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，由于其快速和平安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开展所起的作用，已引起世界各国的重视，各经济兴盛国家竟相开展高速铁路。实践讲明，高速铁路是现代世界经济开展和人类生活水平提高的需要，是运输市场剧烈竞争的出路，是现代高新技术开展的产物。它在200～1000km的运距范围内具有特别大的竞争力。它极大地提高了铁路运输效劳的质量和治理水平，使曾经被视为“夕阳工业〞的世界铁路得以复兴，并有蓬勃开展、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开展的历史性转变。我国改革开放20年来，经济迅速开展，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开展的需要，繁忙干线运输能力紧张，运输质量和效劳水平低下，治理手段落后等等，迫切需要我国铁路人把握世界铁路技术开展的趋势，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年就方案在广深既有线提速至160km/h〔局部达200km/h〕，目前，该准高速铁路早差不多投进运营。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，该线也差不多运营多年。我国的高速铁路的长远开展是在全国建成“四横四纵〞的高速铁路网，我国高速铁路开展特别快将进进一个崭新的历史时期。依据我国?中长期铁路网?，到2021年，全国铁路营业里程到达10万公里，要紧繁忙干线实现客货分线，复线率和电化率均到达50％，运输能力满足国民经济和社会开展需要，要紧技术装备到达或接近国际先进水平。秦沈客运专线是我国差不多建成的第一条客运专线，广深准高速铁路也差不多运营多年，差不多开工或立即开工的高速铁路客运专线有石家庄－太原客运专线、武汉－合胖高速铁路、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，也进进了或前期预备时期。高速铁路网的建设，在大江南北已呈方兴未艾之势。高速铁路与传统的一般铁路有特别大的不同：高速度速度在200km/h以上的铁路才称为高速铁路，由于高速度的缘故，线路轨道不平顺、行车运行操纵难度、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。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。高平安性高速铁路必须具有一流的平安保障系统，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平安监测、监视与操纵。在能见度特别低的大雾天气，高速公路封闭，民航飞机延误起飞，而高速铁路就不受碍事的平安运营。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。高密度高速列车追踪列车间隔时刻一般能够到达3分钟。要表达高速铁路的优势，就必须保证列车在高速铁路线上高密度地连续运行。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到达最计速度外，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。这与我国传统一般铁路有全然不同，我国既有铁路大根基上通车一年半载后还不一定能到达设计速度。如京九铁路，通车时某些地段仅达50~60km/h，运营一段时刻才到达70~80km/h，至今仍不能全线按设计速度120km/h运营，这对高速铁路是尽对不能够的，否那么，线路〔轨道〕将产生经历性病害或不平顺，其后果是将花费数倍的力量往整修才可能到达高速运行的目标。6.特别强的外乡化高速铁路具有特别强的土木化特征，必须结合我国的现实条件，尽管日本和欧洲各国通过几十年的实践，积存了大量经验，并各自制定了一套高速铁路专用的技术标准，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别规程BesB(DS899/59)?以及1993年修订的?德国铁路桥梁及其它工程结构物标准VEI(DS804)?，但这些标准中的值一般是依据各国具体情况通过研究后确定的，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，对高速铁路的要害技术进行具体、系统的研究，为我国高速铁路设计标准的制定提供理论依据。为了保证高速铁路行车的平安与舒适，其各项技术标准要求均特别高，由于线路高度的限制及要求全线封闭等缘故，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、优质的建成是特不要害的。第二节高速铁路桥梁的特点行车速度大于200km/h即为高速铁路，客运专线的根底设施设计时速为350km/h，客货混运铁路的运营速度大于200km/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，且要与四面环境协调，要求尽量减小噪音污染，因此高速铁路对桥梁的要求与一般铁路不同，且高速铁路参数限制严格，曲曲折折曲曲折折折折线半径大、坡度小，并需要全封闭行车，桥梁建筑物数量多于高架桥：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，但桥梁特别长，往往伸展达十余公里；谷架桥：用以跨越山谷。跨度较大，墩身较高；跨河桥：跨越河流的一般桥梁。差不多建成的高速铁路或客运专线桥梁的结构形式一般是：小跨度桥梁采纳多孔等跨简支梁桥，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。高架线路上采纳多孔等跨简支梁桥的型式，具有以下优点:①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治理工作大为简化，也便于结构的日常检查和养护维修。②高架线路采纳简支体系的梁桥，更能适应地质不良、地基承载力低的地段。③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。但关于跨度小于20米的小型桥梁，依据法国的经验最好采纳超静定结构，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，同时对维持桥上线路的平顺性更有利，从而提高桥上行车的舒适性和平安性。采纳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纳这种结构型式，有一定的使用经验。故当技术经济条件适宜时，也可采纳这种结构型式。歪交刚架和框构桥在跨越道路等场合，其适应性强，整体性好，能够采纳。钢混凝土结合梁或型钢混凝土结构跨越能力强，施工方便，同时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适宜用。表1.1国外高速铁路大跨度桥梁序号结构型式孔跨布置(m)桥名123预应力混凝土连续梁40+77+130+7750+10×100+5067+100+67德国美因河桥(无碴轨道)法国阿维尼翁桥法国旺他勃朗桥456预应力混凝土V型连续刚构预应力混凝土T型刚构预应力混凝土歪腿刚构82+135+8276+7626．3+51+26．3德国格明登美因河桥日本第一千曲曲折折曲曲折折折折川桥(无碴轨道)日本雾积川桥(无碴轨道)789预应力混凝土歪拉桥预应力混凝土低塔歪拉桥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桥(无碴轨道)日本屋代北桥(无碴轨道)日本屋代南桥(无碴轨道)101112混凝土上承拱桥1624×127．5116德国伐茨霍希汉姆美因河桥德国瓦尔泽巴赫桥德国拉恩特尔桥(无碴轨道)131415钢系杆拱桥124121．4115．