浩吉铁路常用跨度简支梁设计及优化

　　摘要：浩吉铁路是一条新建双线电气化重载铁路，线路全长1814.33km，其中常用跨度简支梁1.79万单线孔，数量巨大，因此简支梁的结构设计对全线的工期和造价均有较明显的影响。介绍浩吉铁路后张法简支T梁的设计和一些优化措施，结构设计满足重载铁路要求，人行道首次采用了工字形钢横梁和混凝土形槽及RPC盖板组成的组合结构，对电缆的铺设和检修及声屏障的设置均提供了便利条件，加宽人行道宽度，取消了避车台，梁端防排水采用挡水台及钢盖板方式。优化措施降低了施工难度和工程造价，对重载铁路和客货共线铁路简支梁的设计具有一定的参考意义。

　　关键词：重载铁路;预应力混凝土;简支梁;T梁;设计;优化

　　1概况

　　浩吉铁路是一条新建双线电气化重载铁路，线间距4m，轨道类型为有砟轨道。浩吉铁路北起东乌铁路的浩勒报吉站，经内蒙古、陕西、山西、河南、湖北、湖南、江西七省(自治区)，终点到达江西省吉安市，线路全长1814.33km，为世界上一次建成最长的重载铁路。目前，常用跨度简支梁是我国铁路桥梁的主要形式，简支梁的结构设计及优化对工程的质量、功能及造价具有明显影响。浩吉铁路全线常用跨度简支梁合计单线为1.79万孔，折合双线为8950孔，其中无声屏障梁7958孔，有声屏障梁992孔。

　　常用跨度简支梁数量在全线的桥梁中占比较大，其结构型式选择和结构设计对工程外观、质量、建设工期及造价均有重要影响。经技术经济比选，常用跨度简支梁结构类型采用有砟轨道后张法预应力混凝土形梁，单线梁采用片梁，双线梁采用片梁，各片梁之间通过横隔板和桥面板现浇混凝土连成整体，隔板处加设横向预应力筋。简支梁按有、无声屏障分为两个系列，每个系列包含32m、24m、20m和16m四个跨度梁型。研究表明，重载铁路经济性能最优的梁型为跨度简支梁和跨度简支箱梁。结合现有运架梁设备，洁吉铁路以采用跨度简支梁为主，跨度24m、20m和16m梁作为配跨使用。

　　2简支T梁设计

　　2.1主要设计标准[5]

　　(1)环境类别及作用等级一般大气条件下无防护措施的地面结构，环境类别为碳化环境，作用等级为T1、T2。(2)设计速度客车160km/h，重载货物列车100km/h(C62、C64为80km/h)。(3)线路情况单、双线，正线直、曲线，线间距4.0～5.0m。(4)适应线路最小曲线半径 线路曲线半径根据设计标准、地形及地物确定，其中一些联络线上需要设置更小的曲线半径。常用跨度简支梁工点多，需要适应各种不同的曲线半径，设计中采用不同跨度简支梁以满足不同曲线半径工点桥的需要。

　　2.3主要材料[7]

　　(1)混凝土梁体混凝土强度等级C60。封锚混凝土采用补偿收缩细石混凝土，纵向预应力封锚混凝土强度等级为C60，横向预应力封锚混凝土强度等级为C40。现场浇筑横隔板及桥面板连接湿接缝混凝土采用补偿收缩细石混凝土，强度等级为C40。人行道板、形挡砟块混凝土强度等级为C40。电缆槽盖板采用RPC盖板，内设E5钢筋网。(2)预应力筋纵向预应力筋采用公称直径为15.2mm的钢绞线，抗拉强度为1860MPa，弹性模量为1.95×10MPa。横向预应力筋采用公称直径16mm预应力混凝土用钢棒，抗拉强度1420MPa，弹性模量为2.0×10MPa，松弛率2%。

　　(3)钢筋研究表明，在客货共线、重载铁路简支梁中采用高强度经济性更好。因此。钢筋普通钢筋采用HPB300钢筋及HRB400钢筋。(4)人行道横梁钢料、预埋钢板采用Q345，预埋套筒采用45号钢调制。

　　2.4桥面布置

　　铁路桥梁的桥面布置除满足行车要求外，还需考虑大机养护、检修通道及电缆铺设的要求。根据线路大机养护的要求，线路中心距挡砟墙内侧距离不小于2.2m，同时考虑曲线上桥梁按平分中矢法布置，桥面中心线至挡砟墙内侧距离采用2.25m。单线采用两片边梁，双线采用两片边梁和两片中梁。双线梁按线间距4.0m设计，当线间距在4.0～5.0m之间时，调整中梁间湿接缝宽度，当线间距大于5.0m时采用双单线并置布置，同一座桥全桥采用一种布置形式。桥面两侧设人行道，无检查梯侧人行道宽为0.85m，设检查梯侧人行道宽为1.0m。人行道采用装配式结构10，钢横梁结构上铺设预制混凝土形槽+RPC盖板形式，挡砟墙上预埋套筒。钢横梁与声屏障基座焊接成整体，采用螺栓与预埋套筒连接。电缆铺设于形槽内，顶部采用RPC混凝土盖板覆盖。

