高速鐵路橋梁講義課件

1、高速鐵路橋梁 Gonglian DAI Central South University1、高速鐵路和橋梁特點(diǎn)2、高速鐵路橋梁活載標(biāo)準(zhǔn)3、高速鐵路橋梁變形檢算標(biāo)準(zhǔn)4、高速鐵路橋梁動(dòng)力檢算標(biāo)準(zhǔn)5、高速鐵路橋梁的基本類型6、高速鐵路橋梁橋面系及附屬設(shè)施1、 高速鐵路和橋梁特點(diǎn) Central South University 根據(jù)UIC（國際鐵道聯(lián)盟）的定義，高速鐵路是指運(yùn)營速度達(dá)時(shí)速200公里的鐵路系統(tǒng)。 中國高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范定義，新建鐵路旅客列車最高行車速達(dá)到時(shí)速250公里及以上的鐵路。設(shè)計(jì)速度、運(yùn)營速度、旅行速度、技術(shù)速度、試驗(yàn)速度高速鐵路系統(tǒng)包括土建工程、牽引供電、列車運(yùn)行控制、高速動(dòng)車、

2、運(yùn)營調(diào)度、客運(yùn)服務(wù)六個(gè)子系統(tǒng) 。 國外高速鐵路 1964年，日本修建了世界上第一條高速鐵路東海道新干線，開通時(shí)列車運(yùn)營速度為時(shí)速210公里，（現(xiàn)已提速至?xí)r速270公里）開啟了世界高速鐵路建設(shè)的序幕。 世界各國第一條高速鐵路運(yùn)營時(shí)間 世界各國高速鐵路運(yùn)營里程（至2011年7月）能耗 占地 CO2排放國外及中國臺(tái)灣高速鐵路橋梁工程概況表國家高速鐵路網(wǎng)規(guī)劃中國大陸已運(yùn)營高速鐵路橋梁工程概況表中國大陸在建高速鐵路橋梁工程概況表中國內(nèi)陸高速鐵路橋梁所占比例（%）國外及中國臺(tái)灣高速鐵路橋梁所占最大比例（%）高速鐵路土建工程的突出特點(diǎn)表現(xiàn)在：1）橋梁是高速鐵路土建工程中重要組成部分 橋梁是高速鐵路土建工程中

3、重要組成部分，比例大、高架橋及長橋多，同時(shí)也是控制建設(shè)周期和保證安全舒適運(yùn)營的關(guān)鍵。2）高速鐵路橋梁的定位是為高速列車提供穩(wěn)定、平順的橋上 線路 橋梁的功能不再僅僅提供跨越功能，而是為高速列車提供穩(wěn)定、平順的線路。橋上線路與路基上、隧道中的線路不同，除了基礎(chǔ)沉降外，橋梁結(jié)構(gòu)在列車活載通過時(shí)產(chǎn)生變形和振動(dòng)；風(fēng)力、溫度變化、日照、制動(dòng)、混凝土徐變等因素作用下產(chǎn)生各種變形，橋上線路平順性也隨之發(fā)生變化。因此，每座橋梁都是對(duì)線路平順的干擾點(diǎn)。尤其是大跨度橋梁。 為了保證高速列車的行車安全和乘坐舒適，高速鐵路橋梁除了具備一般橋梁的功能外，首先要為列車高速通過提供高平順、穩(wěn)定的橋上線路，橋梁是線路的基礎(chǔ)，

4、車線橋共同作用是其突出特點(diǎn)。 3）無砟軌道在高速鐵路中廣泛應(yīng)用 橋上軌道結(jié)構(gòu)分有砟和無砟軌道，其中無砟軌道對(duì)橋梁變形要求更加嚴(yán)格。 無砟軌道的優(yōu)點(diǎn) 彈性均勻、軌道穩(wěn)定，養(yǎng)護(hù)維修工作量減少，線路平、縱斷面參數(shù)限制放寬，曲線半徑減小，坡度增大。 無砟軌道基本類型 軌道板工廠預(yù)制、現(xiàn)場鋪設(shè)日本板式軌道、德國博格型無砟軌道 現(xiàn)場就地灌筑 德國雷達(dá)型無砟軌道（長枕埋入式、雙塊式）4）橋上無縫線路與橋梁共同作用 修建高速鐵路要求一次鋪設(shè)跨區(qū)間無縫線路，以保證軌道的平順和穩(wěn)定。橋上無縫線路可看作為不能移動(dòng)的線上結(jié)構(gòu)，而橋梁在列車荷載、列車制動(dòng)作用下和溫度變化時(shí)要產(chǎn)生位移。當(dāng)梁、軌體系產(chǎn)生相對(duì)位移時(shí)，橋上鋼軌