4+115．4法国阿维尼翁桥法国莫纳斯桥法国阿德玛桥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日本第三千曲曲折折曲曲折折折折川桥高速铁路中的桥梁一般有以下的特点：1.桥梁数量多平交道的存在将使列车速度、交通平安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：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；在碰到以下情况时，均应该为立交桥，取消平交道：交通繁忙的道路，平交道的瞧管与养护费用和新建立交桥的投资相差不大或嘹瞧条件不行等等。加之尽量减小用地等缘故，高速铁路中桥梁总延米在线路总长中所占比例比一般铁路大，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到达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〕。相比之下，我国一般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603468日本195393048韩国41113533桥梁数量增加，尤其是大量采纳特别长的高架线路，使桥梁成为高速铁路的要紧组成局部。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要害。2.混凝土桥梁多高速铁路的桥梁需要有特别高的抗扭刚度、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纳道碴桥面的钢筋混凝土和预应力混凝土桥梁，而且还开展多种形式的大跨度预应力混凝土结构。德国的DS804标准高速铁路桥梁一般应采纳上承式梁，在任何情况下都必须设置石碴道床，采纳下承式槽形梁、歪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，该线大局部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、钢桥线不不总长(km)所占比例总长(km)所占比例东海道东京～新大阪14282%3118%山阳新大阪～冈山8793%77%山阳冈山～博多11094%66%东北大宫～盛冈32698%72%东北上野～大宫2288%312%上越大宫～新泻16199%11%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尽对优势，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碍事小，养护工作量少，造价也较低等，因此一般要求桥梁上部结构应优先采纳预应力混凝土结构。当需要减轻梁重或快速施工时，结合梁也常被采纳。桥梁的上部结构直截了当承受列车荷载，由于高速列车运行时动力响应加剧，为保证列车运行平安和旅客乘坐舒适，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，根基上十分必要的。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讲明，结构的耐久性对桥梁的平安使用和经济性起着决定的作用。经济合理性应当使建筑费用与使用期内的检查维修费用之和到达最少，片面地追求较低的建筑费用而无视耐久性，往往会造成特别大的经济损失。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平安使用。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特别大的社会碍事和经济碍事，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要紧设计原那么、统一考虑合理的结构布局和构造细节并在施工中严格操纵，保证质量。一些国家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，期待能到达100年的耐用期。我国新建铁路的设计使用年限现差不多提高到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。以上原那么，在各国的高速铁路桥梁设计建筑时，均得到充分的重视，如：明确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，防止桥上无缝线路出现过大的附加应力高速铁路要求一次展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、桥梁挠曲曲折折曲曲折折折折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，碍事行车平安。因此，墩台根底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，对如何防止结构物出现较大的纵向位移也进行了深进研究，提出了多种操纵方法和构造措施，以供高墩桥梁选择。关于高速轨道而言，必须尽可能消灭钢轨有缝接头，采纳跨区间超长无缝线路。欧洲和日本已运营的4400km高速铁路无不采纳无缝线路，讲明世界各国铁路工作者对高速铁路轨道结构的共识。开展跨区间超长无缝线路的一项要害技术是如何在特大桥上展设无缝线路,即解决桥上无缝线路纵向附加力的分布及传递咨询题。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、挠曲曲折折曲曲折折折折附加力、断轨力以及制动力等,这些附加力的计确实是根基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。在特大桥上展设无缝线路,按标准要求均需要单独设计。展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，当采纳UIC60钢轨时，那个附加应力的最大拉应力不得超过81Mpa，最大压应力不得超过61Mpa。而那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紧密相关的。另外在制动力作用下梁轨之间必定产生相对位移，经研究和参考国外标准。为维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操纵在4mm以下，这又是与桥梁的跨度及其下部结构的刚度紧密相关的。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。关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。关于钢轨挠曲曲折折曲曲折折折折附加应力，大量试验讲明，在第三跨以后一般均特别小，因此仅取两跨有载计算。钢轨最大制动、伸缩和挠曲曲折折曲曲折折折折附加应力均在桥台与梁的接缝四面，其中钢轨最大挠曲曲折折曲曲折折折折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那么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曲折折曲曲折折折折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：下部结构到达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准许附加应力操纵。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熟悉缺乏，对结构振动频率与列车速度之间的关系熟悉缺乏，导致局部桥梁结构在列车过桥时产生横向晃动，给司机、旅客带来不平安感，甚至导致限速行驶，碍事桥梁正常使用。