城市铁路桥梁支座选型和八通线桥梁支座特点

城市铁路桥梁支座选型和八通线桥梁支座特点

张晓林

(北京城建设计研究总院,北京100037)

=摘要>结合城市铁路高架桥的结构形式,探讨其桥梁支座选型,并着重介绍了北京地铁八通线桥梁支座的特点。

=关键词>地铁八通线支座选型支座特点

支座是连接桥梁上部结构和下部结构的重要部件,它能适应上部结构的伸缩和转动,并将桥梁上部结构的反力传递给下部结构,从而使结构的实际受力状况与理论计算模型相吻合。合理的支座形式会使行车安全、平稳、舒适、低噪声。

1城市铁路桥梁支座类型及使用情况分析

111国内外城市铁路桥梁支座使用情况

目前我国铁路桥梁使用的支座有钢支座和橡胶支座两类。早期修建的桥梁几乎全部采用钢支座。钢支座有平板支座、弧形支座、摇轴支座和辊轴支座几种。从多年的运营状况来看,钢支座存在很多病害,后期维修、养护和更换的工作量巨大,噪声问题也很突出。板式橡胶支座于1969年在我国铁路桥梁上开始使用,由于构造简单、造价低廉、安装方便、几乎无需养护,三十年来得以广泛应用。但其间由于人们担心橡胶老化和列车通过时易发生横向摇摆问题,在一定程度上影响了它的进一步推广。如增加适当的横向限位装置,板式橡胶支座将成为中小跨度桥梁较好的支座形式。盆式橡胶支座承载能力大,平动和转动灵活、摩擦系数小、建筑高度低,是中大跨度桥梁理想的支座形式。

国外铁路桥梁早期也以钢支座为主,上世纪五、六十年代随着对桥梁振动和噪声污染的重视,逐步推广使用橡胶支座,新建桥梁则基本采用橡胶支座。

城市铁路高架桥作为城市中新兴的交通建筑物,其支座的研制应本着减振防噪、增加舒适性、节约运营期间养护费用的原则,将大力推广橡胶支座和改进其性能作为发展方向。

112几种典型桥梁支座的特点

11211盆式橡胶支座

铁路连续梁桥通常采用盆式橡胶支座,在全桥的固定墩上设置盆式固定支座,其余各墩设活动支座。全桥的水平力)))制动力、牵引力、温度力、地震力、风力等全部由固定墩来承受,因此固定墩的截面尺寸一般比活动墩大,这不利于城市桥梁的景观。

11212板式橡胶支座

板式橡胶支座广泛应用于市政和公路简支梁上,铁路一般用于20m及以下跨度的简支梁上。板式橡胶支座在列车活载作用下产生压缩变形,相对于盆式橡胶支座,具有减振降噪的作用。板式橡胶支座结构上须加装上、下钢盖板和横向限位装置,其造价比盆式橡胶支座稍低。而在受力性能方面,因橡胶的纵向剪切刚度较小,致使桥梁下部结构的综合刚度较低,在制动力作用下钢轨的附加应力较大,因此对板式橡胶支座一般仅在简支梁下采用,而对轨道交通高架桥连续梁中的使用应持谨慎态度。

11213铅芯橡胶支座

铅芯橡胶支座是二十多年前由新西兰学者在板式橡胶支座的基础上研制开发的一种新型桥梁支座,国内自20世纪90年代开始对其进行研究,并已在铁路桥梁、市政桥梁和民用建筑领域有所应用,其经济指标与盆式橡胶支座相当。铅芯橡胶支座是在板式橡胶支座中设置铅芯,形成组合结构,可明显提高在制动力和地震力等瞬间水平力作用下的剪切刚度,使各个桥墩均匀受载,降低无缝线路长钢轨的附加应力。另外,铅芯橡胶支座具有显著的阻尼特性,可改善地震荷载作用下桥梁的受力特性。从理论上讲,采用铅芯橡胶支座,既可保留板式橡胶支座均匀分散水平力的特点,使各墩柱截面一致;又能在制动瞬间提高下部结构的综合刚度,改善桥上无缝线路的受力状态;并且具有减隔震作用。但目前此项技术在国内应用较少,南疆铁路应用中也发现一些问题,应进一步探讨技术的可行性和产品质量的稳定性。

11214圆柱面钢支座

圆柱面支座是一种以面接触传递竖向荷载为特征的新型铁路桥梁支座,支座以圆柱面之间的转动和平面之间的滑动组合来适应桥梁上部结构因受力原因产生的变形。我国铁路桥梁使用的钢支座主要为弧形支座、摇轴支座、辊轴支座。这些支座或多或少存在一些

