高速铁路(客运专线)桥涵施工技术讲稿一

高速铁路(客运专线)桥涵施工技术讲稿一 高速铁路(客运专线) 桥涵施工技术 葛俊颖 编 石家庄铁道学院 二零零五年十月 第一章 绪 论 第一节 前 言 自1964年日本建成世界上第一条200km/h高速铁路以来，由于其快速和安全所带来的经济效益和社会效益，及对国民经济和科学技术的发展所起的作用，已引起世界各国的重视，各经济发达国家竟相发展高速铁路。实践表明，高速铁路是现代世界经济发展和人类生活水平提高的需要，是运输市场激烈竞争的出路，是现代高新技术发展的产物。它在200,1000km的运距范围内具有很大的竞争力。它极大地提高了铁路运输服务的质量和管理水平，使曾经被视为“夕阳工业”的世界铁路得以复兴，并有蓬勃发展、方兴末艾之势。目前欧洲和日本已将一条条独立的高速铁路连接成高速铁路网。高速铁路网的形成，实现了铁路从传统型产业向现代型产业发展的历史性转变。 我国改革开放20年来，经济迅速发展，各行各业与国际接轨，使得国内铁路也面临着巨大的挑战。既有铁路不能适应市场经济发展的需要，繁忙干线运输能力紧张，运输质量和服务水平低下，管理手段落后等等，迫切需要我国铁路人把握世界铁路技术发展的趋势，抓住机遇，以既有线提速改造和新建一流的高速铁路为契机，使我国铁路事业有质的飞跃，从而在运输市场竞争中立于不败之地。 有鉴于此，我国在1990年就 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 在广深既有线提速至160km/h(局部达200km/h)，目前，该准高速铁路早已经投入运营。秦沈高速铁路客运专线是我国第一条真正意义上的高速铁路，该线也已经运营多年。我国的高速铁路的长远发展是在全国建成“四横四纵”的高速铁路网，我国高速铁路发展很快将进入一个崭新的历史时期。根据我国《中长期铁路网规划》，到2020年，全国铁路营业里程达到10万公里，主要繁忙干线实现客货分线，复线率和电化率均达到50,，运输能力满足国民经济和社会发展需要，主要技术装备达到或接近国际先进水平。秦沈客运专线是我国已经建成的第一条客运专线，广深准高速铁路也已经运营多年，已经开工或即将开工的高速铁路客运专线有石家庄,太原客运专线、武汉,合肥高速铁路、武汉,广州高速铁路、郑州至西安客运专线、京石高速铁路、福厦高速铁路。另外京沪高速铁路、京汉高速铁路以及广珠高速铁路、沪宁高速铁路等，也进入了规划或前期准备阶段。高速铁路网的建设，在大江南北已呈方兴未艾之势。 高速铁路与传统的普通铁路有很大的不同: 1( 高速度 速度在200 km/h以上的铁路才称为高速铁路，由于高速度的原因，线路轨道不平顺、行车运行控制难度、行车事故后果被放大，轨道上微小的不平顺或长波不平顺对列车都将造成巨大的振动激扰。所以要求桥上轨道和路基与桥的连接部具有极好的平顺性。 2( 高舒适性 贯彻以人为本的理念，突出设计上的人性化，满足舒适的要求。 3( 高安全性 高速铁路必须具有一流的安全保障系统，这不仅要求土建工程具有较高的可靠性和稳定性，更重要的是进行实时的安全监测、监视与控制。在能见度很低的大雾天气，高速公路封闭，民航飞机延误起飞，而高速铁路就不受影响的安全运营。从1964年有高速铁路以来，全世界范围内只有极少的列车事故。 1 4( 高密度 高速列车追踪列车间隔时间普通可以达到3分钟。要体现高速铁路的优势，就必须保证列车在高速铁路线上高密度地连续运行。 5( 通车即按设计速度运行 目前世界上所建设的高速铁路除日本东海道新干线在开通运营的第一年未达到最计速度外，其后修建的和其他国家的高速铁路均在通车之日即按设计速度运营。这与我国传统普通铁路有根本不同，我国既有铁路大都是通车一年半载后还不一定能达到设计速度。如京九铁路，通车时某些地段仅达50~60km/h，运营一段时间才达到70~80km/h，至今仍不能全线按设计速度120km/h运营，这对高速铁路是绝对不可以的，否则，线路(轨道)将产生记忆性病害或不平顺，其后果是将花费数倍的力量去整修才可能达到高速运行的目标。 6. 很强的本土化 高速铁路具有很强的土木化特征，必须结合我国的现实条件，尽管日本和欧洲各国经过几十年的实践，积累了大量经验，并各自制定了一套高速铁路专用的技术 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 ，如日本的《新干线网结构物设计标准》、国际铁路联盟的《高速线上桥梁技术标准》、联邦德国的《铁路新干线上桥梁的特殊规程BesB(DS899/59)》以及1993年修订的《德国铁路桥梁及其它工程结构物 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 VEI(DS804)》，但这些规范中的规定值一般是根据各国具体情况经过研究后确定的，因此，无法套用到我国高速铁路线上。鉴于此，需要集中我国铁路界的力量，结合我国国情，对高速铁路的关键技术进行详细、系统的研究，为我国高速铁路设计规范的制定提供理论依据。 为了保证高速铁路行车的安全与舒适，其各项技术标准要求均很高，由于线路高度的限制及要求全线封闭等原因，高架、立交桥梁在各类工程结构中所占的比例较大，因此，在高速铁路的修建中，如何将桥梁快速、优质的建成是非常关键的。 第二节 高速铁路桥梁的特点 行车速度大于200 km/h即为高速铁路，客运专线的基础设施设计时速为350km/h，客货混运铁路的运营速度大于200 km/h，不管哪种高速铁路，其运行速度均较快，技术标准要求较高，站间距离长，且要与周围环境协调，要求尽量减小噪音污染，所以高速铁路对桥梁的要求与普通铁路不同，且高速铁路参数限制严格，曲线半径大、坡度小，并需要全封闭行车，桥梁建筑物数量多于普通铁路。在平原及人口稠密地区，经常选用高架线路;而在山区及丘陵地带，谷架桥会明显增多，因此，高速铁路桥梁通常可以分为三种类型: (1) 高架桥:用以穿越既有交通路网、人口稠密地区及地质不良地段。高架桥通常墩身不 高，跨度较小，但桥梁很长，往往伸展达十余公里; (2) 谷架桥:用以跨越山谷。跨度较大，墩身较高; (3) 跨河桥:跨越河流的一般桥梁。 已经建成的高速铁路或客运专线桥梁的结构形式一般是:小跨度桥梁采用多孔等跨简支梁桥，大跨度桥梁的结构形式较多，但数量较少，表1.1列出了国外大跨度桥梁的一些例子。 高架线路上采用多孔等跨简支梁桥的型式，具有以下优点:?等跨简支体系的桥跨外形一致、截面相同、构造布置统一，使桥跨密集的高架线路在运营中的管理工作大为简化，也便于结构的日常检查和养护维修。?高架线路采用简支体系的梁桥，更能适应地质不良、地基承载力低的地段。?等跨简支梁，工程量大，适宜于现场工厂化预制，逐孔架设，能显著提高施工速度。但对于跨度小于20米的小型桥梁，根据法国的经验最好采用超静定结构，如刚构桥。因为法国早期修建的小跨度简支梁桥动力效应十分显著，会导致梁体开裂。 多孔等跨布置的连续梁，能够提高梁部结构整体性和刚度，并且对保持桥上线路的平顺 2 性更有利，从而提高桥上行车的舒适性和安全性。采用适当的施工方法能保证桥梁的经济性和施工进度。 钢筋混凝土刚架结构，是一种空间静不定结构，整体性好，具有较好的刚度和抗震性能，日本高速铁路高架桥多采用这种结构型式，有一定的使用经验。故当技术经济条件相宜时，也可采用这种结构型式。 斜交刚架和框构桥在跨越道路等场合，其适应性强，整体性好，可以采用。 钢混凝土结合梁或型钢混凝土结构跨越能力强，施工方便，并且由于结构重量轻有显著的抗震优势，故在跨越繁忙道路或抗震要求较高的场合适用。 表1.1 国外高速铁路大跨度桥梁 序结构型式 孔跨布置(m) 桥 名 号 40+77+130+77 德国 美因河桥(无碴轨道) 1 50+10×100+50 法国 阿维尼翁桥 2 预应力混凝土连续梁 3 67+100+67 法国 旺他勃朗桥 德国 格明登 美因河桥 4 预应力混凝土V型连续刚构 82+135+82 日本 第一千曲川桥 5 预应力混凝土T型刚构 76+76 (无碴轨道) 6 预应力混凝土斜腿刚构 26(3+51+26(3 日本 雾积川桥(无碴轨道) 日本第二千曲川桥 7 133(9+133(9 预应力混凝土斜拉桥 (无碴轨道) 8 65+105+105+65 预应力混凝土低塔斜拉桥 日本 屋代北桥(无碴轨道) 9 55+90+55 日本 屋代南桥(无碴轨道) 10 162 德国伐茨霍希汉姆美因河桥 11 混凝土上承拱桥 4×127(5 德国瓦尔泽巴赫桥 12 116 德国拉恩特尔桥(无碴轨道) 13 124 法国 阿维尼翁桥 14 钢系杆拱桥 121(4 法国 莫纳斯桥 15 115(4+115(4 法国 阿德玛桥 16 钢混结合连续桁梁桥 76+96+96+80+67(5 德国 范拉桥 17 下承式连续钢桁梁桥 3×82.3+3×103(0 日本 第三千曲川桥 高速铁路中的桥梁一般有以下的特点: 1. 桥梁数量多 3 平交道的存在将使列车速度、交通安全和正点运行等均不能得到保证，因此，新建高速铁路一般均不设平交道，而设立交桥，日本、法国、德国等国家的高速铁路均如此。对既有线改为行驶高速列车时，国际铁路联盟规定:当列车速度超过200km/h时，不许设平交道;当列车速度为140,200km/h时，也应首先考虑立交;在遇到以下情况时，均应该为立交桥，取消平交道:交通繁忙的道路，平交道的看守与养护费用和新建立交桥的投资相差不大或嘹望条件不好等等。加之尽量减小用地等原因，高速铁路中桥梁总延米在线路总长中所占比例比普通铁路大，欧洲高速铁路以德国为例，桥梁总延长约占线路总长8,左右，亚洲国家人口稠密，高架线路增多、桥梁比例明显上升，如日本的高速铁路桥梁平均达到48%，其中，高架桥要占线路总长的37,。韩国在建的高速铁路，桥梁约占三分之一(见表1.2)。相比之下，我国普通铁路桥梁的比例仅占线路总长2,左右。 表1.2 德国、日本、韩国高速铁路桥梁所占比例 国名 线路总长(km) 桥梁总长(km) 桥梁所占比例(,) 德国 603 46 8 日本 1953 930 48 韩国 411 135 33 桥梁数量增加，尤其是大量采用很长的高架线路，使桥梁成为高速铁路的主要组成部分。因此，桥梁的使用性能能否满足高速行车要求已成为修建高速铁路的成败关键。 2. 混凝土桥梁多 高速铁路的桥梁需要有很高的抗扭刚度、足够的稳定性和耐久性，加之高速铁路要求维修量小，且近几年各国公众对噪音特别反感，因此世界各国对高速铁路桥梁的结构类型进行了充分而细致的研究，不仅中小跨度的桥梁普遍采用道碴桥面的钢筋混凝土和预应力混凝土桥梁，而且还发展多种形式的大跨度预应力混凝土结构。