如佳木斯松花江桥，列车以58.1km／h通过时，实测上、下弦最大横向振幅分不为9.85mm和7.6mm；蚌埠淮河大桥引桥39.6m无碴有枕预应力混凝土梁，中心距1.8m，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截了当碍事桥上轨道的平顺性，造成结构物承受特别大的冲击力，旅客舒适度受到严重碍事，轨道状态不能维持稳定，甚至碍事列车的运行平安。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一般铁路线上的桥梁有更大的刚度〔即较高的固有频率〕。UIC标准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开展，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平安与舒适，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。一般客车乘坐舒适度一般能够用顺桥向及横桥墩台顶面的弹性水平位移来保证。关于高速铁路，满足高速行车时列车平安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碍事，桥梁下部结构的横向刚度对车桥耦合振动体系的碍事是较为明显的，且横向刚度的碍事明显地大于纵向刚度的碍事，尤其是对横向动位移的碍事更大。纵向和横向应区不对待。静力计算的墩台顶水平位移值，是桥墩台刚度的直截了当表达，是对车桥耦合振动体系碍事较大的一个因素，碍事列车平安性和旅客乘车舒适度的指标，故应参考有关进行检算，予以操纵。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，满足列车平安性和旅客乘座舒适度指标的要求，关于适用于高速铁路的墩台顶的弹性水平位移的容许值，应在专题研究的根底上再行确定。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特别高的要求，对桥梁挠度、梁端转角、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，各国高速铁路桥梁全然上都遵循以下原那么：〔1〕采纳双线整孔桥梁，主梁整孔制造或分片制造整体联结。双线桥梁一方面提供特别大的横向刚度，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，都采纳双线单室箱形截面；〔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，而一般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〕；〔4〕尽量选用刚度大的结构体系如连续梁、刚架、拱桥、歪拉桥等；鉴于高速铁路全封闭桥梁数量多，设计技术标准高，又要求行车平安舒适，因此，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，通常不应采纳柔性结构，而刚构和框架结构可减少维修工作量，且局部损伤并不碍事整体。日本是地震高发区，因此，日本山阳新干线高架桥大量地采纳双线跨度为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，上展设道碴桥面，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平安〔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纳100m跨度的桥梁。目前各国最大跨度的桥梁均未超过162m〔见表〕。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曲折折曲曲折折折折川桥135预应力混凝土密束歪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要紧由刚度操纵。尽管高速铁路活载小于一般铁路，但实际应用的高速铁路桥梁，在梁高、梁重上均超过一般铁路桥梁。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，不管哪种情况，既有车站线路和站房相交错或综合在一起的现象是防止不了的，往往形成结构外形、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.全面采纳无碴轨道是客运专线开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，桥面的宽度能够减小，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，能节约大量维修养护费用。目前，尽管大局部国家的高速铁路仍采纳有碴轨道，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展、革新，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开展趋势。实践证实，无碴轨道弹性均匀、状态稳定、大大减少线路维修工作量。桥梁采纳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。然而无碴轨道的缺点也是明显的：行车舒适度和噪声操纵不如有碴轨道，桥上线路高程的调整不如有碴轨道方便，不利于展设渡线，一次性投资过大外，对桥梁的变形操纵、根底沉落、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咨询题。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，梁的上拱度操纵〔比方梁体温度梯度碍事，假设较多造成计算误差较大〕、梁的横向挠曲曲折折曲曲折折折折操纵还有许多的咨询题有待解决。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，重视生态环境保卫。这要紧指桥梁造型要与四面环境相一致并注重结构外瞧和色彩；在居民点四面的桥梁应有落噪措施；防止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开展，采纳设计、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表达经济性。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，使结构的各种变形特别小。高速铁路上的桥梁设计，除须满足一般铁路桥梁的要求外，还需满足一些特别的要求，这是因为在高速列车运行条件下，结构的动力响应加剧，从而使列车运行的平安性、旅客乘坐的舒适度、荷载冲击、材料疲乏、列车运行噪声、结构耐久性等等咨询题都与一般铁路不同。因此，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维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．防止结构出现共振和过大振动在进行车桥耦合动力分析时，关于车桥系统的激振源，目前存在两种处理方法，一种是将轨道不平顺作为系统的鼓舞源，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鼓舞源，也有采纳轮对蛇行波。车桥系统的空间耦合振动要紧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标准中有所反映，而后者那么不然。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，所涉及出因素都特别复杂，研究难度较大，这些都限制了车桥横向振动的研究和开展。研究结果讲明，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全然缘故。桥梁动力系数出现峰值，就意味着共振的发生，意味着剧烈的振动，这就会造成道床松散，钢轨损伤，碍事轨道结构的正常工作，也会引起混凝土开裂，结构疲乏，承载力落低，甚至危及桥梁的平安。