高速铁路桥梁与隧道课件

高速铁路桥梁与隧道高速铁路桥梁与隧道1高速铁路桥梁与隧道1.1高速铁路桥梁的特点图2-6高速铁路桥梁上部结构（桥跨）下部结构（桥墩、桥台、墩台基础）桥梁组成高速铁路桥梁与隧道1.1高速铁路桥梁的特点图2-6高速铁路桥2高速铁路桥梁与隧道1.1高速铁路桥梁的特点1.桥梁所占比例大2.以中、小跨度桥梁为主3.刚度大、整体性好4.便于检查、维修5.强调结构与环境的协调高速铁路桥梁与隧道1.1高速铁路桥梁的特点1.2.3.4.53高速铁路桥梁与隧道1.2高速铁路桥梁的种类根据其受力情况分类梁桥拱桥刚架桥悬桥组合体系桥高速铁路桥梁与隧道1.2高速铁路桥梁的种类根据其受力情况分类4高速铁路桥梁与隧道1.2高速铁路桥梁的种类1.梁桥图2-7梁桥的结构高速铁路桥梁与隧道1.2高速铁路桥梁的种类1.梁桥图2-7梁5高速铁路桥梁与隧道1.2高速铁路桥梁的种类1.梁桥图2-7梁桥的结构

梁桥在竖向载荷作用下只产生竖向反力。梁桥的结构如图2-7所示，其桥跨为梁，只受挠受剪，不受轴向力。高速铁路桥梁与隧道1.2高速铁路桥梁的种类1.梁桥图2-7梁6高速铁路桥梁与隧道1.2高速铁路桥梁的种类1.梁桥简支梁桥a连续梁桥b悬臂梁桥c分类高速铁路桥梁与隧道1.2高速铁路桥梁的种类1.梁桥简支a连续7高速铁路桥梁与隧道1.2高速铁路桥梁的种类2.拱桥图2-8拱桥的结构

拱桥在竖向载荷作用下会产生竖向反力和横向反力，无铰拱桥还会产生支座弯矩。拱桥的结构如图2-8所示，其桥跨为拱，以受压为主，也受挠受剪。高速铁路桥梁与隧道1.2高速铁路桥梁的种类2.拱桥图2-8拱8高速铁路桥梁与隧道1.2高速铁路桥梁的种类2.拱桥实体拱桥a桁拱桥b分类高速铁路桥梁与隧道1.2高速铁路桥梁的种类2.拱桥实体拱桥a9高速铁路桥梁与隧道1.2高速铁路桥梁的种类3.刚架桥图2-9刚架桥的结构

刚架桥的特点是桥跨与墩台以刚性连接成一体。刚架桥的结构如图2-9所示。刚架桥在竖向载荷作用下会产生竖向反力和水平反力，无铰刚架还会产生支撑弯矩。刚架桥以受挠为主，也受剪和受轴向力。高速铁路桥梁与隧道1.2高速铁路桥梁的种类3.刚架桥图2-910高速铁路桥梁与隧道1.2高速铁路桥梁的种类门形刚架桥a斜腿刚架桥b从造型上分类3.刚架桥高速铁路桥梁与隧道1.2高速铁路桥梁的种类门形a斜腿b从造型11高速铁路桥梁与隧道1.2高速铁路桥梁的种类4.悬桥图2-10悬桥的结构

悬桥的缆索跨过塔顶锚固于河岸上，是桥的承重结构，其桥面系通过吊杆悬挂于缆索上。悬桥的结构如图2-10所示。悬桥的缆索受拉。高速铁路桥梁与隧道1.2高速铁路桥梁的种类4.悬桥图2-1012高速铁路桥梁与隧道1.2高速铁路桥梁的种类5.组合体系桥图2-11斜拉桥的结构

组合体系桥是由不同体系组合而成的桥梁。例如，系杆拱桥是梁与拱的组合体系；斜拉桥是梁与索的组合体系，其结构如图2-11所示。高速铁路桥梁与隧道1.2高速铁路桥梁的种类5.组合体系桥图213高速铁路桥梁与隧道1.3高速铁路桥梁的技术要求1.高速铁路桥梁上部结构的刚度

高速铁路桥梁的上部结构应优先采用预应力混凝土结构，也可采用钢筋混凝土结构、钢结构和钢混凝土结合结构。高速铁路桥梁的上部结构要有足够的竖向刚度、横向刚度和抗扭刚度，并要保证结构的整体性。预应力混凝土梁部结构宜选用双线整孔箱形截面梁，需要时可选用两个并置的单线箱形截面梁。高速铁路桥梁与隧道1.3高速铁路桥梁的技术要求1.高速铁路桥14高速铁路桥梁与隧道1.3高速铁路桥梁的技术要求1.高速铁路桥梁上部结构的刚度图2-12ZK标准活载图式

