高速鐵路(客運專線)橋涵施工技術(shù)講稿一

高速鐵路〔客運專線〕橋涵施工技術(shù)葛俊穎編石家莊鐵道學(xué)院二零零五年十月第一章緒論第一節(jié)前言自1964年日本建成世界上第一條200km/h高速鐵路以來，由于其快速和平安所帶來的經(jīng)濟效益和社會效益，及對國民經(jīng)濟和科學(xué)技術(shù)的開展所起的作用，已引起世界各國的重視，各經(jīng)濟興盛國家竟相開展高速鐵路。實踐講明，高速鐵路是現(xiàn)代世界經(jīng)濟開展和人類生活水平提高的需要，是運輸市場劇烈競爭的出路，是現(xiàn)代高新技術(shù)開展的產(chǎn)物。它在200～1000km的運距范圍內(nèi)具有特別大的競爭力。它極大地提高了鐵路運輸效勞的質(zhì)量和治理水平，使曾經(jīng)被視為“夕陽工業(yè)〞的世界鐵路得以復(fù)興，并有蓬勃開展、方興末艾之勢。目前歐洲和日本已將一條條獨立的高速鐵路連接成高速鐵路網(wǎng)。高速鐵路網(wǎng)的形成，實現(xiàn)了鐵路從傳統(tǒng)型產(chǎn)業(yè)向現(xiàn)代型產(chǎn)業(yè)開展的歷史性轉(zhuǎn)變。我國改革開放20年來，經(jīng)濟迅速開展，各行各業(yè)與國際接軌，使得國內(nèi)鐵路也面臨著巨大的挑戰(zhàn)。既有鐵路不能適應(yīng)市場經(jīng)濟開展的需要，繁忙干線運輸能力緊張，運輸質(zhì)量和效勞水平低下，治理手段落后等等，迫切需要我國鐵路人把握世界鐵路技術(shù)開展的趨勢，抓住機遇，以既有線提速改造和新建一流的高速鐵路為契機，使我國鐵路事業(yè)有質(zhì)的飛躍，從而在運輸市場競爭中立于不敗之地。有鑒于此，我國在1990年就方案在廣深既有線提速至160km/h〔局部達200km/h〕，目前，該準(zhǔn)高速鐵路早差不多投進運營。秦沈高速鐵路客運專線是我國第一條真正意義上的高速鐵路，該線也差不多運營多年。我國的高速鐵路的長遠(yuǎn)開展是在全國建成“四橫四縱〞的高速鐵路網(wǎng)，我國高速鐵路開展特別快將進進一個嶄新的歷史時期。依據(jù)我國?中長期鐵路網(wǎng)?，到2021年，全國鐵路營業(yè)里程到達10萬公里，要緊繁忙干線實現(xiàn)客貨分線，復(fù)線率和電化率均到達50％，運輸能力滿足國民經(jīng)濟和社會開展需要，要緊技術(shù)裝備到達或接近國際先進水平。秦沈客運專線是我國差不多建成的第一條客運專線，廣深準(zhǔn)高速鐵路也差不多運營多年，差不多開工或立即開工的高速鐵路客運專線有石家莊－太原客運專線、武漢－合胖高速鐵路、武漢－廣州高速鐵路、鄭州至西安客運專線、京石高速鐵路、福廈高速鐵路。另外京滬高速鐵路、京漢高速鐵路以及廣珠高速鐵路、滬寧高速鐵路等，也進進了或前期預(yù)備時期。高速鐵路網(wǎng)的建設(shè)，在大江南北已呈方興未艾之勢。高速鐵路與傳統(tǒng)的一般鐵路有特別大的不同：高速度速度在200km/h以上的鐵路才稱為高速鐵路，由于高速度的緣故，線路軌道不平順、行車運行操縱難度、行車事故后果被放大，軌道上微小的不平順或長波不平順對列車都將造成巨大的振動激擾。高舒適性貫徹以人為本的理念，突出設(shè)計上的人性化，滿足舒適的要求。高平安性高速鐵路必須具有一流的平安保障系統(tǒng)，這不僅要求土建工程具有較高的可靠性和穩(wěn)定性，更重要的是進行實時的平安監(jiān)測、監(jiān)視與操縱。在能見度特別低的大霧天氣，高速公路封閉，民航飛機延誤起飛，而高速鐵路就不受礙事的平安運營。從1964年有高速鐵路以來，全世界范圍內(nèi)只有極少的列車事故。高密度高速列車追蹤列車間隔時刻一般能夠到達3分鐘。要表達高速鐵路的優(yōu)勢，就必須保證列車在高速鐵路線上高密度地連續(xù)運行。通車即按設(shè)計速度運行目前世界上所建設(shè)的高速鐵路除日本東海道新干線在開通運營的第一年未到達最計速度外，其后修建的和其他國家的高速鐵路均在通車之日即按設(shè)計速度運營。這與我國傳統(tǒng)一般鐵路有全然不同，我國既有鐵路大根基上通車一年半載后還不一定能到達設(shè)計速度。如京九鐵路，通車時某些地段僅達50~60km/h，運營一段時刻才到達70~80km/h，至今仍不能全線按設(shè)計速度120km/h運營，這對高速鐵路是盡對不能夠的，否那么，線路〔軌道〕將產(chǎn)生經(jīng)歷性病害或不平順，其后果是將花費數(shù)倍的力量往整修才可能到達高速運行的目標(biāo)。6.特別強的外鄉(xiāng)化高速鐵路具有特別強的土木化特征，必須結(jié)合我國的現(xiàn)實條件，盡管日本和歐洲各國通過幾十年的實踐，積存了大量經(jīng)驗，并各自制定了一套高速鐵路專用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，如日本的?新干線網(wǎng)結(jié)構(gòu)物設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)?、國際鐵路聯(lián)盟的?高速線上橋梁技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)?、聯(lián)邦德國的?鐵路新干線上橋梁的特別規(guī)程BesB(DS899/59)?以及1993年修訂的?德國鐵路橋梁及其它工程結(jié)構(gòu)物標(biāo)準(zhǔn)VEI(DS804)?，但這些標(biāo)準(zhǔn)中的值一般是依據(jù)各國具體情況通過研究后確定的，因此，無法套用到我國高速鐵路線上。鑒于此，需要集中我國鐵路界的力量，結(jié)合我國國情，對高速鐵路的要害技術(shù)進行具體、系統(tǒng)的研究，為我國高速鐵路設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的制定提供理論依據(jù)。為了保證高速鐵路行車的平安與舒適，其各項技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求均特別高，由于線路高度的限制及要求全線封閉等緣故，高架、立交橋梁在各類工程結(jié)構(gòu)中所占的比例較大，因此，在高速鐵路的修建中，如何將橋梁快速、優(yōu)質(zhì)的建成是特不要害的。第二節(jié)高速鐵路橋梁的特點行車速度大于200km/h即為高速鐵路，客運專線的根底設(shè)施設(shè)計時速為350km/h，客貨混運鐵路的運營速度大于200km/h，不管哪種高速鐵路，其運行速度均較快，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求較高，站間距離長，且要與四面環(huán)境協(xié)調(diào)，要求盡量減小噪音污染，因此高速鐵路對橋梁的要求與一般鐵路不同，且高速鐵路參數(shù)限制嚴(yán)格，曲曲折折曲曲折折折折線半徑大、坡度小，并需要全封閉行車，橋梁建筑物數(shù)量多于高架橋：用以穿越既有交通路網(wǎng)、人口稠密地區(qū)及地質(zhì)不良地段。高架橋通常墩身不高，跨度較小，但橋梁特別長，往往伸展達十余公里；谷架橋：用以跨越山谷。跨度較大，墩身較高；跨河橋：跨越河流的一般橋梁。差不多建成的高速鐵路或客運專線橋梁的結(jié)構(gòu)形式一般是：小跨度橋梁采納多孔等跨簡支梁橋，大跨度橋梁的結(jié)構(gòu)形式較多，但數(shù)量較少，表1.1列出了國外大跨度橋梁的一些例子。高架線路上采納多孔等跨簡支梁橋的型式，具有以下優(yōu)點:①等跨簡支體系的橋跨外形一致、截面相同、構(gòu)造布置統(tǒng)一，使橋跨密集的高架線路在運營中的治理工作大為簡化，也便于結(jié)構(gòu)的日常檢查和養(yǎng)護維修。②高架線路采納簡支體系的梁橋，更能適應(yīng)地質(zhì)不良、地基承載力低的地段。③等跨簡支梁，工程量大，適宜于現(xiàn)場工廠化預(yù)制，逐孔架設(shè)，能顯著提高施工速度。但關(guān)于跨度小于20米的小型橋梁，依據(jù)法國的經(jīng)驗最好采納超靜定結(jié)構(gòu)，如剛構(gòu)橋。因為法國早期修建的小跨度簡支梁橋動力效應(yīng)十分顯著，會導(dǎo)致梁體開裂。多孔等跨布置的連續(xù)梁，能夠提高梁部結(jié)構(gòu)整體性和剛度，同時對維持橋上線路的平順性更有利，從而提高橋上行車的舒適性和平安性。采納適當(dāng)?shù)氖┕し椒鼙ＷC橋梁的經(jīng)濟性和施工進度。鋼筋混凝土剛架結(jié)構(gòu)，是一種空間靜不定結(jié)構(gòu)，整體性好，具有較好的剛度和抗震性能，日本高速鐵路高架橋多采納這種結(jié)構(gòu)型式，有一定的使用經(jīng)驗。故當(dāng)技術(shù)經(jīng)濟條件適宜時，也可采納這種結(jié)構(gòu)型式。歪交剛架和框構(gòu)橋在跨越道路等場合，其適應(yīng)性強，整體性好，能夠采納。鋼混凝土結(jié)合梁或型鋼混凝土結(jié)構(gòu)跨越能力強，施工方便，同時由于結(jié)構(gòu)重量輕有顯著的抗震優(yōu)勢，故在跨越繁忙道路或抗震要求較高的場適宜用。表1.1國外高速鐵路大跨度橋梁序號結(jié)構(gòu)型式孔跨布置(m)橋名123預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁40+77+130+7750+10×100+5067+100+67德國美因河橋(無碴軌道)法國阿維尼翁橋法國旺他勃朗橋456預(yù)應(yīng)力混凝土V型連續(xù)剛構(gòu)預(yù)應(yīng)力混凝土T型剛構(gòu)預(yù)應(yīng)力混凝土歪腿剛構(gòu)82+135+8276+7626．3+51+26．3德國格明登美因河橋日本第一千曲曲折折曲曲折折折折川橋(無碴軌道)日本霧積川橋(無碴軌道)789預(yù)應(yīng)力混凝土歪拉橋預(yù)應(yīng)力混凝土低塔歪拉橋133．9+133．965+105+105+6555+90+55日本第二千曲曲折折曲曲折折折折川橋(無碴軌道)日本屋代北橋(無碴軌道)日本屋代南橋(無碴軌道)101112混凝土上承拱橋1624×127．5116德國伐茨霍希漢姆美因河橋德國瓦爾澤巴赫橋德國拉恩特爾橋(無碴軌道)131415鋼系桿拱橋124121．4115．4+115．4法國阿維尼翁橋法國莫納斯橋法國阿德瑪橋16鋼混結(jié)合連續(xù)桁梁橋76+96+96+80+67．5德國范拉橋17下承式連續(xù)鋼桁梁橋3×82.3+3×103．0日本第三千曲曲折折曲曲折折折折川橋高速鐵路中的橋梁一般有以下的特點：1.橋梁數(shù)量多平交道的存在將使列車速度、交通平安和正點運行等均不能得到保證，因此，新建高速鐵路一般均不設(shè)平交道，而設(shè)立交橋，日本、法國、德國等國家的高速鐵路均如此。