德国的DS804规范规定高速铁路桥梁一般应采用上承式梁，在任何情况下都必须设置石碴道床，采用下承式槽形梁、斜拉桥或悬索桥需特别批准;日本的东海道干线曾经使用过明桥面钢梁，运营10年后，在纵梁、横梁端部腹板的断面变化处出现裂缝，因而在后来修建的山阳新干线中，该线大部分桥梁设计为混凝土结构，从冈山至博多段共119,432延米，桥梁中钢梁和结合梁仅占7.5%;东北新干线钢筋混凝土和预应力混凝土梁的比重，比上述的值还大。表1.3给出了日本各新干线上各类桥梁所占的比例。 表1.3 日本各条新干线上各类型桥梁所占比例 铁 路 段 混 凝 土 桥 组合梁桥、钢桥 线 别 别 总长(km) 所占比例 总长(km) 所占比例 东海道 东京,新大阪 142 82% 31 18% 山 阳 新大阪,冈山 87 93% 7 7% 山 阳 冈山,博多 110 94% 6 6% 东 北 大宫,盛冈 326 98% 7 2% 东 北 上野,大宫 22 88% 3 12% 上 越 大宫,新泻 161 99% 1 1% 各国已建成的高速铁路的钢筋混凝土桥中，预应力混凝土桥梁在高速铁路桥梁中占有绝 4 对优势，因为预应力混凝土与其它建桥材料相比，具有一系列适合高速铁路桥梁的优点，如刚度大、噪音低，温度引起的变形对线路位置影响小，养护工作量少，造价也较低等，所以一般要求桥梁上部结构应优先采用预应力混凝土结构。当需要减轻梁重或快速施工时，结合梁也常被采用。 桥梁的上部结构直接承受列车荷载，由于高速列车运行时动力响应加剧，为保证列车运行安全和旅客乘坐舒适，加强上部结构的竖向刚度、横向刚度和抗扭刚度，使其满足刚度限值的要求，同时加强结构的整体性，以提高结构的动力特性，都是十分必要的。 3. 重视改善结构耐久性，桥梁要便于检查、维修 国内外大量桥梁的使用经验说明，结构的耐久性对桥梁的安全使用和经济性起着决定的作用。经济合理性应当使建造费用与使用期内的检查维修费用之和达到最少，片面地追求较低的建造费用而忽视耐久性，往往会造成很大的经济损失。因此，高速铁路的桥梁结构，设计中应十分重视结构物的耐久性设计，统一考虑合理的结构布局和结构细节，强调要使结构易于检查维修以保证桥梁的安全使用。 高速铁路是极其重要的交通运输设施，任何中断行车都会造成很大的社会影响和经济影响，为此桥梁结构物应尽量做到少维修或免维修，这就需要在设计时将改善结构物耐久性作为主要设计原则、统一考虑合理的结构布局和构造细节并在施工中严格控制，保证质量。一些国家规定高速铁路桥梁在结构耐久性方面要求的设计基准期，一般以50年不需维修为目标;在正常检查、养护前提下，期待能达到100年的耐用期。我国新建铁路的设计使用年限现已经提高到100年。 另一方面，由于高速铁路运营繁忙、列车速度高，造成桥梁维修、养护难度大、费用高。因此，桥梁结构构造应易于检查和维修。 以上原则，在各国的高速铁路桥梁设计建造时，均得到充分的重视，如:明确规定耐久性设计的有关内容、考虑易损部件更换的措施、预留15,的预应力束补张拉位置、预留各种检查维修通道等，在桥梁设计时力求构造简单，规格外形标准化，尽量消除构造上的薄弱环节。 4. 限制纵向力作用下结构产生的位移，避免桥上无缝线路出现过大的附加应力 高速铁路要求一次铺设跨区间无缝线路而桥上无缝线路钢轨的受力状态不同于路基，结构的温度变化、列车制动、桥梁挠曲能使桥梁在纵向产生一定的位移，引起桥上钢轨产生附加应力。过大的附加应力会造成桥上无缝线路失稳，影响行车安全。因此，墩台基础要有足够的纵向刚度，以尽量减小钢轨附加应力和梁轨间的相对位移。各国在修建高速铁路时，除了对墩顶纵向刚度有严格的要求外，对如何避免结构物出现较大的纵向位移也进行了深入研究，提出了多种控制方法和构造措施，以供高墩桥梁选择。 对于高速轨道而言，必须尽可能消灭钢轨有缝接头，采用跨区间超长无缝线路。欧洲和日本已运营的4400 km 高速铁路无不采用无缝线路，表明世界各国铁路工作者对高速铁路轨道结构的共识。发展跨区间超长无缝线路的一项关键技术是如何在特大桥上铺设无缝线路,即解决桥上无缝线路纵向附加力的分布及传递问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 。 桥上无缝线路纵向附加力指的是在温度变化及列车荷载的作用下，钢轨所承受的伸缩附加力、挠曲附加力、断轨力以及制动力等,这些附加力的计算是检算钢轨强度及墩台强度与稳定性的前提。 由于高速铁路桥梁的结构型式多种多样,国内对钢轨所承受的附加力计算方法进行了许多研究。在特大桥上铺设无缝线路,按规范要求均需要单独设计。 铺设焊接长钢轨的桥梁的下部结构，其纵向水平刚度取决于两方面的因素，一是桥上轨道强度和稳定性;二是在制动力作用下梁轨相对位移的大小。桥上钢轨除承受长钢轨锁定时的温度应力和列车通过时的动弯应力外，还要承受由于列车制动和梁体伸缩变形所引起的附加应力，为保证桥上轨道的强度和稳定性，经研究，当采用UIC60钢轨时，这个附加应力 5 的最大拉应力不得超过81Mpa，最大压应力不得超过61Mpa。而这个附加应力值的大小是与桥梁的跨度及其下部结构的刚度密切相关的。另外在制动力作用下梁轨之间必然产生相对位移，经研究和参考国外规范。为保持桥上轨道的横向阻力，保证轨道的稳定，梁轨之间的相对位移应控制在4mm以下，这又是与桥梁的跨度及其下部结构的刚度密切相关的。因此为了保证桥上轨道结构的强度和稳定性，以及满足梁轨相对位移限值的要求，必须对不同跨度的桥梁下部的刚度加以限制。 对于由多跨简支结构组成的桥梁，在桥台纵向水平刚度大于桥墩纵向水平刚度的情况下，桥上满布列车荷载时，桥头钢轨产生的最大拉(压)制动附加应力。对于钢轨挠曲附加应力，大量试验表明，在第三跨以后一般均很小，因此仅取两跨有载计算。钢轨最大制动、伸缩和挠曲附加应力均在桥台与梁的接缝附近，其中钢轨最大挠曲附加应力在此处总是以受拉的形式出现，而钢轨最大制动和伸缩附加应力则以受拉或受压的形式出现。钢轨最大制动和伸缩附加应力组合时，会出现钢轨最大附加压应力;钢轨最大制动附加拉应力与钢轨最大挠曲附加拉应力组合时会出现钢轨最大附加拉应力。 对常用跨度不同纵向水平刚度的桥梁，分析其钢轨附加应力和梁轨快速移动相对位移量，得出如下结论:下部结构达到一定的纵向水平刚度不设纵向传力装置就能保证钢轨的强度和稳定性，且下部结构纵向水平刚度由钢轨允许附加应力控制。 5. 结构要有足够大的刚度，为列车高速行驶提供坚实、平顺的行车道 长期以来，由于对结构振动特性认识不足，对结构振动频率与列车速度之间的关系认识不足，导致部分桥梁结构在列车过桥时产生横向晃动，给司机、旅客带来不安全感，甚至导致限速行驶，影响桥梁正常使用。如佳木斯松花江桥，列车以58. 1 km,h通过时，实测上、下弦最大横向振幅分别为9.85 mm和7.6 mm; 蚌埠淮河大桥引桥39.6 m无碴有枕预应力混凝土梁，中心距1.8 m，宽跨比1,22，司机反映有明显晃动;沈山线大凌河桥列车提速后，横向振幅较多，长期限速运营;京山线滦河大桥也与此桥类似，并连续在桥上掉道，只好限速运营。 桥梁出现较大挠度会直接影响桥上轨道的平顺性，造成结构物承受很大的冲击力，旅客舒适度受到严重影响，轨道状态不能保持稳定，甚至影响列车的运行安全。随着列车速度的提高，乘坐舒适度要求桥梁有较大的刚度，动力效应也要求高速铁路桥梁较之普通铁路线上的桥梁有更大的刚度(即较高的固有频率)。UIC规范对铁路桥梁有一个最低固有频率限值。从设计荷载的角度，在列车中低速行驶时，结构的动力效应不明显，一般求得挠度冲击系数，然后在桥梁设计时为静态的荷载乘以一个荷载放大系数。随着高速列车的出现及桥梁向长大跨度方向的发展，仅仅求出冲击系数已不能满足桥梁设计要求，为了确保高速行车的安全与舒适，车桥动力作用的研究增加了对桥梁挠度及梁段折角限值的研究，列车过桥时的横向振动响应也逐渐成为一个重要的研究内容。 普通客车乘坐舒适度一般可以用顺桥向及横桥墩台顶面的弹性水平位移来保证。对于高速铁路，满足高速行车时列车安全性和旅客乘车舒适度要求的桥墩台刚度的要求应更高，同时还要考虑车桥耦合动力响应分析的影响，桥梁下部结构的横向刚度对车桥耦合振动体系的影响是较为明显的，且横向刚度的影响明显地大于纵向刚度的影响，尤其是对横向动位移的影响更大。纵向和横向应区别对待。 静力计算的墩台顶水平位移值，是桥墩台刚度的直接体现，是对车桥耦合振动体系影响较大的一个因素，影响列车安全性和旅客乘车舒适度的指标，故应参考有关规定进行检算，予以控制。最终，设计的桥墩台，应与梁部结构一起进行车桥耦合振动分析，满足列车安全性和旅客乘座舒适度指标的要求，对于适用于高速铁路的墩台顶的弹性水平位移的容许值，应在专题研究的基础上再行确定。 此外，为保证轨道的平顺性还必须限制桥梁的预应力徐变上拱和不均匀温差引起的结构变形。这些都对高速铁路桥梁结构的刚度和整体性提出很高的要求，对桥梁挠度、梁端转角、 6 扭转变形、横向变形、结构自振频率和车辆竖向加速度方面作出严格的限定。为此，各国高速铁路桥梁基本上都遵循以下原则: (1)采用双线整孔桥梁，主梁整孔制造或分片制造整体联结。双线桥梁一方面提供很大的横向刚度，同时在经常出现的单线荷载下，竖向刚度比单线桥增大了一倍。 (2)除了小跨度桥梁外，都采用双线单室箱形截面; (3)加大简支梁的梁高，如欧洲各国高速铁路预应力简支梁高跨比一般选择1/9,1/10，而普通铁路的预应力混凝土简支梁的高跨比约为1/10,1/11(除了跨度32m梁因运输净空限制梁高定为2.5m); (4)尽量选用刚度大的结构体系如连续梁、刚架、拱桥、斜拉桥等; 鉴于高速铁路全封闭桥梁数量多，设计技术标准高，又要求行车安全舒适，所以，对高速铁路桥梁结构形式的选择应给予足够的重视。适合高速行车的较好桥式是实体结构和超静定结构，且要求结构物有较高的抗扭和抗弯刚度，通常不应采用柔性结构，而刚构和框架结构可减少维修工作量，且局部损伤并不影响整体。日本是地震高发区，因此，日本山阳新干线高架桥大量地采用双线跨度为8米和10米的双孔和三孔连续钢筋混凝土刚构，其两端各留有3米的悬臂，上铺设道碴桥面，也有连续多孔两端无悬臂的，常用于轨道板梁桥，多孔连续混凝土梁对受力有较大的安全储备量。 (5)桥梁跨度不宜过大。法国高速铁路直至修建地中海线时才首次采用100m跨度的桥梁。目前各国最大跨度的桥梁均未超过162m(见表1.4)。 