客运专线连续梁－框架墩体系几个问题的探讨

2012-11-27宋顺忱吴大宏

铁道标准设计 2012年5期

宋顺忱，吴大宏

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300142)

1 概述

客运专线铁路曲线半径大、技术标准高，与既有铁路、道路、管线等小角度交叉常常不可避免，用小跨度梁和框架墩结构代替常规大跨桥梁结构跨越，能有效降低结构高度，节省工期和造价，具有明显的技术经济优势。目前，框架墩-简支梁在速度不超过160 km/h的铁路上应用较多，但在铺设无砟轨道的客运专线桥梁上的应用尚缺乏研究。

某客运专线上跨京山线斜交角度12°11'，拟采用7-16 m连续梁-框架墩方案跨越，平面布置见图1。地震烈度为8度。

图1 平面布置(单位:cm)

2 结构体系刚度的影响因素

连续梁-框架墩结构为空间结构，其结构刚度取决于梁、框架墩横梁、框架墩立柱、基础等各部位的集成刚度。

对不同框架墩立柱刚度、横梁刚度、主梁刚度下的体系整体刚度进行分析，研究各部位刚度对连续梁－框架墩结构体系的整体刚度的影响。主要计算结果见表1。

表1 静活载作用下主梁跨中竖向变形及梁端转角

由表1可以看出，主梁刚度对结构体系的竖向刚度、扭转影响最大，是控制总体变形的主要因素;框架墩横梁的刚度对结构竖向刚度影响也较大，立柱刚度对结构竖向刚度的影响相对较小。

3 结构体系空间分析

建立连续梁-框架墩体系的整体空间模型，对各种工况下的结构变形、变位等进行分析。分析过程中充分考虑恒活载效应、CRTSⅡ型轨道板纵向力、不均匀温度场、不均匀沉降等因素的影响。

3.1 结构变形分析

各种荷载工况下连续梁-框架墩体系的主要变形见表2。

表2 各种工况下体系变形

由表2可以看出，静活载作用下结构的变形较小，而连续梁－框架墩体系对不均匀温度变化比较敏感，温度是控制结构变形的主要因素。结构在各种荷载工况下的变形均可满足《高速铁路设计规范》(TB10621—2009)要求。

3.2 基础沉降对体系变形的影响分析

由于连续梁-框架墩体系为空间受力结构，基础的不均匀沉降不仅产生竖向折角，而且两墩柱之间的不均匀沉降将产生横向折角和扭转变形。对体系在恒载作用下的工后沉降及不同的不均匀沉降值对结构变形的影响进行的空间计算分析，结果表明:不均匀沉降对结构变形影响很大，3 mm的不均匀沉降要比静活载产生的梁体竖向变形大得多，5 mm的不均匀沉降产生的梁体横向变形和全部横向力的效应相当。

因此，对于连续梁-框架墩结构，基础的不均匀沉降是控制轨面变形的重要因素，设计中应根据地质条件，充分考虑两墩柱的恒载差异，严格控制基础不均匀沉降值。

4 结构体系轨道板、梁、墩共同作用分析

连续梁-框架墩结构是一个空间受力体系，框架墩横梁上的支座相当于连续梁的一个弹性支撑点，且各个支撑点在横梁上的位置不同，使各支撑点的竖向刚度不同，因此需对连续梁-框架墩结构进行钢轨、轨道板、梁、墩共同作用进行分析，研究不同的基础竖向刚度、基础不均匀沉降、桥墩扭转变形、制动力、温度力等条件下轨道系统的受力与变形。

CRTSⅡ型板式无砟轨道为纵连体系，底座板和桥面间通过滑动层隔离，纵向只在桥梁固定支座上方设置剪力齿槽与梁体进行连接，使作用在底座板内的纵向力可以通过固定支座直接传入桥墩。钢轨、轨道板、梁、墩共同作用模型见图2。