　　2.5结构设计要点

　　影响结构尺寸因素重载铁路桥梁的恒载和活载均大于一般客货共线铁路11，对简支梁结构设计提出了更高的要求。结构尺寸确定不仅要综合考虑梁体抗弯、抗剪、预应力管道的保护层厚度，而且还需要考虑梁体刚度和车桥动力响应效应。研究表明14，桥梁在徐变、温度、桥墩沉降等作用下会发生多种静态变位，而且跨度越短、车速越高则对桥梁静态变位的要求越严格。设计时需在预测桥梁静态变位的基础上合理选择桥梁铡度。桥梁结构的动力响应与重载列车的轴重有较明显的相关性，竖向位移和横向位移均随着列车轴重的提高而增大16。预制梁桥面宽度、腹板厚度及梁体高度综合考虑以上影响因素和现有运架梁设备确定，跨度梁梁高2，腹板厚度0.24，边梁桥面宽2，中梁桥面宽1。

　　3细部结构优化

　　浩吉铁路常用跨度简支梁设计总结了山西中南部铁路通道简支梁设计经验，并结合客货共线简支梁的使用中发现的问题，对养护维修通道、梁端伸缩装置等附属设施进行了较大幅度优化改进，改善了其使用性能，降低了梁工程造价。

　　3.1调整人行道宽度，取消避车台设置根据TB/T100022017《铁路桥涵设计规范》规定，重载铁路线路中心至人行道栏杆内侧的净距小于3.25m时设置避车台。客货共线简支梁人行道宽度有种，分别为1.05m和0.8m，当人行道宽度采用0.8m时，直线段即可满足线路中心至人行道栏杆内侧的净距不小于3.25m，曲线段由于线路中矢的影响，线路中心至人行道栏杆内侧的净距小于3.25m。适当加宽人行道的宽度，检查梯设置于人行道下方。不设检查梯侧宽度0.85m，设检查梯侧宽度1m，从而保证了线路中心至人行道栏杆内侧的净距不小于3.25m，取消避车台设置。取消避车台简化了结构，降低了施工难度和工程造价。

　　3.2人行道结构的优化

　　3.2.1铁路简支

　　梁人行道概况浩吉铁路开始设计时铁路简支梁通用参考图分为无声屏障和设声屏障两个系列。无声屏障梁人行道由挡砟墙处预埋形钢、外设角钢拼结三角支架和钢筋混凝土人行道板组成，角钢之间采用螺栓连接，其中水平肢角钢伸出栏杆外侧，以便安装电缆槽，外挂式电缆槽设置于栏杆外侧。

　　3.2.2存在的主要问题

　　客货共线简支梁在制造和运营养护过程中陆续发现了一些问题或不便之处，主要有如下几方面。(1)无声屏障梁拼结的角钢支架整体性较差，连接螺栓多，加大了后期的养护工作量。电缆槽放置于栏杆外侧，给施工和检修带来了一定的困难，且外挂式电缆槽造价较高。(2)声屏障梁的人行道结构复杂，施工工序繁琐，质量不易保证。(3)有、无声屏障梁的人行道高度和宽度均不同，电缆槽位置在平面和立面上也不在同一位置上，有、无声屏障梁相接孔跨人行道和电缆槽均需要采取过渡措施。

　　3.2.3优化措施

　　(1)人行道支架改为组合工字形钢横梁，钢横梁上铺设钢筋混凝土双形槽，每侧提供两个电缆槽道，顶部采用RPC混凝土盖板覆盖，见图。电缆铺设于形槽内，铺设、检算方便，且节省了外持电缆槽费用。工字形钢横梁在工厂焊接成型，质量易于保证。

　　4试制、试验

　　浩吉铁路常用跨度简支梁人行道组合结构是一种新型的铁路简支梁人行道结构，为结构的可靠性、保证施工工艺的可操作性和结构的可靠性，批量使用前，通过试验梁的试制试验进行了验证。试验内容包含片梁的静载试验、人行道结构制造和安装和6m长的设置声屏障人行道结构加载试验，试验结果验证浩吉铁路简支梁设计方案可行，结构安全，其强度和刚度均满足规范要求。试验通过评审后，在浩吉铁路全线推广使用。

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　　5结语

　　本文简要介绍浩吉铁路后张法简支梁的设计和一些优化措施，浩吉铁路首次采用一种新型的工字形钢横梁和混凝土形槽及RPC盖板组成的组合结构，为电缆的铺设和检修及声屏障的设置均提供了便利条件，节省了造价较高的外挂式电缆槽。有、无声屏障梁的桥面宽度和高度完全一致，相接顺畅，避免了复杂的过渡措施。取消避车台和优化梁端防排水设施简化了结构，降低了施工难度。浩吉铁路简支梁优化设计后提高了其使用功能，降低了工程造价，对重载铁路和客货共线铁路简支梁的设计具有一定的参考意义。

　　参考文献：

　　[1]陈良江，文望清中国铁路桥梁：19802020北京：中国铁道出版社，2020

　　[2]杨鹏健，周勇政，高策，等.铁路常用跨度标准梁技术发展与创新[J].铁道标准设计，2020，64(11)：5156.

　　作者：朱超1，刘玉亮2，徐立松2，梁磊2，汪鹏翔2