关于一定跨度的桥梁，能够采纳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。因此，关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碍事是特别有必要的。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碍事小，运营期间养护工作量少造价也较为经济等优点。从耐久性的角度来瞧，预应力混凝土结构也优于一般钢筋混凝土结构和钢结构。高性能混凝土是近年来一些兴盛国家基于混凝土结构耐久性设计提出的新概念混凝土。区不于传统混凝土，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参加了超塑化剂和其它外加剂以及矿物细掺料(例粉煤灰等)，采纳低水胶比，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。它依据需要，在硅酸盐水泥中掺进不同的矿物细掺料及高性能外加剂，能够落低水灰比，减小混凝土的收缩、徐变，落低混凝土温升，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，能够到达事半功倍的效果，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混凝土材料、配合比设计、施工工艺、质量操纵的研究，积极参加高性能混凝土验收及相关标准和施工标准的制定，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。采纳标准设计能够简化设计，有利于提高模板的重复使用，有利于合理组织施工，从而最终落低建筑本钞票。5．长桥应尽量防止设置钢轨伸缩调节器依据高速行车和采纳无缝线路的实际情况，在计算荷载工程上，?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，由于疲乏、纵向力过大或其他缘故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，发生断轨的机率比立小，而断轨力的值又比立大，因此，不管单线或双线桥梁，只计算一轨的断轨力，而且将其作为特别荷载，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：下部结构到达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准许附加应力操纵。6．以人为本，与环境相协调(美瞧、落噪、减振)噪声污染是一种物理污染，它尽管并不致命，但对人的健康危害却特别大。经常生活在强噪声环境中，将引起健忘、乏力、耳喊和耳聋，同时，噪声也对人的心理产生危害、干扰通话和语言交流，使人焦躁，造成疲乏和落低工作效率。铁路噪声原本存在，随着高速铁路的诞生，噪声污染咨询题就更显突出。高速铁路的噪声要紧由以下几方面的缘故引起:〔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局部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，并分不采取相应的减振落噪措施，能够落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，对桥梁来讲确实是根基尽量减小结构的振动，落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操纵，即设置声屏障、隔音板等。桥上声屏障的设置，一般应依据环境碍事评价的结果，推测保卫目标的限值和距离，与环保专业共同商定设置声屏障的高度、型式和范围。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纳容许应力法，因此，荷载的分类及荷载的组合原那么，仍然沿用铁路桥涵设计标准的，只是依据高速行车和采纳无缝线路的实际情况，在荷载工程上，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曲折折曲曲折折折折。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，分不称之为伸缩力和挠曲曲折折曲曲折折折折力，同时，两种力也反作用于梁，并传递到支座和墩台上。伸缩力和挠曲曲折折曲曲折折折折力根基上主力，但二者在同一轨道上可不能同时产生。桥上无缝线路的钢轨，由于疲乏、纵向力过大或其他缘故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，发生断轨的机率比立小，而断轨力的值又比立大，因此，不管单线或双线桥梁，只计算一轨的断轨力，而且将其作为特别荷载，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四面空气随之运动，形成的列车风在临近列车的建筑物上产生的动摇压力，它与列车外形、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，其他荷载工程及有关荷载组合的，都与现行?铁路桥涵设计标准?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根底，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，满足机车车辆开展的需要，并保证据此确定的承重结构具有足够的可靠度，能确保运输平安。关于高速铁路还要考虑较高的旅客乘坐舒适度的要求。桥梁是铁路线上要紧承重结构，京沪高速铁路桥梁长度占全线特别大比例，活载图式制定的合理与否，直截了当碍事到行车平安和工程造价，要是选定的活载图式标准偏低，那么会危及行车平安或碍事运输能力，标准过高那么会造成白费。因此讲，活载设计图式的选定不单单是个技术咨询题，更是一个经济政策的咨询题，同时，也反映一个国家的技术开展水平和综合国力。碍事设计活载图式的因素许多，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、编组以及车辆的开展有紧密的关系，还与运输模式〔是单一的客运依旧客货混运〕、速度指标、不同结构体系的加载方式等紧密相关。因此讲，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〞的概念差异.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，同时考虑其开展以及其他难以预见的因素，还应留有适当的强度储躲。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。其一是欧洲普遍采纳的UIC〔国际铁路联合会〕活载，其全然图式是一致的〔见图2-1〕，仅依据各国具体情况有所补充；另一种是日本采纳的高速列车专用荷载N、P荷载〔见图2-2〕。欧洲各国普遍采纳的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今后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，特不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。讲明图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2－1UIC活载图式N标准活载重注：图内轴距长度单位为m。轴距(m)轴重Q(tf)LL1L2L316201720P标准活载重图2－2NP活载图2－3UIC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立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?