CN111119024A - 一种铁路桥梁 - Google Patents

Abstract

本发明属于桥梁工程领域。本发明实施例所提供的铁路桥梁，包括梁体和多个桥墩，桥墩设置在梁体下方并与梁体连接以支撑梁体；在竖直方向上，每个桥墩沿梁体的延伸方向的宽度为定值，定值与对应的所述桥墩的高度值呈正相关关系。调整桥墩的尺寸，使沿梁体的延伸方向的宽度与桥墩的高度值呈正相关关系，从而使沿梁体的延伸方向的刚度基本相同，沿梁体的延伸方向的载荷由各个桥墩共同均匀承担。

Description

一种铁路桥梁

技术领域

本发明属于桥梁工程领域，尤其涉及一种铁路桥梁。

背景技术

随着经济发展与技术手段不断提高，铁路向山区不断延伸。面对山区地形复杂的特点，连续体系桥梁凭借良好的结构刚度与经济性得到广泛运用。相对于山区公路连续体系桥梁，山区铁路连续体系桥梁的设计过程中，常遇到高墩结构刚度难以满足要求、高低墩刚度匹配难度大的问题。在相关的山区铁路桥梁高墩的设计中，采用扫帚形桥墩，如图1所示为桥墩的正视图，扫帚形桥墩在竖直方向上分为两段，桥墩沿梁体延伸方向的宽度和垂直于梁体延伸方向的宽度，均由上至下线性增加，桥墩上段S1坡度陡，下段S2坡度缓，形式犹如扫帚，通过由上至下的两段放坡，大幅提高墩底截面，从而提高桥墩刚度，但存在由于尺寸大，会导致混凝土圬工量大幅增加，增加施工难度。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种铁路桥梁，以解决山区铁路桥梁结构刚度难以满足要求的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明实施例的技术方案是这样实现的：

本发明实施例所提供的一种铁路桥梁，该铁路桥梁包括：

梁体；多个桥墩，设置在所述梁体下方并与所述梁体连接以支撑所述梁体；在竖直方向上，每个所述桥墩沿所述梁体的延伸方向的宽度为定值，所述定值与对应的所述桥墩的高度值呈正相关关系，以使每个所述桥墩的沿所述梁体的延伸方向的刚度基本相同。

进一步地，每个所述桥墩沿垂直所述梁体延伸的方向的宽度由上至下增加。

进一步地，每个所述桥墩沿垂直所述梁体延伸的方向的宽度由上至下按照坡率线性增加。

进一步地，不同的所述桥墩可采用不同的所述坡率。

进一步地，所述多个桥墩包括：

多个第一桥墩，任意两个所述第一桥墩之间的高度值之差小于5米；

多个第二桥墩，任意两个所述第二桥墩之间的高度值之差小于10米；所述第二桥墩的高度值比所述第一桥墩的高度值大，高度差在45米到55米的范围内。

进一步地，所述第一桥墩和第二桥墩均为空心墩。

进一步地，所述第一桥墩的垂直于竖直方向的横截面面积小于所述第二桥墩的垂直于竖直方向的横截面面积。

进一步地，沿垂直所述梁体延伸的方向，所述第一桥墩的刚度大于所述第二桥墩的刚度。

进一步地，连接所述第一桥墩和所述第二桥墩的梁体为连续梁。

进一步地，所述梁体为刚构连续梁。

本发明实施例所提供的铁路桥梁，包括梁体和多个桥墩，桥墩设置在梁体下方并与梁体连接以支撑梁体；在竖直方向上，每个桥墩沿梁体的延伸方向的宽度为定值，定值与对应的所述桥墩的高度值呈正相关关系，以使每个所述桥墩的沿所述梁体的延伸方向的刚度基本相同。由于铁路桥梁整体刚度要求远大于公路桥梁，且由于地势原因桥墩存在高度差异，矮墩所要求的刚度会比高墩大很多；本发明实施例调整桥墩的尺寸，使沿梁体的延伸方向的宽度与桥墩的高度值呈正相关关系，从而使各个桥墩沿梁体的延伸方向所需求的刚度基本相同，使沿梁体的延伸方向的载荷由高低桥墩共同均匀承担，从而降低了山区铁路桥梁结构刚度满足要求的难度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是铁路桥梁常用的扫帚形桥墩的正视图；

