高速鐵路橋梁特點、檢算標準和附屬設(shè)施課件

高速鐵路橋梁特點、檢算標準和附屬設(shè)施高速鐵路橋梁特點、檢算標準和附屬設(shè)施

GonglianDAI

CentralSouthUniversity1、高速鐵路和橋梁特點2、高速鐵路橋梁活載標準3、高速鐵路橋梁變形檢算標準4、高速鐵路橋梁動力檢算標準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GonglianDAI1、高速鐵路和橋梁特點

CentralSouthUniversity

根據(jù)UIC（國際鐵道聯(lián)盟）的定義，高速鐵路是指運營速度達時速200公里的鐵路系統(tǒng)。中國《高速鐵路設(shè)計規(guī)范》定義，新建鐵路旅客列車最高行車速達到時速250公里及以上的鐵路。設(shè)計速度、運營速度、旅行速度、技術(shù)速度、試驗速度1、高速鐵路和橋梁特點CentralSouth高速鐵路系統(tǒng)包括土建工程、牽引供電、列車運行控制、高速動車、運營調(diào)度、客運服務(wù)六個子系統(tǒng)。高速鐵路系統(tǒng)包括土建工程、牽引供電、列車運行控制、高速動車、

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，開通時列車運營速度為時速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營時間

世界各國高速鐵路運營里程（至2011年7月）國外高速鐵路世界各國第一條高速鐵能耗占地CO2排放能耗占地C國外及中國臺灣高速鐵路橋梁工程概況表國外及中國臺灣高速鐵路橋梁工程概況表

