铁路中空式桥墩的制作方法
【专利摘要】铁路中空式桥墩，以克服现有桥墩结构的主要缺点，使其墩身截面尺寸显著减小，降低墩身混凝土用量，且具有优良的防撞性能，适用范围更加广泛。包括顶帽、托盘、墩身和承台，所述墩身由横桥向间隔设置的左侧墩柱、右侧墩柱构成，左侧墩柱、右侧墩柱的上端、下端分别与托盘、承台固结为一体；所述顶帽和托盘固结为一体。
【专利说明】铁路中空式桥墩
【技术领域】
[0001]本发明涉及桥梁，特别涉及一种适用于时速不大于200km/h的铁路桥梁的铁路中空式桥墩。
【背景技术】
[0002]由于铁路桥梁自重及承受的列车活载均较大，铁路桥墩一般采用实体桥墩(亦称重力式桥墩)和空心桥墩，当桥墩墩高小于20m时多采用前者，反之多采用后者。
[0003]实体桥墩的主要特点是靠自身重量来平衡外力，保持其稳定。按墩身截面形式的不同，实体桥墩可分为矩形截面、圆端形截面和圆形截面。实体桥墩的优点是:墩身厚实，防撞能力强；墩身可只设护面钢筋或不设钢筋，钢筋费用低；使用天然石材或混凝土建造，可就地开采，取材方便；墩身截面为实心，构造简单，施工较方便。
[0004]空心桥墩是实体桥墩向轻型化发展出来的一种结构形式，它的外形与实体桥墩一样，也可分为矩形、圆端形和圆形，区别是空心桥墩将实体桥墩墩身截面中心的大部分混凝土挖除了，从而形成了空心薄壁的桥墩结构。空心桥墩优点是:墩身圬工用量显著减小，相对于实体桥墩可节省40%?60%的圬工量；墩身自重轻，对地基承载力要求低，可适用各种地质条件；非常适用于超高桥墩，特别是墩高40m以上时，其结构造价可显著降低，优势明显。
[0005]然而，目前铁路桥梁采用的实体桥墩和空心桥墩均具有各自的缺点和局限性。
[0006]实体桥墩的缺点和局限性有:自重大，要求地基承载力较高，否则将大幅增加基础用量和造价；适用范围受限，当墩高大于20m时，性价比显著下降，一般不再采用；墩身截面大，阻水面积大，对行洪和通航均不利；墩身笨重，景观性较差，不适合景观要求较高区域。
[0007]空心桥墩的缺点和局限性有:墩身构造较复杂，施工难度及施工费用较高；防撞能力较差，如有防撞要求时，需设置专门的防撞措施；适用范围受限，当墩高小于20m时，性价比显著下降，一般不再采用；墩身截面尺寸较大，景观性较差。
【发明内容】
[0008]本发明所要解决的技术问题是提供一种铁路中空式桥墩，以克服现有桥墩结构的主要缺点，使其墩身截面尺寸显著减小，降低墩身混凝土用量，且具有优良的防撞性能，适用范围更加广泛。
[0009]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0010]本发明的铁路中空式桥墩，包括顶帽、托盘、墩身和承台，其特征是:所述墩身由横桥向间隔设置的左侧墩柱、右侧墩柱构成，左侧墩柱、右侧墩柱的上端、下端分别与托盘、承台固结为一体；所述顶帽和托盘固结为一体。
[0011]本发明的有益效果是，顶帽、托盘的整体式设计，可以保证列车、简支梁自重等荷载可靠地传递至墩身结构，保证了结构安全可靠；墩身的双墩柱分离式设计，即将桥墩中央部分混凝土挖除，减小了墩身截面尺寸和自重，节省了墩身混凝土用量，降低了基础反力并节约了基础用量；将常用的铁路实体桥墩和空心桥墩的优越性充分发挥了出来，既具有铁路实体桥墩构造简单、施工方便、防撞性能好等优点，也具有铁路空心桥墩墩身混凝土用量少、结构自重轻、对地基承载力要求底等优点；可适用于墩高不大于30m的桥墩，相对于实体桥墩适用于墩高小于20m的情况，适用范围大幅增大；安全可靠，有效地提高了铁路桥墩的横向刚度，满足铁路桥梁的横向刚度及动力特性要求；经济合理，由于自重轻，基础荷载和基础工程量均比实体桥墩要小，在基础工程量对基础荷载十分敏感的地质条件很差的地区，其经济效益十分显著；结构美观，可有效地提升桥梁的景观性。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]本说明书包括如下四幅附图:
[0013]图1是本发明铁路中空式桥墩的主视图；
[0014]图2是本发明铁路中空式桥壤的左视图；
[0015]图3是沿图1中A-A线的剖视图；
[0016]图4是沿图1中B-B线的剖视图。
[0017]图中构件及所对应的标记:顶帽10、托盘11、左侧墩柱12a、右侧墩柱12b、承台13。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0019]参照图1和图2，本发明的铁路中空式桥墩，包括顶帽10、托盘11、墩身和承台13。参照图1和图3、图4，所述墩身由横桥向分离设置的左侧墩柱12a、右侧墩柱12b构成，左侧墩柱12a、右侧墩柱12b的上端、下端分别与托盘11、承台13固结为一体。参照图2，所述顶帽10和托盘11固结为一体。
[0020]参照图1、图3和图4，所述左侧墩柱12a、右侧墩柱12b采用圆端形截面，且与顶帽10、托盘11的圆端形截面圆滑过渡。
[0021]在本发明中，墩身采用双墩柱分离式设计，墩身截面由两个半实腹轨道截面组成，实质为圆端形截面的中间部分挖出后演变而来的，相当于将圆端形截面中间掏空，故取名为铁路中空式桥墩。墩身中间部分挖空使墩身截面一分为二，挖出的墩身部分均位于墩身中间，对墩身截面横桥向刚度影响很小，即不影响墩身受力和结构安全。桥墩中空部分的顶面采用了半圆端形截面设计，其线形与托盘及主墩截面线性一致、互为呼应，景观效果极佳，而且避免了采用直线连接会引起墩顶局部应力集中的问题。
[0022]顶帽10和托盘11均采用整体式设计，两者均采用圆端形截面，截面形状与墩身一致，方便了相互之间的衔接。托盘在顺桥向和横桥向均分别采用圆曲面连接墩身和顶帽，即整个托盘为空间双圆曲面结构，双圆弧面的半径根据墩身和顶帽尺寸反推确定，从而，实现了墩身两个侧面线条的连续性和一致性，保证了不同角度视觉效果的一致，可以淡化了墩身、托盘和顶帽三部分的界限，将整个桥墩结构有机地连成一体，简洁美观。
[0023]本 申请人:成功地将本发明应用于海南西环铁路的桥梁的设计中。海南西环铁路线路全长为335.021km，其中桥梁合计145座，桥梁总长121.20km,占线路全长的36.18%，站前桥梁工程总投资达73.3亿元。铁路中空式桥墩在海南西环铁路桥梁上的成功使用，对其今后在其它铁路桥梁上的使用和推广具有重要的借鉴和指导意义。
[0024]设计实践证明本发明的铁路中空式桥墩具有“结构创新、适用性广、安全可靠、经济合理、结构美观、施工方便”的特点，且非常适用于海南西环铁路的技术条件，其有益效果主要表现在以下几个方面:
[0025]1、结构创新性
[0026]首次在同一个铁路桥墩中将顶帽、托盘的整体式设计和墩身的双墩柱分离式设计相结合，该结构形式优越性有:
[0027](I)顶帽、托盘的整体式设计，可以保证列车、简支梁自重等荷载可靠地传递至墩身结构，保证了结构安全可靠。
[0028](2)墩身的双墩柱分离式设计，即将桥墩中央部分混凝土挖除，减小了墩身截面尺寸和自重，节省了墩身混凝土用量，降低了基础反力并节约了基础用量。