5、會(huì)產(chǎn)生附加應(yīng)力。 高速鐵路橋梁必須考慮梁軌共同作用。盡量減小橋梁的位移與變形，以限制橋上鋼軌的附加應(yīng)力，保證橋上無縫線路的穩(wěn)定和行車安全。5）橋梁優(yōu)勢是利于橋下交通、節(jié)約土地、控制變形 在平原及人口密集區(qū)高速鐵路若采用高架橋的形式通過，可以合理利用空間，節(jié)約土地資源； 在軟土地區(qū)及其他地質(zhì)條件較差的地區(qū)，修建橋梁作為軌道的下部基礎(chǔ)可以利用橋梁剛度大變形小的特點(diǎn)，來保證軌道的平順性，以滿足高速行車的需要。因此，橋梁在高速鐵路中所占的比例較大。2.1、高速鐵路橋梁的總體設(shè)計(jì)要求1）線路平面 連續(xù)梁、鋼梁及較大跨度橋梁宜設(shè)在直線上，困難條件可設(shè)在曲線上。正線線路平面平曲線半徑、緩和曲線長度及相鄰曲線

6、間的夾直線，均應(yīng)滿足線路的要求。 2、 高速鐵路橋梁技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)線路平曲線半徑表（m）簡支梁以直代曲，連續(xù)梁橋梁中線為曲線。2）線路縱斷面區(qū)間正線的最大坡度不宜大于20/1000，困難區(qū)段也不大于30/1000，正線最小坡段長度及豎曲線半徑應(yīng)滿足線路要求。 正線最小坡長及最小豎曲線半徑3）線路橫斷面 橋梁直線、曲線梁上線間距相同，軌道超高由軌道板底座調(diào)整，橋面根據(jù)軌道結(jié)構(gòu)形式設(shè)置六面排水或四面排水橫坡。 軌道的超高一般為170毫米4）結(jié)構(gòu)耐久性 橋梁結(jié)構(gòu)主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限為100年，無砟軌道主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限應(yīng)不小于60年。2.2、活載模式 高速鐵路的列車荷載，是高速鐵路橋梁設(shè)計(jì)的最重要參

7、數(shù)之一，直接影響結(jié)構(gòu)的安全度和建造成本?；钶d的圖式影響參數(shù)：線路上運(yùn)行的機(jī)車車輛本身的參數(shù)如列車類型、軸距、軸重、編組以及車輛將來的發(fā)展；運(yùn)輸模式（單一的客運(yùn)或客貨共運(yùn)）；速度指標(biāo)不同結(jié)構(gòu)體系的加載方式等。不同規(guī)范的核心問題在于活載模式的不同。（1）、歐洲高速鐵路設(shè)計(jì)活載 歐洲高速鐵路采用統(tǒng)一的UIC活載。包絡(luò)的運(yùn)營列車包括：最大時(shí)速為80km的特重列車、最大時(shí)速為120km的重型貨車、最大時(shí)速為250km的長途客車和最大時(shí)速為300km的高速輕型客車，共有6種車輛模式，相應(yīng)的動(dòng)力系數(shù)僅與跨度有關(guān)。UIC活載圖式涵蓋的6種運(yùn)營列車（2）、日本高速鐵路設(shè)計(jì)活載 日本高速鐵路采用的高速列車專用荷載