图2是本发明实施例提供的铁路桥梁的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的铁路桥梁的桥墩正视图；

图4a是本发明实施例提供的铁路桥梁的基础结构示意图；

图4b是本发明实施例提供的铁路桥梁的另一种基础结构示意图；

图4c是本发明实施例提供的铁路桥梁的另一种基础结构示意图；

图5是本发明实施例提供的铁路桥梁的桥墩侧视图；

图6是本发明实施例提供的铁路桥梁的另一种桥墩侧视图；

图7是本发明实施例提供的铁路桥梁的桥墩横截面剖视图；

图8是本发明实施例提供的铁路桥梁的另一种桥墩横截面剖视图；

图9是本发明实施例提供的铁路桥梁的另一种桥墩横截面剖视图；

附图标记说明：

1、梁体；2、桥墩；21、第一桥墩；211、一号第一桥墩；212、二号第一桥墩；22、第二桥墩；221、一号第二桥墩；222、二号第二桥墩；223、三号第二桥墩；201、桥墩底；202、桥墩顶；3、基础；31、基桩；32、承台；H、桥墩高度；L1、桥墩2在梁体1的延伸方向的宽度；L101、第一桥墩21在梁体1的延伸方向的宽度；L102、第二桥墩22在梁体1的延伸方向的宽度；L2、沿垂直于梁体延伸的方向的宽度；L210、桥墩底21沿垂直于梁体延伸的方向的宽度；L220、桥墩顶22沿垂直于梁体延伸的方向的宽度；A、平坡段；B、陡坡段；C、低凹段；D、陡坡段

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在具体实施例中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，例如通过不同的具体技术特征的组合可以形成不同的实施例和技术方案。为了避免不必要的重复，本发明中各个具体技术特征的各种可能的组合方式不再另行说明。

在以下的描述中，所涉及的术语“第一\第二”仅仅是是区别不同的对象，不表示二者之间具有相同或联系之处。应该理解的是，所涉及的方位描述“上方”、“下方”均为正常使用状态时的方位。梁体的延伸方向即梁体的尺寸最大的方向，桥墩横截面是指垂直于梁体延伸的方向的截面。

需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

本发明实施例提供的铁路桥梁，可应用于桥梁工程领域，由于铁路桥梁整体刚度要求远大于公路桥梁，且地势原因桥墩存在高度差异，因而不同高度的桥墩对桥梁的刚度影响不同。调整桥墩的尺寸和梁体的结构，从而使各个桥墩所需求的刚度基本相同，能使沿梁体的延伸方向的载荷由高低桥墩共同均匀承担。

如图2所示，铁路桥梁包括梁体1和多个桥墩2，桥墩2位于梁体1的下方并与梁体1连接，梁体1作为列车的行车面，桥墩2用于支撑梁体1。如图3所示为桥墩2的正视图，即在图2中，从纸面由外向内看，每个桥墩2在梁体1的延伸方向的宽度L1为定值，且宽度的定值L1与对应的桥墩2的高度值H呈正相关关系，即多个桥墩2中，第一桥墩21的桥墩高度小于第二桥墩22的桥墩高度，则第二桥墩22沿梁体1延伸方向的宽度值大于第一桥墩21的宽度值。由于在铁路桥梁中，桥墩沿梁体延伸方向的宽度值相同的情况下，桥墩高度越高，同一剪力产生桥墩底201弯矩越大，桥墩顶202水平位移越大，则桥墩刚度越小。因此，为了增强铁路桥梁结构的整体性，在多个桥墩2中，第二桥墩22沿梁体1延伸方向的宽度值大于第二桥墩22的宽度值，从而可以减小不同桥墩墩高对桥梁结构整体沿梁体1延伸方向刚度的差异，以使每个桥墩2的沿梁体1的延伸方向的刚度基本相同。

在一些实施例中，如图2所示，铁路桥梁还包括基础3，桥墩2将梁体1所承受的载荷传递到基础3上，基础3将所承受的载荷传递到地基。基础3可以根据需要采用桩基础、挖井基础和扩大基础等。

