鐵道機(jī)車專業(yè)教學(xué)武漢鐵路黃秀川15課件

鐵道機(jī)車專業(yè)教學(xué)資源庫武漢鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院主講：黃秀川《高速動車組技術(shù)》課程武漢鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院黃秀川1-3-5橋梁與隧道目錄CONTENTS01一、橋梁02二、隧道一、橋梁高速鐵路由于采用全封閉行車模式，線路平縱面參數(shù)限制嚴(yán)格以及要求軌道高平順性，導(dǎo)致橋梁比例明顯增大。日本高速鐵路線路中，橋梁比例相對較高，占到了33.3%～61.5%；我國高速鐵路建設(shè)中，橋梁占線路總長超過50%。典型的如京津城際鐵路橋梁占線路長度的88%，廣珠城際鐵路橋梁比例為94%，京滬高速鐵路橋梁占線路總長的80%。而我國普通鐵路橋梁的平均比例僅為4%左右。一、橋梁

橋梁比例大，高架橋、長橋多是高速鐵路橋梁的主要特征，橋梁已成為高速鐵路土建工

主要組成部分。高速鐵路橋梁具有以下特點：1．高速鐵路橋梁必須具備足夠大的剛度和良好的整體性。高速鐵路橋梁承受的動力作用遠(yuǎn)大于一般橋梁。當(dāng)列車高速通過時，橋梁出現(xiàn)較大的撓度或結(jié)構(gòu)自振頻率與列車周期性激勵荷載頻率相近時，列車與橋梁均會產(chǎn)生較大的動力響應(yīng)，造成橋上軌道不平順、乘坐舒適度降低、結(jié)構(gòu)活載效應(yīng)增大，甚至列車走行性能惡化，嚴(yán)重影響車輛運行和結(jié)構(gòu)安全。一、橋梁2．橋墩應(yīng)有足夠的縱向剛度。由于橋梁的縱向剛度遠(yuǎn)低于路基，列車在橋上制動時，軌道要承受較大的制動力；同時橋梁的溫度伸縮變形和外載作用下的撓曲變形也會使軌道承受附加的伸縮力和撓曲力。必須限制因橋梁變形而產(chǎn)生的軌道附加應(yīng)力和梁、軌之間的快速位移，才能保證橋上無縫線路的穩(wěn)定性和運營安全。3．橋梁耐人性要求。對高速鐵路橋梁耐久性的格外關(guān)注，是基于長期以來對橋梁的使用經(jīng)驗和高速鐵路的重要性。耐久性要求有以下方面。一、橋梁因此，高速鐵路橋梁設(shè)計必須遵循以下原則。（1）采用剛度大、整體性能好的結(jié)構(gòu)，如簡支梁、連續(xù)梁、組合梁、剛架及拱等。（2）優(yōu)先選用雙線整孔箱形梁橋。雙線橋不僅提供了很大橫向剛度，在經(jīng)常承受單線列車荷載時，豎向剛度比單線橋增大一倍。（3）選用較大的梁高以保證足夠大的豎向剛度。例如，德國規(guī)定高速鐵路混凝土簡支箱梁和連續(xù)箱梁的高跨比分別為1/11和1/12。（4）橋梁跨度不宜過大。世界各國高速鐵路橋梁的跨度般不超過100m。當(dāng)然，也有例外。目前，最大跨度為德國的162m美因河混凝土拱橋。我國高速鐵路由于跨越大江、大河和深谷的需要，大跨度橋梁的修建也不可避免。一、橋梁一、橋梁3．橋梁耐久性要求。對高速鐵路橋梁耐久性的格外關(guān)注，是基于長期以來對橋梁的使用經(jīng)驗和高速鐵路的重要性。耐久性要求有以下方面。（1）壽命長。鐵路橋梁只有在設(shè)計、施工十分精心并在運營時認(rèn)真檢查、及時養(yǎng)護(hù)的情況下才能保證其規(guī)定的使用壽命。否則，橋梁往往使用不到壽命期便出現(xiàn)了種種劣化現(xiàn)象，而在不中斷交通情況下進(jìn)行修補(bǔ)非常困難，費用昂貴，經(jīng)常由于病害不能及時得到整治而繼續(xù)惡化，最終危及使用安全，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。（2）結(jié)構(gòu)合理。大量病害實例證明，除了施工方面的原因，影響耐久性的決定性因素來自構(gòu)造上的缺陷。長期以來，人們一直偏重結(jié)構(gòu)計算方法的研究，卻忽視了對構(gòu)造細(xì)節(jié)方面的要求。（3）便于維修。橋梁養(yǎng)護(hù)經(jīng)驗表明，病害越早發(fā)現(xiàn)、及時整治，所需費用就少，并且不會影響結(jié)構(gòu)的耐久性。因此，橋梁在設(shè)計中要遵循使結(jié)構(gòu)易于檢查、方便維修的原則。一、橋梁（4）技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。合理的經(jīng)濟(jì)性應(yīng)當(dāng)體現(xiàn)為橋梁的建造和使用期內(nèi)的檢查、養(yǎng)護(hù)、維修費用之和達(dá)到最低。片面追求較低的建造費用而忽視了對結(jié)構(gòu)耐久性的改善，不僅影響交通運輸?shù)恼＿\營和橋梁使用壽命，而且會大大增加養(yǎng)護(hù)維修費用。高速鐵路橋梁所占比例很大，而且高密度的交通量使橋梁維修工作格外困難。因此，

