城市軌道交通橋隧維修與養(yǎng)護 課件 1.1橋梁設施基礎知識

城市軌道交通橋隧維修與養(yǎng)護橋梁設施基礎知識GeneralknowledgeofbridgeinfrastructureCONTENTS目錄橋梁的組成與分類Componentsandclassificationofbridge橋梁的荷載Loadsonbridges支座橋梁下部結構橋梁上部結構SuperstructureofbridgeSubstructureofbridgeBasicauxiliaryfacilitiesofbridge橋梁基本附屬設施bearing1橋梁的組成與分類橋梁的組成橋梁的分類1.橋梁的組成橋梁由四個基本部分組成,即上部結構、下部結構、支座和附屬設施,如圖1-5所示。上部結構是在線路中斷時跨越障礙的主要承重結構,是橋梁支座以上(無鉸拱起拱線或剛架主梁底線以上)跨越橋孔的總稱;當跨越幅度越大時,上部結構的構造也就越復雜,施工難度也相應增加。下部結構包括橋墩、橋臺和基礎。支座是設在墩(臺)頂,用于支承上部結構的傳力裝置,它不僅要傳遞很大的荷載,并且要保證上部結構按設計要求能產生一定的變位?；靖綄僭O施包括橋面系、伸縮縫、橋梁與路堤銜接處的橋頭搭板和錐形護坡等。橋梁的組成和分類地下結構的荷載圖152.橋梁的分類(1)按橋梁長度分類：①特大橋:多孔跨徑總長≥500m,單孔跨徑>100m。②大橋:多孔跨徑總長>100m,單孔跨徑>40m。③中橋:30m<多孔跨徑總長<100m,20m≤單孔跨徑<40m。④小橋:8m≤多孔跨徑總長<30m,5m<單孔跨徑<20m。⑤涵洞:多孔跨徑總長<8m,單孔跨<5m。橋梁的組成和分類(2)按橋跨材質分類：①鋼橋:梁拱材料為鋼。②圬工橋:梁拱材料為石、磚、混凝土、鋼筋混凝土、預應力鋼筋混凝土。③混合橋:一座橋上有兩種以上不同的材質。一般指同時使用鋼材與鋼筋混凝土。④木橋:梁拱材料為木。(3)按橋面位置分類：①上承式橋:橋面位于橋跨的頂部。②下承式橋:橋面位于兩主梁(桁梁或板梁)或兩拱肋之間。③中承式橋:橋面設置在橋跨主要承重結構(桁架、拱肋、主梁等)中部。橋梁的組成和分類(4)按橋梁受力體系分類：①梁橋。梁橋的主要結構部件是在兩端支撐的水平梁。當梁只跨越單個跨度時,它們被兩點支撐;當梁跨越兩個或多個跨度時,它們多點連續(xù)支撐。按照主梁的靜力體系,梁橋分為簡支梁橋、連續(xù)梁橋和懸臂梁橋,如圖1-6所示。懸臂梁和連續(xù)梁都是利用支座上的卸載彎矩去減少跨中彎矩,使梁跨內力分配更合理,以同等抗彎能力的構件斷面就可建成更大跨徑的橋梁。橋梁的組成和分類

橋梁的組成和分類②拱橋。拱式體系的主要承重結構是拱肋(或拱箱),以承壓為主,采用抗壓能力強的圬工材料(石、混凝土與鋼筋混凝土)來修建,如圖1-7所示。拱承受的荷載傳遞到基礎上,對地基產生較大的水平推力,因此,拱橋對地基要求較高,一般常建于地基良好的地區(qū)。橋梁的組成和分類③剛構橋。剛構橋是由受彎的上部梁(或板)與承壓的下部柱(或墩)整體結合在一起的結構,如圖1-8所示。由于梁與柱的剛性連接,梁因柱的抗彎剛度而得到卸載。橋梁的組成和分類橋梁的組成和分類④懸索橋。懸索橋指以懸索為主要承重結構的橋,由懸索、索塔、錨碇、吊桿、橋面系等部分組成,如圖1-9所示。主纜懸掛在塔架之間,最終連接到橋梁兩端的錨碇上,垂直吊桿承受橋面系的自重和上面的交通荷載。