在一些实施例中，如图4a所示，基础3采用桩基础，由许多根打入或沉入土中的基桩31和连接桥墩的承台32所构成的基础。外力通过承台32分配到各基桩31，再通过基桩31把力传递到周围土及深层土中，属于深基础，适用于土质深厚处。在所有深基础中，桩基础具有结构最轻、施工机械化程度较高和施工进度较快等优点，是一种较经济的基础结构。

在一些实施例中，如图4b所示，基础3采用挖井基础，是一种古老且常见的深基础类型，具有刚性大，稳定性好的优点。与桩基相比，在荷载作用下变位甚微，具有较好的抗震性能，尤其适用于对基础承载力要求较高，对基础变位敏感的桥梁。

在一些实施例中，如图4c所示，基础3采用扩大基础，即由块石或混凝土砌筑而成的大块实体基础，埋置深度可较其他类型基础浅，构造简单。由于所用材料不能承受较大的拉应力，因此基础的厚、宽比需要足够大，使之形成刚性基础，受力时不致产生挠曲变形。为了节省材料，这类基础的立面往往砌成台阶形。

如图5所示为桥墩2的侧视图，即在图2中，从左向右看或者从右向左看，沿垂直于梁体延伸的方向的宽度L2由上至下增加。为增大桥梁的刚度和承载能力，桥墩底21沿垂直于梁体延伸的方向的宽度L210应大于桥墩顶沿垂直于梁体延伸的方向的宽度L220，因此桥墩底21平行于梁体1的横截面积大于桥墩顶22的横截面积。

桥墩2沿垂直梁体1延伸的方向的宽度L2由上至下按照坡率线性增加。在一些实施例中，如图6所示为桥墩2的侧视图，桥墩2在垂直于梁体1延伸方向上的宽度，在竖直方向由上至下分以两段不同坡率增加，桥墩上段S1坡度陡，下段S2坡度缓，通过由上至下的两段放坡，大幅提高墩底截面，从而提高桥墩刚度，但存在由于尺寸大，会导致混凝土圬工量大幅增加，增加了施工难度等缺点。优选的，如图5所示，桥墩2沿垂直梁体1延伸的方向的宽度L2由上至下按照同一坡率线性增加，即桥墩2为单向放坡的直坡墩，直坡墩具有体量小、施工难度小和美观的优点。

在一些实施例中，桥墩2的坡率范围在40:1～70:1内，不同墩高H的桥墩2在该坡率范围内可采用统一的坡率，也可根据需求采用不同的坡率。根据地势需求，第二桥墩22墩高H比第一桥墩21高，设计在梁体1距离地基最远的区域，第二桥墩22刚度较小，为了增加刚度，可采用坡率范围内较小的坡率，为第一桥墩21的刚度较大，为了增加桥梁整体结构刚度的一致性，可采用坡率范围内较大的坡率。桥墩2由上至下在垂直于梁体延伸的方向具有坡率，影响桥梁垂直于梁体延伸的方向的刚度，由于垂直于桥梁延伸的方向，桥梁类似于悬臂梁，因此桥梁的横向刚度低，且由于铁路桥梁跨度更窄，导致桥梁垂直于梁体延伸的方向的刚度更低，第一桥墩21的坡率是影响垂直于梁体延伸的方向的刚度的关键点，第二桥墩的坡率可与第一桥墩的坡率一致。

由于地势的原因，每个桥墩2的高度H会存在差异，相同类型的桥墩2(例如多个第一桥墩之间或者多个第二桥墩之间)的高度值差在一定的范围内，可以确保桥梁整体结构的一致性，列车行车的平稳性。具体的，任意两个第一桥墩21之间的高度值之差小于5米，任意两个第二桥墩22之间的高度值之差小于10米。对于不同类型的桥墩2，具体的，第二桥墩22的高度值比第一桥墩21的高度值大，高度差在45米到55米的范围内，可以确保桥梁整体结构的一致性，达到承载列车行车所需的整体刚度。

第一桥墩21和第二桥墩22均为空心墩。在桥梁的设计中桥墩2具有实心和空心的区别，一般墩高H在3米到15米的桥墩为实心墩，大于20米的桥墩为空心墩。本发明所提供的铁路桥梁中，桥墩2的高度H均大于20米，因此第一桥墩21和第二桥墩22采用空心墩，空心墩具有截面积小、自重轻和结构刚度好等优点，利用钢筋+混凝土的方式填充桥墩，这样就使得桥墩更加的坚固耐用，并且成本也能得到相应的减少。