高速铁路列车设计活载应采用ZK活载。ZK活载为列车竖向静活载，ZK标准活载图式如图2-12所示。高速铁路桥梁与隧道1.3高速铁路桥梁的技术要求1.高速铁路桥15高速铁路桥梁与隧道1.3高速铁路桥梁的技术要求1.高速铁路桥梁上部结构的刚度

《高速铁路设计规范》（TB10621—2014）规定：梁部结构在ZK竖向静活载作用下，梁体的竖向挠度不应大于表2-7规定的限值。高速铁路桥梁与隧道1.3高速铁路桥梁的技术要求1.高速铁路桥16高速铁路桥梁与隧道1.3高速铁路桥梁的技术要求1.高速铁路桥梁上部结构的刚度研究结果表明，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，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。高速铁路桥梁与隧道1.3高速铁路桥梁的技术要求1.高速铁路桥17高速铁路桥梁与隧道1.3高速铁路桥梁的技术要求1.高速铁路桥梁上部结构的刚度为了避免桥梁出现激烈的振动，保证高速列车运行的安全性和旅客舒适度，应对桥梁的最小自振频率加以限制。《高速铁路设计规范》（TB10621—2014）规定：当桥梁跨度L≤20m时，简支梁竖向自振频率限值（Hz）为80/L；当20m＜L≤96m时，简支梁竖向自振频率限值为23.58L-0.592。高速铁路桥梁与隧道1.3高速铁路桥梁的技术要求1.高速铁路桥18高速铁路桥梁与隧道1.3高速铁路桥梁的技术要求2.高速铁路桥梁下部结构的刚度高速铁路桥梁与隧道1.3高速铁路桥梁的技术要求2.高速铁路桥19高速铁路桥梁与隧道1.3高速铁路桥梁的技术要求3.高速铁路桥梁沉降（1）墩台均匀沉降量。对于有砟桥面桥梁，墩台均匀沉降量不应超过30mm；对于无砟桥面桥梁，墩台均匀沉降量不应超过20mm。墩台基础的工后沉降量不应超过下列容许值：高速铁路桥梁与隧道1.3高速铁路桥梁的技术要求3.高速铁路桥20高速铁路桥梁与隧道1.3高速铁路桥梁的技术要求3.高速铁路桥梁沉降（2）外静定结构相邻墩台沉降量之差。对于有砟桥面桥梁，Δ=0.5L，并不大于15mm；对于无砟桥面桥梁，Δ=0.15L，并不大于5mm。式中，Δ为相邻墩台沉降量之差（mm），L为相邻墩台间的梁跨长（m）。墩台基础的工后沉降量不应超过下列容许值：高速铁路桥梁与隧道1.3高速铁路桥梁的技术要求3.高速铁路桥21高速铁路桥梁与隧道1.3高速铁路桥梁的技术要求3.高速铁路桥梁沉降（3）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。墩台基础的工后沉降量不应超过下列容许值：高速铁路桥梁与隧道1.3高速铁路桥梁的技术要求3.高速铁路桥22高速铁路桥梁与隧道1.3高速铁路桥梁的技术要求4.高速铁路桥梁徐变上拱为保证高速铁路轨道的高平顺状态，《高速铁路设计规范》（TB10621—2014）对桥上线路铺设后的徐变上拱进行了严格的控制，即轨道铺设后，有砟桥面梁的徐变上拱值要求不大于20mm，无砟桥面梁的徐变上拱值要求不大于10mm。高速铁路桥梁与隧道1.3高速铁路桥梁的技术要求4.高速铁路桥23高速铁路桥梁与隧道1.4高速铁路隧道的特点高速铁路对基础设施建设的标准要求较高，线路最小曲线半径较大，所以高速铁路的选线设计必然会出现大量的隧道工程，如图2-13所示。图213高速铁路隧道高速铁路桥梁与隧道1.4高速铁路隧道的特点高速铁路对基础设施24高速铁路桥梁与隧道1.4高速铁路隧道的特点（1）机车车辆方面。行车速度、车头和车尾形状、列车横断面、列车长度、列车外表面形状和粗糙度、车辆的密封性等。高速铁路进入隧道的空气动力学效应受到以下多方面因素的影响：高速铁路桥梁与隧道1.4高速铁路隧道的特点（1）机车车辆方面25高速铁路桥梁与隧道1.4高速铁路隧道的特点（2）隧道方面。隧道净空断面面积，双线单洞还是单线双洞，隧道壁面的粗糙度，洞口及辅助结构物形式，竖井、斜井和横洞，道床类型等。（3）其他方面。列车在隧道中的交会等。高速铁路进入隧道的空气动力学效应受到以下多方面因素的影响：高速铁路桥梁与隧道1.4高速铁路隧道的特点（2）隧道方面。隧26高速铁路桥梁与隧道1.5高速铁路隧道的主要技术标准隧道横断面阻塞比β的计算公式为（210）式中，Atr为列车的横断面面积；Ar为隧道的横断面面积。阻塞比的值越小，压力瞬变现象越能得到缓解。我国高速铁路隧道横断面的阻塞比一般为0.10~0.12。1.隧道横断面高速铁路桥梁与隧道1.5高速铁路隧道的主要技术标准隧道横断面27高速铁路桥梁与隧道1.5高速铁路隧道的主要技术标准2.隧道横断面净空尺寸（1）隧道建筑限界（2）线路数量（3）线间距（4）应预留的空间（5）考虑空气动力学影响所需要的空间尺寸的选择，考虑的因素（6）设备安装空间高速铁路桥梁与隧道1.5高速铁路隧道的主要技术标准2.隧道横28高速铁路桥梁与隧道1.5高速铁路隧道的主要技术标准隧道横断面面积对压力波动的影响最大，根据计算分析可知压力波动与隧道横断面阻塞比β之间有下列关系：P=kV2β（211）式中，P为3s内压力变化的最大值；V为行车速度；β为隧道横断面阻塞比，单一列车在隧道中运行时取0.25~1.30，考虑列车交会时取0.06~2.16。2.隧道横断面净空尺寸高速铁路桥梁与隧道1.5高速铁路隧道的主要技术标准隧道横断面29高速铁路桥梁与隧道图214高速铁路双线隧道建筑限界及内部轮廓（单位：cm）高速铁路桥梁与隧道图214高速铁路双线隧道建筑限界及内部轮30高速铁路桥梁与隧道1.5高速铁路隧道的主要技术标准《高速铁路设计规范》（TB10621—2014）规定：设计速度为300km/h、350km/h时，单线隧道轨顶面以上净空有效面积不宜小于70m2，双线隧道轨顶面以上净空有效面积不宜小于100m2。2.隧道横断面净空尺寸高速铁路桥梁与隧道1.5高速铁路隧道的主要技术标准《高速铁路31高速铁路桥梁与隧道1.6高速铁路隧道的结构（1）复合式衬砌1.隧道衬砌结构高速铁路桥梁与隧道1.6高速铁路隧道的结构（1）1.隧道衬砌32高速铁路桥梁与隧道1.6高速铁路隧道的结构（2）整体式衬砌1.隧道衬砌结构高速铁路桥梁与隧道1.6高速铁路隧道的结构（2）整1.隧道衬33高速铁路桥梁与隧道1.6高速铁路隧道的结构图217斜切式洞门2.洞门高速铁路桥梁与隧道1.6高速铁路隧道的结构图2172.洞门34高速铁路桥梁与隧道1.6高速铁路隧道的结构