表1.4 各国高速铁路跨度最大的桥梁 国 名 桥 名 主 跨(m) 结 构 型 式 高 速 线 名 日 本 第二千曲川桥 135 预应力混凝土密束斜拉桥 北陆新干线 德 国 法伊茨赫希海姆美因河桥 162 上承式钢筋混凝土拱桥 汉诺威一维尔茨堡 法 国 旺塔布伦桥 100 预应力混凝土连续梁 地中海线 西班牙 阿姆波斯特桥 92 预应力混凝土连续梁 巴塞罗纳一瓦朗期 瑞 典 伊格尔斯塔桥 158 预应力混凝土刚构 高速铁路桥梁设计主要由刚度控制。尽管高速铁路活载小于普通铁路，但实际应用的高速铁路桥梁，在梁高、梁重上均超过普通铁路桥梁。 6. 高架车站桥较多 高速铁路多修建在客运或货运量较大的路段，或新建，或对既有线进行改造，无论哪种情况，既有车站线路和站房相交错或综合在一起的现象是避免不了的，往往形成结构形状、构造复杂的车站桥，特别是与既有铁路相结合的高架车站桥，既要保证高速铁路的行车静空，又要便于进、出站旅客的疏散。 7. 全面采用无碴轨道是客运专线发展趋势 无碴桥面梁的优点是:桥上不用上道碴，不用设挡碴墙，桥面的宽度可以减小，梁重相应减轻。桥上无碴轨道性能均匀、稳定，维修养护作业少，能节省大量维修养护费用。 目前，虽然大部分国家的高速铁路仍采用有碴轨道，但随着日本数十年来在高速铁路上广泛应用板式无碴轨道以及经数十种刚性道床的试铺、改进，德国近年也在新建高速铁路上全面推广，无碴轨道已被认为是高速铁路的发展趋势。实践证明，无碴轨道弹性均匀、状态稳定、大大减少线路维修工作量。桥梁采用无碴轨道还能显著减少二期恒载、提高结构自振频率、改善车桥动力响应。 但是无碴轨道的缺点也是明显的:行车舒适度和噪声控制不如有碴轨道，桥上线路高程 7 的调整不如有碴轨道方便，不利于铺设渡线，一次性投资过大外，对桥梁的变形控制、基础沉降、纵向力传递提出了新的要求，成为高速铁路桥梁需要研究的问题。在大跨度梁桥和长桥上无碴轨道的技术还有待进一步提高，梁的上拱度控制(比如梁体温度梯度影响，假设较多造成计算误差较大)、梁的横向挠曲控制还有许多的问题有待解决。 另外，高速铁路作为重要的现代交通运输线，应强调结构与环境协调，重视生态环境保护。这主要指桥梁造型要与周围环境相一致并注重结构外观和色彩;在居民点附近的桥梁应有降噪措施;避免桥面污水损害生态环境等。 客运专线推动了现代铁路技术的发展，采用设计、施工新理念。桥梁设计突出人性化，通过满足适用、舒适、耐久、环保、便于养护维修等方面的要求体现经济性。桥梁施工应精细化、工业化。 第三节 高速铁路桥梁的设计要求 1(桥梁应有足够的竖向、横向、纵向和抗扭刚度，使结构的各种变形很小。 高速铁路上的桥梁设计，除须满足一般铁路桥梁的要求外，还需满足一些特殊的要求，这是因为在高速列车运行条件下，结构的动力响应加剧，从而使列车运行的安全性、旅客乘坐的舒适度、荷载冲击、材料疲劳、列车运行噪声、结构耐久性等等问题都与普通铁路不同。所以，桥梁结构必须具有足够的强度和刚度，必须保证可靠的稳定性和保持桥上轨道的高平顺状态，使高速铁路的桥梁结构能够承受较大的动力作用，具备良好的动力特性。 2(避免结构出现共振和过大振动 在进行车桥耦合动力分析时，对于车桥系统的激振源，目前存在两种处理办法，一种是将轨道不平顺作为系统的激励源，另一种是将转向架构架的实测波形或人工蛇行波作为系统的激励源，也有采用轮对蛇行波。 车桥系统的空间耦合振动主要是竖向振动和横向振动。前者已有较多研果，并己在一些国家的设计标准或规范中有所反映，而后者则不然。一是由般中小跨度桥梁结构本身的构造己自然满足横向刚度的要求，因而横向振动在相当长一段时期被忽略了;二是横向振动的机理尚不完全清楚，所涉及出因素都很复杂，研究难度较大，这些都限制了车桥横向振动的研究和发展。 研究结果表明，桥梁的竖向固有频率(自振频率)是促使桥梁动力系数出现峰值的根本原因。桥梁动力系数出现峰值，就意味着共振的发生，意味着激烈的振动，这就会造成道床松散，钢轨损伤，影响轨道结构的正常工作，也会引起混凝土开裂，结构疲劳，承载力降低，甚至危及桥梁的安全。对于一定跨度的桥梁，可以采用不同的结构形式和不同的材料，并具有不同的固有频率，但都要满足强度和刚度的要求。所以，对于跨度一定的桥梁而言，其固有频率是有一定范围的，研究桥梁固有频率的变化对动力系数的影响是很有必要的。 3(结构符合耐久性要求并便于检查 预应力混凝土结构，具有刚度大、噪音低，由温度变化引起的结构位移对线路结构的影响小，运营期间养护工作量少造价也较为经济等优点。从耐久性的角度来看，预应力混凝土结构也优于普通钢筋混凝土结构和钢结构。 高性能混凝土是近年来一些发达国家基于混凝土结构耐久性设计提出的新概念混凝土。区别于传统混凝土，高性能混凝土把混凝土结构的耐久性作为首要的技术指标。高性能混凝土是在传统混凝土中加入了超塑化剂和其它外加剂以及矿物细掺料(例粉煤灰等)，采用低水胶比，它具有较高的力学性能(如抗压、抗折、抗拉强度)，高耐久性(如抗冻融循环、抗碳化和抗化学侵蚀)，高抗渗性。它根据需要，在硅酸盐水泥中掺入不同的矿物细掺料及高性能外加剂，可以降低水灰比，减小混凝土的收缩、徐变，降低混凝土温升，提高混凝土抗冲刷能力等。据国外研究成果报道，高性能混凝土可使结构使用寿命提高一倍以上甚至更长。将高性能混凝土用于高速铁路梁体和墩台结构，可以达到事半功倍的效果，具有极大的经济和社会效益。为了在我国高速铁路桥梁中推广应用这一新材料和新技术，应立即开展对高性能 8 混凝土材料、配合比设计、施工工艺、质量控制的研究，积极参加高性能混凝土验收及相关标准和施工规范的制定，提高整体竞争实力。 4(常用跨度桥梁力求标准化并简化规格、品种 从施工的角度，桥梁跨度和墩身截面形式应尽可能标准化，并简化规格品种。采用标准设计可以简化设计，有利于提高模板的重复使用，有利于合理组织施工，从而最终降低建造成本。 5(长桥应尽量避免设置钢轨伸缩调节器 根据高速行车和采用无缝线路的实际情况，在计算荷载项目上，《暂规》增列了长钢轨纵向水平力、长钢轨断轨力。 桥上无缝线路的钢轨，由于疲劳、纵向力过大或其他原因损伤而可能造成断轨，从而产生断轨力。断轨力按一跨简支梁或一联连续梁长范围内的线路纵向阻力之和计算，最大断轨力不超过最大温度拉力值。在正常运营养护条件下，发生断轨的机率比较小，而断轨力的值又比较大，所以，规定不论单线或双线桥梁，只计算一轨的断轨力，而且将其作为特殊荷载，称为长钢轨断轨力。在荷载组合上，只考虑它与主力相组合，不与其他附加力组合。 对常用跨度不同纵向水平刚度的桥梁，分析其钢轨附加应力和梁轨快速移动相对位移量，得出如下结论:下部结构达到一定的纵向水平刚度不设纵向传力装置就能保证钢轨的强度和稳定性，且下部结构纵向水平刚度由钢轨允许附加应力控制。 6(以人为本，与环境相协调(美观、降噪、减振) 噪声污染是一种物理污染，它虽然并不致命，但对人的健康危害却很大。经常生活在强噪声环境中，将引起健忘、乏力、耳鸣和耳聋，同时，噪声也对人的心理产生危害、干扰通话和语言交流，使人烦躁，造成疲劳和降低工作效率。铁路噪声原本存在，随着高速铁路的诞生，噪声污染问题就更显突出。 高速铁路的噪声主要由以下几方面的原因引起: (1)车轮与钢轨接触振动产生的轮轨噪声; (2)由受电弓滑板产生的滑动噪声、滑板瞬时滑脱接触导线的瞬态放电噪声以及受电弓的空气动力学噪声三部分组成的集电系统噪声; (3)列车在空气中高速移动，压力在非恒定的气流中发生变化而产生的空气动力噪声; (4)由于运动列车的动力作用，使建筑结构如桥梁、声屏障等振动产生的结构物噪声。 桥梁结构因其类型和型式的不同而具有不同的噪声特点，合理选择桥梁型式，并分别采取相应的减振降噪措施，可以降低桥梁的结构噪声和轮轨辐射噪声。这些措施大体上可分为二类:一类是从噪声源上进行治理，对桥梁来说就是尽量减小结构的振动，降低噪声发生源的振动和噪声声强，另一类从传播途径上加以控制，即设置声屏障、隔音板等。 桥上声屏障的设置，一般应根据环境影响评价的结果，预测保护目标的限值和距离，与环保专业共同商定设置声屏障的高度、型式和范围。 9 第二章 高速铁路桥梁技术标准 针对高速铁路桥涵设计的特点，我国的设计计算方法仍然采用容许应力法，所以，荷载的分类及荷载的组合原则，仍然沿用铁路桥涵设计规范的规定，只是根据高速行车和采用无缝线路的实际情况，在荷载项目上，增列了长钢轨纵向水平力、长钢轨断轨力和高速行车引起的气动力。 桥梁因温度变化而伸缩，因列车荷载作用而发生挠曲。桥梁的这种变形受到轨道结构的约束。又因桥上无缝线路的连续性，致使梁变形时，钢轨产生两种纵向水平力，分别称之为伸缩力和挠曲力，同时，两种力也反作用于梁，并传递到支座和墩台上。伸缩力和挠曲力都是主力，但二者在同一轨道上不会同时产生。 桥上无缝线路的钢轨，由于疲劳、纵向力过大或其他原因损伤而可能造成断轨，从而产生断轨力。断轨力按一跨简支梁或一联连续梁长范围内的线路纵向阻力之和计算，最大断轨力不超过最大温度拉力值。在正常运营养护条件下，发生断轨的机率比较小，而断轨力的值又比较大，所以，规定不论单线或双线桥梁，只计算一轨的断轨力，而且将其作为特殊荷载，称为长钢轨断轨力。在荷载组合上，只考虑它与主力相组合，不与其他附加力组合。 气动力是指高速列车运行时带动周围空气随之运动，形成的列车风在临近列车的建筑物上产生的波动压力，它与列车形状、速度、以及临近建筑物距线路的距离、建筑物的高度等因素有关。列车风压力呈正、负压力波形式。气动力属主力。 除增列了上述三项荷载外，其他荷载项目及有关荷载组合的规定，都与现行《铁路桥涵设计规范》相同。 第一节 高速铁路桥梁设计荷载 一、标准荷载 高速铁路的竖向荷载设计图式，是高速铁路桥梁设计的基础，是最重要的参数之一。活载标准的制定历来为各国所重视。活载标准应满足运输能力的需要，满足机车车辆发展的需要，并保证据此确定的承重结构具有足够的可靠度，能确保运输安全。对于高速铁路还要考虑较高的旅客乘坐舒适度的要求。 桥梁是铁路线上主要承重结构，京沪高速铁路桥梁长度占全线很大比例，活载图式制定的合理与否，直接影响到行车安全和工程造价，如果选定的活载图式标准偏低，则会危及行车安全或影响运输能力，标准过高则会造成浪费。所以说，活载设计图式的选定不单单是个技术问题，更是一个经济政策的问题，同时，也反映一个国家的技术发展水平和综合国力。 影响设计活载图式的因素很多，活载的图式和大小与线路上运行的机车车辆本身的参数如列车类型、轴距、轴重、编组以及车辆的发展有密切的关系，还与运输模式(是单一的客运还是客货混运)、速度指标、不同结构体系的加载方式等密切相关。所以说，实际运行的机车车辆本身的参数，并不等于活载图式。