對既有線改為行駛高速列車時，國際鐵路聯(lián)盟：當(dāng)列車速度超過200km/h時，不許設(shè)平交道；當(dāng)列車速度為140～200km/h時，也應(yīng)首先考慮立交；在碰到以下情況時，均應(yīng)該為立交橋，取消平交道：交通繁忙的道路，平交道的瞧管與養(yǎng)護費用和新建立交橋的投資相差不大或嘹瞧條件不行等等。加之盡量減小用地等緣故，高速鐵路中橋梁總延米在線路總長中所占比例比一般鐵路大，歐洲高速鐵路以德國為例，橋梁總延長約占線路總長8％左右，亞洲國家人口稠密，高架線路增多、橋梁比例明顯上升，如日本的高速鐵路橋梁平均到達48%，其中，高架橋要占線路總長的37％。韓國在建的高速鐵路，橋梁約占三分之一〔見表〕。相比之下，我國一般鐵路橋梁的比例僅占線路總長2％左右。表1.2德國、日本、韓國高速鐵路橋梁所占比例國名線路總長〔km〕橋梁總長〔km〕橋梁所占比例〔％〕德國603468日本195393048韓國41113533橋梁數(shù)量增加，尤其是大量采納特別長的高架線路，使橋梁成為高速鐵路的要緊組成局部。因此，橋梁的使用性能能否滿足高速行車要求已成為修建高速鐵路的成敗要害。2.混凝土橋梁多高速鐵路的橋梁需要有特別高的抗扭剛度、足夠的穩(wěn)定性和耐久性，加之高速鐵路要求維修量小，且近幾年各國公眾對噪音特別反感，因此世界各國對高速鐵路橋梁的結(jié)構(gòu)類型進行了充分而細(xì)致的研究，不僅中小跨度的橋梁普遍采納道碴橋面的鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁，而且還開展多種形式的大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。德國的DS804標(biāo)準(zhǔn)高速鐵路橋梁一般應(yīng)采納上承式梁，在任何情況下都必須設(shè)置石碴道床，采納下承式槽形梁、歪拉橋或懸索橋需特別批準(zhǔn)；日本的東海道干線曾經(jīng)使用過明橋面鋼梁，運營10年后，在縱梁、橫梁端部腹板的斷面變化處出現(xiàn)裂縫，因而在后來修建的山陽新干線中，該線大局部橋梁設(shè)計為混凝土結(jié)構(gòu)，從岡山至博多段共119,432延米，橋梁中鋼梁和結(jié)合梁僅占7.5%；東北新干線鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土梁的比重，比上述的值還大。表給出了日本各新干線上各類橋梁所占的比例。表1.3日本各條新干線上各類型橋梁所占比例鐵路段混凝土橋組合梁橋、鋼橋線不不總長(km)所占比例總長(km)所占比例東海道東京～新大阪14282%3118%山陽新大阪～岡山8793%77%山陽岡山～博多11094%66%東北大宮～盛岡32698%72%東北上野～大宮2288%312%上越大宮～新瀉16199%11%各國已建成的高速鐵路的鋼筋混凝土橋中，預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁在高速鐵路橋梁中占有盡對優(yōu)勢，因為預(yù)應(yīng)力混凝土與其它建橋材料相比，具有一系列適合高速鐵路橋梁的優(yōu)點，如剛度大、噪音低，溫度引起的變形對線路位置礙事小，養(yǎng)護工作量少，造價也較低等，因此一般要求橋梁上部結(jié)構(gòu)應(yīng)優(yōu)先采納預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。當(dāng)需要減輕梁重或快速施工時，結(jié)合梁也常被采納。橋梁的上部結(jié)構(gòu)直截了當(dāng)承受列車荷載，由于高速列車運行時動力響應(yīng)加劇，為保證列車運行平安和旅客乘坐舒適，加強上部結(jié)構(gòu)的豎向剛度、橫向剛度和抗扭剛度，使其滿足剛度限值的要求，同時加強結(jié)構(gòu)的整體性，以提高結(jié)構(gòu)的動力特性，根基上十分必要的。3.重視改善結(jié)構(gòu)耐久性，橋梁要便于檢查、維修國內(nèi)外大量橋梁的使用經(jīng)驗講明，結(jié)構(gòu)的耐久性對橋梁的平安使用和經(jīng)濟性起著決定的作用。經(jīng)濟合理性應(yīng)當(dāng)使建筑費用與使用期內(nèi)的檢查維修費用之和到達最少，片面地追求較低的建筑費用而無視耐久性，往往會造成特別大的經(jīng)濟損失。因此，高速鐵路的橋梁結(jié)構(gòu)，設(shè)計中應(yīng)十分重視結(jié)構(gòu)物的耐久性設(shè)計，統(tǒng)一考慮合理的結(jié)構(gòu)布局和結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，強調(diào)要使結(jié)構(gòu)易于檢查維修以保證橋梁的平安使用。高速鐵路是極其重要的交通運輸設(shè)施，任何中斷行車都會造成特別大的社會礙事和經(jīng)濟礙事，為此橋梁結(jié)構(gòu)物應(yīng)盡量做到少維修或免維修，這就需要在設(shè)計時將改善結(jié)構(gòu)物耐久性作為要緊設(shè)計原那么、統(tǒng)一考慮合理的結(jié)構(gòu)布局和構(gòu)造細(xì)節(jié)并在施工中嚴(yán)格操縱，保證質(zhì)量。一些國家高速鐵路橋梁在結(jié)構(gòu)耐久性方面要求的設(shè)計基準(zhǔn)期，一般以50年不需維修為目標(biāo)；在正常檢查、養(yǎng)護前提下，期待能到達100年的耐用期。我國新建鐵路的設(shè)計使用年限現(xiàn)差不多提高到100年。另一方面，由于高速鐵路運營繁忙、列車速度高，造成橋梁維修、養(yǎng)護難度大、費用高。因此，橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)造應(yīng)易于檢查和維修。以上原那么，在各國的高速鐵路橋梁設(shè)計建筑時，均得到充分的重視，如：明確耐久性設(shè)計的有關(guān)內(nèi)容、考慮易損部件更換的措施、預(yù)留15％的預(yù)應(yīng)力束補張拉位置、預(yù)留各種檢查維修通道等，在橋梁設(shè)計時力求構(gòu)造簡單，規(guī)格外形標(biāo)準(zhǔn)化，盡量消除構(gòu)造上的薄弱環(huán)節(jié)。4.限制縱向力作用下結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的位移，防止橋上無縫線路出現(xiàn)過大的附加應(yīng)力高速鐵路要求一次展設(shè)跨區(qū)間無縫線路而橋上無縫線路鋼軌的受力狀態(tài)不同于路基，結(jié)構(gòu)的溫度變化、列車制動、橋梁撓曲曲折折曲曲折折折折能使橋梁在縱向產(chǎn)生一定的位移，引起橋上鋼軌產(chǎn)生附加應(yīng)力。過大的附加應(yīng)力會造成橋上無縫線路失穩(wěn)，礙事行車平安。因此，墩臺根底要有足夠的縱向剛度，以盡量減小鋼軌附加應(yīng)力和梁軌間的相對位移。各國在修建高速鐵路時，除了對墩頂縱向剛度有嚴(yán)格的要求外，對如何防止結(jié)構(gòu)物出現(xiàn)較大的縱向位移也進行了深進研究，提出了多種操縱方法和構(gòu)造措施，以供高墩橋梁選擇。關(guān)于高速軌道而言，必須盡可能消滅鋼軌有縫接頭，采納跨區(qū)間超長無縫線路。歐洲和日本已運營的4400km高速鐵路無不采納無縫線路，講明世界各國鐵路工作者對高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)的共識。開展跨區(qū)間超長無縫線路的一項要害技術(shù)是如何在特大橋上展設(shè)無縫線路,即解決橋上無縫線路縱向附加力的分布及傳遞咨詢題。橋上無縫線路縱向附加力指的是在溫度變化及列車荷載的作用下，鋼軌所承受的伸縮附加力、撓曲曲折折曲曲折折折折附加力、斷軌力以及制動力等,這些附加力的計確實是根基檢算鋼軌強度及墩臺強度與穩(wěn)定性的前提。由于高速鐵路橋梁的結(jié)構(gòu)型式多種多樣,國內(nèi)對鋼軌所承受的附加力計算方法進行了許多研究。在特大橋上展設(shè)無縫線路,按標(biāo)準(zhǔn)要求均需要單獨設(shè)計。展設(shè)焊接長鋼軌的橋梁的下部結(jié)構(gòu)，其縱向水平剛度取決于兩方面的因素，一是橋上軌道強度和穩(wěn)定性；二是在制動力作用下梁軌相對位移的大小。橋上鋼軌除承受長鋼軌鎖定時的溫度應(yīng)力和列車通過時的動彎應(yīng)力外，還要承受由于列車制動和梁體伸縮變形所引起的附加應(yīng)力，為保證橋上軌道的強度和穩(wěn)定性，經(jīng)研究，當(dāng)采納UIC60鋼軌時，那個附加應(yīng)力的最大拉應(yīng)力不得超過81Mpa，最大壓應(yīng)力不得超過61Mpa。而那個附加應(yīng)力值的大小是與橋梁的跨度及其下部結(jié)構(gòu)的剛度緊密相關(guān)的。另外在制動力作用下梁軌之間必定產(chǎn)生相對位移，經(jīng)研究和參考國外標(biāo)準(zhǔn)。為維持橋上軌道的橫向阻力，保證軌道的穩(wěn)定，梁軌之間的相對位移應(yīng)操縱在4mm以下，這又是與橋梁的跨度及其下部結(jié)構(gòu)的剛度緊密相關(guān)的。因此為了保證橋上軌道結(jié)構(gòu)的強度和穩(wěn)定性，以及滿足梁軌相對位移限值的要求，必須對不同跨度的橋梁下部的剛度加以限制。關(guān)于由多跨簡支結(jié)構(gòu)組成的橋梁，在橋臺縱向水平剛度大于橋墩縱向水平剛度的情況下，橋上滿布列車荷載時，橋頭鋼軌產(chǎn)生的最大拉〔壓〕制動附加應(yīng)力。關(guān)于鋼軌撓曲曲折折曲曲折折折折附加應(yīng)力，大量試驗講明，在第三跨以后一般均特別小，因此僅取兩跨有載計算。鋼軌最大制動、伸縮和撓曲曲折折曲曲折折折折附加應(yīng)力均在橋臺與梁的接縫四面，其中鋼軌最大撓曲曲折折曲曲折折折折附加應(yīng)力在此處總是以受拉的形式出現(xiàn)，而鋼軌最大制動和伸縮附加應(yīng)力那么以受拉或受壓的形式出現(xiàn)。鋼軌最大制動和伸縮附加應(yīng)力組合時，會出現(xiàn)鋼軌最大附加壓應(yīng)力；鋼軌最大制動附加拉應(yīng)力與鋼軌最大撓曲曲折折曲曲折折折折附加拉應(yīng)力組合時會出現(xiàn)鋼軌最大附加拉應(yīng)力。對常用跨度不同縱向水平剛度的橋梁，分析其鋼軌附加應(yīng)力和梁軌快速移動相對位移量，得出如下結(jié)論：下部結(jié)構(gòu)到達一定的縱向水平剛度不設(shè)縱向傳力裝置就能保證鋼軌的強度和穩(wěn)定性，且下部結(jié)構(gòu)縱向水平剛度由鋼軌準(zhǔn)許附加應(yīng)力操縱。5.