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.pdf

2 0 1 5年第 1 0期 铁道建筑 Ra i l wa y En g i n e e r i n g 文 章编 号 ： 1 0 0 3 1 9 9 5 ( 2 0 1 5 ) 1 0 0 0 3 1 0 7 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 牛 斌 ( 中国铁道科学研究 院 铁道建筑研究所 ， 北京 1 0 0 0 8 1 ) 摘要 ： 我 国高速 铁路 运 营里程 已经 占全球 1 2以 上 ， 预 制 架设 的 简 支梁桥 占我 国 高速铁 路 桥 的绝 大 部 分 ， 研 究预制架设大跨度简支梁对推动我 国高速铁路桥梁技术进步十分必要。本文的研 究及设计统计 结果表明， 对于高速铁路 简支梁设计， 跨度3 2 m 由基频限值控制， 随着跨度增大， 梁端转 角限值 的影 响越 来越 大。分析 不 同基 频 的 简支梁在 运 营列 车作 用下 的动 力 系数 发现 ， 大跨 简支 梁 车桥 动 力效 应 不 明显 。4 0 m 简 支梁试设计 证 明梁体 质量 可 以控 制在 1 0 0 0 t 以 内 ， 因此 目前 的运 架设备 通过 改造 可 以满 足其 运输 架设要 求。此 外 ， 在 一定 条件 下使 用 4 0 m 筒 支梁将 带来 巨大的 经济 效益 。 关键 词 ： 高速铁 路 大跨 度 简支 梁 容许 动 力 系数 中图分类 号 ： U 4 4 8 2 1 7 ； U 4 4 8 3 5 文献 标识 码 ： A D O I ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 3 1 9 9 5 2 0 1 5 1 0 0 6 国内外高速铁路桥梁主要采用简支梁结构 ， 其 中 预应 力混凝 土 简支梁 具有 受力 明确 、 构造 简单 、 耐久 性 好 、 施工 便捷 等优 点 ， 是 高 速铁 路桥 梁 的 主要 结 构 形 式 。 1 国 内外高速铁路桥梁概况 1 1 国外 高速 铁路 简支梁 13 本 、 德 国 、 法 国等 高速铁 路发达 国家 的简 支梁 桥 应 用情 况 如下述 。 1 ) 13本 ： 早期修建 的东海道新干线近 5 0 的桥梁 为钢 桥和结 合梁 桥 ， 后 期修 建 的几 条新 干 线 上 钢 桥应 用越 来越 少 ， 其 中东 北新 干线 混 凝 土桥 已 占 7 0 。 13 本新干线预应力混凝土简支箱梁最大跨度为 6 7 i n， 预 应力混凝土槽形梁最大跨度为 6 1 4 m， 简支 T形梁最 大跨 度为 4 9 m。 2 ) 德国： 高速铁路桥梁的标准跨度是 2 5 i n ， 4 4 I n 和 5 8 m。2 5 m跨 度 主要用 于高 架桥 ， 4 4 m 和 5 8 m跨 度主要用于山谷桥。近期修建桥梁主要采用预应力混 凝 土 简支 箱梁 ， 跨度 以 4 4 m为 主 ， 一般 采 用支架 法 、 移 动模 架法 、 顶推 法施 工 。 3 ) 法国： 高速铁路混凝土桥多采用预应力混凝土 收稿 日期 ： 2 0 1 5 - 0 8 一 O 1 ； 修 回日期 ： 2 0 1 5 - 0 9 0 7 基金项目 ： 中 国铁 路 总 公 司 铁道 科 学 技 术 研 究 发 展 中 心科 研 项 目 ( J 2 0 1 4 G 0 0 9 ) 作者 简介： 牛斌 ( 1 9 6 6 ) ， 男 ， 研究员 ， 硕士。 连 续梁 ， 截 面形式 主 要 为双 线 等 高 箱梁 ， 顶 推法 施 工 ， 跨度 4 0 8 0 i n ， 梁高 3 55 0 m。钢一混凝土结合梁 在法国高铁应用普遍 ， 约占桥梁总数的 7 0 。 4 ) 西班牙 ： 高速铁路桥梁主要为多片式预应力混 凝土 T梁和箱梁桥 ， 其 中跨度 2 6 6 m的 T梁横向为 5 片并 置 ， 梁高 为 2 0 5 m； 跨 度 3 8 i n的 T梁 横 向为 9片 并 置 ， 梁 高 2 1 0 m。 