图所示 所以由于混凝土裂缝的控制 它的跨 径不可能很大的 值得一提的是 但是这并不是所简支梁桥是浪费的 在没有 必要造大跨径的地方 那简直梁桥是大有用武之地的 一 我国铁路简支梁桥的类型 从截面形式来看铁路简支梁桥主要有槽型截面 箱型截面 板式桥 肋梁 式等几种形式 一 简支板式梁桥 它的界面形式简单 便于施工在小跨径的桥梁上经常采用这种截面形式 其适用范围常用在 4 8 米跨径 它的截面形式又有实心板 矮肋板 空心板等 如果使用预应力 可以达到 16m 板式桥跨结构由于板低支撑面很宽 每片都不会发生侧向倾覆 因而两片梁之 间不需要任何联系 整体式矩形实心板具有形式简单 施工方便 建筑高度小 结构整体性刚度大 灯优点 从受力的角度来说 截面用料不经济 自重大 所以只在小跨径的板 桥中使用 跨径太大则不适合 因为这样它的自重也会很大 则其很大一部分 的抗力都被自身的重量吃掉了 其中空心板桥的跨径相对而言可以做的比较大些 如果是实心板桥 其施 工方法主要整体现浇 如果是空心板桥可以是预制的 它对起重机的要求不会 那么高 它的施工稍微要复杂一点 无论是现浇还是预制都需要将其孔道留出 来 所以增加了施工的难度 但是其受力比实心的板桥更加合理 故在实际的 桥梁中使用空心板桥比使用实心板桥要广 当然这是我个人的臆想吧 但是我 觉得无论从受力的角度还是节约材料的角度来说都应该采取这形式的板桥 当 然有可能会从整个工程的造价或者施工单位的水平来综合比较吧 二 T 形截面梁桥 其实铁路桥梁当中还有其他类型的肋式桥梁 比如说工字型截面 I 形截 面等 只是简支 T 梁桥使用的更多一些 故我选取其中的一种即简支 T 梁桥来 加以说明 对于跨径比较大的 经上分析部适合板式结构 就连空心结构也不能满足 设计要求时 这是我们可以采用 T 形截面形式 这种形式是把一个矩形的截面 两边非受压区的面积去除 这样只要腹板部分满足构造要求 能够放得下我们 所需要拜访的预应力钢筋或者普通钢筋就可以了 而上翼缘则从分利用混凝土 良好的抗压性能受压 这样很符合我们简支梁的受力特点 也可以节约材料 对于我们构建节约型社会是十分有利的 所以目前简支 T 形梁桥还是一种比较广泛的桥梁结构形式 在我国众多中 小型桥梁里都用到这一截面形式 其跨径一般情况下大于 20 米 目前可到 65 米 这些数据可能是公路桥的吧 简支 T 形梁桥可以采用满堂现浇的方法来制作 但是简支 T 形梁桥跟多的 还是装配式施工 采用结构吊装的办法来施工 我们在制作 T 型梁桥的时候可 以在工厂制作 我们的桥一般情况较宽 我们可以将其横向留缝 当我们吊装 完毕后 我们可以采用企口角将其连接或者采用现浇段的形式将其连接 可能 现浇其整体形较好 简支 T 形梁桥的发展依赖于基本材料指标 如使用高强轻质混凝土 高强 预应力 预应力工艺 大吨位的张拉设备 大型安装设备 上课的时候听凌老师说我国铁路装配式桥梁 有一个十分独特的特点 就 是它的截断长度都是 8m 的倍数 他也是从便于施工 加快施工进度的角度来说 的 这样也可以提高预制化水平 三 槽型截面梁桥 在轨道交通中 槽型截面形式的简支梁桥使用非常广泛 因为它有着自身 独特的特点 1 建筑高度低 直接行驶车辆的槽形梁道床板厚度 即建筑高度 一般 为 0 35 0 50m 较一般的轨道箱梁或 T 形梁降低约 1 5m 以 30m 跨为例 应 用槽形梁对降低车站及区间建筑高度效果显著 2 降噪效果好 轨道交通车辆行驶于槽形梁时 其轮轨走行系统噪声受到两 侧主梁上翼缘及腹板的阻隔 在一定程度上减少了车辆噪声对周围环境的影响 3 断面空间利用率高 结构受力需要的主梁上翼缘可兼做检修及旅客紧急 疏散通道 在车站内部可以作为站台宽度使用 下部空间可布置通信 信号 电 力电缆等管线 4 行车安全 两侧主梁可防止脱轨车辆倾覆下落 给行车安全提供了可靠的 保证 5 外观美观 视觉效果好 槽形梁不但本身梁体外型优美 而且主梁上翼缘 和腹板遮挡了外观较差的桥面系及车辆走行系统 6 开口断面 施工起来比较方便 如果使用箱型截面则里面的模板安装 