主要承載構件是主纜,主纜是由高強度鋼制成的受拉構件。主纜有良好的承載能力,且不存在屈曲問題。因此,橋梁結構的自重大大減輕,可以實現(xiàn)更大的跨徑。此外,與其他類型的橋梁相比,懸索橋的美學外觀是另一個優(yōu)勢。⑤組合體系。a.梁、拱組合體系:這類體系中有系桿拱、桁架拱、多跨拱梁結構等,如圖1-10所示。它們利用梁的受彎與拱的承壓特點組成聯(lián)合結構。橋梁的組成和分類⑤組合體系。b.斜拉橋:在塔之間的每個跨度中有幾個點用斜拉索向上支撐的結構,由索塔、拉索和主梁組成,如圖1-11所示。橋面重量由多條張力接近直線的斜拉索支撐,斜拉索直接延伸至一個或多個索塔,塔架通過垂直壓縮將索力傳遞至基礎,纜繩中的張力也使橋面受到水平壓縮。斜拉橋外形優(yōu)美,跨越能力強。橋梁的組成和分類2橋梁的荷載橋梁荷載是指橋梁結構設計所應考慮的各種可能出現(xiàn)的荷載統(tǒng)稱。按照《地鐵設計規(guī)范》(GB50157——2013)的規(guī)定：橋梁荷載可以分為主力、附加力和特殊荷載。1.主力主力是正常的、經常發(fā)生的或時常重復出現(xiàn)的，又可分為恒載和活載。恒載一般指結構自重、土壓力、靜水壓力及浮力、預加應力等，其大小和作用點一般是固定不變的，故稱恒載?；钶d主要指列車重量以及列車運動引起的荷載，一般指列車豎向靜活載、列車離心力、無縫線路縱向力、人群荷載等。橋梁的荷載2.附加力附加力是偶然作用的荷載，其最大值并不經常出現(xiàn)，而各種附加力同時出現(xiàn)最大值的機會就更少。3.特殊荷載特殊荷載是在特殊情況下作用的荷載，往往是暫時的或災害性的，如船只或汽車的撞擊力等。橋梁的荷載橋梁結構設計，應根據(jù)結構的特性，按表1-1所列的荷載，就其可能出現(xiàn)的最不利組合情況進行計算。橋梁的荷載注：①如桿件的主要用途為承受某種附加力，則在計算此桿件時，該附加力應按主力計。②

無縫線路縱向力不與本線制動力或牽引力組合。③

無縫線路斷軌力及船只或汽車撞擊力，只計算其中一種荷載與主力相組合，不與其他附加力組合。④流水壓力不與制動力或牽引力組合。⑤

地震力與其他荷載的組合應按現(xiàn)行國家標準《鐵路工程抗震設計規(guī)范》辦理。⑥計算中要求考慮的其它荷載，可根據(jù)其性質，分別列入上述三類荷載中。3橋梁上部結構1.橋跨結構橋跨結構按材質主要分為鋼結構和圬工結構。從橋梁養(yǎng)護角度出發(fā)，對鋼結構梁最重要的要求是防止鋼材銹蝕、防治構件裂紋及保持釘栓連接的緊密完好；對圬工梁拱的主要要求是壇工質量密實，排水設備有效完好、防止鋼筋銹蝕、防治裂紋病害。撓度是檢驗橋跨結構綜合技術狀態(tài)的一個重要指標，檢修部門應切實掌握和了解管轄范圍內橋梁梁跨撓度的現(xiàn)狀及變化。橋梁上部結構設計規(guī)范規(guī)定在列車靜活載作用下，橋跨結構梁體豎向撓度不應大于表1-2的規(guī)定值。表1-2梁體豎向撓度的限制跨度L豎向撓度容許值L≤30mL/2000m30<L≤60mL/1500m60<L=80mL/1200mL>80mL/1000m橋梁上部結構2.軌道梁的截面型式目前，軌道梁主要采用的截面主要有T形截面、箱形截面和U形截面。(1)T形截面T梁是我國最廣泛采用的梁式。T梁材料幾何分布與結構受力配合得最好。