5 ) 意大利 ： 第一期高速铁路预应力混凝土箱梁跨 度为 2 0 2 5 m， 质量 5 5 0 t ， 工 厂集 中预制 ， 架桥机架 设 ； 第二期高速铁路 的桥梁为跨度 3 3 6 m单箱双室简 支梁 ， 整 孔预制 ， 先 张法 预施应 力 。 6 ) 韩 国： 京釜高速铁路 9 0 以上桥梁采用预应力 混凝土双线连续箱梁 ， 标准跨度为 2 5 I n和 4 0 m两种。 1 2 我 国高速 铁路 简支 梁 截 止 2 0 1 4年 底 ， 我 国 高 速 铁 路 运 营 里 程 超 过 1 6 0 0 0 k m， “ 四纵” 干线基本成型 ， 约 占世界高速铁路 运 营里程 的 5 0 ， 已拥 有 全 世界 规 模 最 大 、 运 营 速 度 最高 的高速铁路网。 我国高速铁路多采取“ 以桥代路” 策略 ， 各条高速 铁路 桥 梁所 占比例 均较 高 ， 其 中以跨度 3 2 m 预应 力混 凝土简支箱梁桥为主， 部分采用跨度 2 4 m简支箱梁 ， 少量 采用 跨度 4 0 ， 4 4 ， 5 6 m简 支箱 梁 。跨 度 3 2 m及 以 下箱梁主要采用沿线设制梁场集 中预制 、 架桥机架设 的方 法施 工 ， 跨 度 3 2 i n以上简 支箱 梁 主要采 用现 场浇 筑或 节段 拼装 的方 法施工 。 我国高速铁路桥梁里程 占线路里程的比例最高达 3 2 铁道建筑 8 2 ， 其 中常用跨 度 混凝 土 简 支 箱 梁桥 占桥 梁 总里 程 的 比例基 本在 8 0 以上 ， 最高 达 9 6 。我 国典型线 路 高 速铁路 简支 梁统计 情况 见表 1 。 表 1 我 国典型线路高速铁 路简支梁情 况统计 京津城 际 京沪 高铁 武广高铁 郑西高铁 石太 高铁 合武高铁 合宁高铁 甬 台 温 客专 温福客专 福 夏 客 专 8 2 9 3 6 0 7 2 4 40 331 4 6 1 9 2 1 3 发展 预制 大跨 度简支 梁的 意义 桥梁技术的发展和进步成为我国高速铁路建设工 程 中的重 大技 术突 破 ， 并形 成 了我 国 自有 的 技术 标 准 体 系 。随着 高速铁 路建 设 的发 展 ， 桥梁 设 计 理论 和建 设 技术也 在逐 步完 善 和发 展 ， 其 中基 于预 制 架设 施 工 模 式 的大跨度 预应 力混凝 土简 支箱梁 就是 其 中重要发 展 方 向之一 。 我国高速铁路建设规模大 ， 桥梁数量多， 设计 、 施 工 技术 成熟 ， 并依 托联 调 联试 工 作 积 累 了丰 富 的试验 数 据 ， 对于 高速铁路 桥 梁 的 建设 和发 展也 积 累 了充 足 的技术 储备 。根据 近年 来高 速铁路 常用跨 度预 应力混 凝 土 简支梁 的设计 和 试 验研 究 成 果 ， 我们 对 简 支 梁 的 设 计 理 论 有 了更 为 深 刻 的 认 识 ， 为 高 速 铁 路 ( 时 速 2 5 0 k m及 以上 ) 大跨 度预应 力混 凝 土 简支 梁 的进 一 步 发展 打下 了基础 。 高速铁 路跨 越河 流 、 沟 谷 的 高墩 桥 梁 以及 软 基 沉 陷地 区 的深 基础 桥梁 ， 下 部 结 构 造价 在 桥 梁 建设 费 用 中的 比重 较大 ， 大量 使用跨 度 3 2 m简 支梁 时经济性 较 差 ； 跨 度 3 2 m 时若 只能采 用原 位浇 筑 的简支 梁桥 或 者 连续梁 、 连续 刚构 桥 ， 经 济性 也 较 差 ， 且 质 量不 易 控 制 。发展 跨度 4 0 m 及 以上 预应 力混凝 土简 支梁 ， 并采 用 集 中预 制 、 运 梁车 移 运 、 架 桥机 架 设 的施 工 模 式 ， 将 显 著 提 高 桥 梁 的 经 济 性 。 我 国 高 速 铁 路 发 展 跨 度 4 0 m及 以上 、 采 用预制 架设 施 工模 式 的预应 力 混凝 土 简 支梁技 术 ， 不但能 够提 高简支 梁桥 的跨越 能力 ， 还能 够 扩大 简支梁 桥 的适 用 范围 ， 并 具有一 定 的技术 、 经济 优 势 。 2 既有高速铁路简支梁设计与使用情况 2 1设计 参 数及控 制指标 对 于我 国高速 铁路 用量 最 大 的跨度 3 2 m 预 应力 混 凝 土简支 箱 梁 ， 高 速 铁 路 运 营 活 载 静 态 效 应 ( 动 车 组 ) 约 为设计 活 载 静 效 应 的 3 5 4 0 ， 桥 梁 结 构设 计 控 制指标 已 由强度变 为 刚度 。