这牵涉到“设计活载”和“运营活载”的概念差别.简言之，在考虑了以上诸多因素后确定的设计活载图式在桥梁上产生的静、动效应，应大于各类实际运行的机车车辆所产生的静、动效应，同时考虑其发展以及其他难以预见的因 10 素，还应留有适当的强度储备。 1(国外高速铁路设计活载图式概况及其特点 国外高速铁路活载图式大体上分为两种体系。其一是欧洲普遍采用的UIC(国际铁路联合会)活载，其基本图式是一致的(见图2-1)，仅根据各国具体情况有所补充;另一种是日本采用的高速列车专用荷载N、P荷载(见图2-2)。 欧洲各国普遍采用的UIC活载，它包络了六种运营列车的活载图式(见图2-3)，能够概括当前和可预见的将来在欧洲铁路上出现的荷载，它包络的运营列车，包括最大时速为80km的特重列车、最大时速为120km的重型货车、最大时速为250km的长途客车和最大时速为300km的高速轻型客车。 日本高速铁路标准设计活载，非常接近日本实际的高速运营列车活载。标准P活载和UIC活载图式中包含的时速300km的高速轻型高速列车活载的轴重、轴距相差不大。说明图2-4给出了日本P活载与UIC活载所概括的高速轻型运营列车活载对各种跨度简支梁的跨中等效弯矩图。 图2,1 UIC活载图式 (a) N标准活载重 注:图内轴距长度单位为m。 轴距(m) L L L L V123轴重Q(tf) 16 20 2.8 2.2 12.8 17 20 3.5 2.2 12.1 (b) P标准活载重 图2,2 NP活载 11 图2,3 UIC活载包络的六种运营列车活载 图2,4 日本高速铁路P活载与UIC包络的300km/h运营列车活载跨中等效弯矩比较 12 2(我国高速铁路设计活载图式概况及其特点 我国《新建时速200公里客货共线铁路设计暂行规定》中规定:列车竖向静活载采用中华人民共和国铁路标准活载，即“中—活载”。有关设计荷载的采用除本暂规提到的规定外、其余按《铁路桥涵设计基本规范》(TB10002.1-2005)办理。 但是，在制定客运专线高速铁路活载图式时，首先是考虑基础设施按350km/h的要求，同时也要考虑我国跨线列车轴重较大的可能。我国过去没有高速铁路，只能参考借鉴国外高速铁路的经验，特别是同我国高速铁路目标值和运营模式相近的外国高速铁路，对我们就更具有参考价值。 分析当前国外高速铁路活载图式的两种体系，日本基本上是单一的轻型高速列车体系。而UIC活载却概括了现在欧洲的轻型和重型运营列车荷载，并留有列车发展的余地，这与我国京沪高速铁路的目标值和本线与跨线列车混运的模式是很接近的。再者，根据专家意见，应考虑必要时高速铁路线可运行货物列车，另外应考虑高速铁路活载图式向国际标准靠拢。通过综合分析，认为采用UIC活载的模式来制定我国高速铁路活载图式是比较合适的。 UIC活载概括了现在欧洲的轻型和重型运营列车荷载，并留有列车发展的余地，这与我国京沪高速铁路的目标值和本线与跨线列车混运的模式是很接近的。我国客运专线和高速铁路桥梁采用ZK活载图式(0.8UIC)以及与欧洲一致的冲击系数。 图2,5 ZK标准活载图式 图2,6 特种活载图式 二、冲击系数的取值 13 当列车以一定速度通过桥梁时，桥梁产生振动，使桥梁结构的动挠度、动应力比相同的静荷载作用时的挠度和应力大，这种由于桥梁振动引起的挠度和应力增大的影响，通常就以冲击系数μ或动力系数φ(=1+μ)来衡量。动力系数是结构或构件最大的动力响应与最大静力响应之比，其数值大小是列车,轨道,桥梁三者的动力特性和动力相互作用状态的综合反映。各国根据其桥梁试验资料和采用的理论分析方法，得出了各自的冲击系数值。 (一)、日本国营铁路桥梁关于冲击系数的规定 1. 钢铁道桥、结合梁铁道桥 (1)冲击特性值是以列车荷载的特性值乘以下列冲击系数所得的值为标准。 KV,10a i,，02.500,LL65， 此处i,0.7。 但对电力、内燃动车荷载及新干线，须满足下列条件 315100., aL K——系数(既有铁路K,2，新干线K,1); aaa V——在该区段行驶的列车最高速度(km,h); L——原则上规定使杆件产生最大活荷载截面内力的同符号影响线基线长(m)，但下承桁架的吊杆、上承桁架的中间支柱、再分节间的斜杆之类以外的桁架腹杆，规定为跨度的75,(也适用于(2)项)。 (2)对支承复线的杆件的冲击系数，按(1)项规定的冲击系数再乘以下列系数a L ， a,,1Lm,80200 ， Lm,80a,06. 2. 混凝土桥(铁路) (1)冲击特性值原则上是将列车荷载特性值乘以各极限状态下的设计冲击系数而得出的。 支承单线构件的极限状态下采用的设计冲击系数按下式计算 10 iKa,,，,06.a65，L 此处i——设计冲击系数; K——按列车荷载类别而定的系数(表2.1); a a——速度参数; Va, 72.nL, V——列车或车辆的最高速度(km/h); n——杆件的基本固有频率〔Hz); L——杆件的跨径(m)。 但在连续梁、连续刚构等，各跨不等且在最小跨度为最大跨度的70,以上情况下，跨径L按各跨的平均值计。 对不满最大跨径的70,的跨径，则L按该跨径计算。 14 表2.1 系数Ka 列车荷载类别 最高速度或最高速度参数 其它条件 Ka L?10m 1.0 机车荷载 V?130km/h L<10m,且α?0.1 L<10m,且α>0.1 1.5 电力、内燃动车荷载 V?160km/h , 1.0 新干线荷载 α?0.33 , 1.0 α,0.33 , 需另行研究 (2)支承单线的杆件在极限状态下使用的设计冲击系数按列车荷载类别可采用表2.2, 2.4所列的值。但限于满足指定的适用条件。 (3)用于支承单线的杆件的使用极限状态及疲劳极限状态下的设计冲击系数可按上述 (1)、(2)项规定的极限状态下的设计冲击系数的3,4确定。 表2.2 机车荷载下的设计冲击系数 最高速度 跨度L(m) 适用条件 (km/h) 5 10 20 30 40 50 70 100 -0.8110 0.34 0.31 0.27 0.25 0.23 0.21 0.19 0.17 n?55L -0.8 0.44 0.40 L<10m且n<55L -0.8130 0.38 0.34 0.30 0.27 0.25 0.24 0.21 0.19 n?55L -0.8 0.50 0.44 L<10m且n<55L 表2.3 电力、内燃动力荷载下的设计冲击系数 最高速度 跨度L(m) 适用条件 (km/h) 5 10 20 30 40 50 70 100 110 0.34 0.31 0.27 0.25 0.23 0.21 0.19 0.17 -0.8130 0.38 0.34 0.30 0.27 0.25 0.24 0.21 0.19 n?55L 160 0.44 0.39 0.34 0.31 0.29 0.27 0.25 0.22 表2.4 新干线荷载下的设计冲击系数 最高速度 跨度L(m) 适用条件 (km/h) 5 10 20 30 40 50 70 100 -0.8110 0.34 0.31 0.27 0.25 0.23 0.21 0.19 0.17 n?55L -0.8210 0.53 0.47 0.41 0.37 0.35 0.33 0.30 0.27 n?55L -0.8260 0.53 0.47 0.41 0.37 0.35 0.33 0.30 0.27 n?70L -0.8300 0.53 0.47 0.41 0.37 0.35 0.33 0.30 0.27 n?80L (4)用于支承复线的杆件的设计冲击系数，可按上述(1),(3)项规定的各极限状 15 态的设计冲击系数乘以按下式推算的降低系数β值确定。 1 L<80m时 β ,1,L,200 1 L,80m时 β,0.6 1 (5)结构物上有覆盖土时及有截面大的下部结构物时可以按(1),(4)中规定的各极限状态的设计冲击系数降低。 (二)、国际铁路联盟规范对冲击系数的规定 根据UIC规范规定，与UIC活载相应的动力系数如下: 0.96，0.88φ= 公式(2,1) 1L,,0.2 1.44，0.82φ= 公式(2,2) 2L,,0.2 2.16，0.73φ= 公式(2,3) 3L,,0.2 对于维修得很好的路线φ值用于弯短，φ用于剪力。 21 规范规定，对新桥设计(根据UIC71荷载图)采用下列公式计算冲击系数:对于按照精确标准维修的线路，计算弯矩时，可采用,值;计算剪力时，可采用,值。对于其他线21路，计算弯矩时可采用,,值。冲击系数值见表2.5。 3 冲击系数不因桥梁建筑材料不同而异，即同样值适应于钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构、钢结构以及组合梁。L是桥梁杆件的特征长度，每一桥梁杆件和每一种类型的桥梁，, 都有各自的数值，见表2.6。 表2.5 国际联盟规范冲击系数计算方法 L(米) Ф0.961.442.16,,，0.88,,，0.82,,，0.73213，，，，LL,0.2,0.2，，L,0.2,,, ?3.61 1.44 1.67 2.00 4 1.41 1.62 1.93 5 1.35 1.53 1.79 7 1.27 1.41 1.61 10 1.20 1.31 1.46 15 1.14 1.21 1.32 20 1.10 1.16 1.24 30 1.06 1.09 1.14 40 1.04 1.06 1.08 50 1.02 1.03 1.04 60 1.01 1.01 1.02 ?67.24 1.00 1.00 1.00 16 ，拱桥拱顶填土厚度大于0.5米时，冲击系数可以减去下列数值:0.1(H-0.5)。式中HcC 为拱顶至轨底的填土厚度(米)。但任何情况下，冲击系数不得小于1.0。 表2.6 有效长度L , 顺序 桥梁构件、桥式 L值 , 桥 面 系 构 件 1 轨托纵梁 横梁间距+3米 ，2 载有简支轨托纵梁的横梁 横梁间距 2+3米 3 载有连续桥面构件的横梁 主梁跨距与横梁跨径的2倍，取两者的较小值 4 端横梁或托梁桥面板 4.0米 5 桥面板 对每一主要载运方向，其所用数值相当于本表1,4条的数 值 6 悬臂横梁 如横梁(本表2,4) 7 悬臂轨托纵梁 0.5米 8 仅载有横梁的吊杆或立柱 如横梁(本表2,4) 主 梁 (单 线 结 构) 9 大梁 简支梁 主跨跨距 10 连续n跨时 2 3 4 ?5 跨 n = ，L=1/n(L+L+„+L) L(至少为m12nm1.2 1.3 1.4 1.5 L ,L) MAX11 悬臂梁 悬臂梁 梁的跨度 12 单独的梁 悬臂跨度 13 拱桥 半跨 14 在主梁上或弦杆与节点直接放轨主梁的L ,处 15 桥梁构件所使用的L值也适用于这些构件(钢柱、支架、支座、锚固物、垫石等)的支, 承，支座下压力、垫石下接缝处的压力。 