铁路框架简支板桥的研究

刘彦文,浑铁链

(铁道第三勘察设计院集团有限公司,天津　300142)



铁路框架简支板桥的研究

刘彦文,浑铁链

(铁道第三勘察设计院集团有限公司,天津300142)

摘要：新建铁路与既有铁路小角度交叉,一般采用框架墩+简支梁的桥跨形式,但是框架墩结构高度高,本文提出的框架简支板桥能够很好地解决这个问题,并且从施工和设计角度论证了工程的可行性。研究结果：框架简支板在设计上强度、刚度满足规范要求,施工可行,具有较好的经济价值,值得推广应用。

关键词：框架简支板；铁路桥；小角度交叉；研究

1概述

随着铁路事业的发展，铁路与铁路的立交越来越多，由于受曲线半径的限制，经常出现铁路之间的立交采用很小角度交叉的情况。在新建铁路跨越既有线路的情况下，铁路桥的结构特点决定了铁路之间的小角度立交，没有很理想的结构形式来解决。在条件允许的情况下，可以采用大跨度的连续梁，而在实际工程中，往往采用框架式桥墩。但是框架式桥墩也有着明显的缺点，比如结构高度较高，比如横梁的现浇施工对既有线运营干扰大。为了解决这个问题，笔者研究了框架简支板桥，这种结构可以明显地降低桥梁的结构高度，降低结构施工对既有线运营干扰，并且相较于框架墩，工程造价不会显著增加，甚至有所减少，并且设计周期、施工难度都有所降低。

2桥式简介

现以某铁路交叉为例，介绍此桥梁形式。新建铁路与既有铁路均位于曲线上，交叉角度13°，新建铁路货运线，设计速度目标值为80 km/h，经过检算，实际运营速度不超过50 km/h，既有铁路为繁忙铁路干线，运营速度为160 km/h。结构如图1～图3所示。

图1　结构平面(单位：cm)

图2　结构立面(单位：cm)

图3　结构横截面(单位：cm)

图1中斜向实线为新建单线铁路，水平向细实线为既有单线铁路，在既有线两侧设单排桩接柱，柱顶设纵向盖梁，形成框架结构，为增加框架的整体性，柱中间部位设系梁，盖梁顶设简支的横向的板梁，为减小板梁自重，板梁设计宽度为1.0 m。

为减小结构的内力，沿线路方向每12 m长度为一个结构单元，每个单元含3个墩柱，12片板梁。

既有线两侧设钻孔桩接墩柱，考虑施工及接触网支柱安全要求，钻孔桩中心至线路中心线设计为6 m，板梁底部距离建筑限界预留20 cm安全距离。

3框架简支板桥的可行性

3.1设计强度、刚度可行性

由于结构的各个部位均比较小巧，故刚度、强度有可能成为其可行性的控制因素。初步拟定桩、柱的直径均为1.5 m，系梁的截面尺寸为1.5 m×1.5 m，盖梁的截面尺寸为2.0 m×1.5 m，为便于施工，结构的各个部位均采用钢筋混凝土而不设预应力。根据以上设计，截取一个12 m长结构单元，采用midas软件建立模型，如图4所示。

图4　结构单元模型

模型简介：边界条件，根据地质条件计算桩基的刚度，墩柱弹性支承在桩上，板梁与盖梁弹性连接，根据摩擦系数计算弹性连接系数；荷载，考虑板上的道砟及桥面系自重，列车活载，结构整体的温度力、混凝土收缩徐变、地震力、不均匀沉降、风力、长钢轨作用力等。

结构计算结果：刚度检算，在横向荷载作用下，横向的桩顶位移为0.008 m，如果结构两端与16 m简支梁相接，水平折角最大为0.56‰<1.5‰，横向刚度为310 kN/cm，满足《铁路桥涵设计基本规范》第5.3.3条规定，纵向刚度远大于横向，亦满足规范要求；板的配筋计算：板的底面布置抗弯钢筋，经计算每块板布置12根φ28 mm的HRB400钢筋；框架的配筋计算：框架的各个部位受力比较均匀，经计算，总体配筋与混凝土的比例小于100 kg/m3，在一个合理的范围内。计算结论：结构尺寸设计合理，工程可行。

3.2施工可行性

钻孔桩的施工可行性：根据对已有既有线施工工程的调查，有距离线路中心线6.0 m的成功施工实例，并保证了既有线的运营安全不受影响，所以桩基施工是可行的。

钻孔桩施工完成后，墩柱的施工不需要大型的施工机械，对线路运营影响降低，所以墩柱的施工不是控制因素。

梁板的架设：本结构梁板厚度及宽度均为1.0 m，长度13 m，自重为325 kN，采用汽车吊进行吊装，简单快捷，工程可行，并且相比较现浇结构，施工进度更快，对既有线运营干扰更小。