桥 梁结 构 的变 形 和变 位 限值 主要 是为保 证桥 上轨 道结构 受力 安全性 和稳 定 性 ， 同时满 足列 车高速 运 行 条件 下 行 车 安全 及 乘 车 舒 适 的要求 。根据 现行 规 范 ， 高 速铁 路 桥 梁 刚度 设 计 参 数应 满足 如下要 求 。 1 ) 竖 向挠度 梁部结构在 Z K竖 向静活载作用下， 梁体 的竖 向 挠度 不应 大于 表 2所 示 限值 。 表 2梁体竖 向挠度 限值 2 ) 梁端转 角 对于采用无砟轨道的桥梁 ， 由于梁端竖 向转角使 得 梁缝 两侧 的钢轨 支点 分别产 生钢 轨 的上拔 和下压 现 象 。当上拔 力大 于钢轨 扣件 的扣压 力时 将导致 钢轨 与 下垫板 脱开 ， 当垫 板所 受 下 压力 过 大 时 可 能导 致 垫 板 产生破坏。对于采用有砟轨道 的桥梁， 还要保证桥梁 接缝 部位有 砟道 床 的稳 定性 。梁端 转角 规定 见表 3 。 表 3 Z K 竖向静活载作 用下梁端竖 向转角 限值 0 1 5 a0 5 5 n l 诈 桥 台与桥梁之间 8 1 O O 5 5 m n0 7 5 m 无 砟 每 u m 。 m 轨道0 l+0 23 0 00 5 5 m 相 邻 两 孔 梁 之 间 口 ： + ： 2 0 o 5 5 m 。 o 7 5 注 ： 表中 a为梁端悬 出长度。 3 ) 竖 向自振频率限值 研究表明梁体固有频率过低将导致高速列车通过 时产生 较大振 动或 共振 ， 频率 过 高 时 桥上 轨 道 不 平顺 引起 的车辆动 力 响应 明显 增 加 ， 因此 对 简支 梁 竖 向 自 振 频率 提 出限值 。对于 运行 车长 2 4 2 6 m 的动车 组 、 3 2 r n混 凝土 及 预应 力 混 凝 土 双 线 简 支 箱 梁 ， 给 出 了不需要进行 车桥耦合 动力 响应分析 的 自振频 率限 值 。同时 ， 研究发现对于跨度 4 0 m及 以上 的简支梁 ， 蚰 盯 醯 如 卯 7 8 2 0 7 7 8 8 5 2 9 3 6 8 7 7 8 9 8 9 8 4 9 2 8 4 勰 勰 2 0 1 5年第 l 0期 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 3 3 由于长列 荷载 的影 响 ， 动 力荷 载产生 的突 变效应 减 弱 。 高速铁 路 桥 梁 设 计 的控 制 性 参 数 与 桥 梁 跨 度 有 关。研究发现 ， 选取跨度 2 O ， 2 4， 3 2及 4 0 m的简支箱 梁 ， 每种跨 度 的简 支 梁 分 别 选 取 2 1种 不 同尺 寸 的 截 面 ， 二期恒 载统 一按 1 8 0 k N m来 计 算 梁体 竖 向基 频 ， 以此研究 分析 不 同刚度设 计 参 数 间 的关 系 。跨 度 3 2 ， 4 0 m简支梁梁端转角与跨挠 比( 双线静活载) 、 梁体竖 向基 频之 间 的关系 分别见 图 1和 图 2 。从 图中 拟合 函 数及相关系数可以看出， 不同刚度 限值间呈幂 函数对 应关 系 。 图 1 跨度 3 2 m简支箱梁刚度限值关系对 比 8 蒸 车 4 蓦 。 图 2 跨度 4 0 m简支箱梁刚度限值关系对 比 根据不同刚度限值对应 函数关系 ， 梁端转角和基 频满足要求前提下其它刚度参数情况见表 4和表 5 。 表中 3 2 m及 以下跨度简支梁基频取现行规范 中不需 要动力检算 的下限值 ， 4 0 r n箱梁基频取现行规范中公 式计算的下限值 ， 梁端悬 出长度按预制架设模式统一 取 0 5 5 m， 梁端转角限值取 1 51 0 r a d 。 表 4梁端转角满足限值情况下简支箱梁挠跨比及 自振 频率 表 5 基频满 足要 求的情况下简 支箱梁挠跨 比及梁端转角 综上分析可以看出： 梁体竖 向刚度满足梁端转 角限值或满足基频限值 的情况下， 挠跨 比远小于规范 规定的 1 1 6 0 0， 挠跨 比不控制梁体设计 ； 跨度 3 2 m 及以下的预制简支梁， 基频为梁体设计控制指标 ； 跨 度 4 0 m预制简支梁 ， 基频和梁端转角的对应关系接 近 ， 梁体设计控制指标在基频和梁端转角方 面差别较 小 ， 可实现箱梁经济性设计 。 