摘要：本文分析了不同升降溫工況下梁端承軌槽處橫向相對位移，結(jié)果表明：梁體整體升降溫大于19.1 ℃時(shí)，連續(xù)梁與相鄰簡支梁梁端承軌槽處橫向相對位移差已超限，必須對連續(xù)梁橫向支座反向缺陷進(jìn)行整改。綜合對比安全、經(jīng)濟(jì)、工期、難易程度等方面，確定了僅調(diào)整緊鄰連續(xù)梁梁端的簡支梁橫向固定支座布設(shè)方式的缺陷整治方案并予以實(shí)施。該整改方案經(jīng)運(yùn)營檢驗(yàn)，能滿足高速鐵路安全運(yùn)營需要，可為類似整改提供技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：高速鐵路特大橋；無砟軌道；橫向固定支座反向

作者簡介：陳驍，男，工程師。

在橋隧設(shè)備建設(shè)中，可能存在個(gè)別孔跨橋梁支座安裝錯(cuò)誤的情況，更有甚者，特大橋梁中的連續(xù)梁與簡支梁橫向固定支座布設(shè)完全相反。橋梁支座未按設(shè)計(jì)安設(shè)會(huì)對橋梁運(yùn)營產(chǎn)生一定影響，輕則影響支座受力及梁體移位，重則影響橋上軌道平順性，甚至影響高速鐵路運(yùn)營安全。為探明支座安裝缺陷的危害及對策，現(xiàn)結(jié)合某新建時(shí)速350 km高速鐵路無砟軌道雙線特大橋支座缺陷進(jìn)行分析研討。

1概況

某新建時(shí)速350 km高速鐵路雙線特大橋，全長3 158 m，孔跨布置為7×32 m+1×24 m+13×32 m+（60+112+60） m連續(xù)梁+4×32 m+（40+64+40） m連續(xù)梁+4×32 m+（50+88+50） m連續(xù)梁+15×32 m+3×24 m+（32+56+32） m連續(xù)梁+29×32 m。橋上布設(shè)CRTSⅢ型板式無砟軌道，如圖1所示，混凝土底座通過預(yù)埋鋼筋與梁體相連，底座上設(shè)置兩個(gè)凹槽，底座頂面及凹槽底部設(shè)4 mm厚土工布隔離層，凹槽四周設(shè)置8 mm厚彈性橡膠墊層。軌道板通過自密實(shí)混凝土形成凸臺(tái)與底座板間設(shè)置的凹槽進(jìn)行縱橫向限位。鋼軌采用60N、U71MnG新軌，鋼軌扣件間距為0.63 m。

2存在的問題

檢查發(fā)現(xiàn)，該橋第21～24號墩間的（60+112+60）m連續(xù)梁、第28～31號墩間的（40+64+40）m、第35～38號墩間的（50+88+50） m連續(xù)梁橫向固定支座和活動(dòng)支座與簡支梁不在同一側(cè)，連續(xù)梁橫向固定支座安裝在梁底左側(cè)（面向大里程方向），簡支梁橫向固定支座安裝在梁底右側(cè)。在第21～24號墩間的（60+112+60）m連續(xù)梁及相鄰簡支梁支座布設(shè)情況如圖2所示。

由于連續(xù)梁與簡支梁橫向固定支座和活動(dòng)支座布設(shè)相反，在列車及溫度荷載作用下同一墩頂上的連續(xù)梁與簡支梁梁端將發(fā)生橫向相對位移，從而影響橋上軌道平順性。為消除連續(xù)梁與簡支梁橫向固定支座布設(shè)不一致造成的安全隱患，以該橋第21～24號墩間的（60+112+60）m連續(xù)梁及相鄰簡支梁為例進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算、分析及整治。

3橫向溫度變形計(jì)算分析

溫度變化所產(chǎn)生的作用可分為三種類型，即：日照溫度變化、驟然降溫溫度變化、年氣溫變化。三種溫度變化的特點(diǎn)及對某橋梁的影響見表1［1］。日照將使橋梁沿橫向、豎向產(chǎn)生明顯的溫度梯度，溫差集中在迎陽面0.2 m范圍內(nèi)［2］。橋梁橫向位移主要由梁體均勻溫升引起［3］，墩頂縱向隨著氣溫變化而自由伸縮，橫向以墩頂橫向中心線為起點(diǎn)向兩側(cè)變形。

3.1梁端承軌槽溫度變形分析

由于CRTSⅢ型板式無砟軌道底座與梁面通過預(yù)埋件固接，梁面與底座板可認(rèn)為沒有橫向相對位移；軌道板通過預(yù)埋U形鋼筋與自密實(shí)混凝土形成復(fù)合板，復(fù)合板通過自密實(shí)混凝土在底座板凹槽處形成凸型擋臺(tái)，限制軌道板與底座之間縱橫向位移。因此可認(rèn)為：梁體的橫向溫度變形與橋上CRTSⅢ型板式無砟軌道承軌槽的橫向溫度變形基本一致，梁體溫差對軌道板橫向位移的影響呈現(xiàn)出較好的跟隨性［4］。

