客運專線橋梁設(shè)計.ppt

1、鐵道第四勘察設(shè)計院 文望青,客運專線橋梁設(shè)計,1 概述,國家 常用跨度 主要施工方案 德國 42m、56m簡支梁 現(xiàn)澆 法國 4060m連續(xù)梁 頂推法施工 日本 1015m連續(xù)剛架 現(xiàn)澆 韓國 3x25m連續(xù)梁 先簡支后連續(xù) 2x40m連續(xù)梁 現(xiàn)澆 臺灣高鐵 30、35m簡支梁 預(yù)制架設(shè)、現(xiàn)澆 秦沈線 24、32m簡支梁 預(yù)制架設(shè)、現(xiàn)澆,1 概述,我國高速鐵路、客運專線橋梁設(shè)計以1998年左右為界，可以大致分為兩個階段。早期的高速鐵路橋梁設(shè)計，基本沿襲了普通鐵路控制結(jié)構(gòu)的強度、變形方法，并考慮到架梁水平等因素，常用跨度橋梁多以T梁為主。 隨著高速鐵路工作向前的推進、秦沈客運專線的興建，與國外學(xué)

2、術(shù)交流增多，以及韓國高速鐵路橋梁暴露出來的問題等，高速鐵路、客運專線橋梁設(shè)計逐步過渡到了以車橋耦合振動的動力響應(yīng)分析、并結(jié)合控制強度、變形的方法來進行橋梁設(shè)計。為更好地滿足橋梁動力仿真分析，橋梁結(jié)構(gòu)更多地采用了箱梁，由此帶動了我國鐵路橋梁設(shè)計、施工、架梁等水平的提升。,2 常用跨度橋梁的設(shè)計,常用跨度一般在50m以內(nèi)，墩高在30m以內(nèi)時，一般以32m、24m跨度為經(jīng)濟。京滬高速鐵路徐州至上海段414km長的橋梁中，95%的橋梁為32m、24m箱梁，其中32m梁為主要梁型，24m梁主要用于配跨。,2 常用跨度橋梁的設(shè)計,2.1 設(shè)計原則 洪水頻率：橋梁1/100；涵洞1/100。 豎向荷載：采用

3、ZK荷載。,有碴橋面二期恒載：直線橋梁q=185kN/m 曲線橋梁q=201kN/m。,2 常用跨度橋梁的設(shè)計,2.1 設(shè)計原則,橋跨的選擇 優(yōu)先采用32m跨，其次是24m跨。 基礎(chǔ)持力層很好、工后沉降量較小時，選擇連續(xù)箱梁，否則 采用簡支箱梁。 客運專線立交常用結(jié)構(gòu)形式有預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁、連續(xù)結(jié)合 梁、連續(xù)剛構(gòu)等。為降低路肩高程，可采用連續(xù)剛構(gòu)或框架 橋。 跨越客運專線立交的有效凈跨應(yīng)大于14m。 預(yù)應(yīng)力混凝土無碴軌道橋梁的主跨不宜大于80m。,2 常用跨度橋梁的設(shè)計,2.1 設(shè)計原則,墩臺的選擇 橋臺采用雙線矩形空心臺；橋墩一般采用矩形（圓端形）空心墩、實體墩及雙矩形柱式墩等。,橋梁基礎(chǔ)：

4、一般采用擴大基礎(chǔ)和樁基 Lp40m，樁徑：0.55m、1.0m、1.25m Lp40m，樁徑：1.0m、1.25m、1.5m、1.8m等,2 常用跨度橋梁的設(shè)計,2.1 設(shè)計原則,墩臺工后沉降限值,2 常用跨度橋梁的設(shè)計,2.1 設(shè)計原則,梁部主要施工方法 24m、32m簡支箱梁，一般采用預(yù)制架設(shè)施工。 24m、32m連續(xù)箱梁，以先簡支后連續(xù)為主。 32m箱梁采用900t級架橋機架設(shè) 24m、20m箱梁采用700t級架橋機架設(shè) 一定范圍內(nèi)的橋梁采用同一噸位的架橋機架梁,2 常用跨度橋梁的設(shè)計,2.2 梁部及墩臺設(shè)計,梁跨的約定 與普通鐵路橋墩中心線長度相同,2 常用跨度橋梁的設(shè)計,2.2 梁部