強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)物的耐久性并作為主要設(shè)計原則，統(tǒng)一考慮橋梁的合理結(jié)構(gòu)布局和構(gòu)造細(xì)節(jié)，使其易于檢查、方便維修是十分必要的。一、橋梁4．橋面布置與結(jié)構(gòu)形式。橋面布置是否合理將直接影響橋梁的耐久性和運營期間的維修作業(yè)。我國高速鐵路橋梁采用雙線整體橋面，其主要設(shè)施有：防排水體系、擋砟墻（防護(hù)墻）、電纜槽、接觸網(wǎng)支柱、檢查通道人行步板、欄桿或聲屏障等。高速鐵路橋梁常采用橋梁較長、墩身不高的高架橋，截面形式為板梁、T梁和箱梁等。二、隧道高速線的隧道一般為雙線單洞。當(dāng)列車進(jìn)入隧道時，原來占據(jù)著空間的空氣被排開?？諝獾酿ば砸约八淼辣诿婧土熊嚤砻娴哪ψ枳饔檬沟帽慌砰_的空氣不能像明線那樣及時、順暢地沿列車兩側(cè)和上部形成繞流。于是，列車前方的空氣受壓縮，列車后方則形成一定的負(fù)壓。這就產(chǎn)生一個壓力波動過程，這種壓力波動又以聲速傳播至隧道口，形成反射波、回傳、疊加，誘發(fā)對運營產(chǎn)生一系列負(fù)面影響的空氣動力效應(yīng)。二、隧道1.隧道壓力。高速動車組進(jìn)入隧道將會引起旅客和鐵路員工耳膜不適等不良生理反應(yīng)，會對乘車舒適度、鐵路運營作業(yè)以及車輛結(jié)構(gòu)產(chǎn)生負(fù)面影響。如何制定合理的舒適度標(biāo)準(zhǔn)，在不同行車速度目標(biāo)值的前提下分別采用多大的隧道凈空有效面積，對于研究消減這種負(fù)面影響的具體措施、運營車輛的結(jié)構(gòu)要求和選定合理的隧道設(shè)計參數(shù)是至關(guān)重要的。根據(jù)我國京滬高速鐵路隧道的前期研究和遂渝線關(guān)于隧道空氣動力學(xué)試驗的成果。當(dāng)瞬變壓力超出一定限值時旅客就會有不舒適感。參照國外經(jīng)驗，我國高速鐵路舒適度準(zhǔn)則建議中，對于A類鐵路單線（平原），規(guī)定隧道長度占線路長度的比率小于10%，而且，隧道密集程度小于4座/時，單線隧道瞬變壓力2.0kPa/3s，雙線隧道瞬變壓力3.0kPa/3S。二、隧道二、隧道2．隧道凈空有效面積。是指隧道襯砌內(nèi)輪廓軌頂面以上的凈空斷面積。德國提出，運行速度300km/h的高速鐵路，隧道凈空有效面積為100㎡法國在新建成的地中海高速鐵路上，雙線隧道凈空有效面積采用100㎡，單線隧道凈空有效面積采用70㎡。我國根據(jù)不同的行車速度目標(biāo)值和運行列車的限界?？紤]空氣動力學(xué)效應(yīng)等各種情況，擬定的隧道凈空有效面積標(biāo)準(zhǔn)，時速250km的高速鐵路單線隧道凈空有效面積為58㎡雙線為92㎡時速300～350km的高速鐵路單線隧道凈空有效面積為㎡，雙線為100㎡。二、隧道3.阻塞系數(shù)。日本東海道新干線建成較早，隧道橫截面面積64㎡，阻塞系數(shù)β=0。出現(xiàn)了較多的空氣動力學(xué)問題。阻塞系數(shù)β是指車輛橫截面與隧道