16 如构件总应力是由几个相加，而每项目又相当于一个承重作用时，例如桥面板或轨托纵 梁，如在计算主梁时把其断面考虑进去，则计算总应力中的每一项都应使用的有效跨距 L计入承载作用的冲击系数，但4、14两项除外。 , (三)、我国高速铁路暂行规范对冲击系数的规定 我国《新建时速200公里客货共线铁路设计暂行规定》中规定:列车竖向活载包括列车 竖向动力作用时，该列车竖向活载等于列车竖向静活载乘以动力系数(1+μ)，其动力系数 17 按《铁路桥涵设计基本规范》(TB10002.1—2005)4.3.5计算。由此规定可以看出，我国目前客货混运铁路并没有按严格意义上的“高速铁路”标准设计。 “八五”科技攻关项目《高速铁路桥梁动力性能研究》就进行了专门的动力系数取值的研究。该研究在分析国外研究成果的基础上，通过建立车,桥竖向相互作用的动力学模型，编制模拟计算程序，计算各种高速列车(动力分散式及动力集中式)作用下的桥梁的动力系数，分析影响的主要因素和变化规律，并对计算成果进行统计分析，给出了我国高速列车活载动力系数的建议值。但是，这项工作是针对高速列车v=350km/h来做的。我们现在采用的桥梁设计活载图式，并非单一的轻型高速模式，而是概括了轻型、重型并存，高中速混运的UIC活载的模式，这是一种概化的活载图式，制定动力系数也必须与之相适应。因此经研究决定既然采用了UIC活载的模式，动力系数也就采用UIC规范的规定。 我国现在采用的高速铁路桥梁设计活载图式是0.8UIC图式(即上面的ZK活载图式)，而不是UIC活载图式。根据UIC规范的规定，通过把UIC活载图式乘以分级系数，可使线路得到较重或较轻的假定活载，但应当对它们采用相同的φ值。活载效应的全部数值(φM，φQ等)都要逐级增加或减少10%。因此，对于1.1、1.2、1.3或0.9、0.8、0.7级的线路分别用1.1、1.21、1.33加以扩大或者用0.91、0.83和0.75来减少。其中φ、M和Q为UIC活载作用时对应的动力系数、弯矩和剪力。按照这个精神，我们采用0.8UIC活载时，对应于0.8UIC活载的静效应M,、Q,的动力系数φ,、φ,，应该是 12 1φ,=0.83×φ×=1.0375φ 1110.8 0.996，0.913 = 公式(2,4) L,,0.2 1φ,=0.83×φ×=1.0375φ 2220.8 1.494，0.815 = 公式(2,5) L,,0.2 上面所列φ,和φ,的计算式就是暂规条文中规定的数值。 12 关于连续梁和涵洞的动力系数，以及其他有关规定，也就是从UIC规范沿引而来的: φ =φ-0.1(H-1.0) 公式(2,6) uC 式中 φ——按式(2—4)或(2—5)计算的动力系数。 H——为涵洞及结构顶至轨底的填料厚度(m)。φ计算值小于1.0时取1.0。 Cu 三、长钢轨纵向水平力 在铺设无缝线路的桥梁中，这种因梁部结构与轨道的相互作用而产生的“长钢轨纵向水平力”，是不可忽视的，其力的大小和分配，在很大程度上取决于桥梁下部结构的水平刚度、上部结构的跨度、竖向刚度及桥全长。 桥上无缝线路的长钢轨因受纵向力过大、疲劳或其他原因可能造成断轨。因断轨收缩受到梁体的约束而产生纵向水平力反作用于梁部并传递到支座和墩台，这就是断轨力，其力的大小是桥上的线路纵向阻力控制的。 18 所以说，作用于墩台顶的长钢轨纵向水平力(伸缩力或挠曲力)和长钢轨的断轨力，都应该按梁轨共同作用进行计算。 长钢轨纵向力和长钢轨断轨力引起的墩台顶纵向水平力，应按梁轨共同作用进行计算，并作用于墩台上的支座中心处。符合《新建铁路桥上无缝线路设计暂行规定》的计算条件时，应按该规定办理。 固定区的刚架结构不应计长钢轨纵向力。 断轨力为特殊荷载，单线桥和多线桥均只应计一根钢轨的断轨力。 四、气动力 气动力的作用主要用于声屏障的结构设计，对声屏障而言，最不利的气动力为吸力。一般地说，气动力可通过实测取得。我国目前尚无条件。本条所列计算方法和计算公式是根据铁科院《高速铁路建筑接近限界的研究》科研报告列出的。这一规定与德国《铁路桥梁及其他工程结构物规范》(VEI)DS804中关于驶过列车对建筑物或构件产生的动压力计算的有关规定基本相同。 我国气动力计算应符合下列规定: 由驶过列车引起的气动压力和气动吸力，应由一个5m长的移动面荷载+q及一个5m长的移动面荷载-q组成。 气动力应分为水平气动力q和垂直气动力q。水平气动力作用在轨顶之上的最大高度h v 为5m。水平气动力q可由图6.2.26的曲线查取。垂直气动力q可按下式计算: h v 7D，30qq=2 (kN/?) 公式(2,7) ,vh100 q式中 ——水平气动力(kN/?) h D ——作用线至线路中心距离(m) 对顶盖下的建筑物或构件，q与q应乘以1.5的阻挡系数。面荷载q和q必须与有车的 h v h v风荷载叠加。 第二节 高速铁路桥梁的设计参数 桥梁在列车荷载作用下会产生竖向挠度，若竖向挠度过大，梁端转角随之增大，此时各跨连接处的线路不能成为平顺曲线，机车车辆通过这些部位时，由于车辆弹簧的震动，产生向上的惯性力，使轮重减轻，降低了列车安全度，同时列车震动，对旅客乘座舒适度有影响，车速越高，引起的震动越大，挠度限制越严。为限制结构变形，避免行车和地震时发生共振现象及保证行车安全和旅客舒适性，高速铁路桥梁必须具有较高的抗弯和抗扭刚度和较小的位移，列车过桥时，不仅产生竖向振动而且产生横向振动，因此各国在限制挠度的同时，对桥梁横向水平变形、转角限值都作了规定。 一、日本高速铁路桥梁允许变形 1. 竖向挠度 日本在1983年规定的标准中，新干线的最大车速按260km/h计，舒适性以杰奈威的舒适度系数作为评定的标准，其值取1,1.5;安全性则以车辆弹簧震动产生的向上惯性力引起 19 的轴重减少来衡量，其值取0.25,0.30。计算时假定静活载产生的桥梁竖向挠度为半正弦波形，用半个车辆(一个转向架)作为计算模型，以不同速度通过连续布置的简支梁桥，研究车辆与桥梁震动体系的非定常震动(过渡震动)及定常震动，求竖向的车体震动加速度和轮重减少率，进而确定梁的挠度限制值。由P标准荷载(轴重17吨)所产生的梁的竖向挠度限值见表2.7。 表2.7 日本竖向挠度限值(多跨) 跨度L(米) 0,L?40 40,L?50 50,L,80 80?L 挠度限值(f/L) 1/1800 1/2000 1/2500 1/2000 单跨:f/L限值=1/1600 为了减少列车荷载产生的挠度，在轨道上设置反拱度时，则由列车产生的折角即可减少，故表2.7中的限度可以放宽，但放宽量不大于25,;同时当采用石碴道床时，则不予放宽。由P标准荷载(轴重17吨)所产生的梁的水平方向容许挠度值，为竖向容许挠度值的1/2。 日本国铁的《建筑物设计规程》中规定:铁路钢桥因列车荷载而产生的竖向挠度的容许值，对不包括冲击力的KS荷载，钢板梁不超过跨度的1/800，桁梁不超过1/1000，对P荷载不超过1/1800。这些数值，是按两个因素制定的，即车辆通过梁端有折角的线路时，车轮的上下振动不超过0.2g，轮重的减轻，不超过轮静重的25,。 根据日本铁道技术研究所的初步研究成果，行车速度越高，挠度要求越严，转角容许值也越小。在短跨度时挠度限值取决于乘座的舒适度;而长跨度的挠度限值，主要取决于轮重的减轻率。为简化起见，该研究所将行车低于一定速度以下的挠度限值，均规定一定数值，不再考虑跨度变化的影响(表2.8)，并建议应用于新干线桥梁。 表2.8 仅承受新干线车辆的梁挠度允许值 列车速度(km/h) 允许挠度(m) 210,V?260 L/1800 160,V?210 L/1400 V?160 L/1100 2. 刚度 日本国营铁路，结构物的刚度是根据计算的水平位移确定的;而这移动是在假定结构基础稳定的条件下计算的。如能满足表2.9要求，则可认为刚度是足够的。 3. 位移量 对结构物的位移量加以限制时，例如对跨越河流的桥梁梁下净空高度，必须研究其绝对值，但在以列车行走作为对象时，主要是桥墩相互间，刚性高架桥的桥台相互间对不同位移量加以研究。日本国铁新干线网对支承列车的土木结构的容许不同位移值规定如表2.10(一般情况)。 表内之值是静载的不同位移量以及由于列车荷载产生的位移量之和。前者是指由于基础建成初期，由恒载产生的基础或结构物的弹塑性位移、地基的压实下沉、地基位移等产生的。L为梁长或框架结构高架桥的块件长。 20 表2.9 关于研究构造物刚性时的容许水平位移量 作用力方向 荷载模式 位移量(cm) 制动力 1/2 顺线路方向 长钢轨纵向力 1/2 地震力(对恒载) 1 离心力 1/4 垂直线路方向 车辆横向摇摆力 1/4 地震力(对恒载) 1 表2.10 支承列车的构造物的容许不同位移给定值 位 列车 错 转角θ(1/1000) 位 列车 错 转角θ(1/1000) 移 速 开 移 速 开 平行位移 折转 平行位移 折转(m) 方 度 量 方 度 量 向 向 km/h mm km/h mm L<30m 30m?L L<30m 30m?L L<30m 30m?L L<30m 30m?L 70 9 9 9 9 70 6 6 6 6 竖 110 7.5 9 9 9 水 110 2 4 5.5 5 6 160 2 5 6 6.5 7 160 3 3 3.5 4 向 210 4.5 4 5.5 4.5 平 210 2.5 2 3 2.5 260 3.5 3 4 3 260 1.5 2 1.5 2.5 2 二、国际铁路联盟(UIC)对桥梁变形的规定 1. 竖向挠度 国际铁路联盟规定: 桥梁的竖向挠度:最大f?L/800; v 桥梁的横向挠度:最大f?L/4000; H 式中L为桥梁跨度(米)。 2.其它变形 为了行车安全和乘坐舒适，对高速与超高速列车线路上的桥梁，其横向、纵向、水平、轨道扭曲等，要求位移量很小，因此桥面在垂直与水平两平面内，须刚度很强。除前述规定桥面竖向挠度不得大于L/800，和横向挠度不得大于L/4000外，还规定梁端转角限制在1/200以下;桥的斜扭曲度，最大扭动为1/1000。同时为防止桥梁出现共振现象，建议设置刚性桥面，优先采用混凝土、预应力混凝土或组合梁，以及多孔桥梁的相邻桥跨要有不同的固有振动频率。 