高速铁路桥梁支座系统.pdf

高速铁路桥梁支座系统冯亚成
高速铁路桥梁支座系统
编译冯亚成
(中铁第一勘察设计院集团有限公司,映西西安710043)
摘要:高速铁路桥梁多采用静定结构,设计比较简单,但其中的支座系统由于与道床、钢轨相互作用,构造较
为复杂。根据高速铁路桥梁支座系统的特殊要求,总结高速铁路桥梁可能采用的支座布置方案及支座类型,并结
合工程实例对中国台湾高速铁路中连续梁桥的支座系统及抗震支座系统进行介绍。
关键词:桥梁;高速铁路;支座;系统
中图分类号:U443.36
文献标志码:A
文章编号:1671ー7767(2011)02-001503
1引言
或高路堤的需要,常采用大跨度的下承式拱桥或桁
高速铁路的设计速度通常在350km/h左右,架桥。
由于行车速度高,对线路的最小曲线半径(R>7000
m)、荷载作用下最大挠度(跨径的1/3000)及最大3高速铁路的支座系统
坡度(<1.8%)提出了较为严格的要求。当线路跨3.1铁路支座系统的特殊要求
越高度城市化地区时,桥梁占相当大的比例。如从
欧洲规范EN1337-1指出:结构的支座系统
意大利的米兰到博洛尼亚,180km线路中有50km是支座和结构装置的组合,这个组合提供给结构必
的桥梁,中国台湾从台北到高雄350km线路中有需的活动能力并传递力。因此选择铁路桥梁适宜的
250km的桥梁(约8000孔)。
支座系统需考虑到下列特殊的要求。
在意大利、中国大陆及台湾、日本等地铁路桥梁
(1)与竖向响应相比,制动力或牵引力导致的
中多采用简支梁。由于设计理念和习惯的不同,在水平荷载非常高,需要将水平力传递到基础上,假如
西班牙和法国采用连续梁较多。静定结枃桥梁通常必须考虑地震力,此问题就会更加突出。
比较简单,但由于上部结构一方面与道床、轨道、列
(2)连续钢轨与结构的相互作用,产生的纵向
车相互作用,另一方面与结构支座系统以一种复杂荷载的传递。为尽可能地避免钢轨轴向效应导致的
的行为相互作用,涉及到很强的非线性,使得高速铁屈曲和错位,支座系统要能以最小的可能变形传递
路桥梁成为一个特殊的体系。本文介绍铁路桥梁常纵向荷载,于是排除橡胶支座的使用,除非它能与刚
采用的不同静力结构、可能采用的支座系统及它们性约東组合使用。
对结构设计和行为的影响。
(3)地震中桥墩的側向位移可能异相,桥跨可
能绕着竖轴扭转,因此要求支座系统有同样的变形
2高速铁路桥梁常采用的静定结构
能力
高速铁路桥梁采用的静定结构根据地形而变
(4)如果遭遇非常强的地震,在下列2种情况
化,可以简单地归为3类:
下支座可能受拉:当列车在桥上发生侧向倾覆时和
(1)当线路经过平坦地区时采用跨径为25~35
当桥面系具有很高的抗扭刚度桥墩发生异相的侧向
m的简支梁跨越道路和小河流,此时桥梁结构由单位移时。
箱或双箱预应力混凝土梁构成,如意大利18km长3.2铁路简支梁桥支座系统的几种布置形式
的摩德纳高梨桥。
铁路简支梁桥常采用的支座系统如图1所示,
2)线路跨越深谷时,采用跨度为15~25m的对各种方案分析如下。
钢筋混凝土拱桥。
3.2.1方案1
(3)如需穿越重要河流,为尽可能地减少引桥
方案1虽然满足3.1提到的所有要求,但由于
收稿日期:2010
编译者简介:冯亚成(1983-),男、2006年毕业于长安大学道路与桥梁工程专业,工学学士,2009年毕业于长安大学桥梁与隧道に程专业
