承重列车的高铁桥梁,为何设计成空心的?偷工减料还是另有玄机?

挖个脑洞子 2023-09-23 21:29:02

一列16辆编组的高铁列车,重量在800-1000吨左右,当高铁以350公里的时速经过桥梁时,瞬间产生的载荷会更大,

面对这么强的承载,在高铁高架桥的施工过程中,却会看到其桥梁内部竟都是空心的,高铁桥梁为什么要设计成空心的呢?上千吨的列车经过时,它不怕断裂吗?

空心的高铁桥梁

一般在公路工程建设中,桥梁的上部构件主要有T梁、箱梁和空心板这几种形式,其中这里的箱梁就是所谓的空心桥梁。

从外观来看,它的内部呈空心状,两侧还有翼缘,因中间呈箱型结构,所以被叫做箱梁,目前我国很多大桥采用的都是这种箱梁结构。

可好好的桥梁为什么要设计成空心的呢?在质量方面可靠吗?

其实要说桥梁的性能好不好,主要是看它承受荷载能力的大小有多少,而桥梁的荷载大部分来自自重和桥上的车辆、行人等。

受这些因素的影响,桥梁会产生向下的弯曲变形,所以是否结实耐用,还要看桥梁的抗弯性能。

又因为抗弯性能与截面形状有关,在梁的横截面上,越往外侧受力越大,越往内侧受力越小,甚至内侧还有受力为0的地方,且截面越高,面积分布越靠近上下两端,抗弯性能越好。

所以与实心的桥梁相比,中间没有面积分布的空心桥梁,不仅可以节省材料、减轻自重、方便施工等,在性能方面也会更加优异。

另外,除了桥体的箱梁是空心的,现在有的大桥连承重的桥墩也是空心的,空心桥墩用起来安全吗?会不会被压裂呢?

空心桥墩

虽然主要起承重作用的桥墩,设计成空心的看起来不那么结实,但生活中也常见空心的承重构件,像建筑工地工人搭建脚手架所用的空心钢管,能轻易扎破包装的空心吸管等重量比实心体要轻的物体,却能承受远超自重的剪切力。

因此,同样为空心结构的桥墩只要设计得当,也能承受得住大桥和高铁的巨大重量。

并且为了保证安全,工程师在设计桥墩时,会先进行大量精密的勘察与计算,在得到桥墩所有位置的受力情况后,还会进一步用缩比模型反复测试。

只有经历各种严酷极端情况后,结构仍不出现意外,空心桥墩才会真正开始建设。如果桥墩本身直径较为细窄,无法采用空心结构,工程师也会首先采用实心的进行建造。

所以在这些桥墩的安全性方面,其实是不用担心的。

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