三、我国对桥梁变形的规定 我国对不同的高速铁路桥梁变形的要求不同，这里给出的是客运专线桥梁的变形限制。 1(梁体竖向挠度的限值应符合下列规定 (1)梁部结构在ZK活载静力作用下，梁体的竖向挠度不应大于表2.11所列数值。 (2)梁部结构，在ZK活载静力作用下，跨度L,80m的梁端竖向折角不应大于2?。 (3)拱桥和刚架桥的竖向挠度，除考虑ZK活载的静力作用外，尚应计入温度变形的 21 影响。此时梁体竖向挠度，按下列情况之不利者取值，并满足本条所列限值的要求。 表2.11 梁体的竖向挠度限值 跨度 L?24m 24m80m 项目 单 跨 L/1300 L/1000 L/1000 多 跨 L/1800 L/1500 L/1000 1) ZK活载静力作用下产生的挠度值与0.5倍温度引起的挠度值之和; 2) 0.63倍ZK活载静力作用下产生的挠度值与全部温度引起的挠度值之和。 2(水平挠度 在列车横向摇摆力、离心力、风力和温度的作用下，梁体的水平挠度应小于或等于梁体计算跨度的1/4000。 在ZK活载、横向摇摆力、离心力、风力和温度的作用下，桥跨结构横向水平变形引起的梁端水平折角应不大于1.0?。 3(活载作用下梁体扭转引起的轨面不平顺限值 以一段3m长的线路为基准，ZK活载作用下，一线两根钢轨的竖向相对变形量不大于1.5mm;实际运营列车作用下，一线两根钢轨的竖向相对变形量不大于1.2mm。 4(L?80m简支梁竖向自振频率不应低于下列限值 L?40m 时 n=120/L o -0.59240,L?80 m时 n=23.58L o 式中 n简支梁竖向自振频率限值(H); ————o Z L 简支梁跨度(m)。 ———— 常用简支梁竖向自振频率限值见表2.12 表2.12 常用简支梁竖向自振频率限值 16 20 24 32 40 48 56 跨度(m) 自振频率限值7.5 6 5 3.75 3 2.38 2.18 (Hz) 5(简支梁下部结构刚度 铺设焊接长钢轨的混凝土简支梁，桥梁下部结构的纵向水平刚度应满足表2.13所列数值的要求。 表2.13 下部结构纵向水平刚度(双线) 下部结构 跨度(m) 最小水平刚度(KN/cm) 附 注 120 L?12 不设钢轨伸缩调节器 16 200 桥墩 不设钢轨伸缩调节器 20 240 不设钢轨伸缩调节器 24 300 不设钢轨伸缩调节器 32 400 不设钢轨伸缩调节器 桥墩 40 700 不设钢轨伸缩调节器 48 1000 不设钢轨伸缩调节器 3000 桥台 不设钢轨伸缩调节器 注: 单线桥梁墩台顶的最小水平线刚度的限值按表内值的二分之一取值。 22 6(墩台基础的沉降量 墩台基础的沉降量应按恒载计算，其工后沉降量不应超过下列容许值: 墩台均匀沉降量: 对于有碴桥面桥梁: 30 mm 对于无碴桥面桥梁: 20 mm 外静定结构相邻墩台沉降量之差: 对于有碴桥面桥梁:Δ=15 mm 对于无碴桥面桥梁:Δ=5 mm Δ—相邻墩台沉降量之差，单位mm。 L—相邻墩台间的梁跨长，单位m。 对于外静不定结构，其相邻墩台均匀沉降量之差的容许值，除要满足外静定结构相邻墩台沉降量之差的要求外，还应根据沉降时对结构产生的附加应力的影响而定。 第三节 高速铁路桥梁的结构形式 1(国外高速铁路桥梁结构形式概述 目前国际上发达国家的新线建设一般是高速客运专线和时速200公里以上的客货共线铁路，桥梁的主要功能是为高速列车提供平顺、稳定的桥上线路，确保列车运营安全和乘坐舒适，并尽量减少使用期间结构的维修工作量。 桥梁截面形式一般有板梁、T梁和箱梁。德国一般采用板梁和箱梁，板梁一般为型钢混凝土梁，最大跨度达到28m。法国一般采用箱梁。日本和西班牙采用了不少多片式T形梁，多片式T形梁都加强劲的横隔板并采用整体桥面。日本T形梁一般采用了4、6、8片式，跨度有19.4m、24.2m、29.2m、34.2m、39.2m和44m。西班牙一般采用25m跨度5片式T形梁，也用过39m跨度9片式T形梁。 高速铁路桥梁一般都采用简支梁、连续梁、连续刚构、拱及组合梁等刚度大的桥型，并尽量采用双线整体桥面板。根据日、德、法等国的经验，梁跨在20米以下时，多采用钢筋混凝土梁、预应力混凝土梁或结合梁;梁跨在20,60米时，多采用预应力混凝土T型梁、箱梁或结合梁;梁跨在60米以上时，多采用钢梁或预应力混凝土桁梁或拱桥。 桥梁较长、墩身不高的高架桥在新建高速铁路中占有很大的比例。德国、意大利、西班牙等国都采用等跨布置的25m预应力混凝土简支梁结构;韩国高速采用3×25m或2×40m预应力混凝土连续梁;日本十分重视结构的抗震性能，大量采用跨度为8m、lOm、12m的钢筋混凝土连续刚构，每联一般有4,10跨，各联之间采用简支梁过渡。一般桥梁一跨或一联长度大于80m时，需要设置无缝线路伸缩调节器，因此，高架桥的选择应避免在桥上设置无缝线路伸缩调节器。跨度一般不超过100m，当需要修建大跨度桥梁时，应对车辆走行性能和动力响应作专门的研究。欧洲新建铁路有不少跨越山谷的高墩桥梁，桥墩最高达lOOm，称为谷架桥。德国在80年代新线建设时一般选用等跨布置的44m、56m两种跨度的预应力混凝土简支梁，运营后发现56m简支梁的端部由于温度伸缩量大，道碴不稳定，维修工作量大，因此在以后的新线铁路建设中简支混凝土梁的最大跨度用到44m。在最近建设的科隆——法兰克福高速客运专线上，谷架桥更多地采用了连续梁，连续梁和简支梁的比例约各占50,。西班牙和法国 23 均选用连续梁，跨度不超过80m。由于谷架桥桥墩高，纵向刚度弱，因此都采用传力装置将制动力直接传到桥台或特别设计的制动墩上。 法国地中海线采用的桥梁主要结构型式为:土承式钢板连续结合梁桥、预应力混凝土连续箱梁桥、鱼腹式上承钢桁连续结合梁桥、大跨度系杆钢拱桥、简支箱梁，公路跨铁路或铁路跨公路多采用混凝土刚构连续梁桥，其中钢、混凝土结合梁约占桥梁总数的70,。在预应力混凝土连续箱梁桥设计中采用了节段拼装体外预应力的施工技术(串联梁)。其主要特点为:?小跨度桥梁普遍采用刚构连续梁和上承式刚板连续结合梁桥，极个别的地方也有采用四片式连续工字形板梁结构。地中海线上的桥梁结构较少采用简支梁。?跨度在40,60m的中等跨度桥梁采用预应力混凝土单箱单室等截面连续箱梁，连续梁一联的长度一般控制在450m以内，施工方法一般采用顶推法。在此跨度内的桥梁结构也有采用上承式钢板连续结合梁，截面形式为工字形，主梁与横梁采用全焊连接，下平联用螺栓与主梁节点板连接。结合梁的施工方法为，工厂分段预制，工地焊接组装，钢梁采用吊装和顶推法施工就位，现场浇注混凝土桥面板。?大跨度桥梁的跨度一般为80,120m，采用变截面预应力混凝土连续箱梁，主要施工方法采用悬臂浇注、自平衡转体施工和节段预制拼装法施工。也有的采用大跨度系杆钢拱桥，其施工方法为，在现场整体拼装后转体或浮运施工和在桥位拼装。 日本大部分高架桥为钢筋砼连续刚架高架桥，根据桥址地质条件的不同，连续刚架采用3,7跨一联，其跨度较小，为8,lOm。每一联刚架之间有的采用挂简支板梁，有的采用悬臂外伸梁，有的采用二联相邻，这种结构的基础大部分采用带有基础梁的框架基础。梁柱式高架桥的柱的形式可分为单柱(用于单线)、双柱及板式墩。双柱基础可分为单独基础、连结基础和带有基础梁的框架基础等。梁的形式可分为板梁、空心板梁、T形梁三种，梁与柱(或板式墩)采用固结。跨线桥和跨河桥结构由桥墩和梁组成，梁下设支座。梁的形式可分为板梁、空心板梁、T型梁、连续箱梁和简支箱梁、下承式梁、拱桥、斜拉桥等结构。 日本正在建设中的北陆新干线上的刚架高架桥、钢筋砼和预应力砼T形梁，采用了优化设计、简易施工方法。它的设计概念是:钢筋品种尽可能少，配置要方便;梁体模板要简单，便于组装:砼易灌注。在刚架高架桥设计时，取消了纵梁与柱间的梗胁，为了不降低梁的抗剪能力，增加了纵梁的高度和宽度;同时取消了纵梁和板的弯起钢筋;对原来的预应力混凝土和钢筋混凝土T形梁，设计时取消了下缘下八字斜坡，梁底改为与腹板等宽，因而既简化了模板，又保证了砼灌注质量。 自日本北陆新干线上建成了混凝土斜拉桥之后，突破了高速铁路一般不采用柔性结构的禁区，也标志着高速铁路桥梁向结构新型化和大跨度发展的趋势。我国在未来的铁路建设中，修建大跨斜拉桥已经成为必然。 斜拉桥本身属于柔性结构，斜拉桥结构用于铁路，由于列车荷载大，运行安全性和平稳性要求高，往往是结构刚度控制设计。故铁路斜拉桥在体系处理上要有利于提高结构整体刚度，这就要求塔高偏大取用且有较大截面，加劲梁也必须有较大的截面刚度，在条件允许时，尽可能设置辅助墩，约束主梁纵向位移等，这都是提高结构体系刚度的有效途径。采用钢架时，由于自重较轻，相应斜拉索用量较小，这将带来斜拉桥体系刚度下降的不利，需用其他方式弥补。由于铁路荷载大，在斜拉桥中跨满载时，边墩将产生很大负反力，采用拉力支座技术上有很大难度，故此，往往需采用较大的边跨，虽能解决负反力问题，但却带来受力及 24 刚度下降的不利。斜拉桥采用混凝土箱梁时边跨通过压重解决边墩负反力问题相对容易，采用钢桁梁则有一定困难。铁路斜拉桥对梁端转角限制很严，典型三跨斜拉桥往往边跨梁端转角较大，这对结构设计提出了更高要求。就影响结构整体刚度的各种因素的重要性而言，结构体系布置是第一位的，其次才是索梁塔构件，索梁塔三者之中，梁塔自身刚度加大对结构整体刚度影响相对迟缓，斜拉索刚度的增加对提高结构整体刚度更直接有效，但它必须具备足够的初始反应才能发挥作用。此外，斜拉桥的尾索所受交变应力幅度较大，往往是疲劳控制设计。从上述可见，铁路斜拉桥的设计必须结合铁路荷载特点、列车运行要求及斜拉桥的力学特点，综合考虑各种因素才能解决问题，构思采用新结构、新技术是最为经济有效的途径。 双线高速铁路桥面宽度按净空尺寸，再加上斜拉索的锚固尺寸总宽应在15m左右，这一主梁宽度对主跨在300m以内的斜拉桥，横向刚度均可满足高速列车运行要求，但为满足受力要求，主跨293m斜拉桥 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 梁高需3.3m,3.5m。 2(预应力混凝土简支梁桥 预应力混凝土桥梁在高速铁路桥梁中占有绝对优势，因为预应力混凝土与其它建桥材料相比，具有一系列适合高速铁路桥梁的优点，如刚度大、噪音低，温度引起的变形对线路位置影响小，养护工作量少，造价较低等。当需要减轻梁重或快速施工时，结合梁也常被采用。 各国常用的标准跨桥梁的预应力混凝土简支梁结构形式和施工方法列于表2.14，可以看出: (l)常用跨桥梁均采用标准设计，品种尽量精简。