为了使隧道正常使用，保证列车安全运营，除主体建筑物外，还必须修筑一些附属建筑物，其中包括防排水设施、避车洞、电力及通信信号安放设施等。3.隧道附属构筑物高速铁路桥梁与隧道1.6高速铁路隧道的结构为了使35谢谢观看谢谢观看36高速铁路桥梁与隧道高速铁路桥梁与隧道37高速铁路桥梁与隧道1.1高速铁路桥梁的特点图2-6高速铁路桥梁上部结构（桥跨）下部结构（桥墩、桥台、墩台基础）桥梁组成高速铁路桥梁与隧道1.1高速铁路桥梁的特点图2-6高速铁路桥38高速铁路桥梁与隧道1.1高速铁路桥梁的特点1.桥梁所占比例大2.以中、小跨度桥梁为主3.刚度大、整体性好4.便于检查、维修5.强调结构与环境的协调高速铁路桥梁与隧道1.1高速铁路桥梁的特点1.2.3.4.539高速铁路桥梁与隧道1.2高速铁路桥梁的种类根据其受力情况分类梁桥拱桥刚架桥悬桥组合体系桥高速铁路桥梁与隧道1.2高速铁路桥梁的种类根据其受力情况分类40高速铁路桥梁与隧道1.2高速铁路桥梁的种类1.梁桥图2-7梁桥的结构高速铁路桥梁与隧道1.2高速铁路桥梁的种类1.梁桥图2-7梁41高速铁路桥梁与隧道1.2高速铁路桥梁的种类1.梁桥图2-7梁桥的结构