結(jié)構(gòu)要有足夠大的剛度，為列車高速行駛提供堅實、平順的行車道長期以來，由于對結(jié)構(gòu)振動特性熟悉缺乏，對結(jié)構(gòu)振動頻率與列車速度之間的關(guān)系熟悉缺乏，導(dǎo)致局部橋梁結(jié)構(gòu)在列車過橋時產(chǎn)生橫向晃動，給司機、旅客帶來不平安感，甚至導(dǎo)致限速行駛，礙事橋梁正常使用。如佳木斯松花江橋，列車以58.1km／h通過時，實測上、下弦最大橫向振幅分不為9.85mm和7.6mm；蚌埠淮河大橋引橋39.6m無碴有枕預(yù)應(yīng)力混凝土梁，中心距1.8m，寬跨比1／22，司機反映有明顯晃動；沈山線大凌河橋列車提速后，橫向振幅較多，長期限速運營；京山線灤河大橋也與此橋類似，并連續(xù)在橋上掉道，只好限速運營。橋梁出現(xiàn)較大撓度會直截了當(dāng)?shù)K事橋上軌道的平順性，造成結(jié)構(gòu)物承受特別大的沖擊力，旅客舒適度受到嚴(yán)重礙事，軌道狀態(tài)不能維持穩(wěn)定，甚至礙事列車的運行平安。隨著列車速度的提高，乘坐舒適度要求橋梁有較大的剛度，動力效應(yīng)也要求高速鐵路橋梁較之一般鐵路線上的橋梁有更大的剛度〔即較高的固有頻率〕。UIC標(biāo)準(zhǔn)對鐵路橋梁有一個最低固有頻率限值。從設(shè)計荷載的角度，在列車中低速行駛時，結(jié)構(gòu)的動力效應(yīng)不明顯，一般求得撓度沖擊系數(shù)，然后在橋梁設(shè)計時為靜態(tài)的荷載乘以一個荷載放大系數(shù)。隨著高速列車的出現(xiàn)及橋梁向長大跨度方向的開展，僅僅求出沖擊系數(shù)已不能滿足橋梁設(shè)計要求，為了確保高速行車的平安與舒適，車橋動力作用的研究增加了對橋梁撓度及梁段折角限值的研究，列車過橋時的橫向振動響應(yīng)也逐漸成為一個重要的研究內(nèi)容。一般客車乘坐舒適度一般能夠用順橋向及橫橋墩臺頂面的彈性水平位移來保證。關(guān)于高速鐵路，滿足高速行車時列車平安性和旅客乘車舒適度要求的橋墩臺剛度的要求應(yīng)更高，同時還要考慮車橋耦合動力響應(yīng)分析的礙事，橋梁下部結(jié)構(gòu)的橫向剛度對車橋耦合振動體系的礙事是較為明顯的，且橫向剛度的礙事明顯地大于縱向剛度的礙事，尤其是對橫向動位移的礙事更大?？v向和橫向應(yīng)區(qū)不對待。靜力計算的墩臺頂水平位移值，是橋墩臺剛度的直截了當(dāng)表達，是對車橋耦合振動體系礙事較大的一個因素，礙事列車平安性和旅客乘車舒適度的指標(biāo)，故應(yīng)參考有關(guān)進行檢算，予以操縱。最終，設(shè)計的橋墩臺，應(yīng)與梁部結(jié)構(gòu)一起進行車橋耦合振動分析，滿足列車平安性和旅客乘座舒適度指標(biāo)的要求，關(guān)于適用于高速鐵路的墩臺頂?shù)膹椥运轿灰频娜菰S值，應(yīng)在專題研究的根底上再行確定。此外，為保證軌道的平順性還必須限制橋梁的預(yù)應(yīng)力徐變上拱和不均勻溫差引起的結(jié)構(gòu)變形。這些都對高速鐵路橋梁結(jié)構(gòu)的剛度和整體性提出特別高的要求，對橋梁撓度、梁端轉(zhuǎn)角、扭轉(zhuǎn)變形、橫向變形、結(jié)構(gòu)自振頻率和車輛豎向加速度方面作出嚴(yán)格的限定。為此，各國高速鐵路橋梁全然上都遵循以下原那么：〔1〕采納雙線整孔橋梁，主梁整孔制造或分片制造整體聯(lián)結(jié)。雙線橋梁一方面提供特別大的橫向剛度，同時在經(jīng)常出現(xiàn)的單線荷載下，豎向剛度比單線橋增大了一倍?！?〕除了小跨度橋梁外，都采納雙線單室箱形截面；〔3〕加大簡支梁的梁高，如歐洲各國高速鐵路預(yù)應(yīng)力簡支梁高跨比一般選擇1/9～1/10，而一般鐵路的預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁的高跨比約為1/10～1/11〔除了跨度32m梁因運輸凈空限制梁高定為〕；〔4〕盡量選用剛度大的結(jié)構(gòu)體系如連續(xù)梁、剛架、拱橋、歪拉橋等；鑒于高速鐵路全封閉橋梁數(shù)量多，設(shè)計技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)高，又要求行車平安舒適，因此，對高速鐵路橋梁結(jié)構(gòu)形式的選擇應(yīng)給予足夠的重視。適合高速行車的較好橋式是實體結(jié)構(gòu)和超靜定結(jié)構(gòu)，且要求結(jié)構(gòu)物有較高的抗扭和抗彎剛度，通常不應(yīng)采納柔性結(jié)構(gòu)，而剛構(gòu)和框架結(jié)構(gòu)可減少維修工作量，且局部損傷并不礙事整體。日本是地震高發(fā)區(qū)，因此，日本山陽新干線高架橋大量地采納雙線跨度為8米和10米的雙孔和三孔連續(xù)鋼筋混凝土剛構(gòu)，其兩端各留有3米的懸臂，上展設(shè)道碴橋面，也有連續(xù)多孔兩端無懸臂的，常用于軌道板梁橋，多孔連續(xù)混凝土梁對受力有較大的平安〔5〕橋梁跨度不宜過大。法國高速鐵路直至修建地中海線時才首次采納100m跨度的橋梁。目前各國最大跨度的橋梁均未超過162m〔見表〕。表1.4各國高速鐵路跨度最大的橋梁國名橋名主跨〔m〕結(jié)構(gòu)型式高速線名日本第二千曲曲折折曲曲折折折折川橋135預(yù)應(yīng)力混凝土密束歪拉橋北陸新干線德國法伊茨赫希海姆美因河橋162上承式鋼筋混凝土拱橋漢諾威一維爾茨堡法國旺塔布倫橋100預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁地中海線西班牙阿姆波斯特橋92預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁巴塞羅納一瓦朗期瑞典伊格爾斯塔橋158預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)高速鐵路橋梁設(shè)計要緊由剛度操縱。盡管高速鐵路活載小于一般鐵路，但實際應(yīng)用的高速鐵路橋梁，在梁高、梁重上均超過一般鐵路橋梁。6.高架車站橋較多高速鐵路多修建在客運或貨運量較大的路段，或新建，或?qū)扔芯€進行改造，不管哪種情況，既有車站線路和站房相交錯或綜合在一起的現(xiàn)象是防止不了的，往往形成結(jié)構(gòu)外形、構(gòu)造復(fù)雜的車站橋，特別是與既有鐵路相結(jié)合的高架車站橋，既要保證高速鐵路的行車靜空，又要便于進、出站旅客的疏散。7.全面采納無碴軌道是客運專線開展趨勢無碴橋面梁的優(yōu)點是：橋上不用上道碴，不用設(shè)擋碴墻，橋面的寬度能夠減小，梁重相應(yīng)減輕。橋上無碴軌道性能均勻、穩(wěn)定，維修養(yǎng)護作業(yè)少，能節(jié)約大量維修養(yǎng)護費用。目前，盡管大局部國家的高速鐵路仍采納有碴軌道，但隨著日本數(shù)十年來在高速鐵路上廣泛應(yīng)用板式無碴軌道以及經(jīng)數(shù)十種剛性道床的試展、革新，德國近年也在新建高速鐵路上全面推廣，無碴軌道已被認(rèn)為是高速鐵路的開展趨勢。實踐證實，無碴軌道彈性均勻、狀態(tài)穩(wěn)定、大大減少線路維修工作量。橋梁采納無碴軌道還能顯著減少二期恒載、提高結(jié)構(gòu)自振頻率、改善車橋動力響應(yīng)。然而無碴軌道的缺點也是明顯的：行車舒適度和噪聲操縱不如有碴軌道，橋上線路高程的調(diào)整不如有碴軌道方便，不利于展設(shè)渡線，一次性投資過大外，對橋梁的變形操縱、根底沉落、縱向力傳遞提出了新的要求，成為高速鐵路橋梁需要研究的咨詢題。在大跨度梁橋和長橋上無碴軌道的技術(shù)還有待進一步提高，梁的上拱度操縱〔比方梁體溫度梯度礙事，假設(shè)較多造成計算誤差較大〕、梁的橫向撓曲曲折折曲曲折折折折操縱還有許多的咨詢題有待解決。另外，高速鐵路作為重要的現(xiàn)代交通運輸線，應(yīng)強調(diào)結(jié)構(gòu)與環(huán)境協(xié)調(diào)，重視生態(tài)環(huán)境保衛(wèi)。這要緊指橋梁造型要與四面環(huán)境相一致并注重結(jié)構(gòu)外瞧和色彩；在居民點四面的橋梁應(yīng)有落噪措施；防止橋面污水損害生態(tài)環(huán)境等?？瓦\專線推動了現(xiàn)代鐵路技術(shù)的開展，采納設(shè)計、施工新理念。橋梁設(shè)計突出人性化，通過滿足適用、舒適、耐久、環(huán)保、便于養(yǎng)護維修等方面的要求表達經(jīng)濟性。橋梁施工應(yīng)精細(xì)化、工業(yè)化。第三節(jié)高速鐵路橋梁的設(shè)計要求1．橋梁應(yīng)有足夠的豎向、橫向、縱向和抗扭剛度，使結(jié)構(gòu)的各種變形特別小。高速鐵路上的橋梁設(shè)計，除須滿足一般鐵路橋梁的要求外，還需滿足一些特別的要求，這是因為在高速列車運行條件下，結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)加劇，從而使列車運行的平安性、旅客乘坐的舒適度、荷載沖擊、材料疲乏、列車運行噪聲、結(jié)構(gòu)耐久性等等咨詢題都與一般鐵路不同。因此，橋梁結(jié)構(gòu)必須具有足夠的強度和剛度，必須保證可靠的穩(wěn)定性和維持橋上軌道的高平順狀態(tài)，使高速鐵路的橋梁結(jié)構(gòu)能夠承受較大的動力作用，具備良好的動力特性。2．防止結(jié)構(gòu)出現(xiàn)共振和過大振動在進行車橋耦合動力分析時，關(guān)于車橋系統(tǒng)的激振源，目前存在兩種處理方法，一種是將軌道不平順作為系統(tǒng)的鼓舞源，另一種是將轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的實測波形或人工蛇行波作為系統(tǒng)的鼓舞源，也有采納輪對蛇行波。車橋系統(tǒng)的空間耦合振動要緊是豎向振動和橫向振動。前者已有較多研果，并己在一些國家的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)或標(biāo)準(zhǔn)中有所反映，而后者那么不然。一是由般中小跨度橋梁結(jié)構(gòu)本身的構(gòu)造己自然滿足橫向剛度的要求，因而橫向振動在相當(dāng)長一段時期被忽略了；二是橫向振動的機理尚不完全清楚，所涉及出因素都特別復(fù)雜，研究難度較大，這些都限制了車橋橫向振動的研究和開展。研究結(jié)果講明，橋梁的豎向固有頻率〔自振頻率〕是促使橋梁動力系數(shù)出現(xiàn)峰值的全然緣故。橋梁動力系數(shù)出現(xiàn)峰值，就意味著共振的發(fā)生，意味著劇烈的振動，這就會造成道床松散，鋼軌損傷，礙事軌道結(jié)構(gòu)的正常工作，也會引起混凝土開裂，結(jié)構(gòu)疲乏，承載力落低，甚至危及橋梁的平安。