2003年設(shè)計時速200公里的秦沈客運專線正式建成和投入運營，標志著中國鐵路步入高速化的開端。

《中長期鐵路網(wǎng)計劃》，規(guī)劃了“四縱四橫”鐵路快速客運通道以及三個城際快速客運系統(tǒng)。2020年時，以北京、上海、廣州、武漢、成渝、西安為中心，連接全國省會城市和90％人口在50萬以上的大城市。2020年高速鐵路網(wǎng)總規(guī)模5萬公里左右。中心城市與既有大城市間1000公里范圍內(nèi)朝發(fā)夕至，2000公里范圍內(nèi)夕發(fā)朝至。中國高速鐵路2003年設(shè)計時速200公里的秦沈客運高速鐵路橋梁特點、檢算標準和附屬設(shè)施課件高速鐵路橋梁特點、檢算標準和附屬設(shè)施課件高速鐵路橋梁特點、檢算標準和附屬設(shè)施課件國家高速鐵路網(wǎng)規(guī)劃2020年總規(guī)模（km）2015年預(yù)計完成（km）總計5170340607※四縱四橫（km）1130810632高鐵延伸（km）77874064城際高鐵（km）75354275客貨共線（km）2507321636客運樞紐（站）4242國家高速鐵路網(wǎng)規(guī)劃2020年總規(guī)模2015年預(yù)計完成（km）中國大陸已運營高速鐵路橋梁工程概況表順序項目名稱全長km橋梁km橋梁比例%通車年份，運營時速1秦沈客運專線40442.09510.422003.07，250km/h2京津城際115.2100.287.72008.08，350km/h3滬蓉線合武段359.4115.932.22009.04，250km/h4石太客運專線189.9339.220.62009.04，250km/h5滬蓉線合寧段187.0731.2516.72008.04，250km/h6膠濟客專169.9130.9318.22007.04，200km/h7溫福鐵路298.477.125.82009.09，250km/h8福廈鐵路274.972.024.12010.04，250km/h9甬臺溫鐵路282.491.432.42009.09，250km/h10武廣客運專線968.2465.2448.12009.12，300km/h11鄭西客運專線456.6283.562.12010.02，300km/h12成灌鐵路6642.664.52010.05，200km/h13滬寧城際300215.471.82010.07，300km/h14昌九城際91.5831.9634.92010.09，250km/h15滬杭客運專線160139.2872010.10，350km/h16海南東環(huán)鐵路308.11102.9533.42010.12，250km/h17長吉城際96.2630.331.52011.01，250km/h18廣珠城際142.3134.194.22011.01，200km/h19京滬高鐵13181060.980.62011.06，300km/h中國大陸已運營高速鐵路橋梁工程概況表順序項目名稱全長km橋梁中國大陸在建高速鐵路橋梁工程概況表順序項目名稱全長km橋梁km橋梁比例%設(shè)計時速1廣深港客運廣深段102.4559.256.7250(350)km/h2哈大客專904663.373.7200(350)km/h3北京至石家莊客運專線283.7216.3777350km/h4石家莊至武漢客運專線河北段202.7167.982.8350km/h5石家莊至武漢客運專線河南段506.941982.6350km/h6石家莊至武漢客運專線湖北段133.755.0541350km/h7津秦客專257.4154.962.3350km/h8天津至保定鐵路157.94103.2965.4250km/h9寧杭客專248.96158.4163.63350km/h10杭甬客專149.89122.8781.97350km/h11合蚌客專129.3457.53844.49300km/h12哈齊客專280.89140.4550300km/h13盤營客專89.4273.2981.96350km/h14京津城際延伸線44.815200km/h15成都至綿陽至樂山客專315.87151.8548250km/h16武黃城際96.7860.469.2200km/h17武漢至孝感城際鐵路61.263200km/h18武咸城際77300km/h中國大陸在建高速鐵路橋梁工程概況表順序項目名稱全長km橋梁k順序項目名稱全長km橋梁km橋梁比例%設(shè)計時速19武漢至黃岡城際鐵路35.991200km/h20廈門至深圳鐵路福建段144.167250km/h21廈門至深圳鐵路廣東段357.052248.5169.6250km/h22柳州至南寧客專226.569200km/h23南黎鐵路93.493250km/h24寧安城際257.48350km/h25滬昆鐵路客運專線長昆云南段192.276136.04370.75350km/h26滬昆鐵路客運專線長昆貴州段559.473123.05721.99250km/h27滬昆鐵路客運專線杭長浙江段295.185350km/h28滬昆鐵路客運專線杭長江西段544.820389.2871.4350km/h29滬昆鐵路客運專線杭長湖南段111.52350km/h30大西客專678.4485.64771.6200km/h31南廣鐵路黎西至肇慶段401.6250km/h32云桂鐵路廣西段255.3250km/h33西寶客專138.044250km/h34合?？蛯０不斩?43.093350km/h35合?？蛯ｉ}贛段809.919350km/h36貴陽至廣州鐵路855.899250km/h37云桂鐵路云南段431.183200km/h順序項目名稱全長km橋梁km橋梁比例%設(shè)計時速19武漢至黃岡順序項目名稱全長km橋梁km橋梁比例%設(shè)計時速38蘭新鐵路第二雙線甘青段1066.005300km/h39蘭新鐵路第二雙線新疆段709.9312417.5350km/h40沈丹客專205.64467.28732.51350km/h41成都至重慶鐵路客專308.206207.63367.37350km/h42吉林至琿春客運專線360.54790.69825.1250km/h43鄭州至焦作城際鐵路7745.430.59250km/h44鄭州至開封城際鐵路49.97347.53396.4200km/h45長沙至株洲、湘潭城際鐵路95.51353.5954.02200km/h46青榮城際鐵路298.971164.69655.09250km/h47成都至都江堰鐵路彭州支線20.561200km/h48佛肇城際鐵路79.8871.08288.985200km/h49東莞至惠州城際鐵路99.85140.17640.24200km/h順序項目名稱全長km橋梁km橋梁比例%設(shè)計時速38蘭新鐵路第中國內(nèi)陸高速鐵路橋梁所占比例（%）國外及中國臺灣高速鐵路橋梁所占最大比例（%）中國內(nèi)陸高速鐵路橋梁所占比例（%）國外及中國臺灣高速鐵路橋梁高速鐵路土建工程的突出特點表現(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重要組成部分，比例大、高架橋及長橋多，同時也是控制建設(shè)周期和保證安全舒適運營的關(guān)鍵。高速鐵路土建工程的突出特點表現(xiàn)在：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)在列車活載通過時產(chǎn)生變形和振動；風(fēng)力、溫度變化、日照、制動、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，每座橋梁都是對線路平順的干擾點。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)，車—線—橋共同作用是其突出特點。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，其中無砟軌道對橋梁變形要求更加嚴格。無砟軌道的優(yōu)點彈性均勻、軌道穩(wěn)定，養(yǎng)護維修工作量減少，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—