8、N、P荷載。 日本活載模式是單一的輕型高速列車體系，N、P荷載模式非常接近日本實(shí)際的高速運(yùn)營列車活載。 日本標(biāo)準(zhǔn)P活載和UIC活載圖式中包含的時(shí)速300km的高速輕型高速列車活載的軸重、軸距相差不大。日本N、P活載圖示 （3）中國高速鐵路設(shè)計(jì)活載 中國高速鐵路采取客運(yùn)專線和客貨共線鐵路并存的運(yùn)營模式。 客運(yùn)專線專用于旅客快速運(yùn)輸，設(shè)計(jì)時(shí)速300350km/h，如武廣、鄭西客運(yùn)專線等；對(duì)客運(yùn)專線橋梁，最終確立了基于UIC活載模式的ZK活載模式，相當(dāng)于0.8UIC設(shè)計(jì)活載 客貨共線鐵路同時(shí)承擔(dān)客運(yùn)和貨運(yùn)任務(wù)，設(shè)計(jì)時(shí)速200250km/h，如溫福鐵路、福廈鐵路等。 對(duì)客貨共線高速鐵路橋梁設(shè)計(jì)活載為Z

9、K活載，同時(shí)采用中活載進(jìn)行檢算強(qiáng)度及應(yīng)力，ZK荷載檢算變形?？箯潖?qiáng)度抗剪強(qiáng)度抗扭強(qiáng)度 正應(yīng)力剪應(yīng)力主拉應(yīng)力結(jié)構(gòu)的平順性非常重要 !2.3 活載動(dòng)力系數(shù)（1）UIC活載動(dòng)力系數(shù) UIC活載動(dòng)力系數(shù)基本采用德國橋梁荷載規(guī)范中的活載系數(shù)。 對(duì)于特殊保養(yǎng)的鐵路： 1.0021.67 對(duì)于正常養(yǎng)護(hù)的鐵路： 1.0032.0 UIC活載動(dòng)力系數(shù)（2）日本鐵路活載動(dòng)力系數(shù)（3）中國橋梁活載動(dòng)力系數(shù) 橋跨結(jié)構(gòu)： 1+=1+（1.44/（L0.5-0.2）-0.18） 式中：L加載長度（m），其中L3.61m時(shí)按3.61m；簡支梁時(shí)為梁的跨度；n跨連續(xù)梁時(shí)取平均跨度乘以下列系數(shù)： n=2 1.20 n=3 1.

10、30 n=4 1.40 n5 1.50 當(dāng)計(jì)算L小于最大跨度時(shí)，取最大跨度。（1+）計(jì)算值小于1.0時(shí)取1.0。 3.1、豎向撓度（1）德國規(guī)范 3、 變形檢算標(biāo)準(zhǔn)（2）中國規(guī)范 德國規(guī)范不同跨度和速度條件下梁體撓跨比限值 中國高速鐵路不同跨度和速度條件下梁體撓跨比限值3.2、梁端轉(zhuǎn)角 為什么要設(shè)梁端轉(zhuǎn)角？ 要保證高速鐵路線路的平順和軌道的安全，必須對(duì)上部結(jié)構(gòu)梁端轉(zhuǎn)角進(jìn)行控制設(shè)計(jì)。 梁端豎向轉(zhuǎn)角的影響（1）德國規(guī)范 單線橋：=6.5x10-3rad 在上部結(jié)構(gòu)與路基的過渡處 1+2=10 x10-3rad 兩段上部結(jié)構(gòu)之間 雙線橋： =6.5x10-3rad 在上部結(jié)構(gòu)與路基的過渡處 1+2=

11、10 x10-3rad 兩段上部結(jié)構(gòu)之間（2）中國規(guī)范 3.3、橫向變形（1）德國規(guī)范 上部結(jié)構(gòu)水平方向的角度變化不允許超過下表中的限值，水平方向彎曲曲線的半徑也不應(yīng)小于下表規(guī)定的數(shù)值。（2）中國規(guī)范 a）在列車橫向搖擺力、離心力、風(fēng)力和溫度的作用下，梁體的水平 撓度不應(yīng)大于L/1400。 b）在ZK活載、橫向搖擺力、離心力、風(fēng)力和溫度的作用下，墩頂?shù)臋M向水平位移引起的橋面處梁端水平轉(zhuǎn)角應(yīng)不大于1弧度。 3.4、扭轉(zhuǎn)變形（1）德國規(guī)范 V120km/h，t4.5mm； 120V20km/h，t3.0mm； V200km/h，t1.5mm 。（2）中國規(guī)范 ZK靜活載作用下梁體扭轉(zhuǎn)引起的軌面不平

