[科普中国]-柔性墩

简介

柔性墩桥是把几孔简支梁及其墩台，用适当的措施连结起来，形成多跨的门式结构，以共同承受桥上传来墩顶的水平力（主要为制动力或牵引力），此水平力按桥墩的剪力刚度分配，因此可以显著地减少了柔性墩所承受的水平力，而使大部分水平力传往刚性墩，从而使柔性墩的截面尺寸及圬工量减少，以达到降低全桥造价的目的。

我国第一座柔性墩桥是成昆铁路金口河车站内的三线大桥，建成于1966年。其后各地相继修建，至今全国已建成通车的柔性墩桥达47座。经过动载和静载试验，温度应力测试，以及多年的运营实践，表明棠性墩受力状况基本符合设计要求，使用中可保证安全，这是一种可行的、值得推广应用的轻型桥墩。

柔性墩桥须使几孔梁上大部分的制动力传往刚性墩台。传力的方式主要有两种，一种是串联简支梁的传力方式，可用铰在梁的中性轴处把几孔梁串成一联，全联只设一个固定支座，其余均为活动支座。这种方式称为活动支座体系。能取得改善梁长变化引起的不利影响。水平力在桥上传递路径较直接等效果，我国已在广（源）罗（家坝）支线箱板河大桥使用。但总的来说，这种体系还处在试验研究阶段。

我国已建成的柔性墩桥，除上述箱板河桥外，其它桥均使用固定支座体系，即是把钢筋混凝土梁或预应力混凝土梁两端均用固定支座与桥墩、桥台分组联成整体，成为稳定的超静定结构，每联只设一个活动支座。这种传力方式结构简单，梁部结构使用标准设计的普通简支梁，一般不需要作特殊处理，只需对支座锚栓及销钉进行适当加强。实践证明这种柔性墩桥安全可靠，可推广使用。

铁道部编制的行业标准《铁路柔性域桥技术规定》（以下简称《柔性墩规》），适用于混凝土简支梁用固定支座与墩台分组联合整体的铁路柔性墩桥。柔性墩桥除应符合此规定外，尚应符合现行《铁路桥涵设计规范》（以下简称《桥规》）、《铁路桥涵施工规范》、《铁路架桥机架梁规则》等规章。1

柔性墩桥设计的一般规定柔性墩桥可因地制宜地用于各级铁路线上。

柔性墩的截面较小，抗冲击能力较差，因此，在山坡有落石的傍山谷架桥、有泥石流、流冰、漂浮物的河流上，在通航的河流，在水流对混凝土有侵蚀的河流上，均不宜使用柔性墩桥。

柔性墩必须依靠刚性墩台，方能形成稳定的承重结构。所以刚性墩台在全桥中占有极为重要的地位，其强度、刚度、稳定性和振动性能必须符合规定，有足够的安全度。刚性墩台应布置在地形、地质条件较为有利的位置上。

固定支座要承受一联多跨梁的水平力，是全桥构成超静定结构体系的关键部位，因此必须按受力情况加强支座锚栓及销钉等传力部件。盆式橡胶固定支座上下支座板之间的缝隙小，且钢盆抗剪能力大，传力可靠，特别适用于柔性墩桥。

活动支座的活动量须能满足位移量的要求。为了分散和减小柔性墩的墩顶位移，活动支座应尽可能布置在温度联的中部。

柔性墩基底在恒载作用下如发生不均匀沉陷，墩身将会产生附加内力。因此，当采用明挖基础时，为减小不利影响，要求基底范围内的地基土均匀，其容许承载力不宜小于0.25MPa。