2 2实梁 设计 状况 以我 国高 速铁 路跨度 3 2 ， 4 0 m预应 力混 凝 土简支 箱梁为代表 ， 分析了既有简支梁的设计情况。 2 2 1 跨 度 3 2 m 简 支箱梁 我国高速铁路跨度 3 2 m预应力混凝 土简支箱梁 ( 通 用参考 图 ) 设 计参 数统 计情 况见 表 6 。高 速铁 路 有 砟 、 无砟桥面双线箱梁二期恒载设计值分别为 2 0 6 5 2 1 1 0 k N m和 1 2 0 01 8 0 0 k N m， 受 二 期恒 载 影 响( 不同无砟轨道类型、 直 曲线及有无声屏障等 ) ， 同 一 图号 的无 砟简 支箱 梁 基频 和 残余 徐变 拱 度略 有 差异 。 对于设计时速 3 5 0 k m高速铁路 3 2 m无 砟轨道 预应 力混 凝 土双 线 简支 箱 梁 ， 预 制 梁 的 梁 端 转 角 、 基 频的设计参数与规范参数 比值分别 为 5 3 ， 1 0 1 1 0 8 ， 现浇梁相应的两者 比值分别为 7 0 和 1 0 6 1 1 4 。 2 2 2跨 度 4 0 m 简 支箱 梁 时速 3 5 0 k m高速铁路无砟轨道后张法 预应力混 凝土双线简支箱梁( 图号 ： 叁桥通 2 0 0 8 2 3 2 6 - I V) ， 计 算跨度为 3 9 1 m， 施工方法为原位现浇 ， 截 面中心梁 高 为 3 。 7 5 m， 桥 面宽度 为 1 2 0 i n ， 质量 1 1 3 0 t ， 主要 设 计参数见表 7 。 3 4 铁道建筑 O c t o b e r ， 2 0 1 5 客运专线 无 砟L 5 1 3 2 0 8 0 3 5 0 Z K活载 通桥 ( 2 0 0 8 ) 2 3 2 1 A一 有砟L 5 2 7 8 0 7 6 通桥 ( 2 0 0 8 ) 2 3 2 2 A V I 无砟L 5 2 9 8 0 7 0 2 5 0 中一活载 ( 2 o o 8 ) 2 2 2 1 a V 2 0 0 8 2 2 2 1 A U 通桥 ( ) - 有砟L 3 9 1 3 1 O 0 有砟L 4 0 7 1 1 0 0 l 2 O 0 1 4 0 0 1 6 O 0 l 8 O O 5 0 7 4 9 5 4 8 4 4 7 3 4 68 5 3 3 5 2 0 5 0 7 4 95 4 4 0 4 5 2 4 7 6 4 7 6 4 7 6 4 7 6 4 7 6 4 7 6 4 7 6 4 7 6 4 7 6 38l 3 81 通桥 ( 2 0 0 8 ) 2 2 2 9 - I 有砟L 3 6 9 8 0 8 7 城际铁路 2 5 0 z K活载 通桥 ( 2 O O 8 ) 2 2 2 9 一 无砟 L 3 7 9 5 0 8 3 3 9 O 4 8 0 4 6 3 4 4 8 4 3 5 4 2 2 41 1 表 7跨度 4 0 m简支梁设计情况 对 于设计 时速 3 5 0 k m高速铁 路跨 度 4 0 i n无 砟轨 道预应力混凝土双线简支箱梁 ， 梁端转角 、 基频的设计 参数与规范限值的比值分别为 6 2 和 1 3 9 。 2 2 3 对 比分析 1 ) 高速 铁 路 各 种 箱 梁 的 挠跨 比设 计 值 远 小 于 规 范 规定 的限值 。 2 ) 跨度 3 2 m箱梁的竖向基频设计值稍大于规范 规定的基频限值， 梁端转角富余度较高 ， 基频 限值控制 箱 梁 的设 计 。 3 ) 跨度 4 0 m梁与跨度 3 2 m梁的梁端转角设计值 与规范限值的比值基本相当， 4 0 m梁基频设计值与规 范限值的比值大于 3 2 IT I 梁的相应比值 ， 跨 度 4 0 m梁 的竖 向基频 有较 大优化 空间 。 2 3实梁测 试结 果 根据高速铁 路桥梁联 调联试 的测试结 果 ， 跨 度 4 0 m简 支梁实 测结果 见 表 8 。 表 8 高速铁路跨度 4 0 m 箱梁测试 结果统计 将高速铁路常用跨度简支梁设计情况和实测结果 对 比可知 ： 1 ) 挠 跨 比不 是 梁 体设 计 控 制 指 标 ， 跨 度 3 2 m 以 下 的简支 梁 的设计参 数 由基频控 制 ， 跨 度 4 0 m 的简支 梁基 频和 梁端转 角 的影 响接近 。 