中：列车竖向静活载采纳中华人民共和国铁路标准活载，即“中—活载〞。有关设计荷载的采纳除本暂规提到的外、其余按?铁路桥涵设计全然标准?〔2005〕办理。然而，在制定客运专线高速铁路活载图式时，首先是考虑根底设施按350km/h的要求，同时也要考虑我国跨线列车轴重较大的可能。我国过往没有高速铁路，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，日本全然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，并留有列车开展的余地，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特别接近的。再者，依据专家意见，应考虑必要时高速铁路线可运行物资列车，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，认为采纳UIC活载的模式来制定我国高速铁路活载图式是比立适宜的。UIC活载概括了现在欧洲的轻型和重型运营列车荷载，并留有列车开展的余地，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特别接近的。我国客运专线和高速铁路桥梁采纳ZK活载图式(0.8UIC)以及与欧洲一致的冲击系数。图2－5ZK标准活载图式图2－6特种活载图式二、冲击系数的取值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碍事，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。各国依据其桥梁试验资料和采纳的理论分析方法，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以下冲击系数所得的值为标准。此处i＜。但对电力、内燃动车荷载及新干线，须满足以下条件Ka——系数〔既有铁路Ka＝2，新干线Ka＝1〕；V——在该区段行驶的列车最高速度〔km／h)；L——原那么上使杆件产生最大活荷载截面内力的同符号碍事线基线长〔m〕，但下承桁架的吊杆、上承桁架的中间支柱、再分节间的歪杆之类以外的桁架腹杆，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〕项的冲击系数再乘以以下系数a，，2.混凝土桥〔铁路〕〔1〕冲击特性值原那么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纳的设计冲击系数按下式计算此处i——设计冲击系数；Ka——按列车荷载类不而定的系数〔表〕；a——速度参数；V——列车或车辆的最高速度〔km/h〕；n——杆件的全然固有频率〔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，那么L按该跨径计算。表2.1系数Ka列车荷载类不最高速度或最高速度参数其它条件KaL≥10m机车荷载V≤130km/hL<10m,且α≤L<10m,且α电力、内燃动车荷载V≤160km/h－新干线荷载α≤－α＞－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不可采纳表～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乏极限状态下的设计冲击系数可按上述〔1〕、〔2〕项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〕5102030405070100110n≥55LL<10m且n<55L130n≥55LL<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〕51020304050701001100.17130n≥55L160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〕5102030405070100110n≥55L210n≥55L260n≥70L300n≥80L〔4〕用于支承复线的杆件的设计冲击系数，可按上述〔1〕～〔3〕项的各极限状态的设计冲击系数乘以按下式推算的落低系数β1值确定。L<80m时β1＝1－L／200L＞80m时β1＝〔5〕结构物上有覆盖土时及有截面大的下部结构物时能够按〔1〕～〔4〕中的各极限状态的设计冲击系数落低。〔二〕、国际铁路联盟标准对冲击系数的依据UIC标准，与UIC活载相应的动力系数如下：φ1=公式(2－1)φ2=公式(2－2)φ3=公式(2－3)关于维修得特别好的路线φ2值用于弯短，φ1用于剪力。标准，对新桥设计〔依据UIC71荷载图〕采纳以下公式计算冲击系数：关于按照精确标准维修的线路，计算弯矩时，可采纳2值；计算剪力时，可采纳1值。关于其他线路，计算弯矩时可采纳3值。冲击系数值见表。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。表2.5国际联盟标准冲击系数计算方法LФ〔米〕≤45710152030405060≥拱桥拱顶填土厚度大于米时，冲击系数能够减往以下数值：(HC-0.5)。式中Hc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。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+32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米5桥面板对每一要紧载运方向，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Lm=1/n(L1+L2+…+Ln)n=L234≥5跨Lm〔至少为LMAX〕1112悬臂梁悬臂梁单独的梁梁的跨度悬臂跨度1314拱桥在主梁上或弦杆与节点直截了当放轨处半跨主梁的L15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，而每工程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往，那么计算总应力中的每一项都应使用的有效跨距L计进承载作用的冲击系数，但4、14两项除外。〔三〕、我国高速铁路暂行标准对冲击系数的我国?新建时速200公里客货共线铁路设计暂行?中：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—2005〕计算。由此能够瞧出，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〞科技攻关工程?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根底上，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，分析碍事的要紧因素和变化规律，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。然而，这项工作是针对高速列车v=350km/h来做的。我们现在采纳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纳了UIC活载的模式，动力系数也就采纳UIC标准的UIC图式〔即上面的ZK活载图式〕，而不是UIC活载图式。依据UIC标准的，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，但应当对它们采纳相同的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，关于1.1、1.2、1.3或0.9、0.8、0.7级的线路分不用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UICUICUIC活载的静效应M＇、Q＇的动力系数φ1＇、φ2＇，应该是φ1×φ1×φ1=公式(2－4)φ2×φ2×φ2=公式(2－5)上面所列φ1＇和φ2＇的计算式确实是根基暂规条文中的数值。