[0029](3)铁路中空式桥墩将常用的铁路实体桥墩和空心桥墩的优越性充分发挥了出来，既具有铁路实体桥墩构造简单、施工方便、防撞性能好等优点，也具有铁路空心桥墩墩身混凝土用量少、结构自重轻、对地基承载力要求底等优点。
[0030]2、适用性广
[0031]铁路中空式桥墩可适用于墩高不大于30m的桥墩，相对于实体桥墩适用于墩高小于20m的情况，适用范围大幅增大。对海南西环铁路来说，全线共有简支梁桥墩3457个，除白堂村双线特大桥有5个桥墩墩高大于30m外，其余桥墩均可适用。
[0032]3、安全可靠性
[0033]中空式桥墩设计方案有效地提高了铁路桥墩的横向刚度，满足铁路桥梁的横向刚度及动力特性要求。通过对海南西环铁路采用得铁路中空式桥墩进行了计算和分析，结果表明:在施工阶段和运营阶段，包括考虑地震荷载、台风荷载作用下，桥墩结构均具有足够的安全系数，设计是安全可靠的。
[0034]4、经济合理性
[0035]与铁路实体桥墩相比，铁路中空式桥墩墩身部分混凝土用量减小了，但墩身钢筋用量增加了，经比较发现其墩身部分总造价与实体桥墩非常接近。但铁路中空式桥墩自重轻，基础荷载和基础工程量均比实体桥墩要小。由于海南西环铁路地质条件较差，基础工程量对基础荷载十分敏感，采用中空式桥墩的基础工程量比实体桥墩要少7%左右。海南西环铁路桥梁总个数为3457个，其基础总造价约21.02亿元，采用中空式桥墩结构可节省投资约1.47亿元。可见，对于地质条件很差的地区，采用铁路中空式桥墩结构的经济效益十分显著。
[0036]5、结构美观性
[0037]海南西环铁路是实行国家战略、促进海南国际旅游岛建设的重要工程。基于海南省以旅游业为主导产业的实际情况，海南西环铁路设计的景观要求特别高，常规的铁路实体桥墩和空心桥墩不能满足景观要求，铁路中空式桥墩从以下几方面显著地提升了其景观性。
[0038](I)双墩柱分离设计，提高了桥墩结构通视性，景观效果亦显著提升。
[0039](2)单个墩柱截面仅为实体桥墩截面的30%，双墩柱总截面也不大于实体桥墩截面70%，墩身截面尺寸大幅减小，与笨重的实体桥墩相比，中空式桥墩显得更加纤细和美观。
[0040](3)托盘为空间双圆曲面结构，与墩身两个侧面通过圆弧相切过渡，保证了不同角度视觉效果的一致，淡化了墩身、托盘和顶帽三部分的界限，将整个桥墩结构有机地连成一体，简洁美观。
[0041]6、施工方便性
[0042]当墩高较矮时，可直接采用在支架立模现浇施工；当墩高较高时，墩身可采用爬模(或滑膜)法施工，顶帽和托盘可采用支架现浇施工。
[0043]两种施工工艺非常成熟，操作简单、高效、方便。
【权利要求】
1.铁路中空式桥墩，包括顶帽(10)、托盘(11)、墩身和承台(13)，其特征是:所述墩身由横桥向间隔设置的左侧墩柱(12a)、右侧墩柱(12b)构成，左侧墩柱(12a)、右侧墩柱(12b)的上端、下端分别与托盘(11)、承台(13)固结为一体；所述顶帽(10)和托盘(11)固结为一体。
2.如权利要求1所述的铁路中空式桥墩，其特征是:所述左侧墩柱(12a)、右侧墩柱(12b)采用圆端形截面，且与顶帽(10)、托盘(11)的圆端形截面圆滑过渡。
【文档编号】E01D19/02GK103981804SQ201410236088
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年5月30日 优先权日:2014年5月30日
【发明者】陈克坚, 陈思孝, 刘忠平, 陈扬义, 陈建峰, 袁明, 王波涛 申请人:中铁二院工程集团有限责任公司