拆 放等都比开口断面的复杂 轨道交通桥梁中 法国的里尔建造了双线跨度为 50m 的槽形梁 巴黎的 13 号线在塞纳河上建造了跨度为 85m 腹板为矩形 双层底板的预应力槽形梁 目前还在使用 表明我们槽型截面形式的耐久性还是可以的 在铁路桥上 我国目前已建成 3 座槽形梁桥 北京铁路枢纽双桥编组站 京 秦线跨越京承线 二孔跨度为 24m 的单线槽形梁 京承线双怀段怀柔车站附近 跨越京丰公路 一孔跨度为 20m 的双线槽形梁桥 浙赣复线江西弋阳葛水河 跨 度为 25m 40m 25m 的单线铁路连续槽形梁 其实我们日常工作生活中 就有很多的槽型截面形式 地铁车站 我们可 以十分明显的体会到上述有点在地铁中的体现 由于槽型截面有上述诸多优点 在未来的应用前景还是十分广泛的 比如说原来上海的地铁原来基本上是箱型 截面 在其两个腹板的地方行驶双向地铁 但是现在想三号线等基本上都是采 用槽型截面 个人感觉这种断面就是人性化的断面 在大城市中 地铁离居住 区那么近 而采用这种断面可以减小噪音 那么对于提高市民的生活质量是大 有好处的 四 箱型截面简支梁桥 众所周知 在阶段施工当中我们可以采用简支 T 梁这种形式 特别是在连 续梁 悬臂梁等承受正负弯矩时多采用这种截面 因为它的上下底板可以承受 较大的压力 与我们的手里十分的吻合 还有在悬臂施工中为了减小施工中的 内力 也要求我们减小梁体的自重 我们也经常采取这种形式 我问了一个研 究生 他说这种截面形式的抗振性能也是比较好的 在简支梁桥中 我们又是采取中形式 可以采用整体现浇的办法 或者在 工厂预制好了之后运到施工现场 但是个人感觉如果将箱梁做成一个整体的话 对起重机的要求一定很大 故又时我们可以采取小箱梁形式 他有箱梁的优点 抗弯能力得到保障 可且其整体性也还是可以的 所以我们采取小箱梁的形式 个人感觉箱型截面可以更好的利用他的空间 如果箱型截面高度足够大的 话 那么我们可以充分利用箱子里面的空间 我们可以再箱子里面行驶汽车或 者火车 而在箱子的顶部行驶汽车或者火车 这即所谓的双层桥面布置 在其 他界面形式当中是很少能找不到这种桥面布置形式 这对于我们节约工程造价 减少桥梁占用的空间 特别是在城市当中 将会取得十分大的经济效益和社会效 益 在城市当中可是寸土寸金的呀 我个人感觉只要桥梁的受力可行的话我们 就可以采用这种截面形式 其还有一大优点就是风对行使在箱子里面的车子的 影响比较小 这对于我们在风较大的时候的车辆抗风是十分有好处的 但是对于利用箱型截面里面的空间 我们要处理好在支座地方设置的横隔 板问题 我不知道这种问题现在没有解决掉 但是我个人还是持有上述观点 即使我们现在还没有解决掉这个问题 我相信随着科技水平的提高 我们一定 可以实现这一目标的 五 简支钢桁架桥 为了进一步减小由于桥跨自重引起的内力 我们可以在挖空的基础上将桥 进一步挖空 这种形式的桥梁 一般情况用混凝土是不行的了 应为混凝土的 抗拉性能不是很好 所以一般采用钢材 这种类型我们把它叫做简支钢桁架桥 这种结构具有结构形式简单 装拆都比较方便 现在的预制化水平比较高 在一些中小型桥梁中应用十分广泛 我国铁路桥梁当中简支钢桁架桥他的长度 基本都是 8m 的倍数 这样便于装配化施工 加快施工的进度 节约施工的工期 六 京沪高铁 我觉得讲到中国铁路简支梁的话 就不得不谈到高铁了 这次中国投资了 那么多的钱放在基础设施建设上面 其实有很大的一部分就是投资在高铁上面 所以我觉得有比较对京沪高铁做一点小小的介绍 2008 年 4 月 18 日 9 时 05 分 温家宝总理在京沪高速铁路开工典礼上宣布 历经十几年讨论 总投资 2209 4 亿元的京沪高速铁路全线开工 并为京沪高速 铁路奠基 铁道部预计在 2012 年完成 到时候 人们乘坐京沪高速列车 从北 京到上海只要 5 小时 京沪高速铁路是 中长期铁路网规划 中投资规模最大 技术含量最高的一项工程 也是我国第一条具有世界先进水平的高速铁路 正线 全长约 1318 公里 与既有京沪铁路的走向大体并行 全线为新建双线 设计时 