2 ) 高速铁路各种箱梁 的挠跨 比设计值小于规范 规定的限值。跨度 3 2 m箱梁竖 向基频设计值稍大于 规范规定 的基频限值， 跨度 4 0 m箱梁基频设计值与规 范限值的差别较大 ， 有较大的优化空间。 3 ) 从设 计 和运 营指 标 测试 结 果来 看 ， 我 国高 速铁 路发展跨度 4 0 m及以上 的预应力混凝 土简支箱梁技 术 可行 。 3 大跨度简支梁适用性分析 我 国高速铁路桥梁建设过程中 ， 虽然有节段预制 拼装混 凝土 简支梁 、 现 浇混凝 土简支 梁 、 钢一 混组合 结 O O 0 O O 5 5 1 0 O O 0 6 6 堪 加 加 O 0 O 0 0 O O 9 0 O O O 0 0 加 m H 博 2 0 1 5年第 l 0期 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 3 5 构简支梁 、 钢结构等跨度较大简支梁桥的工点应用 ， 但 都不 具备 整孔 预制架 设施 工方 法 的现代 工业标 准化 生 产优 势 。通过 研究发 现 ， 实现 采 用 预 制架 设 施 工 方 法 的跨度 4 0 m及 以上预应力混凝土简支梁的推广应用 ， 可以进一步提高我国高铁预制架设简支梁的跨越能力 和适 用 范围 ， 技术经 济效 益 明显 。 3 1设计 参数 分析 大跨度简支梁的各项受力性能指标主要由刚度控 制 ， 由此提出“ 容许动力系数” 来评判大跨度简支梁刚 度取 值 的合理 性 。 容 许 动 力 系 数 = 盐 堑 童 霎 蓍 幽 大跨度简支梁竖向刚度不同时， 运营车辆作用产 生 的运 营动力 系数 不 同 ， 梁体 竖 向基 频是 主要 的 影 响 因素 。但运营动力系数必须满足： 运营动力系数 运 营车 辆静效 应 X运营 动力 系数 。 大跨 度简 支梁 竖 向刚度取 值 研 究 流程 见 图 3 。选 取 4 0， 4 8 ， 5 6， 6 4 m简支梁进行容许 动力系数分 析， 在 运营车辆作用下跨度 4 0 ， 4 8 ， 5 6 ， 6 4 m简支梁的最小容 许动力系数分别为 3 0 6 2 ， 3 0 2 7 ， 2 8 7 4和 2 7 3 3 。 设 计 活 载 静 效 应 设 计 动 力 系 数 简支梁跨 运 营 活 载 静 效 应 设计效应I l 运营效应 设计 运营 综合研究确定 调整梁体基频或 增大活载图式或 增大动力系数 图 3 大跨度简支梁竖向刚度取值研 究流程 以跨度 4 0 I n简支 梁 为例 ， 分 析不 同基频 的简 支梁 在运营列车作用下 的动力 系数 分布情况 。基频 1 2 0 Hz 范围内跨度 4 0 I n简支梁在不同速度级下的最大 动力系数见图 4 ， 研究结果发现最大动力系数均远小 于容许动力系数 。不同基频条件下跨度 4 0 m简支梁 的运 营动 力系 数 随 列 车 速度 的关 系见 图 5 ， 结 果 表 明 跨度 4 0 m简支梁接近车长的 1 5倍 ， 有效避开了 1阶 共 振 点 ， 车 桥动 力响应 较小 。 图 4 跨度 4 0 m简支梁不同基频下 最大动力系数 4 5 4 0 3 5 2 0 1 5 1 0 0 l O O 2 0 0 3 0 0 4 0 0 列车速度 ( k m h ) 图 5 不同基频条件下跨度 4 0 i n简支 梁动力系数分 布 分析表明， 跨度 4 0 m简支梁设计受基频控制的影 响较小 ， 箱梁设计思路可以从跨度 3 2 m简支梁的竖向 刚度( 基频 ) 控制设计转变为强度 和竖 向刚度 ( 基频、 梁 端转 角 ) 共 同控制 设计 。 3 2 简 支梁试 设计 根 据实 际工程 现场 条件 和应 用需求 ， 参 照 4 0 m简 支 梁通用 参考 图 ( 图号 ： 叁 桥通 ( 2 0 0 8 ) 2 3 2 6 1 V) ， 开 展 跨度 4 0 I n预制架设简支梁 的试设计。桥面宽度参考 最 新简 支梁通 用参 考 图选 为 1 2 6 m； 腹板 厚 度 考 虑 2 种 ， 一种 与通 用参 考 图一致 为 4 5 c m， 另一 种 考 虑采 用 大吨位锚具技术将腹板减为 3 6 c m。