混凝土面積集中在受壓區(qū)，受拉區(qū)僅僅是為設置預應力束的馬蹄塊，跨中剪力小、腹板很薄，到支座附近隨著剪力增加而加厚，如圖1-12所示。T梁一般在工廠預制，用架橋機吊裝就位，施工快捷方便。它的缺點是橫向剛度和抗扭剛度比較差，橫向整體性也差，必須加強橫隔板以及梁間現(xiàn)澆濕接頭以期改善；對平面線型的適應性差，在曲線上一般采用折線平分中矢布置。橋梁上部結構橋梁上部結構(2)箱形截面箱梁是目前國內軌道交通高架采用最多的梁式之一。它的特點是建筑高度適中，力學性能好(豎向剛度、橫向剛度和抗扭剛度都好)，整體性好，特別適用于曲線梁橋。它既可用于標準區(qū)段，也可用于變寬、道岔區(qū)段，平面上適應性比較強；既適宜做簡支梁，也可做連續(xù)梁。箱梁外觀線形比較流暢、美觀，設計和施工經驗比較成熟。它的缺點是建筑高度較大，斷面空間利用不佳。在箱形截面中，我們把由頂板、底板和邊腹板圍成的每一個閉環(huán)，稱作一個“箱”；每一個“箱”內再由中腹板分成若干“室”，如圖1-13所示。橋梁上部結構(3)U形截面U型梁屬于一種下承式的開口薄壁結構，梁體由底板，兩側的腹板和腹板頂部的翼緣板連成U字形橫截面的通道，多應用于城市軌道交通高架線路中，如圖1-14所示。車輛荷載作用在橋面板上，荷載通過橋面板傳給橫梁，再由橫梁傳給主梁。主梁實際承受下端受拉荷載，對混凝土結構而言，這是不利的受力狀態(tài)。荷載除引起主梁的彎曲外，還會引起主梁的扭轉，存在彎扭效應。隨著環(huán)保要求的提高、人性化設計的提倡，在槽型梁的主梁翼緣下可以安裝管線；軌道交通車輛行駛于槽型梁兩腹板中間，輪軌走行系統(tǒng)的噪聲受到兩側主梁上翼緣及腹板阻隔，在一定程度上減少了車輛噪聲對周圍環(huán)境的影響；兩側主梁能防止出軌列車傾覆下落，給行車安全提供了可靠的保證；頂板還可以作為緊急逃生通道，使乘客的生命安全更有保障。橋梁上部結構橋梁上部結構4橋梁下部結構橋梁下部結構是指支承橋跨結構并將其荷載傳遞至地基的構造物，由橋墩、橋臺和基礎等組成。橋墩是一種延伸到地下或水中的結構，用于支撐橋梁上部結構并將荷載傳遞至基礎，如圖1-15所示。橋墩應具有足夠的強度，以承受垂直和水平荷載。如果橋梁跨越水面，橋墩不應阻礙水流或潮汐。橋墩根據(jù)其結構分為重力式橋墩和輕型橋墩。橋梁下部結構橋臺常設置在全橋兩端，除了支承邊跨上部結構之外，還與路堤相銜接，以抵御路堤土壓力，防止填土滑坡和坍落。對于跨河橋，橋臺還保護路堤免受水流沖刷。橋臺通常包括道碴墻、臺身、翼墻和基礎，如圖1-16所示。橋臺具有多種形式，主要分為重力式橋臺、U形重力式橋臺、懸臂式橋臺、扶壁式橋臺、柱式橋臺等。橋臺的形式取決于路堤填土高度、上部結構、水文、地質、地形地貌等因素。橋梁下部結構橋梁基礎是橋梁結構物直接與地基接觸的最下部分，是橋梁下部結構的重要組成部分。它將荷載從下部結構(橋臺、橋墩、擋土墻等)傳遞到地層中，而不會發(fā)生任何破壞或受到沖刷的影響。為了保證橋梁的正常使用和安全，地基和基礎必須具有足夠的強度和穩(wěn)定性，變形也應在容許范圍之內。按構造和施工方法不同，橋梁基礎類型可分為：明挖基礎、樁基礎、沉井基礎、沉箱基礎和管柱基礎，如圖1-17所示。橋梁下部結構5支座橋梁支座是連接橋梁上部結構和下部結構的重要結構部件，設置在橋梁的上部結構與墩臺之間。