5、及墩臺設(shè)計,橋面布置,2 常用跨度橋梁的設(shè)計,2.2 梁部及墩臺設(shè)計,梁高的選擇 32m簡支箱梁：300cm 24m簡支箱梁：240cm、300cm 20m簡支箱梁：240cm 232、332m連續(xù)梁：240cm 224、324m連續(xù)梁：220cm,2 常用跨度橋梁的設(shè)計,2.2 梁部及墩臺設(shè)計,梁部預(yù)應(yīng)力筋張拉方式 后張法 先張法,箱梁端部構(gòu)造：箱梁端部中間設(shè)置了25cm長、150cm寬的凹槽， 供檢查橋墩支座。,2 常用跨度橋梁的設(shè)計,2.2 梁部及墩臺設(shè)計,橋墩通用圖設(shè)計,共編制了十多種墩臺通用圖,2 常用跨度橋梁的設(shè)計,2.2 梁部及墩臺設(shè)計,橋墩通用圖設(shè)計,矩形空心墩 一般為直坡，空

6、心墩臂厚50cm，上實體段厚250cm，下實體段厚100cm。,2 常用跨度橋梁的設(shè)計,2.2 梁部及墩臺設(shè)計,橋墩通用圖設(shè)計,圓端形空心墩： 一般為直坡，簡支箱梁橋墩的頂帽尺寸為800 x300cm，連續(xù)箱梁橋墩頂帽出尺寸為830 x330cm。空心墩臂厚50cm，上實體段厚250cm，下實體段厚100cm。,2 常用跨度橋梁的設(shè)計,2.2 梁部及墩臺設(shè)計,橋墩通用圖設(shè)計,八邊形空心墩： 簡支箱梁橋墩的頂帽尺寸為700 x300cm，空心墩臂厚50cm，上實體段厚250cm，下實體段厚100cm。,2 常用跨度橋梁的設(shè)計,2.2 梁部及墩臺設(shè)計,橋墩通用圖設(shè)計,雙線圓柱式橋墩： 頂帽尺寸為7

7、50 x400cm，圓柱直徑400cm。,2 常用跨度橋梁的設(shè)計,2.2 梁部及墩臺設(shè)計,橋墩通用圖設(shè)計,柱式橋墩一： 頂帽尺寸為680 x300cm，最大墩高10m。,2 常用跨度橋梁的設(shè)計,2.2 梁部及墩臺設(shè)計,橋墩通用圖設(shè)計,柱式橋墩二： 頂帽尺寸為680 x300cm，最大墩高15m。,2 常用跨度橋梁的設(shè)計,2.2 梁部及墩臺設(shè)計,橋臺通用圖設(shè)計,雙線矩形空心橋臺,2 常用跨度橋梁的設(shè)計,2.3 客運專線橋梁經(jīng)濟橋跨的比較,經(jīng)濟橋跨的比選原則, 橋上不設(shè)溫度調(diào)節(jié)器 橋控制在500m左右（連續(xù)梁的聯(lián)數(shù)不 少于5聯(lián)，簡支梁不少于15孔）,橋式方案, 24m簡支梁：預(yù)制架設(shè) 32m簡支梁