如西班牙及意大利主要选用23m跨度的简支梁，德国则主要采用23、42、54m三种跨度; (2)由于施工简便，大量采用等跨布置的简支结构;但竖向刚度很大，高跨比选用1/9,1/10，以保证线路平顺; (3)除了小跨度桥有使用多片式T梁结构外，大部分桥梁均选用双线整孔箱形截面，以提供良好整体性和抗扭刚度。 大于标准跨的桥梁以采用预应力混凝土连续梁为主，个别选用刚架，拱桥及斜拉桥，均采用悬臂法施工。 表2.14 高速铁路预应力混凝土标准简支梁情况 活载产生跨国 线路跨度梁高高跨挠跨结构形式 中下翼缘应截面型式 制梁方式 架设方法 名 形式 (m) (m) 比 比 力(Mpa) 意大利 预应力混凝土等跨简支梁 有碴 23 2.5 1/9.2 5.3 双线单箱 桥头预制 500t架桥机 — 德 国 预应力混凝土等跨简支梁 有碴 23 2.3 1/10.5 5.2 单线单箱 工地预制 架桥机 1/3744 德 国 预应力混凝土等跨简支梁 有碴 42.54 4 1/10.5 5.2 双线单箱 桥位灌注 移动支架 1/3744 分片预制，架设西班牙 预应力混凝土等跨简支梁 有碴 24 2.3 1/10.4 5.8 5片式I 车吊 1/3649 后灌注整体桥面 法 国 预应力混凝土等跨简支梁 — 61 5.7 1/10.7 — 槽型梁 — 29(2 2.65 1/11 5.2 4片式 T梁预制，架设日 本 预应力混凝土等跨简支梁 无碴 桥下吊装 — 34(2 2.65 1/12.9 4.8 6片式 后连成整体 25 在采用简支上部结构的德国新干线山谷桥中，无论是已完成主体工程的还是正在施工的，大部分都是采用图2,7a所示的体系，即所有简支梁桥都是在上部结构的同向梁端分别连续设置固定和活动支座，且一端固定于桥台，这种体系的缺点是纵向活动支座在同一方向的梁端，影响钢轨受力，一般用于墩高小于20米，且基础较好的情况。 图2,7b和图2,7c所示的 体系则避免了以上的缺点。体系 2,7b有两片相邻简支梁的纵向 活动支座设在一个桥墩上，图2 ,7c有一片梁在两个相邻的桥 墩上都是纵向固定支座，图2, 7b中相邻纵向活动支座处梁缝 的温度位移量为一般梁缝位移 的2倍;纵向仅有固定支座的简 支梁两梁端缝的温度位移量为 一般梁缝位移的1.5倍，并在下 面的两个桥墩内引起约束，图2 ,7b及图2,7c可降低钢轨的 应力和扩大简支梁体的应用范 围。德国卡尔巴赫(Kalbach)图2,7 简支梁桥体系 山谷桥就采用了图2,7c所示体 系。图2,7d则在桥上设置断 缝，这种体系的钢轨应力更小，但这种体系只能用于特殊情况，因为钢轨的温度变形会在桥墩内引起巨大的约束力。 体系b、体系c、体系d两端桥台均用固定支座，适用于墩高超过20米，且基础相对较差的情况。 图2,8 纵向连接器的布置 26 图2,9 梁体连接装置 在实际应用时，也有用纵向联结器将各跨简支梁联结起来的结构形式，支座一端固定于桥台(图2,8b)。该体系类似于连续梁的支座，但换梁时可以拆开。全长986米，墩高95米的罗姆巴赫(Rombach)就采用了以连续装置连接的串联简支梁。连接装置由梁端腹板中 ，性轴处的12根各能承受2MN拉力的预应力钢束和一对尺寸为9075cm的板式橡胶支座组成(图2,9)，预应力钢束采用无粘结形式，以便随时检查、补充张拉或更换。为了防腐，在钢束的聚乙烯套管内，填满防腐脂。 另一种简支梁体系是用抗徐变纵向联结器将简支梁联结起来，两端固定于桥台(图2,8b)。该体系能承受短时间的纵向力，能很好地将制动力和起动力传到桥台，但仍属简支梁体系。 德国预应力混凝土大跨简支梁有44米和58米两种，其相应跨度为42米及55.75米，均为单箱单室箱梁。箱梁底板宽5.0米，桥面板宽度14.3米，跨度42米的梁高4米，55.75米的梁高5米。腹板与铅垂方向成15度，厚度为0.6米，支座处0.7米。底板一般厚度为0.35米，支座处0.6米。此外梁端还设有0.8米的端横梁。端横梁设有可供维修人员及小车通过的洞口。 高速铁路线上之所以采用以上一些措施，是因为高速铁路对结构的变形提出了更高的要求，若不采用纵向传力装置而如一般线路桥梁那样靠桥墩传递水平力，则桥墩可能难以设计，且钢轨的附加应力也可能远远超过允许值。因此高速铁路桥梁设计应考虑整个结构体系的性能(包括线路与轨道共同作用的影响)，不能将上下部分分开考虑。 3(预应力混凝土连续梁桥 连续梁桥在法国、德国、日本等国家的高速铁路中均有应用实例。 法国在最早修建的巴黎东南线上，出于对经济及合理的设计考虑，对几座高架桥工程采用相同的结构形式与施工方法，即设计为平均跨度为40米左右的双线等高的预应力混凝土连续箱梁结构。如维尔贝利桥，该桥全长1526米，结构形式为两段连续梁中间加一孔简支梁，分三段的主要目的是为了限制梁体端部的纵向位移及膨胀长度，减小钢轨受力。两端的梁段分别为690米和790米，跨度由33米至35米不等，共33跨。该桥为双线桥，线间距 27 4.5米，桥面板宽12.3米，底板宽为5.5米，梁体等高(3.5米)。 法国最长的高速铁路桥——全长1725米的拉科蒂尔桥也是预应力混凝土连续梁桥，该桥共27跨，上部结构为预应力混凝土梯形截面箱梁，梁的上翼缘伸出外腹板，梁宽12.5米，从北向南11跨全长897米，其中9跨梁使用的是铁路桥上不常使用的88米大跨度，其余15跨总长787米，其中13跨跨度为53 米，在悬臂梁和连续梁间设一跨41米的简支梁。 当桥梁长度超过800米时，连续梁活动端的纵向变形将超过最大钢轨伸缩装置的伸缩长度，此时可采用其它的支座布置形式，如将固定点设在桥梁中部(纵向固定支座可以设在一组或一个桥墩上)并在桥的两端设置钢轨装置，可使连续梁的长度增加一倍(图2,10)，但由于桥梁中部的桥墩较高及抗弯刚性不足，要设计足够刚性的固定点也很困难。 采用在桥的两端设置液 压缓冲器，可弥补体系b的刚 性不足，缓冲器的特点是，对 于由制动和起动等引起的突 发性纵向力表现为刚性，并将 上述力传给桥台;对于缓慢进 行的位移，如上部结构本身的 温度变形，又可无约束地通过 它的行程变化来适应。固定点 桥墩仅需承担由支座摩擦引 起的纵向力。目前还没有在大 型桥梁工程中使用缓冲器的 经验。 图2,10体系d是将固定 点设在两个桥台上并在连续 梁之间布置一片简支梁(纵向 固定支座可以设在一端或两 端)，此时可不用缓冲器，这 样纵向变形将分配在两个接图2,10 连续梁桥体系 缝上。若桥梁中部的桥墩达不 到足够的刚度，建议按图2,10体系e设置一片平衡梁，借以将作用于简支梁的纵向力传递给两侧的连续梁，并将伸缩位移(两侧连续梁的长度变化可能不同)均匀地分配于两个伸缩缝。关于平衡梁的工作方式，在“DS899/59德国联邦铁路关于新干线铁路桥的特殊规定”中已有说明。当桥梁很高时，如果再象图2,10体系d和体系e那样将接缝设在桥梁中部，就必须将桥墩加强到足以确保允许水平转角的程度。为此，图2,10体系f将平衡梁设在桥墩较低的桥梁端部。 日本高速铁路桥梁上部结构混凝土桥大多采用小跨连续框构，以减小维修量，利于抗振。如山阳新干线高架桥大量地采用双线为8米和10米的双孔连续钢筋混凝土刚构，其两端各留有3米悬臂，上铺设道碴桥面，也有采用多孔两端无悬臂的，应用于轨道板梁桥。截面形式多采用箱型。新干线第二阿武隈川桥即采用了预应力混凝土箱型连续梁，其主跨达105米，为目前世界上同类铁路桥中跨度最大者。 4(结合梁桥 由于钢梁桥噪音较大，因此，结合梁桥在国外高速铁路中也得到了广泛的应用。 法国北方线情况特殊，该线跨越地段较长，与高速公路的交角较小，河流宽，基础施工难度大，费用高。对工程总造价的优化研究表明，需加大桥梁跨度，减轻梁体自重。对特大 28 桥还需认真研究有关伸缩接头、承受制动力等问题。特别是线路的走向复杂，包括抛物线型缓和曲线、反曲线等。梁体总长度是大西洋线的2倍。在这样的背景下，北方线考虑使用了较多的钢桥及结合梁桥。法国结合梁桥的跨度在50米左右。北方龙戈耶马莉桥、拉奥特高尔姆桥、圣安德尔桥等都采用了结合梁。其中龙戈耶马莉桥、拉奥特高尔姆桥梁体采用两片钢板梁，间距均为6米，龙戈耶马莉桥两钢梁借助横隔板联系;拉奥特高尔姆桥每6.66米有一横撑，并由定位销连接至钢筋混凝土桥面板，桥面板最大厚度0.40米，并有3cm厚的防水层做密封保护。圣安德尔桥主体为钢桁梁，桁架间距11.10米，桥面板为HE500混凝土沥青混合料。 图2,11 结合桁梁的形式 日本结合梁多为下承式钢桁—混凝土桥面板结合梁。日本结合钢桁梁桥，按其混凝土桥面板的支承方式有以下几种类型: 1)、由纵、横梁支承的纵横桥面系式; 由纵横梁支承的纵横桥面系式(图2,11a)桥面板是由钢纵梁横梁支承，桥面板与桁梁下弦各自分别受力，结构较经济。板可以作的较薄、重量也较轻，但构架结构复杂。 2)、仅由横梁支承的纵向板式; 仅由横梁支承的纵向板式(图2,11b)结构无纵梁，桥面板仅由横梁支承，所以，板厚沿顺桥向在横梁处要加大，且板施工中，顺线路方向应埋设型钢，这样，桥面板不仅跨度大，板厚和重量也都相应增大。当板厚太大的情况下，为减轻板重，可采用空心板。 3)、由下弦杆支承的横向板式; 由下弦杆支承的横向板式(图2,11c)结构无纵、横梁，桥面板仅由下弦支承。板的横向跨度由下弦杆的间距确定，为减小板厚，可在其横向施加预应力。对于梁下净空较小的情况，若采用这种由下弦杆支承的横向板，由于在横梁处腹板不大，所以其采用这种由下弦杆支承的横向板较为合适。此时，由于下弦杆除受轴力，还受弯矩，其作用如同柔性拱刚性梁的下弦，用钢量有所增加。横向板在横桥向还应增设型钢，顺桥向也应采用预应力。这样，对于双线下承桁梁，横桥向的板重比前述形式有所增大，对于单线桥，因跨度减半，重量可 29 减轻。 5(秦沈客运专线介绍 秦沈客运专线是我国第一条客运专线，秦沈客运专线的桥梁情况是线路全长404(64km，其中桥梁(不计涵洞和公路桥)共有215座60232.6m，占线路总长14.88,。 秦沈线以双线及单线整孔预应力混凝土箱型梁作为铁路桥梁的主导梁型、24m为主导梁跨。全线共采用跨度为20,32m的简支箱梁约2300孔，占全线桥梁80,以上。其它桥式有小跨度双线整体桥面四片式预应力混凝土T梁结构、预应力混凝土箱型连续梁、钢混结合连续梁以及小跨度钢筋混凝土刚构连续梁等。所有梁型均按《设计暂规》要求设计，具有刚度大、耐久性好、梁型简洁、便于养护等现代铁路桥梁特点。秦沈线桥梁施工以预制、预架技术作为桥梁的主要施工方法。 为适应高速铁路建设的需要，我国于2001年建成了秦(秦皇岛)沈(沈阳)客运专线，设计时速为160km/h以上(试验段为250 km/h左右)，并把列车运行适舒度作为设计的控制指标。