如图7和图8所示，第一桥墩21的垂直于竖直方向的横截面面积小于所述第二桥墩22的垂直于竖直方向的横截面面积。在桥梁工程中，桥墩在具有相同横截面积的情况下，桥墩的高度越小，其刚度越大，而刚度越大的桥墩则需要承受更大的外部负载，为了均匀高度不同的桥墩对外部负载的分配，则需要调整高度不同的桥墩的横截面面积。由于第一桥墩21的高度小于第二桥墩22的高度，因此需减小第一桥墩21的横截面面积，增大第二桥墩22的横截面面积。桥墩2垂直于梁体延伸的方向的宽度L2，受桥墩2垂直于竖直方向的横截面面积和桥墩2沿梁体1延伸的方向的宽度值L1的条件限制，通过调整桥墩2垂直于梁体延伸的方向的宽度L2，调整桥墩2垂直于竖直方向的横截面面积，从而调整桥墩2的承载能力，使桥墩2具有足够的安全性。

在一些实施例中，桥墩2的壁厚对桥墩刚度的影响较小，但是可影响桥墩的受力状态，可通过调整桥墩2的壁厚，调整桥墩2垂直于竖直方向的横截面面积。

在一些实施例中，如图9所示，桥墩2垂直于竖直方向的截面形状可为具有倒角的矩形截面，其具有节省混凝土圬工，简单易施工的优点，但设置在有水处，对水的阻力很大，易遭冲刷。因此桥墩2垂直于竖直方向的截面形状为具有倒角的矩形截面适用于无水或靠近岸边水流流速小、山区跨谷处。

在一些实施例中，如图所7示，桥墩2垂直于竖直方向的截面形状可为圆端型截面，即截面中间为矩形，两端分别加一个圆弧，是桥墩适用于有水地域，能使水流顺畅地通过桥墩，可减小冲刷和流水的压力，是一种常用的桥墩形式。

由于垂直于桥梁延伸的方向，桥梁类似于悬臂梁，在桥梁工程中，高度越小的桥墩，在其垂直于桥梁延伸的方向具有越大刚度，因此第一桥墩21垂直于桥梁延伸的方向的刚度要大于第二桥墩22垂直于桥梁延伸的方向的刚度。

连续梁无伸缩缝具有良好的结构刚度，为了充分利用第一桥墩21的垂直于桥梁延伸的方向的刚度，可利用连续的梁体1连接第一桥墩21和第二桥墩22，使第一桥墩21和第二桥墩22共同发挥作用，从而提高整个桥梁的垂直于桥梁延伸的方向的刚度。梁体1沿梁体1延伸方向的两端可有伸缩缝，与除第一桥墩21和第二桥墩22范围外的桥墩相连的桥梁不限制为连续梁。

连续体系桥梁的梁体1可以为刚构连续梁体，刚构连续桥梁的梁体1连续无伸缩缝，能使列车行车平顺，桥墩2和梁体1的连接方式是固结，不设大型支座节省了昂贵的费用，方便施工。刚构连续桥梁具有很大的顺桥向抗弯刚度和横桥向抗扭刚度，能很好地满足较大跨径的受力要求，且刚构连续桥梁内的内力分布更加合理，合理选择墩的刚度，能够有效地减少主梁内的弯矩，有利于增大跨径。

在一些实施例中，连续体系桥梁可为塔梁墩固结体系的斜拉桥，即梁体、塔柱和桥墩三者固结，形成了多点弹性支承的刚构体系，不设大型支座节省了昂贵的费用，而且结构的整体刚度很大，使梁体的挠度减小。

在一些实施例中，如图2所示，山区铁路往往地形起伏较大，A段线路梁体1与地基距离小于C段线路梁体1与地基距离，A段为平坡段，C为低凹段，B、D为陡坡段，B、D段不宜设置过多桥墩，但至少设置一个桥墩。

在一些实施例中，为减小高度不同桥墩2对桥梁整体刚度的影响，将B、C、D范围内梁体设置为一联的刚构连续梁。铁路桥梁的刚构连续梁体11与多个桥墩2固结，其中包括2个第一桥墩21：一号第一桥墩211和二号第一桥墩212；3个第二桥墩22：一号第二桥墩221、二号第二桥墩222和三号第二桥墩223，即为一联六孔的刚构连续桥梁。