它能將橋梁上部結構承受的荷載和變形(位移和轉角)可靠地傳遞給橋梁下部結構，并能適應上部結構由于荷載、溫度變化、混凝土收縮等產生的變形(位移及轉角)。橋梁支座還為上部結構和下部結構之間的相對運動留出了空間，例如水平和橫向的旋轉運動和平移運動。橋梁支座按其變形性能分為固定支座、單向活動支座和多向活動支座；按其材料分為簡易支座、鋼支座、橡膠支座、鋼筋混凝土支座和特種支座等。橋梁支座主要根據(jù)橋梁的結構形式及寬度進行布置，并應有利于傳遞縱向水平力至墩臺。支座1.鋼支座鋼支座靠鋼部件的滾動、搖動和滑動來完成支座的位移和轉動。它承載能力強，適應橋梁的位移和轉動需要，廣泛應用于城市軌道交通橋梁。鋼支座常用的有鑄鋼支座和特種鋼支座。視跨度和荷載的大小，鋼支座有平板支座、弧形支座、搖軸支座和輥軸支座等。支座2.板式橡膠支座板式橡膠支座通常由多層橡膠與薄鋼板鑲嵌、黏合、硫化而成。支座在豎直荷載作用下，嵌入橡膠片之間的鋼板將約束橡膠的側向膨脹，使垂直變形相應減小，從而提高了支座的豎向剛度，而支座的水平位移僅與支座橡膠的凈厚有關。為防止薄鋼板的銹蝕，在板式橡膠支座的上、下面及四周均有橡膠保護層。板式橡膠支座具有構造簡單、安全方便、節(jié)省鋼材、價格低廉、養(yǎng)護簡便、易于更換等特點。板式橡膠支座有足夠的豎向剛度以承受垂直荷載，且能將上部結構的壓力可靠地傳遞給墩臺；有良好的彈性以適應梁端的轉動；有較大的剪切變形以滿足上部構造的水平位移；有良好的防震作用，可減少動載對橋跨結構與墩臺的沖擊作用。板式橡膠支座按其形狀可分為矩形板式橡膠支座、圓形板式橡膠支座和球形板式橡膠軸承。設計規(guī)范規(guī)定，跨度不大于20m的梁可采用板式橡膠支座，并應設橫向限位裝置。支座支座板式橡膠支座3.盆式橡膠支座盆式橡膠支座是由鋼構件與橡膠、聚四氟乙烯板等材料組合而成的新型橋梁支座。它具有承載能力大、水平位移量大、轉動靈活等特點，廣泛應用于大型公路、鐵路橋梁建設。設計規(guī)范規(guī)定，跨度大于等于20m的梁宜采用盆式橡膠支座。盆式橡膠支座一般可分為固定支座、單向活動支座和雙向(多向)活動支座，如圖1-18所示。固定支座在所有方向上不得移動。在負載下，彈性支座墊像一種不可壓縮的受限流體，可以在任一軸上旋轉。帶有鋼導邊的單向活動支座只能在一個方向上移動。不銹鋼滑動件和PTFE滑動件進一步降低了摩擦系數(shù)，當水平載荷相對較小(小于垂直載荷的20%)時，最好使用單向活動支座。雙向(多向)活動支座可以在所有方向上移動。活塞和底板之間增加的PTFE和不銹鋼滑動表面形成了一個支座組件，允許在任何方向上水平移動。支座支座4.特種支座對于處于地震帶上的橋梁，為減小地震災害，現(xiàn)多選用抗震支座或減隔震支座產品。對于上部結構存在向上的反力的橋梁，一般選用拉壓支座。對于懸索橋、斜拉橋等存在漂浮結構的橋梁，在梁體橫向一般需要選用抗風支座產品。對于沿海及跨海橋梁，為保證支座使用壽命，則多選用耐蝕支座產品(一般為耐蝕球型支座)。對于跨鐵路、高山和跨峽谷的橋梁，為了不干擾鐵路運行和減小施工難度，多選用轉體法施工，因此多選用轉體球鉸產品。對于在高緯度地區(qū)低溫環(huán)境，為保證鋼材應力，多選用低溫用支座。支座6橋梁基本附屬設施橋面鋪裝橋面系統(tǒng)伸縮縫與沉降縫錐體填土及護坡臺后填土檢查設備橋梁基本附屬設施1.