学硕士(E-mail:fyac2001c126.com)
16
世界桥梁2011年第2期
固定轴
活动轴
闭定轴
活动轴
mm,使得这个方案只有当桥墩或桥面板非常柔时
固定轴
活动轴
固定轴
三中网
才可行。由于不能同时抵抗荷载,2个支座的水平
抵抗力均要大于50%的总水平力,在一些情况下,
动轴
如果桥墩刚度很大,甚至接近100%,这对支座系统
总造价而言是不利的。此外该方案不允许结构绕竖
向扭转,因此发生地震时会表现出进一步的不利
定轴
活动轴
鲁固定支座
影响
⊕白由活动支座
即使方案2已经在一些重要的工程中得以使
中定向滑动支座
◆固定剪力键
用,综上所述亦不推荐采用方案2。
活动剪力键
3.2.3方案3、方案4
弹性支承固定支座
方案3和方案4将荷载以明确的方式传到下部
图1铁路简支梁桥常用支座系统
结构,并且允许结构产生地震时要求的自由位移,相
具有以下缺点而不常采用:水平纵向力偏离中线传比较而言是更合适的选择。方案3通常具有最优的
递到桥墩,因此当水平纵向力很大时桥墩将受扭。
性价比。假如支座不能抵抗任何水平荷载(例如抗
3.2.2方案
震橡胶支座),此时就要采用方案4
方案2是较经济的选择,但由于不同类型的支3.2.4方案5
座不能以相同的方式抵抗水平荷载,因此方案2也
方案5代表了意大利对此问题的解决方案:由
有缺点。例如在一个固定的盆式支座中只有当支座安装有弹性约朿的固定支座组成,弹性约束提供了
各部件间的机械间隙被填充后水平荷載オ能被传随着水平変形增加而増大的水平荷载反力。意大利
递:①下锚栓和支座板问的距离。一般为0.3mm。铁路部门要求水平荷载和变形应在一个非常小的范
②钢盆和盆塞之间的距离。根据EN1337-5,对于围(不超过1.25mm)。通过这种方式在同一固定
铁路桥要求的非金属密封件的最大间隙为0.5轴设置的2个固定支座就被均衡化可同时起作
m。③上锚栓与支座板之间的距离。一般为0.3用了
mm。④在有横向滑动导向的支座系统中除上面的
对于连续梁桥,有一个固定轴和几个活动轴,可
间隙外还要附加导向杆和滑板之间的距离。根据采用上述相似的解决方案,如方案3,4或方案5。
E.N1337~2通常间隙为(1+L/1000m,其中L3.3 Lock-up装置
是可接受的导向杆的长度,通常使用1m长的导向
通常传到固定轴上的水平荷载很大,发生地震
杆,间隙为2mm(见图2)。
时尤为如此,因此要求桥墩有强大的抗力。一种常
见的解决方案是在活动轴上设置Iock-up装置,该
K
装置允许温度、徐变和收缩引起的缓慢位移,但是能
抵抗诸如制动和地震产生的动力荷载。然而使用
ock-up装置前要对其进行详细评估。首先Lock-
up装置起动时需要一个小的位移,3mm时达到它
的设计荷载,因此需要在水平荷载下允许一个小的
单位:mm
位移以激活Lock-up装置。此外,需要指出的是列
图2滑动导向支座的机械装置
车产生的制动力不同于地震力,可能在30s或更长
综上所述,固定支座总的间隙约为1.1mm,有时间内几乎保持不变,这就要求 Lock-up装置设计
滑动导向的支座间隙约为3.1mm,如经过非常精成在一个时间段可抵抗位移产生的力(见图3)。
确的机加工,该间隙值还可以更小(但造价更高),但
始终不可能没有间隙。当遇外荷载作用时,固定轴4高速铁路桥梁采用的支座类型
上的2个支座之一首先起作用,使得桥墩受到偏心4.1盆式支座
荷载导致扭转和