關(guān)于一定跨度的橋梁，能夠采納不同的結(jié)構(gòu)形式和不同的材料，并具有不同的固有頻率，但都要滿足強度和剛度的要求。因此，關(guān)于跨度一定的橋梁而言，其固有頻率是有一定范圍的，研究橋梁固有頻率的變化對動力系數(shù)的礙事是特別有必要的。3．結(jié)構(gòu)符合耐久性要求并便于檢查預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，具有剛度大、噪音低，由溫度變化引起的結(jié)構(gòu)位移對線路結(jié)構(gòu)的礙事小，運營期間養(yǎng)護工作量少造價也較為經(jīng)濟等優(yōu)點。從耐久性的角度來瞧，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)也優(yōu)于一般鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)。高性能混凝土是近年來一些興盛國家基于混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計提出的新概念混凝土。區(qū)不于傳統(tǒng)混凝土，高性能混凝土把混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性作為首要的技術(shù)指標(biāo)。高性能混凝土是在傳統(tǒng)混凝土中參加了超塑化劑和其它外加劑以及礦物細(xì)摻料(例粉煤灰等)，采納低水膠比，它具有較高的力學(xué)性能(如抗壓、抗折、抗拉強度)，高耐久性(如抗凍融循環(huán)、抗碳化和抗化學(xué)侵蝕)，高抗?jié)B性。它依據(jù)需要，在硅酸鹽水泥中摻進不同的礦物細(xì)摻料及高性能外加劑，能夠落低水灰比，減小混凝土的收縮、徐變，落低混凝土溫升，提高混凝土抗沖刷能力等。據(jù)國外研究成果報道，高性能混凝土可使結(jié)構(gòu)使用壽命提高一倍以上甚至更長。將高性能混凝土用于高速鐵路梁體和墩臺結(jié)構(gòu)，能夠到達事半功倍的效果，具有極大的經(jīng)濟和社會效益。為了在我國高速鐵路橋梁中推廣應(yīng)用這一新材料和新技術(shù)，應(yīng)立即開展對高性能混凝土材料、配合比設(shè)計、施工工藝、質(zhì)量操縱的研究，積極參加高性能混凝土驗收及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和施工標(biāo)準(zhǔn)的制定，提高整體競爭實力。4．常用跨度橋梁力求標(biāo)準(zhǔn)化并簡化規(guī)格、品種 從施工的角度，橋梁跨度和墩身截面形式應(yīng)盡可能標(biāo)準(zhǔn)化，并簡化規(guī)格品種。采納標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計能夠簡化設(shè)計，有利于提高模板的重復(fù)使用，有利于合理組織施工，從而最終落低建筑本鈔票。5．長橋應(yīng)盡量防止設(shè)置鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器依據(jù)高速行車和采納無縫線路的實際情況，在計算荷載工程上，?暫規(guī)?增列了長鋼軌縱向水平力、長鋼軌斷軌力。橋上無縫線路的鋼軌，由于疲乏、縱向力過大或其他緣故損傷而可能造成斷軌，從而產(chǎn)生斷軌力。斷軌力按一跨簡支梁或一聯(lián)連續(xù)梁長范圍內(nèi)的線路縱向阻力之和計算，最大斷軌力不超過最大溫度拉力值。在正常運營養(yǎng)護條件下，發(fā)生斷軌的機率比立小，而斷軌力的值又比立大，因此，不管單線或雙線橋梁，只計算一軌的斷軌力，而且將其作為特別荷載，稱為長鋼軌斷軌力。在荷載組合上，只考慮它與主力相組合，不與其他附加力組合。對常用跨度不同縱向水平剛度的橋梁，分析其鋼軌附加應(yīng)力和梁軌快速移動相對位移量，得出如下結(jié)論：下部結(jié)構(gòu)到達一定的縱向水平剛度不設(shè)縱向傳力裝置就能保證鋼軌的強度和穩(wěn)定性，且下部結(jié)構(gòu)縱向水平剛度由鋼軌準(zhǔn)許附加應(yīng)力操縱。6．以人為本，與環(huán)境相協(xié)調(diào)(美瞧、落噪、減振)噪聲污染是一種物理污染，它盡管并不致命，但對人的健康危害卻特別大。經(jīng)常生活在強噪聲環(huán)境中，將引起健忘、乏力、耳喊和耳聾，同時，噪聲也對人的心理產(chǎn)生危害、干擾通話和語言交流，使人焦躁，造成疲乏和落低工作效率。鐵路噪聲原本存在，隨著高速鐵路的誕生，噪聲污染咨詢題就更顯突出。高速鐵路的噪聲要緊由以下幾方面的緣故引起:〔1〕車輪與鋼軌接觸振動產(chǎn)生的輪軌噪聲；〔2〕由受電弓滑板產(chǎn)生的滑動噪聲、滑板瞬時滑脫接觸導(dǎo)線的瞬態(tài)放電噪聲以及受電弓的空氣動力學(xué)噪聲三局部組成的集電系統(tǒng)噪聲；〔3〕列車在空氣中高速移動，壓力在非恒定的氣流中發(fā)生變化而產(chǎn)生的空氣動力噪聲；〔4〕由于運動列車的動力作用，使建筑結(jié)構(gòu)如橋梁、聲屏障等振動產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)物噪聲。橋梁結(jié)構(gòu)因其類型和型式的不同而具有不同的噪聲特點，合理選擇橋梁型式，并分不采取相應(yīng)的減振落噪措施，能夠落低橋梁的結(jié)構(gòu)噪聲和輪軌輻射噪聲。這些措施大體上可分為二類:一類是從噪聲源上進行治理，對橋梁來講確實是根基盡量減小結(jié)構(gòu)的振動，落低噪聲發(fā)生源的振動和噪聲聲強，另一類從傳播途徑上加以操縱，即設(shè)置聲屏障、隔音板等。橋上聲屏障的設(shè)置，一般應(yīng)依據(jù)環(huán)境礙事評價的結(jié)果，推測保衛(wèi)目標(biāo)的限值和距離，與環(huán)保專業(yè)共同商定設(shè)置聲屏障的高度、型式和范圍。第二章高速鐵路橋梁技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)針對高速鐵路橋涵設(shè)計的特點，我國的設(shè)計計算方法仍然采納容許應(yīng)力法，因此，荷載的分類及荷載的組合原那么，仍然沿用鐵路橋涵設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的，只是依據(jù)高速行車和采納無縫線路的實際情況，在荷載工程上，增列了長鋼軌縱向水平力、長鋼軌斷軌力和高速行車引起的氣動力。橋梁因溫度變化而伸縮，因列車荷載作用而發(fā)生撓曲曲折折曲曲折折折折。橋梁的這種變形受到軌道結(jié)構(gòu)的約束。又因橋上無縫線路的連續(xù)性，致使梁變形時，鋼軌產(chǎn)生兩種縱向水平力，分不稱之為伸縮力和撓曲曲折折曲曲折折折折力，同時，兩種力也反作用于梁，并傳遞到支座和墩臺上。伸縮力和撓曲曲折折曲曲折折折折力根基上主力，但二者在同一軌道上可不能同時產(chǎn)生。橋上無縫線路的鋼軌，由于疲乏、縱向力過大或其他緣故損傷而可能造成斷軌，從而產(chǎn)生斷軌力。斷軌力按一跨簡支梁或一聯(lián)連續(xù)梁長范圍內(nèi)的線路縱向阻力之和計算，最大斷軌力不超過最大溫度拉力值。在正常運營養(yǎng)護條件下，發(fā)生斷軌的機率比立小，而斷軌力的值又比立大，因此，不管單線或雙線橋梁，只計算一軌的斷軌力，而且將其作為特別荷載，稱為長鋼軌斷軌力。在荷載組合上，只考慮它與主力相組合，不與其他附加力組合。氣動力是指高速列車運行時帶動四面空氣隨之運動，形成的列車風(fēng)在臨近列車的建筑物上產(chǎn)生的動搖壓力，它與列車外形、速度、以及臨近建筑物距線路的距離、建筑物的高度等因素有關(guān)。列車風(fēng)壓力呈正、負(fù)壓力波形式。氣動力屬主力。除增列了上述三項荷載外，其他荷載工程及有關(guān)荷載組合的，都與現(xiàn)行?鐵路橋涵設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)?相同。第一節(jié)高速鐵路橋梁設(shè)計荷載一、標(biāo)準(zhǔn)荷載高速鐵路的豎向荷載設(shè)計圖式，是高速鐵路橋梁設(shè)計的根底，是最重要的參數(shù)之一?；钶d標(biāo)準(zhǔn)的制定歷來為各國所重視?；钶d標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)滿足運輸能力的需要，滿足機車車輛開展的需要，并保證據(jù)此確定的承重結(jié)構(gòu)具有足夠的可靠度，能確保運輸平安。關(guān)于高速鐵路還要考慮較高的旅客乘坐舒適度的要求。橋梁是鐵路線上要緊承重結(jié)構(gòu)，京滬高速鐵路橋梁長度占全線特別大比例，活載圖式制定的合理與否，直截了當(dāng)?shù)K事到行車平安和工程造價，要是選定的活載圖式標(biāo)準(zhǔn)偏低，那么會危及行車平安或礙事運輸能力，標(biāo)準(zhǔn)過高那么會造成白費。因此講，活載設(shè)計圖式的選定不單單是個技術(shù)咨詢題，更是一個經(jīng)濟政策的咨詢題，同時，也反映一個國家的技術(shù)開展水平和綜合國力。礙事設(shè)計活載圖式的因素許多，活載的圖式和大小與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、編組以及車輛的開展有緊密的關(guān)系，還與運輸模式〔是單一的客運依舊客貨混運〕、速度指標(biāo)、不同結(jié)構(gòu)體系的加載方式等緊密相關(guān)。因此講，實際運行的機車車輛本身的參數(shù)，并不等于活載圖式。這牽涉到“設(shè)計活載〞和“運營活載〞的概念差異.簡言之，在考慮了以上諸多因素后確定的設(shè)計活載圖式在橋梁上產(chǎn)生的靜、動效應(yīng)，應(yīng)大于各類實際運行的機車車輛所產(chǎn)生的靜、動效應(yīng)，同時考慮其開展以及其他難以預(yù)見的因素，還應(yīng)留有適當(dāng)?shù)膹姸葍Χ恪?．國外高速鐵路設(shè)計活載圖式概況及其特點國外高速鐵路活載圖式大體上分為兩種體系。其一是歐洲普遍采納的UIC〔國際鐵路聯(lián)合會〕活載，其全然圖式是一致的〔見圖2-1〕，僅依據(jù)各國具體情況有所補充；另一種是日本采納的高速列車專用荷載N、P荷載〔見圖2-2〕。歐洲各國普遍采納的UIC活載，它包絡(luò)了六種運營列車的活載圖式〔見圖2-3〕，能夠概括當(dāng)前和可預(yù)見的今后在歐洲鐵路上出現(xiàn)的荷載，它包絡(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。日本高速鐵路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計活載，特不接近日本實際的高速運營列車活載。