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[技术] 西班牙整体式高铁高架桥 [复制链接]

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桥梁网 发表于 2012-7-11 16:19:35 |显示全部楼层 |          |
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西班牙整体式高铁高架桥译/庄一舟 樊争辉
  高铁是21世纪交通方式的发展主方向,而支承轨道的高架桥将会是结构及技术进步的表现之一。西班牙高铁的发展速度十分惊人,20年内高铁线路增加了2200多公里,其中大部分是既长又窄的高架桥,但同时也建造了一些中等跨度的整体式高架桥。这些桥免除了支座和轨道上的伸缩缝,经过专门设计的桥台能够把横向制动力和地震作用力传递到地面中。与传统的铁路高架桥相比,不设置支座和轨道上伸缩缝的整体式高架桥,其连续的轨道和桥台使结构承载力更加优越,不仅有利于改善其性能和安全性,而且降低了维护费用。基于西班牙建设该类桥梁的经验,本文提出一些观点和想法。
[attach]7331[/attach]图1 整体式高架桥的不同受力阶段  整体式铁路高架桥的各受力阶段  整体式铁路高架桥是在借鉴大量公路高架桥建设经验的基础上发展起来的,这一概念如今已被广泛地接受和应用。尽管它们存在明确的共同点,但有着本质的不同。
[attach]7332[/attach]图2 施加在某整体式铁路高架桥上的位移  公路车辆以相对适度的速度行驶在铺设良好的整体式公路高架桥上,完全能接受路面偶尔的轻微波动,驾驶者并不要求有过分的舒适度。但是整体式高架桥最基本的作用是为列车行驶的钢轨提供一个平台,以便能让列车快速平稳地行驶,任何明显的路面不平整都会严重影响车辆的安全性和乘客的舒适度。
[attach]7333[/attach]图3 整体式高架桥  下面将阐述具有柔性桥墩和与之等高桥台的整体式高铁高架桥的优点,并将它与常规高架公路桥进行对比。
  考虑整体式铁路桥梁使用年限中的三个不同阶段,对弄清楚它与整体式公路桥梁之间的异同点很有帮助(图1)。
  外加变形  第一个阶段(高架桥建成之前),其结构在铁路桥梁和公路桥梁两者间呈现出相同的性能:外加变形产生的水平位移决定了桥墩的性能和对桥台的设计。
[attach]7334[/attach]图4 水平力与相对位移显示裂缝宽度的关系图  建立整体式桥梁和整体式高架桥适用长度的普遍计算公式是不太可能的,因为它取决于多个因素,且每一个因素都需要专门的分析研究。事实上,这是由于“外加变形”这一最主要因素[1,2]难以精确地确定所造成的。设计者对其设计方案必须有掌控不确定性因素的能力,并能运用最好的分析工具;解决精度不足的最好方法是,赋予结构以一定量的延性。
  以一块现浇预应力混凝土板作为例子,它的收缩和徐变应变大概为-650×10-6,温差应变约为±350×10-6,这样有可能产生的最大负应变为-1000×10-6。
  对于钢和混凝土桥面的组合结构,其相应的应变一般小于-650×10-6。因此,对桥长的限制不会比混凝土结构更严格[3,4]。
  为了从数量级上分析外加变形对桥梁性能的影响,以一座五跨跨长30m、总长150m的整体式高架桥为例,考虑其最大应变为εT=-1000×10-6(图2)。
  假设此桥搁置在10m高的桥墩上,而桥墩由一对直径为1m的混凝土柱或截面尺寸为5m×0.6m的独立墙构成。此类桥墩或墙同样也能用作桥台,桥台墙还起到挡土作用。
  图3显示的是一实际常用的剖面形式:两边人行道面低于轨道面。这种做法既不会影响其设计功能,又能降低其高度,使桥梁视觉上显得轻巧。
  桥台墙将受到朝桥面对称中心方向大约75mm的位移;这一位移是否可以被承受尚难以定论。端部转动位移受约束的某圆柱在水平荷载作用下的性能,可以用传统的H-δ图表示。该图描述了横向力H与相对变形δ的关系,以及相应的裂缝开展宽度w(图4)。由于该柱在经受相当大的变形同时还能提供必需的荷载承载能力,这一点说明此柱是延性柱。
  最大外加纵向位移明显受控于容许裂缝宽度。根据研究,竖向钢筋配筋率为2%且最大外加变形为75mm(长度的0.75%)时,柱所产生的位移略小于0.3mm。假如容许的裂缝宽度为0.5mm,则外加变形可增加到120mm,且相应的最大桥长可达240m。这种裂缝被认为是可以接受的,因为它们非常局部化而且受到桥面的良好保护。外加变形产生的结果是,略微降低了桥面系在横向荷载作用下的整体承载能力,但却增加了其变形和开裂能力。这就意味着在公路桥梁里,如果钢筋应力小于其弹性极限的90%,那么高径比为10的支承圆柱或者长细比为15的支承墙,可以容许0.5mm宽的局部裂缝。
  公路桥梁的制动力相对较小,其对设计不起主导作用。因此,整体式公路桥梁的长度主要由桥墩的延性及结构承受无缝桥台处产生的荷载的能力所决定,其长度能达到200m-250m左右;对桥台处使用常规支座的半整体式桥梁而言,桥长甚至可更长。对组合桥面而言,如果桥墩或墙与桥面之间可提供可靠的连接,那么桥长将可达到250m到300m。
[attach]7335[/attach]图5 轨道的变形能力
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Julius_Hanbin 发表于 2014-5-25 23:18:47 |显示全部楼层
真是一篇好文章3 [  m8 \" ?9 {  e7 p# j

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