通过变化腹板高 度使梁高在 2 6 4 0 m变化( 逐级增加 0 1 I T I ) ， 共拟 定 3 0种截面， 来分析不 同截面跨度 4 0 1T I 箱梁的刚度 设计值 。跨度 4 0 m箱梁不 同刚度指标与梁高的关 系 见 图 6和 图 7 ， 跨 中截 面示 意 图见 图 8 。 Z 醐 图 6跨度 4 0 I n箱梁基频与梁高关系 计算分析结果表明： 对于跨度 4 0 I n简支梁 ， 腹板 从 4 5 c m减薄为 3 6 c m对梁体基频和梁端转角影响很 小。 在跨度 4 0 m简支梁满足规范基频限值( 2 6 6 H z ) 频 一 麟 一 确 一 3 6 铁道建筑 I。 一 X 援 磐 襄 l 图 7 跨度 4 0 m箱梁梁端转角与梁 高关 系 ( a ) 腹板 厚度4 5 0 m m ( b ) 腹板厚度3 6 0 mm 图 8 跨度 4 0 m简支梁跨 中截 面示 意( 单 位 ： m m) 情况 下 ， 梁 高需不 小 于 2 8 m。 在跨 度 4 0 m 简支 梁 满 足 1 5 o 的梁端 转 角 限 值 情 况 下 ， 梁 高 需 2 7 m。 综合考虑各种指标 ， 跨度 4 0 m简支梁的梁高控制在 3 1 m左右时 ， 单孔梁质量可以控制在 1 0 0 0 t 以内。 若单孔梁质量需进一步降低 ， 应考虑梁体截面型式 的进一步优化和桥面附属设施的轻型化。 跨度 4 0 m 简 支 梁 初步 设 计情 况见 图 9 、 图 1 0和 表 9， 表 9中各项设计指标均满足规范要求。 图 9 跨度 4 0 m简支梁 截面布置 ( 单位 ： m m) 图 1 0 跨度 4 0 m简支梁立面布置( 单位 ： m m) 表 9跨度 4 0 n l 简支梁主要设计参数 3 3运 架能 力分析 高速 铁路 的发展 带动 了我 国工程 机械行 业 的飞跃 进步。目前高速铁路跨度 3 2 i n整孔预制混凝土箱梁 使用的载重 9 0 0 t 轮胎式平板运梁车技术发展成熟 ， 其 液压 驱动 、 液 压悬 挂 和液 压 转 向技 术 使其 可 在 窄 小 场 地 等 复杂路 况 下 执 行 任 务 ， 并具 有 自动 辅 助 驾 驶 、 遥 控 、 防撞和故障诊断等智能化控制系统 ， 可完成运梁作 业、 架梁作业 、 架桥机转场和穿越高速铁路 隧道等任 务。架设跨度 3 2 m双线简支梁的 9 0 0 t 架桥机 ， 可以 适应高速铁路架设全部工况 ， 是集机、 电、 液、 控 、 桥等 多学 科跨专 业 的架设装 备 。 针对跨 度 4 0 m整 孔预 应力 混凝土 箱梁 ， 质量 可 以 控制 在 1 0 0 0 t 左 右 ， 相 关运 架设 备 生产 单位 能 够制 造 出适 应跨 度 4 0 m简支 梁 的运架设 备 ， 也 可 以通过 改造 目前适应跨度 3 2 m箱梁 9 0 0 t 运架设备来实现运架跨 度 4 0 m简 支梁 。初 步 测 算 ， 为 了适 应 1 0 0 0 t 左 右 的 跨度 4 0 m 箱梁 ， 改 造 9 0 0 t 运 梁车 增 加费 用约 3 0 0万 元 ， 改造 9 0 0 t 架桥 机增 加 费用 约 2 7 0万 元 ， 相 比较 于 运 架设 备 的购 置费 用 ， 均摊 后 的改造设 备 费用较 小 ， 并 可以避 免既有 设备 的闲置 。 3 4经 济性对 比分 析 以某在建高速铁路典型 区段为代表工点 ， 开展了 跨度 4 0 m预制简支梁的经济性研究 ， 选取对象为一般 段落桥梁。分析结果表明： 1 ) 抗震设 防 类 别 的 选 用 对 桥 梁 的 工 程造 价 影 响 较大 ， 主要 影响下 部结 构造价 。跨 度 4 0 m预制 简 支梁 规模 化应用 后 ， 重要性 及震后 修 复 困难程 度将 降低 ， 应 研究其抗震设 防类别设置的合理性 。为降低高烈度地 震区大跨度简支梁的造价 ， 应积极研究采用有效 的减 隔震措施 ， 降低地震作用。 2 ) 按现行抗震设计方法 ， 在抗震设 防等级较低 的 常规地段和高墩 、 深基础地段 ， 跨度 4 0 m预制简支梁 与跨 度 3 2 m预制 简支梁 相 比具有 经济优 势 。 