根据已建柔性墩桥的实践经验，规定柔性墩桥用于曲线上时，在I、Ⅱ级铁路上，曲线半径不宜小于500m。

多线桥的柔性墩，其墩身应各线分建。以免行车时各线荷载不同，引起梁下缘的伸长值不相等，使多线合建的柔性墩经常产生扭转的不利情况。

决定柔性墩桥的联长时，应考虑地形、地质及环境温度等因素。联长较大时．可减少刚性墩的个数，充分发挥柔性墩桥轻巧的特点。但联长过大时，则可能引起一些不利影响，如墩顶位移增大，使柔性墩受力加大，活动支座需有更大的活动量，固定支座传力系统各部件均须加强。联长过大时另一个主要的问题是桥上线路与桥梁之间相对位移增大，且活动支座处梁缝加大等，这些都使线路养护工作增加困难。综上所述，长大联长的柔性墩桥还存在一些问题，有待进一步研究。根据已建桥的经验，大部分桥梁联长在130m以下，这些桥均使用标准设计梁，只在支座锚栓和桥墩台顶帽局部加强，未进行桥上线路的特别处理。现经多年运营，情况基本正常。《柔性墩规》规定，柔性墩桥的联长（相邻刚性墩、台间距离）一般不宜大于132m。1

基本构造柔性排架桩墩是由单排或双排的钢筋混凝土桩与钢筋混凝土盖梁连接而成的，其主要特点是：可通过一些构造措施，将上部结构传来的水平力（如汽车荷载制动力、温度作用等）传递到全桥的各个柔性墩台或相邻的刚性墩台上，以减小单个柔性墩所受到的水平力，从而达到减小桩墩截面的目的。

柔性墩一般设置在两端具有刚性较大桥台的多跨桥中，同时，在全桥中除一个中墩上设置活动支座时，其余墩台均采用固定支座。

由于柔性墩在布置上只设一个活动支座，当桥孔数目较多且桥较长时，柔性墩固定支座的墩顶位移量过大而处于不利状态，活动支座的活动量也变大，刚性桥台的支座所受的水平力也大。因此，多跨长桥采用柔性墩时宜分成若干联。

在两个刚性墩之间设置若干个柔性墩。在这些柔性墩上，只设置一个活动支座，其余皆为固定支座。两个活动支座之间的梁、墩或活动支座与桥台之间的梁、墩、台构成一个“联”。每联中柔性墩的个数为1～6个，视具体情况而定。每联设置一个刚性墩（台），刚性墩布置在地基较好和地形较高的地方。一联长度的划分视地形、构造和受力情况而确定。

柔性墩的联是承受纵向水平力（如汽车制动力、温度作用）作用的一个共同受力体系，一联内的墩（台）及梁构成了一个多跨铰接刚架；在联的边端设活动支座的目的在于保证整个铰接刚架能自由变形，防止湿度作用过大。在一联中，如果不计梁在汽车制动力作用下的纵向变形，则汽车制动力所引起的墩顶位移，对于柔性墩及刚性墩是相同的，这样各墩台承受的制动力按其抗剪刚度进行分配，因此，作用在每个柔性墩上的制动力极小，绝大部分由桥台和刚性墩承担。这样，桥墩顺桥向墩身截面就可大大减小。2

连接方法为充分发挥桥墩的承载（受压）能力，可让各墩（台）具有不同的抗剪刚度，并用梁使其连接在一起。对多跨桥，可在其两端设置刚性较大的桥台，中间各墩均采用柔性墩（其顺桥方向的墩身尺寸很小）；同时，全桥除在一个中墩上设置活动支座外，其余墩台均采用固定支座。理论分析和实验表明：作用在桥梁上的水平力将按各墩台的抗剪刚度进行分配；因此，作用在每个柔性墩上的水平力极小，绝大部分水平力由桥台承担。这样桥墩就可以采用柔性的单排桩墩、柱式墩或其它薄壁式桥墩，达到节省材料、使桥墩轻型化的目的。

由于柔性墩在布置上，只设一个活动支座。当桥梁孔数较多且桥较长时，柔性墩固定支座的墩顶位移量过大而处于不利状态，活动支座的活动量要求也很大，刚性桥台的支座所受的水平力也大。因此，多跨长桥采用柔性墩时宜分成若干联。两个活动支座之间或刚性台与第一个活动支座间称为一联。每联设置一个刚性墩（台），刚性墩宜布置在地基较好和地形较高的地方。一联长度的划分视地形、构造和受力情况确定。

柔性排架桩墩分单排架和双排架墩。单排架墩一般适用于高度不超过4．0至5．0m。桩墩高度大于5．0m时，为避免行车时可能发生的纵向晃动，宜设置双排架墩。