不足之处。由于支座结构和传力方式不合理,致使支座的转动和滑动不灵活,对梁的变形产生约束,易造成支座螺栓被剪断、梁端开裂等病害,而且用钢量和维护工作量大。

与目前铁路桥梁使用的铸钢支座相比,圆柱面钢支座受力性能好,接触应力很小;结构紧凑,结构高度低;转动和滑动灵活,对梁的变形不产生约束;节省钢材约一半左右;支座完全密封,免于维护。但与板式橡胶支座相比,减振降噪效果较差。

2八通线桥梁支座选型及其特点

211支座选型

目前在国内外铁路线上的中小跨度桥梁均以采用橡胶支座为主。秦沈客运专线在16m以下的小跨度简支梁上采用区分固定与活动的板式橡胶支座,在16 m以上的简支梁上采用了盆式橡胶支座。目前已投入运营的上海轨道交通明珠线标准梁为30m跨度的简支箱梁,其支座采用不分固定与活动的板式橡胶支座。北京城市铁路和韩国的高速铁路均采用板式橡胶支座与盆式橡胶支座相结合的支承方式,由盆式橡胶支座承受桥上水平力,由板式橡胶支座作为活动支座,以适应梁体变形的需要。因此板式橡胶支座与盆式橡胶支座是目前轨道交通桥梁的首选支座类型。结合八通线的特点,确定如下支座选型:

(1)对简支梁,采用区分固定与活动的板式橡胶支座,固定支座一般设在下坡端;

(2)对连续梁箱梁,采用盆式橡胶支座。由于双线箱梁底宽较小,在固定墩上设置两个固定支座,在活动墩和连接墩上各设置两个顺桥向的单向活动支座。212八通线板式橡胶支座的特点

北京地铁八通线全长19km,其中高架桥全长917 km,85%的桥梁采用预应力混凝土工型组合梁形式。根据预制架设的特点,其支座设计构造有别于目前已建和在建的轨道交通桥梁支座,其特殊性在于下述5个方面。

(1)由于采用预制架设工法,支座安装相对复杂。现浇梁的支座安装是在桥墩打好后,将支座安装在墩顶,而后浇注梁体;而八通线的支座安装,是在架梁时将支座挂在预制梁底,落梁至墩位,所以在浇注桥墩和垫石时需预留支座下座板锚栓孔,工艺较为复杂。

(2)方便了桥梁支座的整体更换。一般的公路和市政桥梁采用普通板式橡胶支座时,支座的更换只需顶梁就行,而轨道交通桥梁采用带横向限位的板式橡胶支座,橡胶板上、下有钢盖板,两侧又有钢制限位块,限位器间隙只有1mm,这样提高了行车舒适度。以往的轨道交通线路,如上海明珠线、北京城市铁路等,通过梁体和墩顶埋置锚栓,用螺母固定上、下座板,如果需要更换支座,顶梁高度较高;而八通线采用的支座,对锚栓构造进行了改造,将锚栓加套筒埋置在梁底和墩顶,用螺钉固定上、下座板,顶梁高度较低,支座可以方便地更换。

(3)与北京城市铁路、大连轨道交通三号线、南京地铁南北线等轨道交通高架桥所用的板式橡胶支座相比,横向限位块间加装聚四氟乙烯板,侧向摩擦力较小,不会出现限位块间的顶死现象。

(4)吸收了秦沈客运专线桥梁支座的优点,将简支梁两端的支座分设固定和活动两种,使长钢轨纵向力和列车制动力能够可靠传递到下部结构,减少了钢轨附加应力。根据铁道科学研究院按线桥相互作用原理的理论分析结果,当在简支梁上采用板式橡胶支座时如果支座不区分固定和活动支座,则板式橡胶支座的桥上温度伸缩力和挠曲力小于采用钢支座的(区分固定和活动端)桥梁。但在制动力作用下,采用板式橡胶支座桥梁的钢轨附加力,远远大于采用钢支座的桥梁。因此在设置无缝线路的铁路桥上采用板式橡胶支座时,应区分固定支座和活动支座。

(5)适合(i)[24j的线路坡度。在坡道上,支座上座板底面平置,顶面根据线路坡度的不同设纵向斜坡,共分以下六档。

A档:i[4j,上座板顶面不设坡度;

B档:4j[i[8j,上座板顶面设4j纵坡;

C档:8j[i[12j,上座板顶面设8j纵坡;

D档:12j[i[16j,上座板顶面设12j纵坡;

E档:16j[i[20j,上座板顶面设16j纵坡;

F档:20j[i[24j,上座板顶面设20j纵坡。

由于支座整体由支座厂制造,可保证支座的加工精度。

3八通线板式橡胶支座的设计参数

(1)支座的抗压容许应力10MPa;

(2)最小压应力\2MPa;

(3)允许最大剪切变形tan A[017;快速加载产生的剪切变形tan A[0125;

(4)支座的稳定条件:支座的总厚h<(1P5)a;

(5)支座的抗滑摩擦系数:与钢012,与混凝土013;

(6)8度地震区支座横向承受的水平力假定为支座竖向承载力的14%。