標(biāo)準(zhǔn)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。講明圖2-4給出了日本P活載與UIC活載所概括的高速輕型運營列車活載對各種跨度簡支梁的跨中等效彎矩圖。圖2－1UIC活載圖式N標(biāo)準(zhǔn)活載重注：圖內(nèi)軸距長度單位為m。軸距(m)軸重Q(tf)LL1L2L316201720P標(biāo)準(zhǔn)活載重圖2－2NP活載圖2－3UIC活載包絡(luò)的六種運營列車活載圖2－4日本高速鐵路P活載與UIC包絡(luò)的300km/h運營列車活載跨中等效彎矩比立2．我國高速鐵路設(shè)計活載圖式概況及其特點我國?新建時速200公里客貨共線鐵路設(shè)計暫行?中：列車豎向靜活載采納中華人民共和國鐵路標(biāo)準(zhǔn)活載，即“中—活載〞。有關(guān)設(shè)計荷載的采納除本暫規(guī)提到的外、其余按?鐵路橋涵設(shè)計全然標(biāo)準(zhǔn)?〔2005〕辦理。然而，在制定客運專線高速鐵路活載圖式時，首先是考慮根底設(shè)施按350km/h的要求，同時也要考慮我國跨線列車軸重較大的可能。我國過往沒有高速鐵路，只能參考借鑒國外高速鐵路的經(jīng)驗，特別是同我國高速鐵路目標(biāo)值和運營模式相近的外國高速鐵路，對我們就更具有參考價值。分析當(dāng)前國外高速鐵路活載圖式的兩種體系，日本全然上是單一的輕型高速列車體系。而UIC活載卻概括了現(xiàn)在歐洲的輕型和重型運營列車荷載，并留有列車開展的余地，這與我國京滬高速鐵路的目標(biāo)值和本線與跨線列車混運的模式是特別接近的。再者，依據(jù)專家意見，應(yīng)考慮必要時高速鐵路線可運行物資列車，另外應(yīng)考慮高速鐵路活載圖式向國際標(biāo)準(zhǔn)靠攏。通過綜合分析，認(rèn)為采納UIC活載的模式來制定我國高速鐵路活載圖式是比立適宜的。UIC活載概括了現(xiàn)在歐洲的輕型和重型運營列車荷載，并留有列車開展的余地，這與我國京滬高速鐵路的目標(biāo)值和本線與跨線列車混運的模式是特別接近的。我國客運專線和高速鐵路橋梁采納ZK活載圖式(0.8UIC)以及與歐洲一致的沖擊系數(shù)。圖2－5ZK標(biāo)準(zhǔn)活載圖式圖2－6特種活載圖式二、沖擊系數(shù)的取值當(dāng)列車以一定速度通過橋梁時，橋梁產(chǎn)生振動，使橋梁結(jié)構(gòu)的動撓度、動應(yīng)力比相同的靜荷載作用時的撓度和應(yīng)力大，這種由于橋梁振動引起的撓度和應(yīng)力增大的礙事，通常就以沖擊系數(shù)μ或動力系數(shù)φ(=1+μ)來衡量。動力系數(shù)是結(jié)構(gòu)或構(gòu)件最大的動力響應(yīng)與最大靜力響應(yīng)之比，其數(shù)值大小是列車～軌道～橋梁三者的動力特性和動力相互作用狀態(tài)的綜合反映。各國依據(jù)其橋梁試驗資料和采納的理論分析方法，得出了各自的沖擊系數(shù)值?！惨弧?、日本國營鐵路橋梁關(guān)于沖擊系數(shù)的1.鋼鐵道橋、結(jié)合梁鐵道橋〔1〕沖擊特性值是以列車荷載的特性值乘以以下沖擊系數(shù)所得的值為標(biāo)準(zhǔn)。此處i＜。但對電力、內(nèi)燃動車荷載及新干線，須滿足以下條件Ka——系數(shù)〔既有鐵路Ka＝2，新干線Ka＝1〕；V——在該區(qū)段行駛的列車最高速度〔km／h)；L——原那么上使桿件產(chǎn)生最大活荷載截面內(nèi)力的同符號礙事線基線長〔m〕，但下承桁架的吊桿、上承桁架的中間支柱、再分節(jié)間的歪桿之類以外的桁架腹桿，為跨度的75％〔也適用于(2)項〕。〔2〕對支承復(fù)線的桿件的沖擊系數(shù)，按〔1〕項的沖擊系數(shù)再乘以以下系數(shù)a，，2.混凝土橋〔鐵路〕〔1〕沖擊特性值原那么上是將列車荷載特性值乘以各極限狀態(tài)下的設(shè)計沖擊系數(shù)而得出的。支承單線構(gòu)件的極限狀態(tài)下采納的設(shè)計沖擊系數(shù)按下式計算此處i——設(shè)計沖擊系數(shù)；Ka——按列車荷載類不而定的系數(shù)〔表〕；a——速度參數(shù)；V——列車或車輛的最高速度〔km/h〕；n——桿件的全然固有頻率〔Hz〕；L——桿件的跨徑〔m〕。但在連續(xù)梁、連續(xù)剛構(gòu)等，各跨不等且在最小跨度為最大跨度的70％以上情況下，跨徑L按各跨的平均值計。對不滿最大跨徑的70％的跨徑，那么L按該跨徑計算。表2.1系數(shù)Ka列車荷載類不最高速度或最高速度參數(shù)其它條件KaL≥10m機車荷載V≤130km/hL<10m,且α≤L<10m,且α電力、內(nèi)燃動車荷載V≤160km/h－新干線荷載α≤－α＞－需另行研究〔2〕支承單線的桿件在極限狀態(tài)下使用的設(shè)計沖擊系數(shù)按列車荷載類不可采納表～所列的值。但限于滿足指定的適用條件?！?〕用于支承單線的桿件的使用極限狀態(tài)及疲乏極限狀態(tài)下的設(shè)計沖擊系數(shù)可按上述〔1〕、〔2〕項的極限狀態(tài)下的設(shè)計沖擊系數(shù)的3／4確定。表2.2機車荷載下的設(shè)計沖擊系數(shù)最高速度跨度L〔m〕適用條件〔km/h〕5102030405070100110n≥55LL<10m且n<55L130n≥55LL<10m且n<55L表2.3電力、內(nèi)燃動力荷載下的設(shè)計沖擊系數(shù)最高速度跨度L〔m〕適用條件〔km/h〕51020304050701001100.17130n≥55L160表2.4新干線荷載下的設(shè)計沖擊系數(shù)最高速度跨度L〔m〕適用條件〔km/h〕5102030405070100110n≥55L210n≥55L260n≥70L300n≥80L〔4〕用于支承復(fù)線的桿件的設(shè)計沖擊系數(shù)，可按上述〔1〕～〔3〕項的各極限狀態(tài)的設(shè)計沖擊系數(shù)乘以按下式推算的落低系數(shù)β1值確定。L<80m時β1＝1－L／200L＞80m時β1＝〔5〕結(jié)構(gòu)物上有覆蓋土?xí)r及有截面大的下部結(jié)構(gòu)物時能夠按〔1〕～〔4〕中的各極限狀態(tài)的設(shè)計沖擊系數(shù)落低?！捕?、國際鐵路聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)對沖擊系數(shù)的依據(jù)UIC標(biāo)準(zhǔn)，與UIC活載相應(yīng)的動力系數(shù)如下：φ1=公式(2－1)φ2=公式(2－2)φ3=公式(2－3)關(guān)于維修得特別好的路線φ2值用于彎短，φ1用于剪力。標(biāo)準(zhǔn)，對新橋設(shè)計〔依據(jù)UIC71荷載圖〕采納以下公式計算沖擊系數(shù)：關(guān)于按照精確標(biāo)準(zhǔn)維修的線路，計算彎矩時，可采納2值；計算剪力時，可采納1值。關(guān)于其他線路，計算彎矩時可采納3值。沖擊系數(shù)值見表。沖擊系數(shù)不因橋梁建筑材料不同而異，即同樣值適應(yīng)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)以及組合梁。L是橋梁桿件的特征長度，每一橋梁桿件和每一種類型的橋梁，都有各自的數(shù)值，見表。表2.5國際聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)沖擊系數(shù)計算方法LФ〔米〕≤45710152030405060≥拱橋拱頂填土厚度大于米時，沖擊系數(shù)能夠減往以下數(shù)值：(HC-0.5)。式中Hc為拱頂至軌底的填土厚度〔米〕。但任何情況下，沖擊系數(shù)不得小于。表2.6有效長度L順序橋梁構(gòu)件、橋式L值橋面系構(gòu)件1軌托縱梁橫梁間距+32載有簡支軌托縱梁的橫梁橫梁間距2+3米3載有連續(xù)橋面構(gòu)件的橫梁主梁跨距與橫梁跨徑的2倍，取兩者的較小值4端橫梁或托梁橋面板米5橋面板對每一要緊載運方向，其所用數(shù)值相當(dāng)于本表1～4條的數(shù)值6懸臂橫梁如橫梁〔本表2～4〕7懸臂軌托縱梁米8僅載有橫梁的吊桿或立柱如橫梁(本表2～4)主梁(單線結(jié)構(gòu))9大梁簡支梁主跨跨距10連續(xù)n跨時Lm=1/n(L1+L2+…+Ln)n=L234≥5跨Lm〔至少為LMAX〕1112懸臂梁懸臂梁單獨的梁梁的跨度懸臂跨度1314拱橋在主梁上或弦桿與節(jié)點直截了當(dāng)放軌處半跨主梁的L15橋梁構(gòu)件所使用的L值也適用于這些構(gòu)件〔鋼柱、支架、支座、錨固物、墊石等〕的支承，支座下壓力、墊石下接縫處的壓力。16如構(gòu)件總應(yīng)力是由幾個相加，而每工程又相當(dāng)于一個承重作用時，例如橋面板或軌托縱梁，如在計算主梁時把其斷面考慮進往，那么計算總應(yīng)力中的每一項都應(yīng)使用的有效跨距L計進承載作用的沖擊系數(shù)，但4、14兩項除外?！踩场⑽覈咚勹F路暫行標(biāo)準(zhǔn)對沖擊系數(shù)的我國?新建時速200公里客貨共線鐵路設(shè)計暫行?中：列車豎向活載包括列車豎向動力作用時，該列車豎向活載等于列車豎向靜活載乘以動力系數(shù)〔1+μ—2005〕計算。由此能夠瞧出，我國目前客貨混運鐵路并沒有按嚴(yán)格意義上的“高速鐵路〞標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計?！鞍宋濞暱萍脊リP(guān)工程?高速鐵路橋梁動力性能研究?就進行了專門的動力系數(shù)取值的研究。該研究在分析國外研究成果的根底上，通過建立車～橋豎向相互作用的動力學(xué)模型，編制模擬計算程序，計算各種高速列車〔動力分散式及動力集中式〕作用下的橋梁的動力系數(shù)，分析礙事的要緊因素和變化規(guī)律，并對計算成果進行統(tǒng)計分析，給出了我國高速列車活載動力系數(shù)的建議值。然而，這項工作是針對高速列車v=350km/h來做的。我們現(xiàn)在采納的橋梁設(shè)計活載圖式，并非單一的輕型高速模式，而是概括了輕型、重型并存，高中速混運的UIC活載的模式，這是一種概化的活載圖式，制定動力系數(shù)也必須與之相適應(yīng)。因此經(jīng)研究決定既然采納了UIC活載的模式，動力系數(shù)也就采納UIC標(biāo)準(zhǔn)的UIC圖式〔即上面的ZK活載圖式〕，而不是UIC活載圖式。依據(jù)UIC標(biāo)準(zhǔn)的，通過把UIC活載圖式乘以分級系數(shù)，可使線路得到較重或較輕的假定活載，但應(yīng)當(dāng)對它們采納相同的φ值?