承重上万吨的高铁桥梁为什么总要设计成空心的？

中国在国际上素有“基建狂魔”的称号，仅仅用了几十年的时间，便足以让我国城市建设基本完成。 说 到中国国内的建 设，不得不提及国内的交通发展，而中国最为出名的莫过于目前在国际上打出名片的高铁技术——起步虽然比欧洲地区更慢，但综合技术可以说是后来居上。

与国外高铁建造技术所不同的是，中国高铁的高架桥梁是设计成空心的，这不免让人产生疑惑： 用空心的设计来承重上万吨的高铁桥梁，不怕发生危险吗 ？

承重设计      

谈到这个问题，我们首先要澄清一点：纵使是多个轨道上的高铁列车同时存在， 列车本身的重量也不可能达到上万吨 。标题称：“空心的桥梁需要承重上万吨”，指的是除了高铁列车的重量之外，还有桥梁自身的重量。

而空心的桥梁虽然看起来“弱不禁风”，承重能力堪忧，但实际上正是因为这个空心结构才让桥梁能够更加轻松地承担起这份重压。

高铁空心梁——箱梁

从上图可以看出，桥梁空心的两侧还有翼侧，这种空心加上侧翼的桥梁设计，在技术上被称之为“ 箱梁结构 ”。

国内大型承重桥梁采取这种设计结构的有许多，比如上海中环高架采取的是“ 现浇箱梁 ”，还有岱山大桥也是如此，采用箱梁结构不仅仅能够承受更多的重力，同时也能为桥梁自身减重。

而“箱梁结构”的设计原理的合理性，是结合 人体骨骼结构 ，以及动物界动物的骨骼结构，因为 不管是人还是动物，骨骼皆是呈现外部坚硬而中间空心的结构 。科学家们发现，这样的结构 不仅能够使延展出来的接触面更大能够起到更好的支撑作用，同时也能够为自身减重 。

根据材料的力学原理，从箱梁的底部向上四、五公分右左承受拉力，而一直至上部混凝土承受強大的抗压及挤压力，两侧边加上钢筋混凝土抗箱梁扭曲力，所以箱梁底部只要不出现断裂的裂纹，箱梁就会完好无损，因而需 在底部加入大量抗拉钢筋 。

而我国高铁所使用的桥梁则属于这种技术的加强版，称之为“ 双线预制箱梁 ”，进一步为高速行走的高铁保驾护航。列车高速、舒适、安全行驶要求高速铁路桥梁必须具有足够大的刚度和良好的整体性，以防止桥梁出现较大挠度和振幅。一般来说，高速铁路桥梁设计主要由刚度控制，强度基本上不控制其设计。尽管高速铁路活载小于普通铁路，但实际应用的高速铁路桥梁，在梁高、梁重上均超过普通铁路。

降低风阻      

什么？桥梁还可以降低风阻？

你没看错，确实可以。风阻是一种通用说法，是指空气对运动物体产生的阻力，它与物体的形状、大小、速度和空气密度有关， 风阻会影响物体的运动效率和稳定性 。

运行总阻力数值分两种，一种是 计算值 ，主要通过模拟和软件分析得到，最终可以成为一个阻力公式。第二种是 实测值 ，跟计算值不同，实测值是车辆运行过程中真正受到的阻力，但也只能知道总阻力，无法判断各项阻力所占比重。但是，基本上每种车的计算阻力都比实测阻力要大。

高铁运行时，速度非常快，目前我国最高运营速度可以达到350公里/小时，试验的速度要比这个更高。在如此高的速度下，列车风阻也很大，力是相互作用的，不仅对车有影响，对桥也有不利影响。

高铁经过时，大桥可出现1到2米的上下移动，这是正常的 桥面变形 ，但对桥梁柔性提出更高要求。如果桥梁是实心的，那么当高铁列车通过时，就会形成一个巨大的 气流涡旋，在桥梁两侧产生很大的压力差 。这样会导致桥梁受到剧烈的震动和扭曲，甚至可能发生断裂或倒塌。

箱梁可以避免这种危险， 一是减少了桥梁本身的风阻 ； 二是让气流可以顺畅地通过桥梁中间，减少了涡旋和压力差 。这样就可以保证桥梁和列车的安全和稳定。

有人会问：为什么不把桥梁做得更细一些呢？这样不是更省材料和减少风阻吗？

其实这也是有原因的。桥梁虽然要轻便，但也要结实。如果桥梁太细了，就会失去强度和刚度，不能承受高铁列车和自身重量所产生的弯曲和扭转力。所以，工程师们要 在轻便和结实之间找到一个平衡点 。

便于养护维修+控制成本      

箱梁结构的优点还在于能够 及时对高铁桥梁进行检查与维修 ，并且 成本相对较低 。

箱梁结构设计上通常留有“ 人孔 ”，也就是人可以爬入的小孔，这是为了高铁桥梁检修人员能够定期爬入几乎封闭的桥梁内部，对桥梁的内壁、泄水管、桥臂通风口等进行检查记录或者维修，能够更加及时地消除安全隐患，为高铁出行提供更加安全的行驶环境。

相比实心结构，空心结构还可以减少桥梁所需的材料的使用量，减少建造成本。中国高铁建设中已经开始使用更先进的技术和材料来制造箱梁，例如40米千吨箱梁。这些箱梁具有更大的跨度和更重的吨位，能有效减少梁体和桥墩数量，从而降低整体工程成本。同时，采用智能化的施工设备和工艺，如1000吨级高铁箱梁运架一体机，可以提高施工效率和安全性，也可能对成本产生影响。

最后再来探讨一个问题：为何高铁要大费周章地在高架桥梁上面行驶，而不是直接在地面上建设铁路呢？

实际上，这是为了保证速度很快的高铁能够平稳地行驶，高速行驶想要平稳，那么行驶的道路要保持相对意义上的平直，不能出现太多的起伏或者弯曲，不然就成坐过山车了。

我国地域辽阔且地貌丰富，途径不同地区地貌不同就很难继续保持高铁行驶平稳。通过高架桥的方式能够 克服地貌上的变化 ，铺设没有起伏且少转弯的道路，让高速行驶的高铁能够更加平稳，也能够让搭乘高铁的乘客体验更加舒适，毕竟正常的人体实在难以承受长时间高速和颠簸。

除此之外， 建设桥梁还可以减少土地资源占用 。建设地面轨道已经占用了大量的土地资源，在如今城市化发展越来越快的情况下，土地资源已经是“寸土寸金”，如果再将高铁的轨道铺设在地面上，那么我国的土地资源将会进一步减少。

高铁铺设的桥梁采用空心设计并不是“豆腐渣”工程，而是我国工程部门在进行深入研究后的成功杰作。正因为有这样的空心桥梁，我国的高铁才发展地如此迅速。

消息来源：铁道知识局