德國雷達型無砟軌道（長枕埋入式、雙塊式）高速鐵路橋梁特點、檢算標準和附屬設(shè)施課件高速鐵路橋梁特點、檢算標準和附屬設(shè)施課件高速鐵路橋梁特點、檢算標準和附屬設(shè)施課件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的線上結(jié)構(gòu)，而橋梁在列車荷載、列車制動作用下和溫度變化時要產(chǎn)生位移。當梁、軌體系產(chǎn)生相對位移時，橋上鋼軌會產(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。4）橋上無縫線路與橋梁共同作用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，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。5）橋梁優(yōu)勢是利于橋下交通、節(jié)約土地、控制變形2.1、高速鐵路橋梁的總體設(shè)計要求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)標準設(shè)計行車速度350/250300/200250/200250/160有砟軌道推薦8000~10000一般最小7000個別最小6000推薦6000~8000一般最小5000個別最小4500推薦4500~7000一般最小4000個別最小3500推薦4500~7000一般最小3500個別最小3000無砟軌道推薦8000~10000一般最小7000個別最小5500推薦6000~8000一般最小5000個別最小4500推薦4500~7000一般最小4000個別最小3500推薦4500~7000一般最小3200個別最小2800最大半徑12000120001200012000線路平曲線半徑表（m）2.1、高速鐵路橋梁的總體設(shè)計要求2、高速鐵路橋梁技術(shù)標準簡支梁以直代曲，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。

設(shè)計行車速度（km/h）350300250一般條件最小波段長（m）200012001200困難條件最小坡段長（m）900900900最小豎曲線半徑（m）250002500020000正線最小坡長及最小豎曲線半徑簡支梁以直代曲，連續(xù)梁橋梁中線為曲線。設(shè)計行車速度（km/h3）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)計使用年限為100年，無砟軌道主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限應(yīng)不小于60年。設(shè)計行車速度（km/h）350300250最小線間距（m)5.04.84.63）線路橫斷面設(shè)計行車速度（km/h）350300250最小高速鐵路橋梁特點、檢算標準和附屬設(shè)施課件2.2、活載模式高速鐵路的列車荷載，是高速鐵路橋梁設(shè)計的最重要參數(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)：線路上運行的機車車輛本身的參數(shù)如列車類型、軸距、軸重、編組以及車輛將來的發(fā)展；運輸模式（單一的客運或客貨共運）；速度指標不同結(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。2.2、活載模式高速鐵路的列車荷載，是高速鐵路橋梁設(shè)計的最（1）、歐洲高速鐵路設(shè)計活載

歐洲高速鐵路采用統(tǒng)一的UIC活載。包絡(luò)的運營列車包括：最大時速為80km的特重列車、最大時速為120km的重型貨車、最大時速為250km的長途客車和最大時速為300km的高速輕型客車，共有6種車輛模式，相應(yīng)的動力系數(shù)僅與跨度有關(guān)。（1）、歐洲高速鐵路設(shè)計活載UIC活載圖式涵蓋的6種運營列車UIC活載圖式涵蓋的6種運營列車（2）、日本高速鐵路設(shè)計活載日本高速鐵路采用的高速列車專用荷載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際的高速運營列車活載。日本標準P活載和UIC活載圖式中包含的時速300km的高速輕型高速列車活載的軸重、軸距相差不大。（2）、日本高速鐵路設(shè)計活載日本N、P活載圖示日本N、P活載圖示