速 350 公里 初期运营时速 300 公里 最高车速度可达 380 公里 共设置 21 个 客运车站 计划 2011 年年底投入运营 争取 2011 年 6 月建成通车 桥梁长度约 1140km 占正线长度 86 5 全线铺设无砟正线约 1268 公里 占线路长度的 96 2 有砟轨道正线约 50 公里 占线路长度的 3 8 全线用地 总计 5000km2 不包括北京南站 北京动车段 大胜关桥及相关工程 京沪铁路京沪高速铁路全线实现道口的全立交和线路的全封闭 既方便沿 线群众 车辆通行 又可确保高速列车运行安全 全线优先采用以桥代路方式 最大限度节约东部地区十分宝贵的土地资源 京沪高铁的建设对于我们桥梁建设提出了更高的要求 由于我们的高速铁 路 速度比较快 那么对于行车的舒适性提出了更高的要求 对地基的沉降的 控制要求也是比较高的 可能较少采用简支梁的形式 但是还是有些桥梁使用 到了 比如说从丹阳 昆山试验段 全长 164km 常州 昆山软土分布较 广 除少数特殊跨度外 大量采用 32m 箱梁结构 这种桥型对于地基的要求是 比较低的 说老实话 对于京沪的了解我真的还不是很多 就是从老师那里了解一点 七 从其他的角度来看待我国铁路桥梁的形式 从施工工艺来看 我们可以将简支 T 梁桥分为整体现浇施工和吊装施工 这点其实在桥面 T 梁中多多少少也提到过 现浇施工可能整体型可以得到很好 的保障 但是由于施工条件的限制 还有施工人员的专业素质等因素的存在 导致我们的现浇简支梁的质量得不到很好的保证 目前使用较多的还是简支梁 的吊装 这样施工速度较快 节省人力 而且由于预制段式在工厂里 其质量 就可以得到保证 从是否是使用预应力的角度 我们的简支 T 梁就可以分为预应力混凝土简支和 普通混凝土简支 T 梁 普通混凝土的跨度比使用预应力的简支梁桥要小 其可 以做到 30m 左右吧 但是目前预应力简支梁桥国内有做到七八十多米的了 而 且预应力的采用充分的利用高强混凝土和高强钢筋的 从使用的材料来看 有钢桥 混凝土桥和组合结构之分 目前国内大部分 铁路或者公路简支梁桥都是采用混凝土 这种材料比较便宜 而且国内有一批 施工强劲的队伍 对于这方面的把握还是很准的 钢桥的才来说比较好 用钢 桥可以做更大跨径的梁桥 但是其价格不菲 而且施工工艺的要求比较高 特 别是焊接工艺的要求 还有其后期维护还是一个大的问题 钢材的耐久性没有 混凝土那么好 由于钢材暴露在空气当中 而且我们桥梁的使用环境一般比较 恶劣 我们在使用的过程中要十分注意桥梁的防腐 以防止其生锈 组合结构 如果细分的话又会有多种形式 钢与混凝土的组合 桁架与混凝土的组合等 它可以说是充分的利用了钢与混凝土两种材料的性能 利用的混凝土良好的抗 压性能和钢材的良好抗压性能 不过在施工的过程中我个人感觉要十分注重剪 力连接件的施工 通过它传递剪力 我们的组合结构才可以更好的抗弯 如果 我们在这个节点上处理不好的话 那么我们的整座桥极有可能宣告失败 其实 还有桁架与混凝土的组合 比如说青马大桥就是这样的 他这样的来的话 下 面的空间也可以利用的 也就是说可以不在同一个截面上行车 这对于我们充 分合理利用空间是大有好处的 二 我国铁路简支梁桥发展趋势 一 更广泛采用变截面形式 目前我们的简支梁一般都是等截面的 这样是比较好的去施工 但是个人 感觉这对我们节省材料 建设节约型社会是不利的 所以我个人感觉随着社会 的进步 科技水平的发展 未来我们可能在机械化水平更高的前提下 我们对 于一些复杂的断面形式也可以更方便的施工 那么我们从节约成本的角度也会 采取变截面的形式而不会采取等截面的形式 我想这也是我们社会进步的标志 吧 当然这个需要科技水平做后盾 在现阶段肯定还是等截面形式的桥梁比较 多些 其实一个很好的变截面形式就是鱼腹式 它在一些工程上用的还是比较 好 鱼腹式截面在简支梁桥当中也有一些运用 个别大跨径预应力简支梁桥中 使用该种桥型主要是为了减小自重 做成鱼腹式的截面从受力角度来说更符合 我们的简支梁桥的受力特点 有可能在可以预见的将来上述情况还是不会发生的 