3.3运营可行性

此桥式为板梁上铺设道砟，并设置桥面系，与一般的盖板涵顶部构造相同，与盖板涵区别是，盖板涵两侧接路基，当板顶填土很低时，涵洞与路基的刚度差较大，造成行车的舒适度降低，并可能形成列车对结构的冲击，而本桥式两端与梁桥相接，轨道刚度差较小，可以避免小填土盖板涵的缺陷，所以此桥式在运营要求上是可行的。

4框架简支板桥与相近桥式的技术比较

铁路的小角度交叉多采用框架墩桥式，亦有空间刚架桥式，前者还有多种结构形式，如普通的混凝土横梁框架墩、钢横梁框架墩、牛腿式框架墩、十字梁框架墩。

普通的混凝土横梁框架墩，梁部施工需现浇，施工时需占用竖向空间，加之横梁的结构及支座高度，总高度超过5 m，远超本桥式，在线路纵断面受控制的情况下，有可能造成线路方案的不可行，或者增加线路高度，引起其他的工程量大大增加，经济上差距明显。

钢横梁框架墩，横梁采用吊装方式架设，相较于普通框架墩，节省了施工空间约1 m多，但是结构高度并未减少，对降低线路纵断面没有质的改变，且钢结构日后的养护维修工作多，对铁路运营干扰多。

牛腿式框架墩，相较于以上两种桥式结构上更低，但是也需要现浇施工，总高度仍然接近4.0 m，不能够大幅度降低线路高度，没有明显优势。

十字梁框架墩，类似于牛腿式框架墩，但是结构复杂，受力复杂，设计计算的工作量很大，施工时对既有线的干扰也更大，不利于标准化的设计施工。

空间刚架，结构要求总高度可以进一步降低，但是相较于简支板，空间刚架施工仍然是在既有线上的现浇，有施工空间要求，并且此桥式为多维超静定结构，结构复杂，受力复杂，不便于标准化作业，不便于推广。

综上，框架简支板桥式梁部高度大大降低，板梁施工对既有线干扰小，结构简单、受力简单、易于设计施工，便于推广。

5框架简支板桥与普通框架墩的经济比较

普通框架墩横梁上一般架设16 m的简支T梁，故可以视为一般框架墩16 m为一个纵向单元，而本结构纵向长度可以以1 m为单位任意截取，所以也取16 m长度与框架墩进行比较，经估算工程数量见表1。

表1　工程数量

由表1可以看出，在局部范围内比较，框架简支板在工程量上与框架墩相差不多，经济上不相上下。但从线路工程总体分析，差距明显。框架墩需要的结构高度要大的多，现浇法施工，在建筑限界上搭建安全棚架，需0.2 m的安全距离+0.5 m的棚架+0.5 m的施工空间+2.0 m的横梁高度+0.5 m的支座及垫石+1.1 m的低高度简支T梁高度=4.8 m总高度，与框架简支板的总高度(1+0.2) m相比，差值3.6 m，如果线路坡度用到6‰，就可以减少桥梁长度3.6 m/6‰×2=1 200 m，经济价值不可小觑。况且在有些情况下，这3.6 m的高度可能影响到一个很好的线路方案的可行性，经济价值就会更大。

6框架简支板桥的适用条件

一般来说，此桥式可以应用于多数的铁路立交，但是此桥式在一定的条件下优势更明显。当新建铁路小角度跨越既有单线铁路，且新建线路纵断面受限制，此桥式最为适用，而且纵断面受限制越明显，此桥式的优势越明显。

7研究结论

经过以上计算研究对比，本桥式受力简单，易于设计，便于施工，便于标准化，工程上是可行的，而且具有极大的经济价值，在条件适合的情况下，值得推荐及推广应用。

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Research on Railway Bridge with Simply Supported Plate LIU Yan-wen, HUN Tie-lian

(The Third Railway Survey and Design Institute of Group Corporation, Tianjin 300251, China)

Abstract：When new railway crosses the existing railway with a small angle, frame pier is generally adopted, but the frame structure is high. The frame structure with simply supported plate proposed in this paper may solve the problem properly and is proved applicable in prospective of construction and design. The research results demonstrate that the frame structure with simply supported plate satisfies the specification and is practical and economical

Key words：Frame structure with simply supported plate； Railway bridge; Crossing with small angle; Research

中图分类号：U448.21+7

文献标识码：A

DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2015.01.016

文章编号：1004-2954(2015)01-0067-03

作者简介：刘彦文(1972—)，男，工程师，1995年毕业于石家庄铁道学院桥梁工程专业。

收稿日期：2014-10-30