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(guó)際鐵道聯(lián)盟）的定義，高速鐵路是指運(yùn)營(yíng)速度達(dá)時(shí)速200公里的鐵路系統(tǒng)。 中國(guó)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(yíng)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(yíng)調(diào)度、客運(yùn)服務(wù)六個(gè)子系統(tǒng) 。 國(guó)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(kāi)通時(shí)列車運(yùn)營(yíng)速度為時(shí)速210公里，（現(xiàn)已提速至?xí)r速270公里）開(kāi)啟了世界高速鐵路建設(shè)的序幕。 世界各國(guó)第一條高速鐵路運(yùn)營(yíng)時(shí)間 世界各國(guó)高速鐵路運(yùn)營(yíng)里程（至2011年7月）能耗 占地 CO2排放國(guó)外及中國(guó)臺(tái)灣高速鐵路橋梁工程概況表國(guó)家高速鐵路網(wǎng)規(guī)劃中國(guó)大陸已運(yùn)營(yíng)高速鐵路橋梁工程概況表中國(guó)大陸在建高速鐵路橋梁工程概況表中國(guó)內(nèi)陸高速鐵路橋梁所占比例（%）國(guó)外及中國(guó)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(zhǎng)橋多，同時(shí)也是控制建設(shè)周期和保證安全舒適運(yùn)營(yíng)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(guò)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(guò)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(wú)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(wú)砟軌道，其中無(wú)砟軌道對(duì)橋梁變形要求更加嚴(yán)格。 無(wú)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(wú)砟軌道基本類型 軌道板工廠預(yù)制、現(xiàn)場(chǎng)鋪設(shè)日本板式軌道、德國(guó)博格型無(wú)砟軌道 現(xiàn)場(chǎng)就地灌筑 德國(guó)雷達(dá)型無(wú)砟軌道（長(zhǎng)枕埋入式、雙塊式）4）橋上無(wú)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(wú)縫線路，以保證軌道的平順和穩(wěn)定。橋上無(wú)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(wú)縫線路的穩(wěn)定和行車安全。5）橋梁優(yōu)勢(shì)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(guò)，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(lái)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(zhǎng)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(jiǎn)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(zhǎng)度及豎曲線半徑應(yīng)滿足線路要求。 正線最小坡長(zhǎng)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(wú)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。活載的圖式影響參數(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(lái)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(wèn)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(yíng)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(zhǎng)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(yíng)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(yíng)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(guó)高速鐵路設(shè)計(jì)活載 中國(guó)高速鐵路采取客運(yùn)專線和客貨共線鐵路并存的運(yùn)營(yíng)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(guó)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(guó)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(zhǎng)度（m），其中L3.61m時(shí)按3.61m；簡(jiǎn)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(guó)規(guī)范 3、 變形檢算標(biāo)準(zhǔn)（2）中國(guó)規(guī)范 德國(guó)規(guī)范不同跨度和速度條件下梁體撓跨比限值 中國(guó)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(guó)規(guī)范 單線橋：=6.5x10-3rad 在上部結(jié)構(gòu)與路基的過(guò)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(guò)渡處 1+2=

11、10 x10-3rad 兩段上部結(jié)構(gòu)之間（2）中國(guó)規(guī)范 3.3、橫向變形（1）德國(guó)規(guī)范 上部結(jié)構(gòu)水平方向的角度變化不允許超過(guò)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(guó)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(guó)規(guī)范 V120km/h，t4.5mm； 120V20km/h，t3.0mm； V200km/h，t1.5mm 。（2）中國(guó)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(guó)規(guī)范 無(wú)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(guó)規(guī)范 有砟橋面橋梁，不應(yīng)超過(guò)20 mm。 無(wú)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(guó)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(wú)縫線路固定區(qū)的混凝土簡(jiǎn)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(guó)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(guò)時(shí)的激振頻率接近。（1）德國(guó)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(guó)規(guī)范 簡(jiǎn)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(guó)規(guī)范 無(wú)砟軌道橋梁豎向振動(dòng)加速度應(yīng)小于0.5g。 （2）中國(guó)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(guó)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(guó)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(jiǎn)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(jiǎn)支箱梁*為主型結(jié)構(gòu)，少量配跨采用24m簡(jiǎn)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(guó)新建高速鐵路橋梁中90%以上為32m預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支箱梁結(jié)構(gòu)。53合寧線后張法簡(jiǎn)支箱梁合寧線先張法簡(jiǎn)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(chǎng)、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(yíng)海特大橋工程167#170#墩連續(xù)梁（跨盤營(yíng)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(zhǎng)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(zhǎng)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