梁桥在竖向载荷作用下只产生竖向反力。梁桥的结构如图2-7所示，其桥跨为梁，只受挠受剪，不受轴向力。高速铁路桥梁与隧道1.2高速铁路桥梁的种类1.梁桥图2-7梁42高速铁路桥梁与隧道1.2高速铁路桥梁的种类1.梁桥简支梁桥a连续梁桥b悬臂梁桥c分类高速铁路桥梁与隧道1.2高速铁路桥梁的种类1.梁桥简支a连续43高速铁路桥梁与隧道1.2高速铁路桥梁的种类2.拱桥图2-8拱桥的结构

拱桥在竖向载荷作用下会产生竖向反力和横向反力，无铰拱桥还会产生支座弯矩。拱桥的结构如图2-8所示，其桥跨为拱，以受压为主，也受挠受剪。高速铁路桥梁与隧道1.2高速铁路桥梁的种类2.拱桥图2-8拱44高速铁路桥梁与隧道1.2高速铁路桥梁的种类2.拱桥实体拱桥a桁拱桥b分类高速铁路桥梁与隧道1.2高速铁路桥梁的种类2.拱桥实体拱桥a45高速铁路桥梁与隧道1.2高速铁路桥梁的种类3.刚架桥图2-9刚架桥的结构

刚架桥的特点是桥跨与墩台以刚性连接成一体。刚架桥的结构如图2-9所示。刚架桥在竖向载荷作用下会产生竖向反力和水平反力，无铰刚架还会产生支撑弯矩。刚架桥以受挠为主，也受剪和受轴向力。高速铁路桥梁与隧道1.2高速铁路桥梁的种类3.刚架桥图2-946高速铁路桥梁与隧道1.2高速铁路桥梁的种类门形刚架桥a斜腿刚架桥b从造型上分类3.刚架桥高速铁路桥梁与隧道1.2高速铁路桥梁的种类门形a斜腿b从造型47高速铁路桥梁与隧道1.2高速铁路桥梁的种类4.悬桥图2-10悬桥的结构

悬桥的缆索跨过塔顶锚固于河岸上，是桥的承重结构，其桥面系通过吊杆悬挂于缆索上。悬桥的结构如图2-10所示。悬桥的缆索受拉。高速铁路桥梁与隧道1.2高速铁路桥梁的种类4.悬桥图2-1048高速铁路桥梁与隧道1.2高速铁路桥梁的种类5.组合体系桥图2-11斜拉桥的结构

组合体系桥是由不同体系组合而成的桥梁。例如，系杆拱桥是梁与拱的组合体系；斜拉桥是梁与索的组合体系，其结构如图2-11所示。高速铁路桥梁与隧道1.2高速铁路桥梁的种类5.组合体系桥图249高速铁路桥梁与隧道1.3高速铁路桥梁的技术要求1.高速铁路桥梁上部结构的刚度

高速铁路桥梁的上部结构应优先采用预应力混凝土结构，也可采用钢筋混凝土结构、钢结构和钢混凝土结合结构。高速铁路桥梁的上部结构要有足够的竖向刚度、横向刚度和抗扭刚度，并要保证结构的整体性。预应力混凝土梁部结构宜选用双线整孔箱形截面梁，需要时可选用两个并置的单线箱形截面梁。高速铁路桥梁与隧道1.3高速铁路桥梁的技术要求1.高速铁路桥50高速铁路桥梁与隧道1.3高速铁路桥梁的技术要求1.高速铁路桥梁上部结构的刚度图2-12ZK标准活载图式

高速铁路列车设计活载应采用ZK活载。ZK活载为列车竖向静活载，ZK标准活载图式如图2-12所示。高速铁路桥梁与隧道1.3高速铁路桥梁的技术要求1.高速铁路桥51高速铁路桥梁与隧道1.3高速铁路桥梁的技术要求1.高速铁路桥梁上部结构的刚度