橋面鋪裝橋面鋪裝包括：鋪裝層、鋼軌、軌枕、道砟、擋砟墻、泄水管、人行道、欄桿和鋼軌伸縮調節(jié)器等。鋪設道碴的橋面為道砟橋面，鋼橋面一般不鋪道砟，而將軌枕直接鋪在縱梁上，成為明橋面。橋面構造與路基上的軌道結構基本相同，但還需要按規(guī)定鋪設護軌、人行道、避車臺等，如圖1-19所示。(1)鋪裝層鋪裝層，亦稱橋面保護層。其主要功能是保護主梁免受雨水侵蝕，防止車輛輪胎或履帶直接磨耗橋面板和分布車輪的集中荷載。橋面鋪裝常采用水泥混凝土或瀝青混凝土。隨著科學技術的發(fā)展，最近幾年也出現(xiàn)了鋼纖維混凝土鋪裝和改性瀝青與SMA鋪裝。水泥混凝土鋪裝層從上至下主要由水泥混凝土(厚6~8cm)、鋼筋網、防水層(總厚1~2cm)、混凝土整平層等幾部分組成。瀝青鋪裝層從上至下主要由瀝青混凝土(厚5-8cm)、帶鋼筋網的混凝土保護層(厚3-5cm)、防水層(總厚1-2cm)、混凝土找平層等組成。鋼纖維混凝土鋪裝層從上至下主要由鋼纖維混凝土、鋼筋網、防橋梁基本附屬設施水層、混凝土找平層等組成。常用的改性瀝青可分為兩類：合成橡膠類和塑性體類。SMA是一種由瀝青、纖維穩(wěn)定劑、礦粉及少量的細集料組成的瀝青瑪蹄脂填充于間斷級配的粗集料骨架間隙而組成的瀝青混合料。以鋼橋面鋪裝為例，改性瀝青與SMA鋪裝從上至下主要由鋪裝層上面層、黏層油、鋪裝層下面層、黏層油、防水層、粘結層、鋼板防銹層等幾部分組成。其中，最重要的是鋪裝層、防水層和防銹層。粘層油和粘結層不是獨立的層次。橋梁基本附屬設施橋面鋪裝一般不作受力計算。為使鋪裝層具有足夠的強度和良好的整體性(能起聯(lián)系各主梁共同受力的作用)，一般宜在混凝土中設置直徑為4-6mm的鋼筋網，受力鋼筋的保護層厚度為3~5cm。(2)護軌護軌位于基本軌內側，當機車車輛在橋頭或橋上脫軌時，護軌可將脫軌車輪引導并限制于護軌與基本軌之間的輪緣槽內繼續(xù)順橋滾出，以免機車車輛向旁偏離撞擊橋梁或自橋上墜下，造成嚴重事故。橋面護軌兩端應伸出橋臺擋碴墻以外，直軌部分長度應不少于5m；在直線上大于50m，曲線上大于30m的橋梁則為10m，然后彎曲交匯于線路中心，并將軌端切成斜面聯(lián)結。軌端超出臺尾的長度不應少于2m，彎軌部分的長度不應少于1.9m，如圖1-20所示。自動閉塞區(qū)間在護軌交匯處應安裝絕緣襯墊。橋梁基本附屬設施橋梁基本附屬設施鋪設護軌時，護軌頂面不應高出線路鋼軌頂面5mm，也不應低于線路鋼軌面25mm。不采用機械化養(yǎng)護的橋梁，護軌與基本軌頭部間凈距應為(200±10)mm。當鋪設60kg/m以上基本軌時，其凈距為(220±10)mm。采用機械化養(yǎng)護的橋梁，其護軌與基本軌頭部間凈距應符合有關規(guī)定。橋梁基本附屬設施(3)鋼軌伸縮調節(jié)器在荷載與溫度變化影響下，橋梁上的鋼軌會隨同橋梁一起伸長或縮短。橋梁上部結構的連續(xù)長度越長，伸縮量就越大。鋼軌接頭的間距越大，車輪經過該處時產生的沖擊力就越大，甚至影響行車安全。因此，連續(xù)長度大于100m的橋梁必須在梁端伸縮縫處設置鋼軌伸縮調節(jié)器，以保證車輪是在連續(xù)的而不是斷開的軌道上滾動，如圖1-21所示。(4)人行道、避車臺橋梁人行道主要用于養(yǎng)護人員工作及翻修道床時堆放道砟、枕木、鋼軌等，通過預埋U型螺栓將預制支架連接固定到橋面板上，預制步板則鋪設在支架上，如圖1-22所示。