8、：預(yù)制架設(shè) 224m連續(xù)梁：先簡支后連續(xù)、現(xiàn)澆 324m連續(xù)梁：先簡支后連續(xù)、現(xiàn)澆 232m連續(xù)梁：先簡支后連續(xù)、現(xiàn)澆 332m連續(xù)梁：先簡支后連續(xù)、現(xiàn)澆 32m：900t架橋機；24m：700t架橋機,2 常用跨度橋梁的設(shè)計,2.3 客運專線橋梁經(jīng)濟橋跨的比較,指標(biāo)分析,橋梁1,2 常用跨度橋梁的設(shè)計,2.3 客運專線橋梁經(jīng)濟橋跨的比較,指標(biāo)分析,橋梁2,2 常用跨度橋梁的設(shè)計,2.3 客運專線橋梁經(jīng)濟橋跨的比較,指標(biāo)分析,橋梁3,2 常用跨度橋梁的設(shè)計,2.3 客運專線橋梁經(jīng)濟橋跨的比較,指標(biāo)分析,橋梁13： 基礎(chǔ)及橋墩,2 常用跨度橋梁的設(shè)計,2.3 客運專線橋梁經(jīng)濟橋跨的比較,指標(biāo)分析

9、,橋梁13： 梁部比較,2 常用跨度橋梁的設(shè)計,2.3 客運專線橋梁經(jīng)濟橋跨的比較,指標(biāo)分析,橋梁13： 橋梁綜合指標(biāo),2 常用跨度橋梁的設(shè)計,2.4 箱梁運輸、架設(shè)時幾個問題的思考,900t級架橋機一般長60m左右，寬17m左右，高13m左右。 運梁車的高度一般在3.6m左右 架橋機轉(zhuǎn)場過立交時，京滬高速鐵路900t級運架設(shè)備研制技術(shù)條件要求“其結(jié)構(gòu)輪廓的寬度一般宜小于17m，高度宜小于7.7m” 。,2 常用跨度橋梁的設(shè)計,2.4 箱梁運輸、架設(shè)時幾個問題的思考,架橋機穿過鋼桁梁,2 常用跨度橋梁的設(shè)計,2.4 箱梁運輸、架設(shè)時幾個問題的思考,橋隧相連地段橋梁的施工,由于隧道斷面過小，箱梁

10、兩側(cè)翼緣板1.7m需要后期澆筑。 施工橋位上箱梁兩側(cè)翼緣板的底?？衫脴蛄簝蓚?cè)的15cm泄水孔（橋梁縱向每5m左右一個泄水孔）作為一個固定點。,3 無縫線路橋梁設(shè)計,我國既有鐵路在進行無縫線路改造時，長鋼軌力的大小受到限制，所以橋上均采用了小阻力扣件，把長鋼軌力傳到路基或更多的橋跨上，以減小每個墩臺的長鋼軌力。 京滬高速鐵路在研究橋上無縫線路時，結(jié)合國外的先進理念，在國內(nèi)首次提出了橋墩線剛度概念，目的在于增加橋墩臺抵抗長鋼軌力的能力，取消小阻力扣減，增加無縫線路的穩(wěn)定性。,3 無縫線路橋梁設(shè)計,橋墩線剛度的設(shè)計 墩高45m、基礎(chǔ)為柱樁的墩身圬工數(shù)量比較表：,雙線橋墩線剛度的前提： 簡支梁：制動

11、力+牽引力同時達到最大控制長鋼軌內(nèi)力。 連續(xù)梁：制動力或牽引力控制長鋼軌內(nèi)力（京滬高速鐵路常用跨度連續(xù)梁設(shè)計研究）。,3 無縫線路橋梁設(shè)計,無縫線路橋梁的橋式方案選擇 為保證無縫線路的穩(wěn)定，減少維修養(yǎng)護的工作量，應(yīng)盡量減少設(shè)置無縫線路溫度調(diào)節(jié)器。 設(shè)置溫度調(diào)節(jié)器的條件： 預(yù)應(yīng)力混凝土梁溫度跨超過120m； 鋼梁溫度跨超過100m。 橋式方案的選擇： 盡管下承式鋼桁梁給兩側(cè)的簡支梁施工帶來了比較大的麻煩，但溫度調(diào)節(jié)器的限制，促成了80m、96m鋼桁梁等下承式結(jié)構(gòu)可能被更多的采用，這是痛苦的選擇。,4 無碴軌道橋梁設(shè)計,橋上無碴軌道技術(shù)條件 預(yù)應(yīng)力混凝土梁徐變上拱值不應(yīng)超過10mm； 橋墩基礎(chǔ)工后