；钶d效應(yīng)的全部數(shù)值(φM，φQ等)都要逐級增加或減少10%。因此，關(guān)于1.1、1.2、1.3或0.9、0.8、0.7級的線路分不用1.1、1.21、1.33加以擴大或者用0.91、0.83和0.75來減少。其中φ、M和Q為UICUICUIC活載的靜效應(yīng)M＇、Q＇的動力系數(shù)φ1＇、φ2＇，應(yīng)該是φ1×φ1×φ1=公式(2－4)φ2×φ2×φ2=公式(2－5)上面所列φ1＇和φ2＇的計算式確實是根基暫規(guī)條文中的數(shù)值。關(guān)于連續(xù)梁和涵洞的動力系數(shù)，以及其他有關(guān)，也確實是根基從UIC標(biāo)準(zhǔn)沿引而來的：φu=φ-0.1〔HC-1.0〕公式(2－6)式中φ——按式〔2—4〕或〔2—5〕計算的動力系數(shù)。HC——為涵洞及結(jié)構(gòu)頂至軌底的填料厚度〔m〕。φu計算值小于1.0時取1.0。三、長鋼軌縱向水平力在展設(shè)無縫線路的橋梁中，這種因梁部結(jié)構(gòu)與軌道的相互作用而產(chǎn)生的“長鋼軌縱向水平力〞，是不可無視的，其力的大小和分配，在特別大程度上取決于橋梁下部結(jié)構(gòu)的水平剛度、上部結(jié)構(gòu)的跨度、豎向剛度及橋全長。橋上無縫線路的長鋼軌因受縱向力過大、疲乏或其他緣故可能造成斷軌。因斷軌收縮受到梁體的約束而產(chǎn)生縱向水平力反作用于梁部并傳遞到支座和墩臺，這確實是根基斷軌力，其力的大小是橋上的線路縱向阻力操縱的。因此講，作用于墩臺頂?shù)拈L鋼軌縱向水平力〔伸縮力或撓曲曲折折曲曲折折折折力〕和長鋼軌的斷軌力，都應(yīng)該按梁軌共同作用進行計算。長鋼軌縱向力和長鋼軌斷軌力引起的墩臺頂縱向水平力，應(yīng)按梁軌共同作用進行計算，并作用于墩臺上的支座中心處。符合?新建鐵路橋上無縫線路設(shè)計暫行?的計算條件時，應(yīng)按該辦理。固定區(qū)的剛架結(jié)構(gòu)不應(yīng)計長鋼軌縱向力。斷軌力為特別荷載，單線橋和多線橋均只應(yīng)計一根鋼軌的斷軌力。四、氣動力氣動力的作用要緊用于聲屏障的結(jié)構(gòu)設(shè)計，對聲屏障而言，最不利的氣動力為吸力。一般地講，氣動力可通過實測取得。我國目前尚無條件。本條所列計算方法和計算公式是依據(jù)鐵科院?高速鐵路建筑接近限界的研究?科研報告列出的。這一與德國?鐵路橋梁及其他工程結(jié)構(gòu)物標(biāo)準(zhǔn)?〔VEI〕DS804中關(guān)于駛過列車對建筑物或構(gòu)件產(chǎn)生的動壓力計算的有關(guān)全然相同。我國氣動力計算應(yīng)符合以下：由駛過列車引起的氣動壓力和氣動吸力，應(yīng)由一個5m長的移動面荷載+q及一個5m長的移動面荷載-氣動力應(yīng)分為水平氣動力qh和垂直氣動力qv。水平氣動力作用在軌頂之上的最大高度為5m。水平氣動力qh可由圖的曲曲折折曲曲折折折折線查取。垂直氣動力qv可按下式計算：=2〔kN/㎡〕公式〔2－7〕式中——水平氣動力〔kN/㎡〕D——作用線至線路中心距離〔m〕對頂蓋下的建筑物或構(gòu)件，qh與qv應(yīng)乘以1.5的阻擋系數(shù)。面荷載qh和qv必須與有車的風(fēng)荷載疊加。第二節(jié)高速鐵路橋梁的設(shè)計參數(shù)橋梁在列車荷載作用下會產(chǎn)生豎向撓度，假設(shè)豎向撓度過大，梁端轉(zhuǎn)角隨之增大，現(xiàn)在各跨連接處的線路不能成為平順曲曲折折曲曲折折折折線，機車車輛通過這些部位時，由于車輛彈簧的震動，產(chǎn)生向上的慣性力，使輪重減輕，落低了列車平安度，同時列車震動，對旅客乘座舒適度有礙事，車速越高，引起的震動越大，撓度限制越嚴(yán)。為限制結(jié)構(gòu)變形，防止行車和地震時發(fā)生共振現(xiàn)象及保證行車平安和旅客舒適性，高速鐵路橋梁必須具有較高的抗彎和抗扭剛度和較小的位移，列車過橋時，不僅產(chǎn)生豎向振動而且產(chǎn)生橫向振動，因此各國在限制撓度的同時，對橋梁橫向水平變形、轉(zhuǎn)角限值都作了。一、日本高速鐵路橋梁準(zhǔn)許變形1.豎向撓度日本在1983年的標(biāo)準(zhǔn)中，新干線的最大車速按260km/h計，舒適性以杰奈威的舒適度系數(shù)作為評定的標(biāo)準(zhǔn)，其值取1～；平安性那么以車輛彈簧震動產(chǎn)生的向上慣性力引起的軸重減少來衡量，其值取～。計算時假定靜活載產(chǎn)生的橋梁豎向撓度為半正弦波形，用半個車輛〔一個轉(zhuǎn)向架〕作為計算模型，以不同速度通過連續(xù)布置的簡支梁橋，研究車輛與橋梁震動體系的非定常震動〔過渡震動〕及定常震動，求豎向的車體震動加速度和輪重減少率，進而確定梁的撓度限制值。由P標(biāo)準(zhǔn)荷載〔軸重17噸〕所產(chǎn)生的梁的豎向撓度限值見表2.7。表2.7日本豎向撓度限值〔多跨〕跨度L〔米〕0＜L≤4040＜L≤5050＜L＜8080≤L撓度限值〔f/L〕1/18001/20001/25001/2000單跨：f/L限值=1/1600為了減少列車荷載產(chǎn)生的撓度，在軌道上設(shè)置反拱度時，那么由列車產(chǎn)生的折角即可減少，故表2.7中的限度能夠放寬，但放寬量不大于25％；同時當(dāng)采納石碴道床時，那么不予放寬。由P標(biāo)準(zhǔn)荷載〔軸重17噸〕所產(chǎn)生的梁的水平方向容許撓度值，為豎向容許撓度值的1/2。日本國鐵的?建筑物設(shè)計規(guī)程?中：鐵路鋼橋因列車荷載而產(chǎn)生的豎向撓度的容許值，對不包括沖擊力的KS荷載，鋼板梁不超過跨度的1/800，桁梁不超過1/1000，對P荷載不超過1/1800。這些數(shù)值，是按兩個因素制定的，即車輛通過梁端有折角的線路時，車輪的上下振動不超過，輪重的減輕，不超過輪靜重的25％。依據(jù)日本鐵道技術(shù)研究所的初步研究成果，行車速度越高，撓度要求越嚴(yán)，轉(zhuǎn)角容許值也越小。在短跨度時撓度限值取決于乘座的舒適度；而長跨度的撓度限值，要緊取決于輪重的減輕率。為簡化起見，該研究所將行車低于一定速度以下的撓度限值，均一定數(shù)值，不再考慮跨度變化的礙事〔表2.8〕，并建議應(yīng)用于新干線橋梁。表2.8僅承受新干線車輛的梁撓度準(zhǔn)許值列車速度〔km/h〕準(zhǔn)許撓度〔m〕210＜V≤260L/1800160＜V≤210L/1400V≤160L/11002.剛度日本國營鐵路，結(jié)構(gòu)物的剛度是依據(jù)計算的水平位移確定的；而這移動是在假定結(jié)構(gòu)根底穩(wěn)定的條件下計算的。如能滿足表2.9要求，那么可認(rèn)為剛度是足夠的。3.位移量對結(jié)構(gòu)物的位移量加以限制時，例如對跨越河流的橋梁梁下凈空高度，必須研究其盡對值，但在以列車行走作為對象時，要緊是橋墩相互間，剛性高架橋的橋臺相互間對不同位移量加以研究。日本國鐵新干線網(wǎng)對支承列車的土木結(jié)構(gòu)的容許不同位移值如表0〔一般情況〕。表內(nèi)之值是靜載的不同位移量以及由于列車荷載產(chǎn)生的位移量之和。前者是指由于根底建成初期，由恒載產(chǎn)生的根底或結(jié)構(gòu)物的彈塑性位移、地基的壓實下沉、地基位移等產(chǎn)生的。L為梁長或框架結(jié)構(gòu)高架橋的塊件長。表2.9關(guān)于研究構(gòu)造物剛性時的容許水平位移量作用力方向荷載模式位移量〔cm〕順線路方向制動力長鋼軌縱向力地震力〔對恒載〕1/21/21垂直線路方向離心力車輛橫向搖擺力地震力〔對恒載〕1/41/41表0支承列車的構(gòu)造物的容許不同位移給定值位列車錯轉(zhuǎn)角θ(1/1000)位列車錯轉(zhuǎn)角θ(1/1000)移方速度開量平行位移折轉(zhuǎn)移方速度開量平行位移折轉(zhuǎn)(m)向km/hmmL<30m30m≤LL<30m30m≤L向km/hmmL<30m30m≤LL<30m30m≤L豎向70110160210260295996439949973水平70110160210260264326326536642二、國際鐵路聯(lián)盟〔UIC〕對橋梁變形的1.豎向撓度國際鐵路聯(lián)盟：橋梁的豎向撓度：最大fv≤L/800；橋梁的橫向撓度：最大fH≤L/4000；式中L為橋梁跨度〔米〕。2.其它變形為了行車平安和乘坐舒適，對高速與超高速列車線路上的橋梁，其橫向、縱向、水平、軌道扭曲曲折折曲曲折折折折等，要求位移量特別小，因此橋面在垂直與水平兩平面內(nèi)，須剛度特別強。除前述橋面豎向撓度不得大于L/800，和橫向撓度不得大于L/4000外，還梁端轉(zhuǎn)角限制在1/200以下；橋的歪扭曲曲折折曲曲折折折折度，最大扭動為1/1000。同時為防止橋梁出現(xiàn)共振現(xiàn)象，建議設(shè)置剛性橋面，優(yōu)先采納混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土或組合梁，以及多孔橋梁的相鄰橋跨要有不同的固有振動頻率。三、我國對橋梁變形的我國對不同的高速鐵路橋梁變形的要求不同，那個地點給出的是客運專線橋梁的變形限制。1．梁體豎向撓度的限值應(yīng)符合以下〔1〕梁部結(jié)構(gòu)在ZK活載靜力作用下，梁體的豎向撓度不應(yīng)大于表2.11所列數(shù)值。〔2〕梁部結(jié)構(gòu)，在ZK活載靜力作用下，跨度L＞80m的梁端豎向折角不應(yīng)大于2‰〔3〕拱橋和剛架橋的豎向撓度，除考慮ZK活載的靜力作用外，尚應(yīng)計進溫度變形的礙事?，F(xiàn)在梁體豎向撓度，按以下情況之不利者取值，并滿足本條所列限值的要求。表2.11梁體的豎向撓度限值跨度工程L≤24m24m<L≤80mL>80m單跨L/1300L/1000L/1000多跨L/1800L/1500L/10001)ZK活載靜力作用下產(chǎn)生的撓度值與0.5倍溫度引起的撓度值之和；ZK活載靜力作用下產(chǎn)生的撓度值與全部溫度引起的撓度值之和。2．水平撓度在列車橫向搖擺力、離心力、風(fēng)力和溫度的作用下，梁體的水平撓度應(yīng)小于或等于梁體計算跨度的1/4000。在ZK‰。3．活載作用下梁體扭轉(zhuǎn)引起的軌面不平順限值以一段3m長的線路為基準(zhǔn)，ZK活載作用下，一線兩根鋼軌的豎向相對變形量不大于mm；實際運營列車作用下，一線兩根鋼軌的豎向相對變形量不大于mm4．L≤80m簡支梁豎向自振頻率不應(yīng)低于以下限值L≤40m時no=120/L40＜L≤80m時no=式中no————簡支梁豎向自振頻率限值〔HZ〕；L————簡支梁跨度〔m〕。常用簡支梁豎向自振頻率限值見表表常用簡支梁豎向自振頻率限值跨度(m)16202432404856自振頻率限值(Hz)6535．