個別情況下，當橋上允許非養(yǎng)護人員通過時，線路中心至人行道欄桿內側的凈距應根據(jù)具體需要考慮，并在人行道和線路之間采取可靠的安全分隔措施。橋梁基本附屬設施(4)人行道、避車臺避車臺是供檢修養(yǎng)護工作人員避車的場所，其支架構件與梁體的預埋螺栓栓接。在兩橋臺臺尾之間，沿橋梁全長每隔30m左右，在人行道欄桿外側各設置避車臺一座。單線橋在兩側人行道上按間隔30m左右交錯設置避車臺；雙線及多線橋在每一側各相距30m左右設置避車臺。線路中心至避車臺內側的凈距不小于4.25m，避車臺應盡量設在橋墩處。橋梁基本附屬設施(5)防排水系統(tǒng)為了迅速排除橋面上的雨水，防止雨水滲入梁體引起銹蝕而影響橋梁的耐久性、穩(wěn)固性，確保橋梁的正常運營，除了在橋面鋪裝內設置防水層外，還應設置排水設施。橋梁基本附屬設施橋面排水設施主要包括橋面縱橫坡和一定數(shù)量的泄水管。通常當橋面縱坡大于2%而橋長小于50m時，一般能保證雨水從橋頭引道上排水，橋上就可以不設泄水管。此時可在引道兩側設置流水槽，以免雨水沖刷引道路基。當橋面縱坡大于2%而橋長大于50m時，為防止雨水積滯橋面，每隔橋長12-15m設置一個泄水管。當橋面縱坡小于2%時，泄水管就需要設置更密一些，一般每隔橋長6-8m設置一個。橋面一般應保持1.5%~3%的橫坡，以利于橋面排水。泄水管的過水面積通常按每平方米橋面上不小于2~3cm。泄水管可沿車行道兩側左右對稱排列，也可交錯排列。泄水管離路緣石的距離為10~50cm。泄水管下端應露出上部結構底面5-10cm。軌道交通高架橋梁的泄水管管徑一般不小于110cm，為防止雜物堵塞排水管道，泄水管口均設置了管篦或管蓋。橋梁基本附屬設施橋梁上常用的泄水管有豎向泄水管道、橫向泄水管道和封閉式泄水管道等形式。泄水管道一般由鑄鐵、鋼、鋼筋混凝土以及塑料等制成。當橋長較短時，縱向排水管道的出水口，可以設在橋梁兩端的橋臺處；對于長大橋，除了在橋臺處設置出水口外，還需在某些橋墩處布置出水口，并利用豎向管道將水引到地面。縱向排水管道一般可設在箱梁中或梁肋內側；豎向排水管道應盡可能布置在墩臺壁的預留槽中或布置在橋臺內部預留孔道中。橋梁基本附屬設施橋面排水系統(tǒng)可分為開放式排水和封閉式排水。橋面開放式排水系統(tǒng)是通過橋緣石或路緣處橋面的垂直或水平排水系統(tǒng)，如圖1-23所示。水平排水槽通常作為橋梁護欄路緣石施工的一部分，并根據(jù)水槽尺寸布置在近距離處。該系統(tǒng)可能會發(fā)生雜物堵塞，并導致混凝土劣化，如腐蝕和剝落，故需要長期維護。而垂直泄水管穿過并延伸至橋面以下。在不考慮對橋下徑流造成的環(huán)境影響或潛在洪水的情況下，采用開放式排水系統(tǒng)。橋梁基本附屬設施橋梁基本附屬設施與開放式排水系統(tǒng)相比，封閉式排水系統(tǒng)通常由排水孔或進水口收集橋面匯水，再經封閉管道將排水口的徑流向下傳輸至地面的排水入口點，如圖1-24所示。封閉排水系統(tǒng)預留適當?shù)奈恢糜糜诤笃诰S護。它適用于存在環(huán)境相關問題的地方，如侵蝕、洪水。2.橋面系統(tǒng)橋面系統(tǒng)指的是直接承受車輛、人群等荷載并將其傳遞至主要承重構件的橋面構造系統(tǒng)，由橋面板、加筋肋、縱梁、橫梁等構件組成。承重結