3.2梁端承軌槽處溫度變形計(jì)算

鋼筋混凝土、混凝土和石砌橋因本身導(dǎo)熱性較差，尺寸較大的構(gòu)件內(nèi)部與外界氣溫升降的反應(yīng)要相差若干小時(shí)，因此雖在晝夜氣溫變化劇烈的地區(qū)，鋼筋混凝土、混凝土和石砌橋的內(nèi)部溫度還是接近于該地區(qū)的月平均氣溫［5］，故可不考慮極端天氣下梁端承軌槽處橫向相對位移的數(shù)值。根據(jù)《鐵路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB 10002—2017）附錄E，該橋所在地區(qū)一月平均氣溫-4 ℃，七月平均氣溫26 ℃，梁體整體升溫取為30 ℃。下面以21號墩頂梁端橫向相對位移為例進(jìn)行計(jì)算。

混凝土溫度變形系數(shù)α取值為0.000 01/℃。第21～24號墩間的（60+112+60）m連續(xù)梁左右支座中心距為6.0 m，相鄰簡支梁左右支座中心距為4.5 m，橋上雙線線間距為5.0 m，以下按梁體整體升降溫30 ℃情況進(jìn)行計(jì)算。

（1）以連續(xù)梁固定支座為基準(zhǔn)，遠(yuǎn)離橫向固定支座的外股鋼軌承軌槽處，其計(jì)算溫度跨度為

L1=（兩支座中心距+線間距+標(biāo)準(zhǔn)軌距）/2

=（6+5+1.435）/2 m=6.217 5 m

連續(xù)梁固定支座相對墩頂橫向中心升溫30 ℃的溫度位移為

ΔS1=L×Δt×α=（6.0/2）×30×0.000 01 m

=0.000 9 m=0.9 mm

式中α——混凝土溫度變形系數(shù)；

L——計(jì)算溫度跨度；

Δt——溫度變化量。

同理可得簡支梁固定支座相對墩頂橫向中心升溫30 ℃的溫度位移為

ΔS2= 0.000 675 m=0.675 mm

相應(yīng)簡支梁固定支座外股鋼軌承軌槽處的溫度跨度為

L2=（線間距+標(biāo)準(zhǔn)軌距-兩支座中心距）/2

-ΔS1-ΔS2=（5+1.435-4.5）/2-0.000 9

-0.000 675 m≈0.965 9 m

由升溫30 ℃引起的連續(xù)梁與簡支梁梁端承軌槽處橫向相對位移差為

ΔS=（L1-L2）×Δt×α

=（6.2175-0.965 9）×1 000×30×0.000 01 mm

=1.575 48 mm

（2）以簡支梁橫向固定支座為基準(zhǔn)，計(jì)算遠(yuǎn)離該支座的外股鋼軌梁端承軌槽處橫向相對位移：ΔS=1.575 48 mm，這與按連續(xù)梁橫向固定支座為基點(diǎn)的計(jì)算結(jié)果一致。另外，由于橋墩溫度變形對梁端橫向相對位移影響=（ΔS1+ΔS2）/（L1-L2）≈0.3‰，故可忽略橋墩溫度變形影響。

（3）由升溫19.1 ℃引起的梁端承軌槽處橫向相對位移ΔS=1.003 mm＞1 mm。

（4）由上述計(jì)算結(jié)果可見，在梁體整體升溫19.1 ℃（不計(jì)算列車橫向搖擺力、離心力）時(shí)，連續(xù)梁與簡支梁梁端承軌槽處橫向相對位移差已超過《鐵路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB 10002—2017）相關(guān)規(guī)定：在列車橫向搖擺力、離心力和溫度作用下，高速鐵路無砟軌道橋梁相鄰梁端兩側(cè)的鋼軌支點(diǎn)處橫向相對位移不應(yīng)大于1 mm。為滿足高速鐵路運(yùn)營安全，需對裝反的連續(xù)梁橫向固定支座進(jìn)行整改。

4橫向支座反向問題整改方案比選

4.1整改方案

方案a：將第21～24號墩等3聯(lián)連續(xù)梁的24個(gè)支座按簡支梁布設(shè)方案進(jìn)行左右換位整改。

方案b：將全橋76孔簡支梁及1聯(lián)連續(xù)梁共計(jì)312個(gè)支座按連續(xù)梁橫向支座布設(shè)方案進(jìn)行整改。

方案c：僅將緊鄰連續(xù)梁梁端（支座布設(shè)與設(shè)計(jì)反向）的簡支梁12個(gè)支座按圖3所示進(jìn)行整改。

4.2整改方案比選

方案a：由于連續(xù)梁結(jié)構(gòu)復(fù)雜、自重上萬噸，更換支座需用千斤頂及相關(guān)配套設(shè)施，存在設(shè)備多、技術(shù)復(fù)雜，對連續(xù)梁結(jié)構(gòu)危害較大，實(shí)施費(fèi)用高等缺點(diǎn)；優(yōu)點(diǎn)是滿足設(shè)計(jì)要求，橋上軌道結(jié)構(gòu)平順，滿足高速鐵路運(yùn)營要求。