《高速铁路设计规范》（TB10621—2014）规定：梁部结构在ZK竖向静活载作用下，梁体的竖向挠度不应大于表2-7规定的限值。高速铁路桥梁与隧道1.3高速铁路桥梁的技术要求1.高速铁路桥52高速铁路桥梁与隧道1.3高速铁路桥梁的技术要求1.高速铁路桥梁上部结构的刚度研究结果表明，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，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。高速铁路桥梁与隧道1.3高速铁路桥梁的技术要求1.高速铁路桥53高速铁路桥梁与隧道1.3高速铁路桥梁的技术要求1.高速铁路桥梁上部结构的刚度为了避免桥梁出现激烈的振动，保证高速列车运行的安全性和旅客舒适度，应对桥梁的最小自振频率加以限制。《高速铁路设计规范》（TB10621—2014）规定：当桥梁跨度L≤20m时，简支梁竖向自振频率限值（Hz）为80/L；当20m＜L≤96m时，简支梁竖向自振频率限值为23.58L-0.592。高速铁路桥梁与隧道1.3高速铁路桥梁的技术要求1.高速铁路桥54高速铁路桥梁与隧道1.3高速铁路桥梁的技术要求2.高速铁路桥梁下部结构的刚度高速铁路桥梁与隧道1.3高速铁路桥梁的技术要求2.高速铁路桥55高速铁路桥梁与隧道1.3高速铁路桥梁的技术要求3.高速铁路桥梁沉降（1）墩台均匀沉降量。对于有砟桥面桥梁，墩台均匀沉降量不应超过30mm；对于无砟桥面桥梁，墩台均匀沉降量不应超过20mm。墩台基础的工后沉降量不应超过下列容许值：高速铁路桥梁与隧道1.3高速铁路桥梁的技术要求3.高速铁路桥56高速铁路桥梁与隧道1.3高速铁路桥梁的技术要求3.高速铁路桥梁沉降（2）外静定结构相邻墩台沉降量之差。对于有砟桥面桥梁，Δ=0.5L，并不大于15mm；对于无砟桥面桥梁，Δ=0.15L，并不大于5mm。式中，Δ为相邻墩台沉降量之差（mm），L为相邻墩台间的梁跨长（m）。墩台基础的工后沉降量不应超过下列容许值：高速铁路桥梁与隧道1.3高速铁路桥梁的技术要求3.高速铁路桥57高速铁路桥梁与隧道1.3高速铁路桥梁的技术要求3.高速铁路桥梁沉降（3）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。墩台基础的工后沉降量不应超过下列容许值：高速铁路桥梁与隧道1.3高速铁路桥梁的技术要求3.高速铁路桥58高速铁路桥梁与隧道1.3高速铁路桥梁的技术要求4.高速铁路桥梁徐变上拱为保证高速铁路轨道的高平顺状态，《高速铁路设计规范》（TB10621—2014）对桥上线路铺设后的徐变上拱进行了严格的控制，即轨道铺设后，有砟桥面梁的徐变上拱值要求不大于20mm，无砟桥面梁的徐变上拱值要求不大于10mm。高速铁路桥梁与隧道1.3高速铁路桥梁的技术要求4.高速铁路桥59高速铁路桥梁与隧道1.4高速铁路隧道的特点高速铁路对基础设施建设的标准要求较高，线路最小曲线半径较大，所以高速铁路的选线设计必然会出现大量的隧道工程，如图2-13所示。图213高速铁路隧道高速铁路桥梁与隧道1.4高速铁路隧道的特点高速铁路对基础设施60高速铁路桥梁与隧道1.4高速铁路隧道的特点（1）机车车辆方面。行车速度、车头和车尾形状、列车横断面、列车长度、列车外表面形状和粗糙度、车辆的密封性等。高速铁路进入隧道的空气动力学效应受到以下多方面因素的影响：高速铁路桥梁与隧道1.4高速铁路隧道的特点（1）机车车辆方面61高速铁路桥梁与隧道1.4高速铁路隧道的特点（2）隧道方面。隧道净空断面面积，双线单洞还是单线双洞，隧道壁面的粗糙度，洞口及辅助结构物形式，竖井、斜井和横洞，道床类型等。（3）其他方面。列车在隧道中的交会等。高速铁路进入隧道的空气动力学效应受到以下多方面因素的影响：高速铁路桥梁与隧道1.4高速铁路隧道的特点（2）隧道方面。隧62高速铁路桥梁与隧道1.5高速铁路隧道的主要技术标准隧道横断面阻塞比β的计算公式为（210）式中，Atr为列车的横断面面积；Ar为隧道的横断面面积。阻塞比的值越小，压力瞬变现象越能得到缓解。我国高速铁路隧道横断面的阻塞比一般为0.10~0.12。1.隧道横断面高速铁路桥梁与隧道1.5高速铁路隧道的主要技术标准隧道横断面63高速铁路桥梁与隧道1.5高速铁路隧道的主要技术标准2.隧道横断面净空尺寸（1）隧道建筑限界（2）线路数量（3）