还是目前预制成为 8m 的倍数的 但是我个人从站在历史的角度出发 还是比较认同我的观点的 还有一点值得说明 鉴于槽型截面的有这么的优点 我想今后我国将会大范围 推广的 这也是我国铁路桥梁的一大发展趋势的 当然关于槽型截面的研究还 要进一步的深入 二 预制化水平会进一步提高 我想今后的发展趋势还是大范围的采用工厂预制 标准化施工 之后再运 输到实际的造桥的地方 这样对于节省我们的工期 节约我们的人力资源也是 大有好处的 也许有人会说 中国的劳动力便宜 我想这只是目前的情况 随 着我国社会经济的发展 人们生活水平的提高 我们劳动者都想着体面的劳动 体面的工作 还有我们社会保障系统的完善 人们不会喜欢工作条件那么差的 话 我们的劳动力价格也势必升高 那么到时候我们为了节约资金 降低造价 我们势必将会更加机械化施工的方法来节约造价 所以现阶段我们还是要有这 种概念 我们要掌握机械技术 将来随着科技水平的提高 我们采取这样的方 法来施工时便宜的 我觉得我国今后的发展方向会改变现在的桥梁专业的劳动密集型现状 原 来听过范老师的报告 说国外发达国家的预制化水平很高 基本几个工人操纵 机器就可以完成大部分桥梁的施工 而且桥梁通过预制化道路 在工厂里面可 以更好的控制好施工质量 其养护条件 监控措施都比现场施工的要好 三 新材料 新工艺 新设备的使用 社会是不断向前进步的 历史也是不断向前发展的 科技水平也是不断提 高的 更多的新材料 新工艺 新设备将会使用到桥梁上来 历史前进的步伐 也证明了这点 桥梁设计必须积极采用新结构 新设备 新材料和新工艺 认真学习国外 的先进技术认真学习 从分利用国际最新科学技术成就 把学习外国和自己独 创结合起来 只有这样才能更好的贯彻适用 安全 经济和美学的原则 提高 我国桥梁建设水平 赶上甚至超过世界先进水平 比如说在预应力工艺还没有出来之前我们的桥梁的跨径是十分小的 也就 四几十米吧 使用预应力技术之后 一大批大跨度的桥梁应运而生 其跨度可 以达到七八十米 有了预应力技术之后 我们对钢筋又提出了更高的要求 抗 拉强度几百兆帕的不能满足工程上的要求 特别桥梁工程上的要求 因为预应 力损失还是比较大的 我们需要预应力筋的张拉控制应力更高 这对我们的材 料提出了更高的要求 所以随着材料科学的进步 高强钢筋逐渐应用在桥梁工 程上使用 当然还有高强混凝土的诞生 我们的桥梁的研究还应和其他的学科相结合 比如说计算机技术 材料科 学 航空技术等 在这些学科取得的成就积极的应用到我们的桥梁工程上来 通过与他们广泛的联系 这样能够避免我们的桥梁工作者少走弯路 四 可能会更加关注桥梁美学 其实 随着人们生活水平的提高 无论是那种桥型 简支梁 连续梁 悬 臂梁 乃至悬索桥 斜拉桥 人们对于桥梁造型 美学的要求可能也会越来越 高 要求我们造出来的桥梁更加 美 使人看起来更加 爽 达到这种效 果才符合未来人们对高品质生活 高品位生活的要求 美 主要表现在选型和谐与良好的比例 并具有秩序感和韵律感 过多的 重复会导致单调 但是我们的桥梁最好还是在满足功能的要求下 要求选用最 佳的截面形式 纯正 清爽 稳定 质量服从于美 美从属与质量 我们在 造桥的时候也要重视与环境的协调 材料的选择 表面的质感 特别是色彩的 运用起着十分重要的作用 美学在我们设计的过程当中一般只占用很少的时间 而对于设计的最终结果却是决定性的 所以对我们桥梁工作者提出了更高的要求 我们在保证结构安全的前提下 还 要十分主用对桥梁美学的控制 让我们造出来的桥梁为我们壮丽的山川和繁华 的而城市锦上添花 五 检测与加固 健康检测技术的发展技术 通过对目前我国铁路既有线简支梁桥在铁路提速中出现的主要问题及其原 因进行分析 发现主要是由简支梁桥横向刚度不足所致 并对目前简支梁桥的加 固方法进行了介绍 在此基础上对今后我国高速铁路建设中简支梁桥的截面形式 和结构形式提出了一些建议 有益于今后高速铁路桥梁建设 我国近阶段火车提速 还有新建的高铁 包括京沪高铁 沪宁高铁等 这 些对于方便广大人民的生活提到了很好的帮助 但