关于连续梁和涵洞的动力系数，以及其他有关，也确实是根基从UIC标准沿引而来的：φu=φ-0.1〔HC-1.0〕公式(2－6)式中φ——按式〔2—4〕或〔2—5〕计算的动力系数。HC——为涵洞及结构顶至轨底的填料厚度〔m〕。φu计算值小于1.0时取1.0。三、长钢轨纵向水平力在展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〞，是不可无视的，其力的大小和分配，在特别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、疲乏或其他缘故可能造成断轨。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，这确实是根基断轨力，其力的大小是桥上的线路纵向阻力操纵的。因此讲，作用于墩台顶的长钢轨纵向水平力〔伸缩力或挠曲曲折折曲曲折折折折力〕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?的计算条件时，应按该办理。固定区的刚架结构不应计长钢轨纵向力。断轨力为特别荷载，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要紧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。一般地讲，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依据铁科院?高速铁路建筑接近限界的研究?科研报告列出的。这一与德国?铁路桥梁及其他工程结构物标准?〔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全然相同。我国气动力计算应符合以下：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-气动力应分为水平气动力qh和垂直气动力qv。水平气动力作用在轨顶之上的最大高度为5m。水平气动力qh可由图的曲曲折折曲曲折折折折线查取。垂直气动力qv可按下式计算：=2〔kN/㎡〕公式〔2－7〕式中——水平气动力〔kN/㎡〕D——作用线至线路中心距离〔m〕对顶盖下的建筑物或构件，qh与qv应乘以1.5的阻挡系数。面荷载qh和qv必须与有车的风荷载叠加。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，假设竖向挠度过大，梁端转角随之增大，现在各跨连接处的线路不能成为平顺曲曲折折曲曲折折折折线，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，落低了列车平安度，同时列车震动，对旅客乘座舒适度有碍事，车速越高，引起的震动越大，挠度限制越严。为限制结构变形，防止行车和地震时发生共振现象及保证行车平安和旅客舒适性，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。一、日本高速铁路桥梁准许变形1.竖向挠度日本在1983年的标准中，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～；平安性那么以车辆弹簧震动产生的向上惯性力引起的轴重减少来衡量，其值取～。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≤4040＜L≤5050＜L＜8080≤L挠度限值〔f/L〕1/18001/20001/25001/2000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，那么由列车产生的折角即可减少，故表2.7中的限度能够放宽，但放宽量不大于25％；同时当采纳石碴道床时，那么不予放宽。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：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，轮重的减轻，不超过轮静重的25％。依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，要紧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，均一定数值，不再考虑跨度变化的碍事〔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准许值列车速度〔km/h〕准许挠度〔m〕210＜V≤260L/1800160＜V≤210L/1400V≤160L/11002.刚度日本国营铁路，结构物的刚度是依据计算的水平位移确定的；而这移动是在假定结构根底稳定的条件下计算的。如能满足表2.9要求，那么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，必须研究其尽对值，但在以列车行走作为对象时，要紧是桥墩相互间，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如表0〔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。前者是指由于根底建成初期，由恒载产生的根底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。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〕顺线路方向制动力长钢轨纵向力地震力〔对恒载〕1/21/21垂直线路方向离心力车辆横向摇摆力地震力〔对恒载〕1/41/41表0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)移方速度开量平行位移折转移方速度开量平行位移折转(m)向km/hmmL<30m30m≤LL<30m30m≤L向km/hmmL<30m30m≤LL<30m30m≤L竖向70110160210260295996439949973水平70110160210260264326326536642二、国际铁路联盟〔UIC〕对桥梁变形的1.竖向挠度国际铁路联盟：桥梁的竖向挠度：最大fv≤L/800；桥梁的横向挠度：最大fH≤L/4000；式中L为桥梁跨度〔米〕。2.其它变形为了行车平安和乘坐舒适，对高速与超高速列车线路上的桥梁，其横向、纵向、水平、轨道扭曲曲折折曲曲折折折折等，要求位移量特别小，因此桥面在垂直与水平两平面内，须刚度特别强。除前述桥面竖向挠度不得大于L/800，和横向挠度不得大于L/4000外，还梁端转角限制在1/200以下；桥的歪扭曲曲折折曲曲折折折折度，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，优先采纳混凝土、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、我国对桥梁变形的我国对不同的高速铁路桥梁变形的要求不同，那个地点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以下〔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，尚应计进温度变形的碍事。现在梁体竖向挠度，按以下情况之不利者取值，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工程L≤24m24m<L≤80mL>80m单跨L/1300L/1000L/1000多跨L/1800L/1500L/10001)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；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‰。