簡支梁下部結(jié)構(gòu)剛度展設(shè)焊接長鋼軌的混凝土簡支梁，橋梁下部結(jié)構(gòu)的縱向水平剛度應(yīng)滿足表2.13所列數(shù)值的要求。下部結(jié)構(gòu)縱向水平剛度〔雙線〕下部結(jié)構(gòu)跨度(m)最小水平剛度〔KN/cm〕附注橋墩L≤12120不設(shè)鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器16200不設(shè)鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器20240不設(shè)鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器橋墩24300不設(shè)鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器32400不設(shè)鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器40700不設(shè)鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器481000不設(shè)鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器橋臺3000不設(shè)鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器注：單線橋梁墩臺頂?shù)淖钚∷骄€剛度的限值按表內(nèi)值的二分之一取值。6．墩臺根底的沉落量墩臺根底的沉落量應(yīng)按恒載計算，其工后沉落量不應(yīng)超過以下容許值：墩臺均勻沉落量：關(guān)于有碴橋面橋梁：30關(guān)于無碴橋面橋梁：20外靜定結(jié)構(gòu)相鄰墩臺沉落量之差：關(guān)于有碴橋面橋梁：Δ=15關(guān)于無碴橋面橋梁：Δ=5Δ—相鄰墩臺沉落量之差，單位mm。L—相鄰墩臺間的梁跨長，單位m。關(guān)于外靜不定結(jié)構(gòu)，其相鄰墩臺均勻沉落量之差的容許值，除要滿足外靜定結(jié)構(gòu)相鄰墩臺沉落量之差的要求外，還應(yīng)依據(jù)沉落時對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的附加應(yīng)力的礙事而定。第三節(jié)高速鐵路橋梁的結(jié)構(gòu)形式1．國外高速鐵路橋梁結(jié)構(gòu)形式概述目前國際上興盛國家的新線建設(shè)一般是高速客運專線和時速200公里以上的客貨共線鐵路，橋梁的要緊功能是為高速列車提供平順、穩(wěn)定的橋上線路，確保列車運營平安橋梁截面形式一般有板梁、T梁和箱梁。德國一般采納板梁和箱梁，板梁一般為型鋼混凝土梁，最大跨度到達28m。法國一般采納箱梁。日本和西班牙采納了許多多片式T形梁，多片式T形梁都加強勁的橫隔板并采納整體橋面。日本T形梁一般采納了4、6、8片式，跨度有19.4m、24.2m、29.2m、34.2m、39.2m和44m。西班牙一般采納25m跨度高速鐵路橋梁一般都采納簡支梁、連續(xù)梁、連續(xù)剛構(gòu)、拱及組合梁等剛度大的橋型，并盡量采納雙線整體橋面板。依據(jù)日、德、法等國的經(jīng)驗，梁跨在20米以下時，多采納鋼筋混凝土梁、預(yù)應(yīng)力混凝土梁或結(jié)合梁；梁跨在20～60米時，多采納預(yù)應(yīng)力混凝土T型梁、箱梁或結(jié)合梁；梁跨在60米以上時，多橋梁較長、墩身不高的高架橋在新建高速鐵路中占有特別大的比例。德國、意大利、西班牙等國都采納等跨布置的25m預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁結(jié)構(gòu)；韓國高速采納3×25m或2×40m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁；日本十分重視結(jié)構(gòu)的抗震性能，大量采納跨度為8m、lOm、12m的鋼筋混凝土連續(xù)剛構(gòu)，每聯(lián)一般有4～10跨，各聯(lián)之間采納簡支梁過渡。一般橋梁一跨或一聯(lián)長度大于80m時，需要設(shè)置無縫線路伸縮調(diào)節(jié)器，因此，高架橋的選擇應(yīng)防止在橋上設(shè)置無縫線路伸縮調(diào)節(jié)器?？缍纫话悴怀^100m，當(dāng)需要修建大跨度橋梁時，應(yīng)對車輛走行性能和動力響應(yīng)作專門的研究。歐洲新建鐵路有許多跨越山谷的高墩橋梁，橋墩最高達lOOm，稱為谷架橋。德國在80年代新線建設(shè)時一般選用等跨布置的44m、56m兩種跨度的預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁，運營后發(fā)現(xiàn)56m簡支梁的端部由于溫度伸縮量大，道碴不穩(wěn)定，維修工作量大，因此在以后的新線鐵路建設(shè)中簡支混凝土梁的最大跨度用到44m。在最近建設(shè)的科隆——法蘭克福高速客運專線上，谷架橋更多地采納了連續(xù)梁，連續(xù)梁和簡支梁的比例約各占50％。西班牙和法國均選用連續(xù)梁，跨度不超過80m。由于谷架橋橋墩高，縱向剛度弱，因此都采納傳力裝置將制動力直截了當(dāng)傳到橋臺或特別設(shè)計的制動墩上。 法國地中海線采納的橋梁要緊結(jié)構(gòu)型式為：土承式鋼板連續(xù)結(jié)合梁橋、預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋、魚腹式上承鋼桁連續(xù)結(jié)合梁橋、大跨度系桿鋼拱橋、簡支箱梁，公路跨鐵路或鐵路跨公路多采納混凝土剛構(gòu)連續(xù)梁橋，其中鋼、混凝土結(jié)合梁約占橋梁總數(shù)的70％。在預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋設(shè)計中采納了節(jié)段拼裝體外預(yù)應(yīng)力的施工技術(shù)〔串聯(lián)梁〕。其要緊特點為：①小跨度橋梁普遍采納剛構(gòu)連續(xù)梁和上承式剛板連續(xù)結(jié)合梁橋，極個不的地點也有采納四片式連續(xù)工字形板梁結(jié)構(gòu)。地中海線上的橋梁結(jié)構(gòu)較少采納簡支梁。②跨度在40～60m的中等跨度橋梁采納預(yù)應(yīng)力混凝土單箱單室等截面連續(xù)箱梁，連續(xù)梁一聯(lián)的長度一般操縱在450m以內(nèi)，施工方法一般采納頂推法。在此跨度內(nèi)的橋梁結(jié)構(gòu)也有采納上承式鋼板連續(xù)結(jié)合梁，截面形式為工字形，主梁與橫梁采納全焊連接，下平聯(lián)用螺栓與主梁節(jié)點板連接。結(jié)合梁的施工方法為，工廠分段預(yù)制，工地焊接組裝，鋼梁采納吊裝和頂推法施工就位，現(xiàn)場澆注混凝土橋面板。③大跨度橋梁的跨度一般為80～120m，采納變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，要緊施工方法采納懸臂澆注、自平衡轉(zhuǎn)體施工和節(jié)段預(yù)制拼裝法施工。也有的采納大跨度系桿鋼拱橋，其施工方法為，在現(xiàn)場整體拼裝后轉(zhuǎn)體或浮運施工和在橋位拼裝。日本大局部高架橋為鋼筋砼連續(xù)剛架高架橋，依據(jù)橋址地質(zhì)條件的不同，連續(xù)剛架采納3～7跨一聯(lián)，其跨度較小，為8～lOm。每一聯(lián)剛架之間有的采納掛簡支板梁，有的采納懸臂外伸梁，有的采納二聯(lián)相鄰，這種結(jié)構(gòu)的根底大局部采納帶有根底梁的框架根底。梁柱式高架橋的柱的形式可分為單柱(用于單線)、雙柱及板式墩。雙柱根底可分為單獨根底、連結(jié)根底和帶有根底梁的框架根底等。梁的形式可分為板梁、空心板梁、T形梁三種，梁與柱(或板式墩)采納固結(jié)?？缇€橋和跨河橋結(jié)構(gòu)由橋墩和梁組成，梁下設(shè)支座。梁的形式可分為板梁、空心板梁、T型梁、連續(xù)箱梁和簡支箱梁、下承式梁、拱橋、歪拉橋等結(jié)構(gòu)。日本正在建設(shè)中的北陸新干線上的剛架高架橋、鋼筋砼和預(yù)應(yīng)力砼T形梁，采納了優(yōu)化設(shè)計、簡易施工方法。它的設(shè)計概念是：鋼筋品種盡可能少，配置要方便；梁體模板要簡單，便于組裝：砼易灌注。在剛架高架橋設(shè)計時，取消了縱梁與柱間的梗脅，為了不落低梁的抗剪能力，增加了縱梁的高度和寬度；同時取消了縱梁和板的彎起鋼筋；對原來的預(yù)應(yīng)力混凝土和鋼筋混凝土T形梁，設(shè)計時取消了下緣下八字歪坡，梁底改為與腹板等寬，因而既簡化了模板，又保證了砼灌注質(zhì)量。自日本北陸新干線上建成了混凝土歪拉橋之后，突破了高速鐵路一般不采納柔性結(jié)構(gòu)的禁區(qū)，也標(biāo)志著高速鐵路橋梁向結(jié)構(gòu)新型化和大跨度開展的趨勢。我國在今后的鐵路建設(shè)中，修建大跨歪拉橋差不多成為必定。歪拉橋本身屬于柔性結(jié)構(gòu)，歪拉橋結(jié)構(gòu)用于鐵路，由于列車荷載大，運行平安性和平穩(wěn)性要求高，往往是結(jié)構(gòu)剛度操縱設(shè)計。故鐵路歪拉橋在體系處理上要有利于提高結(jié)構(gòu)整體剛度，這就要求塔高偏大取用且有較大截面，加勁梁也必須有較大的截面剛度，在條件準(zhǔn)許時，盡可能設(shè)置輔助墩，約束主梁縱向位移等，這根基上提高結(jié)構(gòu)體系剛度的有效途徑。采納鋼架時，由于自重較輕，相應(yīng)歪拉索用量較小，這將帶來歪拉橋體系剛度下落的不利，需用其他方式彌補。由于鐵路荷載大，在歪拉橋中跨滿載時，邊墩將產(chǎn)生特別大負(fù)反力，采納拉力支座技術(shù)上有特別大難度，故此，往往需采納較大的邊跨，雖能解決負(fù)反力咨詢題，但卻帶來受力及剛度下落的不利。歪拉橋采納混凝土箱梁時邊跨通過壓重解決邊墩負(fù)反力咨詢題相對輕易，采納鋼桁梁那么有一定困難。鐵路歪拉橋?qū)α憾宿D(zhuǎn)角限制特別嚴(yán)，典型三跨歪拉橋往往邊跨梁端轉(zhuǎn)角較大，這對結(jié)構(gòu)設(shè)計提出了更高要求。就礙事結(jié)構(gòu)整體剛度的各種因素的重要性而言，結(jié)構(gòu)體系布置是第一位的，其次才是索梁塔構(gòu)件，索梁塔三者之中，梁塔自身剛度加大對結(jié)構(gòu)整體剛度礙事相對緩慢，歪拉索剛度的增加對提高結(jié)構(gòu)整體剛度更直截了當(dāng)有效，但它必須具備足夠的初始反響才能發(fā)揚作用。此外，歪拉橋的尾索所受交變應(yīng)力幅度較大，往往是疲乏操縱設(shè)計。