2001—2002年组织了三次大规模行车试验，试验时速达321.5km/h。试验中该线所有桥梁均能高标准的满足运行安全性及适舒性的要求。 秦沈客运专线上桥跨梁部结构有以下几种类型: ?跨度24m单线单室(梁高2(Om)和双线单室(梁高2(0m)后张预应力混凝土箱梁。 ?跨度32m单线单室(梁高2(7m和双线单室(梁高2(6m)后张预应力混凝土箱梁。 ?跨度12m(梁高1(3m)和16m(梁高1(6m)后张预应力混凝土简支T梁。 ?5座预应力混凝土连续箱梁，跨度为32+48+32m、40+64+40m、48+80+48m等三种。 ?13座斜交预应力混凝土刚构连续箱梁，跨度为12+16+12m、16+20，16m、12+3×16+12m、16+24+16m、16+2×24+16m、16+3×24+16m等六种。 ?7座采用造桥机拼装预制梁段，跨度为20、24m单线单室箱梁和32m双线单室箱梁，梁段间混凝土采用湿接缝连接。 ?钢、混凝土结合连续梁桥，全线共有14座此类结构，跨度为24+32+24m、32+40+32m、40+50+40m、24+2X32+24m等四种孔跨布置。 横截面的形式及结构布置构造特点如下: ?预应力混凝土简支T形梁的结构布置 秦沈客运专线预应力混凝土简支T形梁桥每孔由四片T形梁组成，通过桥面板、横隔板之间的湿接缝及横向预应力钢筋连成整体。其截面形式如下图2,12所示。 图2,12 四片式T型梁截面形式(单位:mm) ?预应力混凝土简支T形梁的结构构造特点 a(为了加强各片T形梁之间的横向连接、保证桥跨结构的整体性，除端隔板外， 12m四 30 片式T形梁设一道中横隔板，16 m四片式T形梁设两道中横隔板。 b(T形梁分片架设后，为保证横隔板和桥面连成整体，采用施加横向预应力的构造措施。制梁时预留孔道，架梁就位及灌注湿接缝后穿横向预应力钢筋，张拉、压浆，然后封锚。 c(分片T形梁在工地制梁场制造，其制造工艺和已有铁路桥梁相似。由于桥面和隔墙采用横向预应力，制造时预留孔道位置要求精确定位。 d(跨度12 m、16 m四片式后张法预应力混凝土简支T形梁在扣除自重影响后，预应力产生的上拱度分别为0.41 cm及0.71cm，静活载产生的挠度分别为0.23cm及0.42cm，为保证线路在运营状态下的平顺性，需在跨中的桥面和梁底分别设0.63 cm及1.0cm的反拱。 ?预应力混凝土简支箱梁截面形式 秦沈客运专线后张预应力混凝土整孔预制简支箱梁的截面形式分为双线单箱和单线单箱，如图2-13、2,14。 图2,13 双线箱梁截面形式(单位:mm) ?预应力混凝土简支箱梁结构构造特点 a(双线箱梁采用斜腹板截面，减少了梁体对墩台顶帽尺寸的要求和截面横向悬臂板的长度，同时梁体外形比较美观。箱梁跨中截面顶板厚35cm，腹板厚45cm，底板厚25cm。 b(单线箱梁 考虑整孔箱梁架设时，架桥机支腿反力宜直接传递到腹板上，因此，各种跨度的箱梁采用直腹板和同一箱宽。 为方便墩台设计，采用统一的支座中心距。 31 单线箱梁为不对称结构，为减小梁体受力时发生的斜弯曲影响，在桥面外悬臂板设置一定数量的横向断缝，以调整截面主轴的偏斜。 图2,14 单线箱梁截面形式(单位:mm) 简支T形梁和箱梁施工以沿线设制梁场预料、架桥机架设为主。由于箱梁体积大、梁体重，箱梁的运输和架设采用了国产新研制或引进的重型架桥机和运梁车进行，因此，架桥机设计吊装能力从过去的130t级跃至450-600t级。 秦沈客运专线桥梁存在问题: ?秦沈客运专线桥梁的梁体竖向刚度不够。 ?防水材料的质量造成铺设质量不能符合规定要求。 ?秦沈专线上的墩台帽梁裂纹较为普遍。 如跨102国道2号桥秦方桥台下部有一条贯通的水平裂纹，裂纹最大宽度约为0.8mm;青堡河大桥5号墩横桥方向的两个侧面上，在同一位置产生两条同方向的斜向裂纹，裂纹宽约0(3mm，该桥4号墩也有类似的裂纹。此外，有部分桥墩顶帽开裂比较严重，裂纹最宽处超过lmm，其它裂纹宽度普遍超过0.3mm，如跨沈山线特大桥(其中有32+40+32m连续结合梁)等，需采用无收缩注浆材料进行注浆封闭。 ?设计中没有充分考虑今后的养护维修工作。主要是钢,混凝土结合连续梁的钢梁无法维护。 ?预应力简支箱梁盆式橡胶支座无法维护。 ?秦沈客运专线箱梁架设方法易造成梁体三条腿受力，对结构不利。 推荐的做法:首先将支座安放在墩台上，将梁落放在墩台经调平后的千斤顶上，在梁底与支座上板的缝隙间填充不收缩灌浆料，这样能避免桥梁三条腿受力，也可以采用调高支座调整，避免桥梁三条腿受力。 ?秦沈客运专线预制预应力混凝土箱梁时，虽然梁体养护制度规定很严，但是在施工现场并没有得到严格的执行，主要表现在静停时间不够，一般在混凝土初凝前就进行蒸汽养护，实际上会造成混凝土后期强度损失及耐久性下降，同时通气后梁内温度偏高达80?，梁体易开裂。这样的问题应避免在客运专线铁路桥梁中出现，应研究施工快、水化热低的新型材料，确保混凝土的质量。梁体混凝土的蒸养时间应在混凝土初凝后，混凝土温度不宜超过55?。 32 ?秦沈客运专线在箱梁接缝处首次采用了伸缩缝装置，以防止桥面污水流入梁端、墩顶及支座，改善结构的耐久性。但在实际应用中发现伸缩缝内易积污物，不能清理，附带钢配件容易锈蚀;构造上养护困难，不能更换。由于在预制混凝土梁将安装伸缩缝的钢板预先埋在梁体内，预埋的偏差加上梁体吊装就位后，梁体两端的钢板不平，伸缩缝安装的质量较差，部分伸缩缝已丧失密闭功能，污水渗漏。在客运专线铁路桥梁设计中应避免此类问题再次发生，应采用公路桥安装伸缩缝的方法，梁端预留位置，钢板与伸缩缝安装同时进行。 ?混凝土梁钢筋的保护层普遍偏小(欧洲的施工规范要求在设计值增加lOmm进行施工控制)，钢筋保护层厚度不足对混凝土耐久性影响较大。 ?由于对桥面附属设施的重要性认识不足，桥面人行道步板的外观与质量普遍较差。实际上桥面人行道步板的质量直接影响开通运营后桥梁的养护维修与耐久性。 第四节 桥梁墩台、基础及台后填土要求 关于墩台形式，日本新干线长大桥梁的墩台多采用较稳重的实体结构，极少采用柔性墩。一般铁路墩，除双柱式和壁式(工字形)截面外，高架桥常采用纵横刚构式及连续框架式，这主要是因为日本是地震高发地区，而以上墩台形式抗震效果好、维修工作量和噪音也小。至于高墩，一定要考虑因水平力和温度变化等产生的墩顶位移量。墩台顶帽支承垫石钢筋网，应较一般情况有所加强，使能承受高速铁路列车的冲击力而不致损伤。 图2,15 台后填土形式 墩台基础和过去相比变化不大，日本高速铁路桥梁除扩大基础外，一般情况，凡持力层 33 较厚者，多采用桩基;沉井和气压沉箱基础多用于较重要桥梁，但气压沉箱下沉深度一般不大于水下30米。近几年采用的新型基础，有水下管桩基础，采用水上平台配合深水钻孔施工;利用空气幕下沉深沉井，有的水深15米，入土45米，沉井高达45米;有的水下开挖岩石基础，整平后在钢套圈内掷石渣并灌浆，作成基础。 高速铁路对车体运行的平稳性及乘客舒适度要求较高，由于桥头路堤与桥台的连接部位结构刚度的差异，会使列车产生明显的跳动，影响乘客乘车的舒适度，并对桥台造成损害，为此世界各国对桥头路堤填土须作特殊处理，以解决线路与桥梁刚度不同的过渡及台后填土 ??下沉问题。日本东海道新干线，对一般线路，采取桥台背后自地面起成30,40斜角与桥台之间的路堤用砾石或硬质碎石或砾砂(粒径不超过150毫米)填满，形成三角棱体，按每层50厘米厚度分层夯填施工，并要求压实到干密度90%以上。对轨枕板轨道，如路基软弱，有时需在路基表层浇筑混凝土，使作用在土层上的单位压力在一定数值以下;如果超过这个压力限值时，则建一桥式结构。法国国营高速铁路桥梁台后填土采用清洁和级配均匀的砾石，并加入3%的水泥，密实度达到95%。比利时国营铁路则采用2.5米的过渡板。日本在《轨道》一书中提出对线路与桥台及线路与涵洞连接部分用压缩性小、粒度分布均匀的高炉矿渣或碎石填筑，固结度要求达到K30?1500Kpa。当台后地质条件较差时，可采用在桥台背后设一孔钢筋混凝土简支梁或加固地基的办法，然后再填台后三角棱体范围内的特殊填土(图2,15)。 第五节 高速铁路桥梁支座 高速铁路桥梁，由于长钢轨纵向力、制动力、列车动力作用和机车车辆横向摇摆力等动力影响较之普通铁路桥梁加剧，因而对支座的减振消振性能就提出了新的要求。通过合理的支座设计来减少和降低列车荷载作用下引起的桥梁振动，是近年来国内外研究的重要课题。 目前在国内外桥梁上使用的支座类型，已从原来的以钢支座为主转变为以各类橡胶支座为主，一个重要的原因就是橡胶支座不仅弹性好，而且强度和韧性均较高，能满足支座动力和变形等方面的要求。《暂规》规定可采用有防止结构横向移动措施的橡胶支座。铸钢支座一般在钢梁桥上使用。 为满足高速铁路桥梁结构减振性能的要求，桥梁支座应具备: (1)水平纵向剪切刚度较小，能够使上部结构在水平方向得到柔性支承，从而使结构长周期化，以避开振动的卓越周期，有效的降低结构的振动反应。 (2)具有足够的横向刚度，在风力或列车横向摇摆作用下，不致使结构产生有害的振动位移，以满足正常使用的要求。 同时，在对目前国内普通铁路桥梁支座的使用情况和存在问题进行深入研究后认为，目前广泛使用的橡胶支座的性能，在减振和剪切刚度方面，均符合高速铁路桥梁的要求，只要再做些构造上的改进，特别是横向限位，在既有橡胶支座的基础上，扬长避短、采用有效措施，完全能满足高速行车条件下，减冲减振和乘坐舒适度的要求。 目前，为京沪高速铁路桥梁设计研制的橡胶支座，做了以下几方面的改进: (1)板式橡胶支座在简支梁桥跨两端须设置为一端固定，一端活动，(以往不区分固定与活动，同为半固定半活动支座)，这样可以使水平力均匀地分配给桥墩，以减小列车制动时钢轨的附加力。而且在横桥方向必须设置横向限位构造，控制在?1mm以内的间隙。 34 (2)盆式橡胶支座的紧箍圈构造材料，由16Mn钢改为黄铜、填充聚四氟乙烯或聚甲醛等材料，以减少磨耗损伤，保证支座的强度和寿命。 (3)盆式橡胶支座的单向活动支座改用上部导向构造，有效地避免了上、下支座板的“卡住”现象。 (4)盆式活动橡胶支座的滑动面，选用精轧不锈钢板和加硅酯的纯聚四氟乙烯板，可进一步降低摩擦系数和提高四氟板的磨耗寿命。 一般的讲，支座容易损坏或丧失其使用性能，因此，在铁路运营期间进行调整或更换是完全可能的。而要做到这一点，必须有能接近支座的辅助设备才行。为便于调整和更换，还需在梁与墩台顶之间有合适的位置和空间，以便顶梁设备操作，所以支座构造应易于检查，便于更换。 35