3 ) 我 国高速铁路 常规地段 的抗震设 防类别 多数 在 7度及 以下 ， 跨 度 4 0 m 预 制简支 梁 与 现行 3 2 m 预 8 6 4 2 O 8 6 4 2 O 2 2 0 1 5年第 1 O期 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 3 7 制简 支梁相 比 ， 规模 化 应用 后 在 直 接 造价 方 面 具 有 一 定 的经济 优势 。 4 ) 采 用跨 度 4 0 m 预 制 简 支梁 ， 可 减 少 制 、 运 、 架 作业班次 ， 提高生产效率 ， 间接效益明显。若综合考虑 直接造价和间接效益， 跨度 4 0 m预制简支梁桥规模化 应用 后 的综合造 价预 期可 降低 3 左 右， 经济优 势 显 著 。 4 结 语 根据高速铁路预制后张法预应力混凝土大跨度简 支梁技术可行性和经济性对 比分 析研究结果 ， 得出结 论如 下 ： 1 ) 高 速铁 路 跨度 4 0 m简 支梁 的设计 控 制 指标 已 从 跨度 3 2 m 简支 梁 的刚度 ( 基频 ) 控 制 转 变为 强 度 和 刚度 ( 基频 、 梁端 转角 ) 共 同控制 。 2 ) 跨 度 4 0 m 预制 简 支梁 的梁 高 设计 可 以控 制 在 3 1 m左右 ， 单孔梁质量可以控制在 1 0 0 0 t 以内。该 梁高与既有跨度 3 2 11 1 简支梁的梁高接近 ， 便于桥梁跨 度 布 置及美 观设 计 。 3 ) 无论 是 研 制 新 的运 架 设 备 还 是 对 既 有 的 运 架 设备进行改造 ， 均可满足跨度 4 0 m预制简支梁的制 、 运 、 架 施工 要求 。 4 ) 高速 铁 路跨 度 4 0 m 的预 制 简 支 梁 桥 ， 在 墩 高 1 0 m左 右 的常规 地段综 合 造价 与 跨度 3 2 m简 支 梁 桥 相 比具有一定经济优势 ， 在高墩、 深基础等下部结构费 用较高的地段综合造价与跨度 3 2 m简支梁桥相 比经 济 优势增 加 。 5 ) 采 用跨 度 4 0 m 预制 简 支 梁 桥 ， 可 提 高 桥 梁 的 跨越能力、 增加桥跨布置的适应性 、 减少墩台基础的数 量 、 扩大简支梁桥 的适用范围 ， 并可减少施 工作业班 次 、 提高生产效率 ， 工程建设实际意义显著。 参 考 文 献 1 中华人 民共 和 国铁道部 T B 1 0 0 0 2 1 2 0 0 5 铁路桥 涵设 计基本规范 S 北京 ： 中国铁道 出版社 ， 2 0 0 5 2 中华人 民共和 国国家铁 路局 T B 1 0 6 2 1 -2 0 1 4 高速 铁路 设计规范 s 北京 ： 中国铁道 出版社 ， 2 0 1 5 3 中华人 民共 和 国铁道部 T B 1 0 0 0 2 3 2 0 0 5 铁路桥 涵 钢 筋混凝土和预应力混凝土结构设计 规范 s 北京 ： 中 国铁 道 出版社 ， 2 0 0 5 4 胡所亭 ， 牛斌 ， 柯在 田， 等 高速铁路常用跨度简支箱梁优 化 研究 J 中国铁道科 学 ， 2 0 1 3 ( 1 ) ： 1 5 2 1 5 牛斌 ， 胡所亭 ， 魏峰 ， 等 我 国高速铁路预应力混凝土箱梁研 究与应 用 c 第 十九 届 全 国桥 梁 学 术会 议 论 文 集 ( 上 册 ) 上海 ： 中国土木工程学会桥梁及结构工程分会 、 上海市 城乡建设和交通委员会 ， 2 0 1 0 6 蔡 超勋 ， 胡所亭 ， 牛斌 ， 等 3 2 m 双线简支 箱梁在对 开列 车 作用下梁体竖 向动力响应规律 研究 c 第 二十届全 国桥 梁学术会议论文 集 ( 下册 ) 上海 ： 中国土 木工 程学会 桥 梁 及结构工程分会 ， 2 0 1 2 Re s e a r c h o n p r e c a s t i ng o f l o n g - s p a n s i mp l y- s u p p o r t e d p o s t - p r e s t r e s s e d c o n c r e t e g i r d e r NI U Bi n ( R a i l w a y E n g i n e e r i n