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mm；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mm4．L≤80m简支梁竖向自振频率不应低于以下限值L≤40m时no=120/L40＜L≤80m时no=式中no————简支梁竖向自振频率限值〔HZ〕；L————简支梁跨度〔m〕。常用简支梁竖向自振频率限值见表表常用简支梁竖向自振频率限值跨度(m)16202432404856自振频率限值(Hz)6535．简支梁下部结构刚度展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。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〕附注桥墩L≤12120不设钢轨伸缩调节器16200不设钢轨伸缩调节器20240不设钢轨伸缩调节器桥墩24300不设钢轨伸缩调节器32400不设钢轨伸缩调节器40700不设钢轨伸缩调节器481000不设钢轨伸缩调节器桥台3000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。6．墩台根底的沉落量墩台根底的沉落量应按恒载计算，其工后沉落量不应超过以下容许值：墩台均匀沉落量：关于有碴桥面桥梁：30关于无碴桥面桥梁：20外静定结构相邻墩台沉落量之差：关于有碴桥面桥梁：Δ=15关于无碴桥面桥梁：Δ=5Δ—相邻墩台沉落量之差，单位mm。L—相邻墩台间的梁跨长，单位m。关于外静不定结构，其相邻墩台均匀沉落量之差的容许值，除要满足外静定结构相邻墩台沉落量之差的要求外，还应依据沉落时对结构产生的附加应力的碍事而定。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兴盛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，桥梁的要紧功能是为高速列车提供平顺、稳定的桥上线路，确保列车运营平安桥梁截面形式一般有板梁、T梁和箱梁。德国一般采纳板梁和箱梁，板梁一般为型钢混凝土梁，最大跨度到达28m。法国一般采纳箱梁。日本和西班牙采纳了许多多片式T形梁，多片式T形梁都加强劲的横隔板并采纳整体桥面。日本T形梁一般采纳了4、6、8片式，跨度有19.4m、24.2m、29.2m、34.2m、39.2m和44m。西班牙一般采纳25m跨度高速铁路桥梁一般都采纳简支梁、连续梁、连续刚构、拱及组合梁等刚度大的桥型，并尽量采纳双线整体桥面板。依据日、德、法等国的经验，梁跨在20米以下时，多采纳钢筋混凝土梁、预应力混凝土梁或结合梁；梁跨在20～60米时，多采纳预应力混凝土T型梁、箱梁或结合梁；梁跨在60米以上时，多桥梁较长、墩身不高的高架桥在新建高速铁路中占有特别大的比例。德国、意大利、西班牙等国都采纳等跨布置的25m预应力混凝土简支梁结构；韩国高速采纳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，大量采纳跨度为8m、lOm、12m的钢筋混凝土连续刚构，每联一般有4～10跨，各联之间采纳简支梁过渡。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，高架桥的选择应防止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。欧洲新建铁路有许多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，谷架桥更多地采纳了连续梁，连续梁和简支梁的比例约各占50％。西班牙和法国均选用连续梁，跨度不超过80m。由于谷架桥桥墩高，纵向刚度弱，因此都采纳传力装置将制动力直截了当传到桥台或特别设计的制动墩上。 法国地中海线采纳的桥梁要紧结构型式为：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纳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纳了节段拼装体外预应力的施工技术〔串联梁〕。其要紧特点为：①小跨度桥梁普遍采纳刚构连续梁和上承式刚板连续结合梁桥，极个不的地点也有采纳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纳简支梁。②跨度在40～60m的中等跨度桥梁采纳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操纵在450m以内，施工方法一般采纳顶推法。在此跨度内的桥梁结构也有采纳上承式钢板连续结合梁，截面形式为工字形，主梁与横梁采纳全焊连接，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，钢梁采纳吊装和顶推法施工就位，现场浇注混凝土桥面板。③大跨度桥梁的跨度一般为80～120m，采纳变截面预应力混凝土连续箱梁，要紧施工方法采纳悬臂浇注、自平衡转体施工和节段预制拼装法施工。也有的采纳大跨度系杆钢拱桥，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。日本大局部高架桥为钢筋砼连续刚架高架桥，依据桥址地质条件的不同，连续刚架采纳3～7跨一联，其跨度较小，为8～lOm。每一联刚架之间有的采纳挂简支板梁，有的采纳悬臂外伸梁，有的采纳二联相邻，这种结构的根底大局部采纳带有根底梁的框架根底。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。双柱根底可分为单独根底、连结根底和带有根底梁的框架根底等。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)采纳固结。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、歪拉桥等结构。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，采纳了优化设计、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，为了不落低梁的抗剪能力，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歪坡，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歪拉桥之后，突破了高速铁路一般不采纳柔性结构的禁区，也标志着高速铁路桥梁向结构新型化和大跨度开展的趋势。我国在今后的铁路建设中，修建大跨歪拉桥差不多成为必定。歪拉桥本身属于柔性结构，歪拉桥结构用于铁路，由于列车荷载大，运行平安性和平稳性要求高，往往是结构刚度操纵设计。故铁路歪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，在条件准许时，尽可能设置辅助墩，约束主梁纵向位移等，这根基上提高结构体系刚度的有效途径。采纳钢架时，由于自重较轻，相应歪拉索用量较小，这将带来歪拉桥体系刚度下落的不利，需用其他方式弥补。由于铁路荷载大，在歪拉桥中跨满载时，边墩将产生特别大负反力，采纳拉力支座技术上有特别大难度，故此，往往需采纳较大的边跨，虽能解决负反力咨询题，但却带来受力及刚度下落的不利。歪拉桥采纳混凝土箱梁时边跨通过压重解决边墩负反力咨询题相对轻易，采纳钢桁梁那么有一定困难。铁路歪拉桥对梁端转角限制特别严，典型三跨歪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。就碍事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碍事相对缓慢，歪拉索刚度的增加对提高结构整体刚度更直截了当有效，但它必须具备足够的初始反响才能发扬作用。此外，歪拉桥的尾索所受交变应力幅度较大，往往是疲乏操纵设计。