（3）中國高速鐵路設(shè)計活載中國高速鐵路采取客運專線和客貨共線鐵路并存的運營模式。客運專線專用于旅客快速運輸，設(shè)計時速300—350km/h，如武廣、鄭西客運專線等；對客運專線橋梁，最終確立了基于UIC活載模式的ZK活載模式，相當于0.8UIC設(shè)計活載客貨共線鐵路同時承擔客運和貨運任務(wù)，設(shè)計時速200~250km/h，如溫福鐵路、福廈鐵路等。（3）中國高速鐵路設(shè)計活載

對客貨共線高速鐵路橋梁設(shè)計活載為ZK活載，同時采用中活載進行檢算強度及應(yīng)力，ZK荷載檢算變形。抗彎強度抗剪強度抗扭強度

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!!!抗彎強度抗剪強度抗扭強度正應(yīng)力剪應(yīng)力主拉應(yīng)力2.3活載動力系數(shù)（1）UIC活載動力系數(shù)UIC活載動力系數(shù)基本采用德國橋梁荷載規(guī)范中的活載系數(shù)。對于特殊保養(yǎng)的鐵路：1.00≤φ2≤1.67對于正常養(yǎng)護的鐵路：1.00≤φ3≤2.0

2.3活載動力系數(shù)最大速度（km/h）跨度L(m)適用條件51020304050701001102102603000.340.530.530.530.310.470.470.470.270.410.410.410.250.370.370.370.230.350.350.350.210.330.330.330.190.300.300.300.170.270.270.27n≥55L-0.8n≥55L-0.8n≥70L-0.8n≥80L-0.8LФm≥3,614567891011121314151617μ0.670.620.530.460.410.370.330.310.280.260.240.230.210.200.19LФm1819202224252830354045505560≥65μ0.180.170.160.140.130.110.100.090.070.060.040.030.020.010.00UIC活載動力系數(shù)（2）日本鐵路活載動力系數(shù)最大速度跨度L(m)適用條件5102030405070100（3）中國橋梁活載動力系數(shù)

橋跨結(jié)構(gòu)：

1+μ=1+（1.44/（Lφ0.5-0.2）-0.18）式中：Lφ——加載長度（m），其中Lφ＜3.61m時按3.61m；簡支梁時為梁的跨度；n跨連續(xù)梁時取平均跨度乘以下列系數(shù)：n=21.20n=31.30n=41.40n≥51.50當計算Lφ小于最大跨度時，取最大跨度。（1+μ）計算值小于1.0時取1.0。

（3）中國橋梁活載動力系數(shù)荷載分類荷載名稱主力恒載結(jié)構(gòu)自重及附屬設(shè)備自重

預(yù)加應(yīng)力混凝土收縮和徐變的影響

土壓力水浮力及靜水壓力

地基基礎(chǔ)變位的影響活載列車豎向靜活載

列車豎向動力作用公路豎向靜活載（設(shè)計公路鐵路兩用橋時）長鋼軌縱向力

離心力橫向搖擺力

列車活載產(chǎn)生的土壓力人行道及欄桿的荷載

氣動力附加力制動力或牽引力

風(fēng)力流水壓力

冰壓力及凍脹力溫度變化的影響特殊荷載列車脫軌荷載

船只或排筏的撞擊力汽車撞擊力

施工荷載地震力

長鋼軌斷軌力荷載分類荷載名稱主力恒載結(jié)構(gòu)自重及附屬設(shè)備自重預(yù)3.1、豎向撓度（1）德國規(guī)范

3、變形檢算標準（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3.1、豎向撓度3、變形檢算標準（2）中國規(guī)范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，必須對上部結(jié)構(gòu)梁端轉(zhuǎn)角進行控制設(shè)計。

梁端豎向轉(zhuǎn)角的影響3.2、梁端轉(zhuǎn)角梁端豎向轉(zhuǎn)角的影響（1）德國規(guī)范

單線橋：θ=6.5x10-3rad在上部結(jié)構(gòu)與路基的過渡處θ1+θ2=10x10-3rad兩段上部結(jié)構(gòu)之間雙線橋：θ=6.5x10-3rad在上部結(jié)構(gòu)與路基的過渡處