12、均勻沉降20mm； 不均勻沉降5mm； 梁部豎向加速度0.5g。,秦沈線控制徐變的措施 設(shè)計：24m、32m簡支梁梁高增加20cm以減小徐變； 施工：控制混凝土的水灰比、水泥用量。,4 無碴軌道橋梁設(shè)計,橋式方案選擇 客運專線橋梁有利于設(shè)置無碴軌道的條件：客運專線梁部豎向剛度要求大、梁高高度比較大等。 經(jīng)過工點橋梁的初步計算分析，采用無碴軌道的預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁建議主跨不宜超過80m。在預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁施工時，應(yīng)嚴(yán)格控制施加預(yù)應(yīng)力和鋪設(shè)無碴軌道的時間，同時須控制混凝土澆筑時的水灰比及水泥用量等。 必要時，大跨度橋式方案可以選擇鋼結(jié)構(gòu)。 影響大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土梁的徐變因素復(fù)雜，國內(nèi)研究不多，發(fā)展

13、無碴軌道受到了制約，有必要開展研究工作。,5 橋梁基礎(chǔ)沉降的控制,墩臺沉降量S限值 普通鐵路：S20L1/2mm，S24=98mm，S32=113mm。 客運專線：有碴軌道S 30mm；無碴軌道S 20mm。 普通鐵路按強度設(shè)計基礎(chǔ)的方法是可行的。 在客運專線行不通，地質(zhì)條件較差時，必須按樁基沉降量、樁基承載力雙控進行基礎(chǔ)設(shè)計。,5 橋梁基礎(chǔ)沉降的控制,控制墩臺沉降的方法,從計算公式分析，控制沉降的最有效方法是讓樁基的持力層放在壓縮模量Es值較高的地層內(nèi)。經(jīng)初步計算分析，如果樁基持力層位于Es小于10MPa的土層內(nèi)，控制沉降將非常困難。 根據(jù)土層沉降的特性，采取主動的方式，把樁基持力層放在砂層

14、內(nèi)，使基礎(chǔ)的沉降能在較短的時間內(nèi)完成，以保證鋪軌后工后沉降能控制在規(guī)定范圍內(nèi)。,沉降量計算公式,5 橋梁基礎(chǔ)沉降的控制,解決超預(yù)估沉降的方法,由于受地質(zhì)鉆孔取樣、化驗等條件的限制，有關(guān)計算沉降的參數(shù)難以得到準(zhǔn)確值，同時由于沉降計算理論的粗糙，難于將沉降量計算準(zhǔn)確，所以計算的沉降量只能作為一個預(yù)估值，設(shè)計中需充分考慮這些因素。為防止超預(yù)估的沉降發(fā)生，在工程上應(yīng)積極采取恢復(fù)軌面高程的預(yù)備措施，如設(shè)調(diào)高支座、采用有碴軌道等措施。,6 特殊結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計,大跨度橋梁的特點 數(shù)量多：受平面選線的技術(shù)條件限制，客運專線經(jīng)常不可避免地大斜角跨越高等級公路、鐵路、航道，客運專線大跨度橋梁多。 剛度大：受行車速度的影響，客運專線要求梁部有足夠的縱、橫向剛度。,6 特殊結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計,大跨度橋梁的方案選擇 從剛度、經(jīng)濟等考慮：預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁為優(yōu)選方案。 從減小對立交干擾的考慮：轉(zhuǎn)體施工的V型墩連續(xù)剛夠、推拉法施工的下承式鋼桁梁或系桿拱、吊裝或推拉施工的連續(xù)結(jié)合梁等橋式方案均可很好地減小施工對既有道路、鐵路的干擾。 從景觀考慮：根據(jù)工點情況，大跨度連續(xù)梁拱或系桿拱等是合適的選擇。,7 結(jié)束語,雖然經(jīng)歷了京滬高速鐵路近十年的設(shè)計研究，秦沈客運專線的建設(shè)，并編制了京滬高速鐵路設(shè)計暫行規(guī)定，時速350km