从上述可见，铁路歪拉桥的设计必须结合铁路荷载特点、列车运行要求及歪拉桥的力学特点，综合考虑各种因素才能解决咨询题，构思采纳新结构、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，再加上歪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以内的歪拉桥，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歪拉桥方案梁高需～。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尽对优势，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碍事小，养护工作量少，造价较低等。当需要减轻梁重或快速施工时，结合梁也常被采纳。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4，能够瞧出：〔l〕常用跨桥梁均采纳标准设计，品种尽量精简。如西班牙及意大利要紧选用23m跨度的简支梁，德国那么要紧采纳23、42、54m三种跨度；〔2〕由于施工简便，大量采纳等跨布置的简支结构；但竖向刚度特别大，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，大局部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纳预应力混凝土连续梁为主，个不选用刚架，拱桥及歪拉桥，均采纳悬臂法施工。表2.14高速铁路预应力混凝土标准简支梁情况国名结构形式线路形式跨度〔m〕梁高〔m〕高跨比活载产生跨中下翼缘应力〔Mpa〕截面型式制梁方式架设方法挠跨比意大利预应力混凝土等跨简支梁有碴23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42.544双线单箱桥位灌注移动支架1/3744西班牙预应力混凝土等跨简支梁有碴245片式I分片预制，架设后灌注整体桥面车吊1/3649法国预应力混凝土等跨简支梁—61—槽型梁—日本预应力混凝土等跨简支梁无碴29．234．21/114片式6片式T梁预制，架设后连成整体桥下吊装—在采纳简支上部结构的德国新干线山谷桥中，不管是已完成主体工程的依旧正在施工的，大局部根基上采纳图2－7a所示的体系，即所有简支梁桥根基上在上部结构的同向梁端分不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，碍事钢轨受力，一般用于墩高小于20米，且图2图2－7简支梁桥体系图2－7b和图2－7c所示的体系那么防止了以上的缺点。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根基上纵向固定支座，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倍，并在下面的两个桥墩内引起约束，图2－7b及图2－7c可落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〕山谷桥就采纳了图2－7c所示体系。图2－7d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，且根底图2－8纵向连接器的布置图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，但换梁时能够拆开。全长986米，墩高95米的罗姆巴赫〔Rombach〕就采纳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〕，预应力钢束采纳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〕。该体系能承受短时刻的纵向力，能特别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米及米，均为单箱单室箱梁。箱梁底板宽米，桥面板宽度米，跨度42米的梁高4米，米的梁高5米。腹板与铅垂方向成15度，厚度为米，支座处米。底板一般厚度为高速铁路线上之因此采纳以上一些措施，是因为高速铁路对结构的变形提出了更高的要求，假设不采纳纵向传力装置而如一般线路桥梁那样靠桥墩传递水平力，那么桥墩可能难以设计，且钢轨的附加应力也可能远远超过准许值。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碍事〕，不能将上下局局限开考虑。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纳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，分三段的要紧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。两端的梁段分不为690米和790米，跨度由33米至35米不等，共33跨。该桥为双线桥，线间距米，桥面板宽米，底板宽为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，现在可采纳其它的支座布置形式，如将固定点设在桥梁中部〔纵向固定支座能够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缺乏，要设计足够刚性的固定点也特别图2图2－10连续梁桥体系采纳在桥的两端设置液压缓冲器，可弥补体系b的刚性缺乏，缓冲器的特点是，关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；关于缓慢进行的位移，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。固定点桥墩仅需担当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〔纵向固定支座能够设在一端或两端〕，现在可不用缓冲器，如此纵向变形将分配在两个接缝上。假设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别〞中已有讲明。当桥梁特别高时，要是再象图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准许水平转角的程度。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纳小跨连续框构，以减小维修量，利于抗振。如山阳新干线高架桥大量地采纳双线为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，上展设道碴桥面，也有采纳多孔两端无悬臂的，应用于轨道板梁桥。截面形式多采纳箱型。新干线第二阿武隈川桥即采纳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。法国北方线情况特别，该线跨越地段较长，与高速公路的交角较小，河流宽，根底施工难度大，费用高。对工程总造价的优化研究讲明，需加大桥梁跨度，减轻梁体自重。对特大桥还需认真研究有关伸缩接头、承受制动力等咨询题。特别是线路的走向复杂，包括抛物线型缓和曲曲折折曲曲折折折折线、反曲曲折折曲曲折折折折线等。梁体总长度是大西洋线的2倍。在如此的背景下，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、圣安德尔桥等都采纳了结合梁。其中龙戈耶马莉桥、拉奥特高尔姆桥梁体采纳两片钢板梁，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，桥面板最大厚度米，并有3cm厚的防水层做密封保卫。圣安德尔桥主体为钢桁梁，桁架间距米，桥面板为图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