具体的，一号第一桥墩211和二号第一桥墩212墩高H1位70.5m，沿梁体1的延伸方向的宽度L101为定值5.0m，壁厚1.3，桥墩顶202垂直于梁体1延伸方向的截面宽度L220为10.5m，第一桥墩21外轮廓按40：1坡率线性变化，内轮廓按100：1坡率线性变化，桥墩底201垂直于梁体1延伸方向的截面宽度L210为14.025m，第一桥墩21垂直于梁体延伸方向的壁厚由上至下从1.0m变化至1.923m。

具体的，一号第二桥墩221、二号第二桥墩222和三号第二桥墩223的墩高H2分别为122m、122m、124m，沿梁体1的延伸方向的宽度L102为定值8.5m，壁厚1.2，桥墩顶202垂直于梁体1延伸方向的截面宽度L220为10.5m，第二桥墩22外轮廓按40：1坡率线性变化，内轮廓按100：1坡率线性变化，桥墩底201垂直于梁体1延伸方向的截面宽度L210分别为16.6m、16.6m、16.7m，第二桥墩22垂直于梁体延伸方向的壁厚由上至下从1.0m分别变化至2.695m、2.695m、2.725m。

对上述铁路桥梁进行成桥模拟，沿梁体1延伸方向的结构刚度为3141.3KN/m，一号第一桥墩211、二号第一桥墩212、一号第二桥墩221、二号第二桥墩222和三号第二桥墩223沿梁体1延伸方向的刚度依次为656.1kN/m、631.5kN/m、628.4kN/m、600.7kN/m、624.6kN/m。在负载和自身重力的作用下，多个桥墩2在沿梁体1延伸方向下对结构承载力及刚度的贡献基本一致。一号第一桥墩211、二号第一桥墩212、一号第二桥墩221、二号第二桥墩222和三号第二桥墩223沿垂直于梁体1延伸方向上刚度的贡献依次为：30％、13％、13％、12％、32％。在负载和自身重力的作用下，一号第一桥墩211和二号第一桥墩212沿垂直于梁体1延伸方向上对结构承载力与刚度的贡献超过60％。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种铁路桥梁，其特征在于，包括：

梁体；

多个桥墩，设置在所述梁体下方并与所述梁体连接以支撑所述梁体；在竖直方向上，每个所述桥墩沿所述梁体的延伸方向的宽度为定值，所述定值与对应的所述桥墩的高度值呈正相关关系，以使每个所述桥墩的沿所述梁体的延伸方向的刚度基本相同。

2.根据权利要求1所述的铁路桥梁，其特征在于，每个所述桥墩沿垂直所述梁体延伸的方向的宽度由上至下增加。

3.根据权利要求2所述的铁路桥梁，其特征在于，每个所述桥墩沿垂直所述梁体延伸的方向的宽度由上至下按照坡率线性增加。

4.根据权利要求3所述的铁路桥梁，其特征在于，不同的所述桥墩可采用不同的所述坡率。

5.根据权利要求1所述的铁路桥梁，其特征在于，所述多个桥墩包括：

多个第一桥墩，任意两个所述第一桥墩之间的高度值之差小于5米；

多个第二桥墩，任意两个所述第二桥墩之间的高度值之差小于10米；所述第二桥墩的高度值比所述第一桥墩的高度值大，高度差在45米到55米的范围内。

6.根据权利要求5所述的铁路桥梁，其特征在于，所述第一桥墩和所述第二桥墩均为空心墩。

7.根据权利要求6所述的铁路桥梁，其特征在于，所述第一桥墩的垂直于竖直方向的横截面面积小于所述第二桥墩的垂直于竖直方向的横截面面积。

8.根据权利要求5所述的铁路桥梁，其特征在于，沿垂直所述梁体延伸的方向，所述第一桥墩的刚度大于所述第二桥墩的刚度。

9.根据权利要求1所述的铁路桥梁，其特征在于，连接所述第一桥墩和所述第二桥墩的梁体为连续梁。

10.根据权利要求9所述的铁路桥梁，其特征在于，所述梁体为刚构连续梁。

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