基于行车性能的高铁标准梁式桥创新与应用

中国铁道科学研究院集团有限公司

福厦高铁试验列车在40m梁处交会

    我国是世界上高铁运营里程最长、运行速度最快、成网场景最复杂的国家，线路中桥梁占比高，其中预制架设标准梁式桥占95%以上，截至2024年底超过60万孔。高铁标准梁式桥应用数量庞大，影响广泛深远，面临在结构设计方法、箱梁跨越能力、高性能材料、智能建造技术与装备、全生命周期技术等方面破解理论创新和技术升级的难题。

为解决标准梁式桥技术经济性提升需求与行车安全舒适性合理匹配之间的矛盾，在设计理论、技术参数、40米简支箱梁、高性能预应力体系、运架装备、箱梁瘦身减重、智能建造和运营维护等方面开展了系列技术攻关，取得了开创性成果。

    一、主要科技创新

    创新发展了基于行车性能的高铁标准梁式桥刚度与强度协调控制设计理论。基于理论分析和运营实践揭示了高速列车速度和轮轴分布与简支梁桥跨度和刚度之间的耦合动力作用规律。首次提出发展高铁40米简支梁桥可避免发生过大车桥共振响应，梁体基频不再成为设计控制指标，提出了基于行车性能的高铁梁式桥刚度与强度协调控制设计理论；建立了高铁梁式桥适应时速400公里的技术参数体系，成果纳入相关标准并在福厦高铁得到全面验证，在40米简支梁桥上创造了列车时速453公里、交会时速891公里的运行纪录。

    系统提升了高铁标准梁式桥结构设计技术和关键材料性能。研究提出基于制运架的高铁40米简支箱梁关键结构尺寸、预应力体系、徐变上拱控制等构造参数，完成了结构整体和局部构造设计，开创了国内外铁路预制架设简支箱梁的最大跨度，相比既有32米简支箱梁每延米的质量降低6%；引领我国各行业预应力强度等级突破2200MPa，解决了长期以来预应力构造尺寸控制简支梁结构设计的难题，为结构设计技术的提升创造了有利条件；提出了基于足尺模型梁和工程试验梁的试验检验技术，掌握了新型简支箱梁的预制生产工艺、受力性能和破坏特征，超高强度预应力体系足尺模型梁的破坏性试验最高加载等级突破了2.55倍设计荷载；创新提升了高铁简支箱梁的结构设计，大幅节省了混凝土、普通钢筋和预应力筋等材料用量，降低了工程造价，形成了更加经济适用的20～40米谱系化简支箱梁结构，系统提升了高铁梁式桥的结构设计技术、关键材料性能和试验检测技术。

    自主研发了高铁箱梁智能建造成套技术和装备。首次研制兼容跨度20～40米箱梁、载重1000吨的智能化“搬梁-提梁-运梁-架梁”成套装备，实现搬提运架设备载重能力、跨度适应性和智能化水平的重大突破，系统提升了我国桥梁运架装备的技术水平；创新研发了高铁箱梁预制全套智能生产技术和装备，开发了梁场智能管理平台，实现了箱梁预制架设全工序数字化生产；创新提出了预制装配式桥面设施建造技术，建立了成熟的工厂预制和桥位机械化拼装工艺流程，解决了高铁箱梁桥面附属设施施工工序多、现浇混凝土质量控制难度大的难题，实现了高铁梁部结构的全预制化施工。

千吨级“昆仑号”架桥机应用

    全面构建了高铁标准梁式桥设计建造运维全生命周期技术体系。构建了中国高铁新时代标准梁式桥系列化工程建设通用参考图和技术标准体系；基于理论分析和联调联试、专项试验数据分析，提出了高铁梁式桥的运营评价指标；开发了高铁梁式桥基于运营性能的养护维修技术，提升了高铁梁式桥的运维保障水平。

    二、项目评价

    项目研究提出的高铁梁式桥刚度与强度协调控制设计理论和载重1000吨智能化运架成套装备技术均达到国际领先水平，项目成果系统提升了我国高铁梁式桥的建造技术水平，经济效益显著。

    三、成果及效益

    项目成果获专利79项、软件著作权5项、省部级工法2项，发表论文86篇、专著1部，编制国家、行业等各层级技术标准22项，形成通用参考图12册。

    2023年3月国铁集团颁布了新版通用图，项目成果在国家高铁建设中全面推广应用，高铁40米箱梁已在济郑、福厦、南沿江、杭衢等项目应用，数量达近1万孔；高铁新型24米、32米箱梁在沪宁合、雄忻、雄商、津潍、昌九等项目应用，数量达到4万余孔；千吨级运架一体机在福厦、杭衡铁路应用，运架分体机在南沿江、昌景黄、沪苏湖等项目应用。

    截至2023年累计节省投资约36.27亿元；服务国家铁路建设和高铁全系统、全要素、全产业链走出国门，支撑我国高铁建造领域的国际领先地位。