從上述可見，鐵路歪拉橋的設(shè)計必須結(jié)合鐵路荷載特點、列車運行要求及歪拉橋的力學(xué)特點，綜合考慮各種因素才能解決咨詢題，構(gòu)思采納新結(jié)構(gòu)、新技術(shù)是最為經(jīng)濟有效的途徑。雙線高速鐵路橋面寬度按凈空尺寸，再加上歪拉索的錨固尺寸總寬應(yīng)在15m左右，這一主梁寬度對主跨在300m以內(nèi)的歪拉橋，橫向剛度均可滿足高速列車運行要求，但為滿足受力要求，主跨293m歪拉橋方案梁高需～。2．預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁橋預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁在高速鐵路橋梁中占有盡對優(yōu)勢，因為預(yù)應(yīng)力混凝土與其它建橋材料相比，具有一系列適合高速鐵路橋梁的優(yōu)點，如剛度大、噪音低，溫度引起的變形對線路位置礙事小，養(yǎng)護工作量少，造價較低等。當(dāng)需要減輕梁重或快速施工時，結(jié)合梁也常被采納。各國常用的標(biāo)準(zhǔn)跨橋梁的預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁結(jié)構(gòu)形式和施工方法列于表4，能夠瞧出：〔l〕常用跨橋梁均采納標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，品種盡量精簡。如西班牙及意大利要緊選用23m跨度的簡支梁，德國那么要緊采納23、42、54m三種跨度；〔2〕由于施工簡便，大量采納等跨布置的簡支結(jié)構(gòu)；但豎向剛度特別大，高跨比選用1/9～1/10，以保證線路平順；〔3〕除了小跨度橋有使用多片式T梁結(jié)構(gòu)外，大局部橋梁均選用雙線整孔箱形截面，以提供良好整體性和抗扭剛度。大于標(biāo)準(zhǔn)跨的橋梁以采納預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁為主，個不選用剛架，拱橋及歪拉橋，均采納懸臂法施工。表2.14高速鐵路預(yù)應(yīng)力混凝土標(biāo)準(zhǔn)簡支梁情況國名結(jié)構(gòu)形式線路形式跨度〔m〕梁高〔m〕高跨比活載產(chǎn)生跨中下翼緣應(yīng)力〔Mpa〕截面型式制梁方式架設(shè)方法撓跨比意大利預(yù)應(yīng)力混凝土等跨簡支梁有碴23雙線單箱橋頭預(yù)制500t架橋機—德國預(yù)應(yīng)力混凝土等跨簡支梁有碴23單線單箱工地預(yù)制架橋機1/3744德國預(yù)應(yīng)力混凝土等跨簡支梁有碴42.544雙線單箱橋位灌注移動支架1/3744西班牙預(yù)應(yīng)力混凝土等跨簡支梁有碴245片式I分片預(yù)制，架設(shè)后灌注整體橋面車吊1/3649法國預(yù)應(yīng)力混凝土等跨簡支梁—61—槽型梁—日本預(yù)應(yīng)力混凝土等跨簡支梁無碴29．234．21/114片式6片式T梁預(yù)制，架設(shè)后連成整體橋下吊裝—在采納簡支上部結(jié)構(gòu)的德國新干線山谷橋中，不管是已完成主體工程的依舊正在施工的，大局部根基上采納圖2－7a所示的體系，即所有簡支梁橋根基上在上部結(jié)構(gòu)的同向梁端分不連續(xù)設(shè)置固定和活動支座，且一端固定于橋臺，這種體系的缺點是縱向活動支座在同一方向的梁端，礙事鋼軌受力，一般用于墩高小于20米，且圖2圖2－7簡支梁橋體系圖2－7b和圖2－7c所示的體系那么防止了以上的缺點。體系2－7b有兩片相鄰簡支梁的縱向活動支座設(shè)在一個橋墩上，圖2－7c有一片梁在兩個相鄰的橋墩上根基上縱向固定支座，圖2－7b中相鄰縱向活動支座處梁縫的溫度位移量為一般梁縫位移的2倍；縱向僅有固定支座的簡支梁兩梁端縫的溫度位移量為一般梁縫位移的倍，并在下面的兩個橋墩內(nèi)引起約束，圖2－7b及圖2－7c可落低鋼軌的應(yīng)力和擴大簡支梁體的應(yīng)用范圍。德國卡爾巴赫〔Kalbach〕山谷橋就采納了圖2－7c所示體系。圖2－7d體系b、體系c、體系d兩端橋臺均用固定支座，適用于墩高超過20米，且根底圖2－8縱向連接器的布置圖2－9梁體連接裝置在實際應(yīng)用時，也有用縱向聯(lián)結(jié)器將各跨簡支梁聯(lián)結(jié)起來的結(jié)構(gòu)形式，支座一端固定于橋臺〔圖2－8b〕。該體系類似于連續(xù)梁的支座，但換梁時能夠拆開。全長986米，墩高95米的羅姆巴赫〔Rombach〕就采納了以連續(xù)裝置連接的串聯(lián)簡支梁。連接裝置由梁端腹板中性軸處的12根各能承受2MN拉力的預(yù)應(yīng)力鋼束和一對尺寸為9075cm的板式橡膠支座組成〔圖2－9〕，預(yù)應(yīng)力鋼束采納另一種簡支梁體系是用抗徐變縱向聯(lián)結(jié)器將簡支梁聯(lián)結(jié)起來，兩端固定于橋臺〔圖2－8b〕。該體系能承受短時刻的縱向力，能特別好地將制動力和起動力傳到橋臺，但仍屬簡支梁體系。德國預(yù)應(yīng)力混凝土大跨簡支梁有44米和58米兩種，其相應(yīng)跨度為42米及米，均為單箱單室箱梁。箱梁底板寬米，橋面板寬度米，跨度42米的梁高4米，米的梁高5米。腹板與鉛垂方向成15度，厚度為米，支座處米。底板一般厚度為高速鐵路線上之因此采納以上一些措施，是因為高速鐵路對結(jié)構(gòu)的變形提出了更高的要求，假設(shè)不采納縱向傳力裝置而如一般線路橋梁那樣靠橋墩傳遞水平力，那么橋墩可能難以設(shè)計，且鋼軌的附加應(yīng)力也可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過準(zhǔn)許值。因此高速鐵路橋梁設(shè)計應(yīng)考慮整個結(jié)構(gòu)體系的性能〔包括線路與軌道共同作用的礙事〕，不能將上下局局限開考慮。3．預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋連續(xù)梁橋在法國、德國、日本等國家的高速鐵路中均有應(yīng)用實例。法國在最早修建的巴黎東南線上，出于對經(jīng)濟及合理的設(shè)計考慮，對幾座高架橋工程采納相同的結(jié)構(gòu)形式與施工方法，即設(shè)計為平均跨度為40米左右的雙線等高的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)。如維爾貝利橋，該橋全長1526米，結(jié)構(gòu)形式為兩段連續(xù)梁中間加一孔簡支梁，分三段的要緊目的是為了限制梁體端部的縱向位移及膨脹長度，減小鋼軌受力。兩端的梁段分不為690米和790米，跨度由33米至35米不等，共33跨。該橋為雙線橋，線間距米，橋面板寬米，底板寬為法國最長的高速鐵路橋——全長1725米的拉科蒂爾橋也是預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋，該橋共27跨，上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土梯形截面箱梁，梁的上翼緣伸出外腹板，梁寬米，從北向南11跨全長897米，其中9跨梁使用的是鐵路橋上不常使用的88米大跨度，其余15跨總長787米，其中13跨跨度為當(dāng)橋梁長度超過800米時，連續(xù)梁活動端的縱向變形將超過最大鋼軌伸縮裝置的伸縮長度，現(xiàn)在可采納其它的支座布置形式，如將固定點設(shè)在橋梁中部〔縱向固定支座能夠設(shè)在一組或一個橋墩上〕并在橋的兩端設(shè)置鋼軌裝置，可使連續(xù)梁的長度增加一倍〔圖2－10〕，但由于橋梁中部的橋墩較高及抗彎剛性缺乏，要設(shè)計足夠剛性的固定點也特別圖2圖2－10連續(xù)梁橋體系采納在橋的兩端設(shè)置液壓緩沖器，可彌補體系b的剛性缺乏，緩沖器的特點是，關(guān)于由制動和起動等引起的突發(fā)性縱向力表現(xiàn)為剛性，并將上述力傳給橋臺；關(guān)于緩慢進行的位移，如上部結(jié)構(gòu)本身的溫度變形，又可無約束地通過它的行程變化來適應(yīng)。固定點橋墩僅需擔(dān)當(dāng)由支座摩擦引起的縱向力。目前還沒有在大型橋梁工程中使用緩沖器的經(jīng)驗。圖2－10體系d是將固定點設(shè)在兩個橋臺上并在連續(xù)梁之間布置一片簡支梁〔縱向固定支座能夠設(shè)在一端或兩端〕，現(xiàn)在可不用緩沖器，如此縱向變形將分配在兩個接縫上。假設(shè)橋梁中部的橋墩達不到足夠的剛度，建議按圖2－10體系e設(shè)置一片平衡梁，借以將作用于簡支梁的縱向力傳遞給兩側(cè)的連續(xù)梁，并將伸縮位移〔兩側(cè)連續(xù)梁的長度變化可能不同〕均勻地分配于兩個伸縮縫。關(guān)于平衡梁的工作方式，在“DS899/59德國聯(lián)邦鐵路關(guān)于新干線鐵路橋的特別〞中已有講明。當(dāng)橋梁特別高時，要是再象圖2－10體系d和體系e那樣將接縫設(shè)在橋梁中部，就必須將橋墩加強到足以確保準(zhǔn)許水平轉(zhuǎn)角的程度。為此，圖2－10體系f將平衡梁設(shè)在橋墩較低的橋梁端部。日本高速鐵路橋梁上部結(jié)構(gòu)混凝土橋大多采納小跨連續(xù)框構(gòu)，以減小維修量，利于抗振。如山陽新干線高架橋大量地采納雙線為8米和10米的雙孔連續(xù)鋼筋混凝土剛構(gòu)，其兩端各留有3米懸臂，上展設(shè)道碴橋面，也有采納多孔兩端無懸臂的，應(yīng)用于軌道板梁橋。截面形式多采納箱型。新干線第二阿武隈川橋即采納4．結(jié)合梁橋由于鋼梁橋噪音較大，因此，結(jié)合梁橋在國外高速鐵路中也得到了廣泛的應(yīng)用。法國北方線情況特別，該線跨越地段較長，與高速公路的交角較小，河流寬，根底施工難度大，費用高。對工程總造價的優(yōu)化研究講明，需加大橋梁跨度，減輕梁體自重。對特大橋還需認(rèn)真研究有關(guān)伸縮接頭、承受制動力等咨詢題。特別是線路的走向復(fù)雜，包括拋物線型緩和曲曲折折曲曲折折折折線、反曲曲折折曲曲折折折折線等。梁體總長度是大西洋線的2倍。在如此的背景下，北方線考慮使用了較多的鋼橋及結(jié)合梁橋。法國結(jié)合梁橋的跨度在50米左右。北方龍戈耶馬莉橋、拉奧特高爾姆橋、圣安德爾橋等都采納了結(jié)合梁。其中龍戈耶馬莉橋、拉奧特高爾姆橋梁體采納兩片鋼板梁，間距均為6米，龍戈耶馬莉橋兩鋼梁借助橫隔板聯(lián)系；拉奧特高爾姆橋每米有一橫撐，并由定位銷連接至鋼筋混凝土橋面板，橋面板最大厚度米，并有3cm厚的防水層做密封保衛(wèi)。圣安德爾橋主體為鋼桁梁，桁架間距米，橋面板為圖2－11結(jié)合桁梁的形式日本結(jié)合梁多為下承式鋼桁—混凝土橋面板結(jié)合梁。日本結(jié)合