θ1+θ2=10x10-3rad兩段上部結(jié)構(gòu)之間（2）中國規(guī)范

高速鐵路橋梁特點、檢算標準和附屬設(shè)施課件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。

速度范圍（km/h）最大角度變化水平方向彎曲半徑的最小直徑單線上部結(jié)構(gòu)多線上部結(jié)構(gòu)V≤120120＜V≤20200＜V0.0035弧度1700m3500m0.0020弧度6000m9500m0.0015弧度14000m17500m3.3、橫向變形速度范圍（km/h）最大角度變化水平方向彎曲3.4、扭轉(zhuǎn)變形（1）德國規(guī)范

V≤120km/h，t≤4.5mm；120＜V≤20km/h，t≤3.0mm；V＞200km/h，t≤1.5mm。（2）中國規(guī)范

ZK靜活載作用下梁體扭轉(zhuǎn)引起的軌面不平順值，t不應(yīng)大于1.5mm。

S3.4、扭轉(zhuǎn)變形S3.5、工后徐變徐變上拱會影響梁上軌面的平整度，對高速行車的安全性和乘坐的舒適性不利，必須加以嚴格限制。（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20mm。無砟橋面橋梁，L≤50m，不應(yīng)大于10mm；L＞50m，不應(yīng)大于L/5000且不大于20mm。

3.5、工后徐變3.6、基礎(chǔ)沉降

沉降類型橋上軌道類型限值墩臺均勻沉降有砟軌道30mm無砟軌道20mm相鄰墩臺沉降差有砟軌道15mm無砟軌道5mm

中國規(guī)范關(guān)于靜定結(jié)構(gòu)墩臺基礎(chǔ)工后沉降限值3.6、基礎(chǔ)沉降沉降類型橋上軌道類型限值墩臺均勻沉降有砟軌道橋墩/橋臺跨度(m)最小水平線剛度(kN/cm)雙線單線橋墩<1210060161601002019012024270170323502204055034048720450橋臺---30001500高速鐵路有砟軌道無縫線路固定區(qū)的混凝土簡支梁，墩臺頂部縱向水平線剛度應(yīng)符合下表限值要求.3.7墩臺縱向線剛度限值

中國規(guī)范墩臺頂縱向水平線剛度限值最小水平線剛度(kN/cm)雙線單線橋墩<1210060164.1、自振頻率選擇合理的自振頻率，避免與列車通過時的激振頻率接近。（1）德國規(guī)范:nL≤nB≤nU

4、動力檢算標準項目豎向自振頻率限值/HznUN0=94.76L-0.748nL,

4≤L≤20mN0=80/LnL,20＜L≤100mN0=23.58L-0.592豎向自振頻率限值000000LuLUIC圖式要求的結(jié)構(gòu)自振頻率范圍4.1、自振頻率4、動力檢算標準項目豎向自振頻率限值/Hz（2）中國規(guī)范

跨度豎向自振頻率限值/HzL≤20mN0=80/L20＜L≤96mN0=23.58L-0.592簡支梁豎向自振頻率限值4.1、自振頻率（2）中國規(guī)范跨度豎向自振頻率限值/HzL≤20mN0=804.2、豎向振動加速度（1）德國規(guī)范無砟軌道橋梁豎向振動加速度應(yīng)小于0.5g。

（2）中國規(guī)范

橋面軌道類型豎向振動加速度限值有砟橋面0.35g無砟橋面0.50g橋梁豎向振動加速度限值4.2、豎向振動加速度（2）中國規(guī)范橋面軌道類型豎向振動加速4.3、舒適度評價標準（1）德國規(guī)范為滿足列車行駛舒適度的要求，機車豎向振動加速度應(yīng)小于0.2g，車輛豎向振動加速度應(yīng)小于0.1g。

（2）中國規(guī)范平穩(wěn)性指標

W＜2.5（優(yōu)）2.5≤W＜2.75（良）2.75≤W＜3.0（合格）

4.3、舒適度評價標準（2）中國規(guī)范525.高速鐵路橋梁基本結(jié)構(gòu)型式