方案b：由于工程量巨大，存在實(shí)施費(fèi)用太高，工期過長，影響高鐵開通運(yùn)營等缺點(diǎn)；優(yōu)點(diǎn)是滿足設(shè)計(jì)要求，橋上軌道結(jié)構(gòu)平順，滿足高速鐵路運(yùn)營要求。

方案c：由于僅更換緊鄰連續(xù)梁梁端的簡支梁共計(jì)6孔12個(gè)支座，使整改后的簡支梁自身橫向支座反向，在荷載作用下易發(fā)生扭曲變形，可能影響支座螺栓及梁體受力；優(yōu)點(diǎn)是具有實(shí)施工程量小、實(shí)施難度小、工期短、投資小。

通過方案比選，確定采用方案c整改連續(xù)梁橫向支座反向問題。

5問題整改

5.1實(shí)施情況分析

采用方案c將連續(xù)梁與相鄰簡支梁梁端橫向支座布設(shè)一致時(shí)滿足設(shè)計(jì)要求。該方案僅調(diào)整連續(xù)梁兩側(cè)簡支梁支座，避免了調(diào)整大噸位連續(xù)梁可能造成的結(jié)構(gòu)損傷問題，也避免了調(diào)整所有簡支梁支座工程量大的問題；但該方案存在調(diào)整支座的簡支梁在荷載作用下發(fā)生扭曲變形問題，需要進(jìn)行檢算。

5.2簡支梁扭轉(zhuǎn)變形計(jì)算分析

在溫度荷載作用下，橋梁發(fā)生較為明顯的水平方向偏轉(zhuǎn)變形，其上的軌道結(jié)構(gòu)受到梁體位移的影響，也將發(fā)生跟隨性偏轉(zhuǎn)變形。梁體偏轉(zhuǎn)對兩條線路的軌道承軌槽影響相同，因此選取其中一條線路分析梁端軌道結(jié)構(gòu)相對變形。梁體升降溫30 ℃時(shí)，簡支梁兩端外股鋼軌的兩個(gè)承軌槽橫向相對位移ΔS=L×Δt×α=1.35 mm（L取橫向支座間距4.5 m）；極端天氣升降溫45 ℃時(shí)，簡支梁兩端一股鋼軌的兩個(gè)承軌槽橫向相對位移為2.025 mm，此時(shí)梁體水平撓曲率為1/31 604，遠(yuǎn)小于《鐵路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB 10002—2017）規(guī)定的梁體橫向變形的限值1/4 000，說明溫度變形對梁體結(jié)構(gòu)影響很?。挥捎诹后w溫差對軌道板橫向位移的影響呈現(xiàn)出較好的跟隨性，故可認(rèn)為支座反向缺陷整改后對橋上軌道結(jié)構(gòu)影響不大，滿足規(guī)范要求。

5.3反向支座整改后的注意事項(xiàng)

（1）應(yīng)加強(qiáng)對調(diào)整支座的簡支梁以及相應(yīng)橋上軌道結(jié)構(gòu)的觀測和檢查，主要對軌道的高低、軌向、水平及扣件服役狀態(tài)、梁體狀態(tài)及橫向固定支座錨固螺栓加強(qiáng)檢查，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)、解決問題。

（2）對氣溫的變化情況進(jìn)行對比分析、總結(jié)規(guī)律，以便指導(dǎo)后續(xù)養(yǎng)維工作，確保高速鐵路運(yùn)營安全。

6運(yùn)營效果

對于該橋所有連續(xù)梁橫向支座反向問題，均按照調(diào)整連續(xù)梁兩端簡支梁支座方案進(jìn)行整改，經(jīng)一年多（超過1個(gè)年溫度變化周期）的運(yùn)營實(shí)踐、觀測，橋上軌道結(jié)構(gòu)高低、軌向、水平變化量如圖4所示，均在保養(yǎng)范圍之內(nèi)，滿足350 km/h高速鐵路穩(wěn)定性、平順性運(yùn)營安全需要，相應(yīng)簡支梁及支座運(yùn)營狀態(tài)良好。

7結(jié)語

本文根據(jù)某高速鐵路雙線特大橋連續(xù)梁橫向支座與簡支梁反向布置的缺陷，分析計(jì)算了不同升降溫工況下梁端承軌槽處橫向相對位移，結(jié)果表明：橫向支座反向缺陷整改前，梁體整體升溫大于19.1 ℃時(shí)，連續(xù)梁與相鄰簡支梁梁端承軌槽處橫向相對位移差已超過《鐵路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB 10002—2017）規(guī)定的1.0 mm，必須對支座缺陷進(jìn)行整改。通過對安全性、經(jīng)濟(jì)性、工期、難易程度等方面進(jìn)行比選，確定了調(diào)整緊鄰連續(xù)梁梁端的簡支梁橫向固定支座的方案。該整改方案實(shí)施難度小，整改后的運(yùn)營檢驗(yàn)表明能夠滿足高速鐵路安全運(yùn)營要求，可為類似整改提供技術(shù)參考。

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