高速铁路桥梁新型支座介绍

高速铁路桥梁新型支座

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,并结合工程实例介绍中国高速铁路桥梁新型支座的结构和材料。

关键字：高速铁路、桥梁、支座

1 引言

支座系统作为高速铁路桥梁的重要组成部分，对桥梁结构设计有着非常重要的影响。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[1]。布置图如图1所示。

图1 支座布置图

为满足高速铁路大跨度桥梁的大承载力和大位移的需要，要求支座具有大吨位大位移性能，同时还要具有一定的减隔振性能。大吨位支座除具有一般支座的基本结构外，还需考虑设置一些附加的部件来适应其特殊的要求，从而提高支座的整体性能。由于受材料设计容许应力的限制，大吨位支座的尺寸较大，不适宜运营期的更换，因此，支座设计时应充分考虑结构的耐久性;同时由于高速铁路对工后沉降的控制严格，在一些特殊地段还需采用可调高支座进行调整。

2 铁路桥梁支座设计要求

铁路规范中对桥梁支座必须满足的功效进行了规定。

2.1 铁路桥梁设计基本要求

欧洲规范EN1337-1指出:结构的支座系统是支座和结构装置的组合,这个组合提供给结构必需的活动能力并传递力。基于此铁路桥梁设计应满足以下要求：(1)与竖向响应相比,制动力或牵引力导致的水平荷载非常高,需要将水平力传递到基础上,假如必须考虑地震力,此问题就会更加突出[2]。

(2)连续钢轨与结构的相互作用,产生的纵向荷载的传递。为尽可能地避免钢轨轴向效应导致的屈曲和错位,支座系统要能以最小的可能变形传递纵向荷载,于是排除橡胶支座的使用,除非它能与刚性约束组合使用。

(3)地震中桥墩的侧向位移可能异相,桥跨可能绕着竖轴扭转,因此要求支座系统有同样的变形能力。

(4)如果遭遇非常强的地震,在下列2种情况下支座可能受拉:当列车在桥上发生侧向倾覆时和当桥面系具有很高的抗扭刚度桥墩发生异相的侧向位移时。

2.2 高速铁路支座特殊要求

高速铁路支座除能满足普通桥梁的一般要求外,还能满足下列特殊要求:

①好的横向限位性能,可使桥上线路不致产生过大的水平横向折角或纵向爬行;

②严格控制竖向刚度,尽可能减小竖向变形,使列车通过两跨桥梁连接处产生的竖向折角较小,行车平稳;

③好的活动性,可以降低列车作用产生的支座与墩顶内力及高频振动对支座与连接部位的冲击,防止支座和支承垫石的损坏;

④尽可能采取必要的构造措施,使支座充分发挥减振隔振作用,减弱动力响应,增加行车舒适性。

3 铁路桥梁支座类型

桥梁支座按所使用材料和基本结构可分为铸钢支座、板式橡胶支座、盆式橡胶支座、球型支座4大类。铁路钢桥目前广泛采用的仍是铸钢支座。铸钢支座进一步可分为弧形支座、摇轴支座、辊轴支座(铰轴支座)等几种[3]。

3.1 盆式橡胶支座

盆式橡胶支座分为固定支座和活动支座2种。如图2所示。

注:(1)下座板;(2)上座板;(3)中间钢塞;(4)橡胶板;(5)紧箍圈;(6)密封胶圈;(7)PTFE板;(8)上下支座连接板;(9)、(10)、(11)螺栓。

图2 盆式橡胶支座

3.2 球型钢支座

球型支座分为固定支座和活动支座。如图3所示。

图3 球型钢支座活动支座结构示意图

与盆式橡胶支座相比，球型支座具有使用寿命长、承载力大、转动灵活、可适应梁端大转角和大位移等优点而得到广泛应用，常用于大跨度斜拉桥、拱桥等。如图4所示。

图4 球型支座转动套示意图

3.3铰轴滑板钢支座

铁路大跨度钢桥铸钢支座多采用辊轴或铰轴支座，前者是通过平面和圆柱面滚动接触实现转动，后者则通过铰接实现转动。如图5所示。

图5 TXZ 系列滑板式铰轴支座结构示意图

3.4 特殊要求的支座

抗震支座的产品系列非常多，如高阻尼盆式橡胶支座、抗震球型钢支座、铅芯支座等。抗震原理是利用减震器和侧面摩擦板吸收墩台传来的部分水平位移，以减少梁的位移[4]。如图6所示。

注:(1)上座板;(2)不锈钢板;(3)PTFE板;(4)中支座板;(5)橡胶板;(6)下座板;(7)橡胶减震器或弹簧;(8)密封底板及制动销、防跳装置等。

图6 抗震橡胶支座示意图

4 桥梁支座新结构和新材料

短工期、严安全、高标准、保证桥梁安全等对桥梁支座的结构和材料要求极高。

4.1 专用支座砂浆材料

对于铁路客运专线现浇梁盆式橡胶支座和圆柱面钢支座的安装，支座砂浆材料具有超早强性能、良好的膨胀填充性能、后期强度不倒缩是其安全、耐久的重要保障。大量研究表明，传统早强砂浆材料主要存在新拌浆体流动性不好、硬化浆体小时强度低、收缩变形大、抗裂性能差和后期抗折强度低等缺点[5]。

4.2 新型摩擦副材

由于盆式橡胶支座、球型支座，以及带聚四氟乙烯滑板的板式橡胶支座均使

用了由聚四氟乙烯滑板与不锈钢板组成的摩擦副，由此给我们一个启示，将铰轴支座中的水平移动滚动摩擦副用聚四氟乙烯滑板与不锈钢板组成的平面摩擦副代替，既可满足水平位移的要求，也避免了辊轴部位的病害。同时由于聚四氟乙烯板对不锈钢板的摩擦系数与辊轴的滚动摩擦系数相当，因而，滑移阻力也不会增大。在有润滑脂润滑的情况下，聚四氟乙烯板与不锈钢板的摩擦系数会更低，更利于水平位移的实现[6]。

新型(聚四氟乙烯滑板式)铰轴支座目前已用于渝怀铁路长寿长江大桥和宜万铁路万州长江大桥上，它与传统的铸钢支座相比，具有传力均匀，疲劳寿命长，建筑高度低，节省钢材等优点。既保留了铸钢支座的结构特征，又运用现代减摩材料，使铸钢支座的缺点得以克服。

4.3 新型盆式橡胶支座

芜湖长江大桥是迄今为止规模较大、投资较多的公、铁两用桥,由于该桥具有大跨度和走行重载列车的特点,在设计中采用了一系列新技术。新式的盘式支座就是其中一例。

盆式橡胶支座的单向活动支座,过去采用的上支座板为槽形钢板形式,下支座板

盆环两侧设置两条挡板与上座的横向水平力并限制桥梁的横向位移[7]。

5 总结

高速铁路桥梁尽管其静力构造比较简单,但由于道床和钢轨之间的相互作用以及支座系统间的相互作用使得高速铁路桥梁支座设计需要特别考虑评估[8]。除具有一般支座的基本结构外，还需考虑设置一些附加的部件来适应其特殊的要求，如高耐久性、减隔振性及可调高性能。最后要保证支座的整体优越性能，从设计、制造到安装的质量均需得到保障，同时要方便支座的安装与维护。

参考文献

[1] 王旭芳,高速铁路桥梁支座设计要求及应用技术[J],2011

[2] 冯亚成,高速铁路桥梁支座系统[J],2011

[3] 臧晓秋,大吨位和大位移球型支座设计[J],铁道建筑,2009(4)