12、順值，t不應(yīng)大于1.5mm。 S3.5、工后徐變 徐變上拱會(huì)影響梁上軌面的平整度，對(duì)高速行車的安全性和乘坐的舒適性不利，必須加以嚴(yán)格限制。（1）德國規(guī)范 無砟軌道鋪設(shè)后，徐變上拱度不應(yīng)大于L/5000。 設(shè)計(jì)活載與徐變上拱度疊加后，應(yīng)滿足有關(guān)豎向撓度的限值要求。（2）中國規(guī)范 有砟橋面橋梁，不應(yīng)超過20 mm。 無砟橋面橋梁，L50m，不應(yīng)大于10mm；L50m，不應(yīng)大于L/5000且不大于20mm。 3.6、基礎(chǔ)沉降 中國規(guī)范關(guān)于靜定結(jié)構(gòu)墩臺(tái)基礎(chǔ)工后沉降限值高速鐵路有砟軌道無縫線路固定區(qū)的混凝土簡支梁，墩臺(tái)頂部縱向水平線剛度應(yīng)符合下表限值要求.3.7 墩臺(tái)縱向線剛度限值 中國規(guī)范墩臺(tái)頂縱向水

13、平線剛度限值4.1、自振頻率 選擇合理的自振頻率，避免與列車通過時(shí)的激振頻率接近。（1）德國規(guī)范:nL nB nU 4、 動(dòng)力檢算標(biāo)準(zhǔn)豎向自振頻率限值000000LuLUIC圖式要求的結(jié)構(gòu)自振頻率范圍（2）中國規(guī)范 簡支梁豎向自振頻率限值4.1、自振頻率4.2、豎向振動(dòng)加速度（1）德國規(guī)范 無砟軌道橋梁豎向振動(dòng)加速度應(yīng)小于0.5g。 （2）中國規(guī)范 橋梁豎向振動(dòng)加速度限值4.3、舒適度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（1）德國規(guī)范 為滿足列車行駛舒適度的要求，機(jī)車豎向振動(dòng)加速度應(yīng)小于0.2g，車輛豎向振動(dòng)加速度應(yīng)小于0.1g。 （2）中國規(guī)范平穩(wěn)性指標(biāo)W 2.5（優(yōu)）2.5W2.75（良）2.75W3.0（合格） 5

14、25. 高速鐵路橋梁基本結(jié)構(gòu)型式（1）預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁橋： 常用跨度橋梁以等跨布置的32m雙線整孔預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁*為主型結(jié)構(gòu)，少量配跨采用24m簡支箱梁。施工方法主要采用沿線設(shè)置預(yù)制梁廠進(jìn)行箱梁預(yù)制，運(yùn)梁車、架橋機(jī)運(yùn)輸架設(shè)。部分采用移動(dòng)模架、膺架法橋位灌筑。 *我國新建高速鐵路橋梁中90%以上為32m預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁結(jié)構(gòu)。53合寧線后張法簡支箱梁合寧線先張法簡支箱梁54（2）預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋 跨越公路、站場、河流等跨度較大的橋梁主要采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，根據(jù)結(jié)構(gòu)跨度布置、類型和工期要求，多采用懸臂、膺架法施工。預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁類型55施工中的哈大高速鐵路營海特大橋工程167#170#墩連續(xù)梁（跨盤營高速公路）56（3）其它大跨度及特殊橋梁結(jié)構(gòu)： 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)、各種拱結(jié)構(gòu)、斜拉橋及梁-拱組合結(jié)構(gòu)等。為保證列車的安全和乘坐舒適，對(duì)大跨度橋梁的豎向剛度提出了嚴(yán)格的限制。武廣高速鐵路武漢天興洲長江大橋主橋采用98+196+504+196+98m的雙塔三索面斜拉橋57京滬高速鐵路南京大勝關(guān)長江大橋(108m+192m+336m+336m+192m+108m)六跨連續(xù)鋼桁拱橋586. 橋面布置除線路結(jié)構(gòu)外，橋面主要設(shè)施有：防、排水系統(tǒng)（防水層、保護(hù)層、泄水管、伸縮縫）電纜槽及蓋板（檢查通道）遮板、欄桿或聲屏障擋砟墻或防護(hù)墻接觸