g R e s e a r c h I n s t i t u t e ， C h i n a A c a d e m y o f R a i l w a y S c i e n c e s ， B e i j i n g 1 0 0 0 8 1 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： Ov e r a h a l f mi l e a g e o f h i g h s p e e d r a i l wa y a l l o v e r t h e w o r l d i s b u i l t i n c h i n a T h e ma j o r i t y o f h i g h s p e e d r a i l wa y br i dg e e mpl o ye d s i m p l y s u p po r t e d g i r d e r s whi c h we r e pr e c a s t i n f a c t o r y s a n d e r e c t e d in。 s i t e The s t udy o n l o ng - s pa n s i mpl y- s up p or t e d g i r d e r wa s i mpo r t a n t f or the de v e l o pme n t o f Ch ina h J g h s pe e d r a il wa y b r i dg e t e c hn i q ue I n th i s p a pe r ， i n ve s ti g a t i o n a nd s t a ti s t i c a l a na l y s i s o f hi s p e e d r a i l wa y b r i dg e d e s i g n s ho ws tha t th e f u nd a me n t a l fr e q u e n c y l i mi t wa s the mo s t i mp o r t a n t d e s i gn f a c t o r f o r t h e gir d e r w h i c h s p a n i s w i t h in 3 2 m Wi th the i n c r e a s e o f s pa n， th e a n g l e l i mi t i s g e t ti ng m o r e i mpo r t a n t Dyn a mi c r e s p on s e i s no t s i gn i f i c a nt th r o u g h a na l y s i s o f im pa c t f a c o t r o f s i mp l y s u p p o r t e d gi r d e r s w i th d i ff e r e n t fun d a me n t a l e q u e n c y a n d u n d e r the a c t i o n o f h i g h s p e e d t r a i n T h e we i g ht o f 4 0 m g i r de r m a y b e c o nt r o l l e d wi thi n 1 0 0 0 t ， s a ti s f yh a g the c u r r e nt r e q ui r e me nt o f t r a ns p o r t a t i o n a n d e r e c t i o n Be s i d e s ， i t ma y b r ing h ug e e c o n omi c be ne f i t s K e y w o r d s ： Hi g h s p e e d r a i l w a y ； L o n g s p a n s imp l y s u p p o r t e d gi r d e r ； A l l o w a b l e imp a c t f a c t o r ( 责任审编赵其文)