桥隧建筑物基本技术条件知92课件讲解

桥隧建筑物基本技术条件知识目录荷载01限界02孔径及净空03刚度04基础埋置05使结构或构件产生内力和变形的外力及其它因素。或习惯上指施加在工程结构上使工程结构或构件产生效应的各种直接作用，常见的有：结构自重、楼面活荷载、屋面活荷载、屋面积灰荷载、车辆荷载、吊车荷载、设备动力荷载以及风、雪、裹冰、波浪等自然荷载。荷载01一、时间分类1永久荷载（恒载），其值不随时间变化；或者其变化与平均值相比可以忽略的荷载。例如结构自重、土压力、预应力基础沉降，混凝土收缩，焊接变形等。恒载也称永久荷载，是施加在工程结构上不变的（或其变化与平均值相比可以忽略不计的）荷载。如结构自重、外加永久性的承重、非承重结构构件和建筑装饰构件的重量、土压力等。因为恒载在整个使用期内总是持续地施加在结构上，所以设计结构时，必须考虑它的长期效应。结构自重，一般根据结构的几何尺寸和材料容重的标准值（也称名义值）确定房屋是由基础、墙（柱）、梁、板这样一些较重的结构构件组成。它们首先要承受自身重量，这就是恒载。除此之外，地面、屋面、顶棚、墙面上的抹灰层和门窗都是荷载。荷载分类一、时间分类2可变荷载（活载荷），在设计基准期间内，其值随时间变化，且变化值和平均值相比不可忽略的荷载。例如楼面活荷载、屋面活荷载和积灰荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷载等。活荷载也称可变荷载，是施加在结构上的由人群、物料和交通工具引起的使用或占用荷载和自然产生的自然荷载。如工业建筑楼面活荷载、民用建筑楼面活荷载、屋面活荷载、屋面积灰荷载、车辆荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷载、裹冰荷载、波浪荷载等均是。3偶然荷载（特殊载荷或偶然作用），在设计基准期可能出现也可能不出现，一旦出现，其值很大且持续时间较短。例如爆炸力、撞击力，台风雪崩等。注：自重是指材料自身重量产生的荷载（重力）。荷载分类二、结构分类1.静态作用不使结构或结构件产生加速度或产生加速度可以忽略不计.例如住宅或办公楼的楼面荷载等2.动态作用使结构和结构件产生不可忽略的加速度.例如吊车设备振动；高空坠落物冲击作用等.荷载分类三、作用面大小分类1.均布面载荷建筑物楼面上的均布载荷，例如铺设的木地板，地砖，花岗石，大理石面层等重量引起的荷载.均匀面载荷Q值的计算，可用材料单位体积的重度y乘以面层材料的厚度d,得出增加的均匀布面载荷值，Q=y.d．2.线荷载建筑物原有的楼面或层面上的各种面载荷传到梁上或条形基础上，可简化为单位长度上的分布载荷、称为线荷载3.集中荷载荷载的分布面积远小于结构受荷时，为简化计算，可近似地将荷载看成作用在一点上。例如次梁传给主梁的荷载可近似地看成一个集中荷载，屋架传给柱子的压力、吊车的轮子对吊车梁的压力都是集中荷载。荷载分类四、作用方向1.垂直载荷如结构自重，雪载荷等2.水平载荷如风载荷，水平地震作用等。荷载分类五、作用性质1.主力(对应于公路桥的永久作用和一部分可变作用)2.附加力(对应于不包含在主力中的其他的可变作用)3.特殊荷载(对应于偶然作用)。荷载分类铁路桥梁荷载的种类荷载分类荷载名称主力恒载结构构件及附属设备自重，土压力，预加力，基础变位影响力，混凝土收缩和徐变的影响力，静水压力及水浮力活载列车竖向静活载，离心力，列车竖向动力作用，活载土压力，公路活载(需要时考虑),人行荷载，横向摇摆力，长钢轨纵向水平力(伸缩力和翘曲力)附加力制动力或牵引力，风力，流水压力，冰压力，冻胀力，温度变化的作用特殊荷载船只或排筏的撞击力，地震力，施工临时荷载，列车脱轨荷载，汽车撞击力，长钢轨断轨力主力是正常的、经常发生的或时常重复出现的，包括恒载和活载。恒载一般指结构自重、土压力、静水压力及浮力、预加应力等，其大小和作用点一般是固定不变的，故称恒载。活载主要指列车重量以及列车运动引起的荷载，一般指列车重量、冲击力、离心力、人行道荷载等。我国铁路部门对各种机车车辆进行了综合研究，制订了全路通用的标准荷载。1．中一活载“中华人民共和国铁路标准活载”，即“中一活载”，包括普通活载和特种活载主力1．中一活载“中华人民共和国铁路标准活载”，即“中一活载”，包括普通活载和特种活载（见图)。主力2．ZK活载“中国客运专线标准活载”，即”ZK活载”（见图)。主力附加力是偶然作用的荷载，其最大值并不经常出现，而各种附加力同时出现最大值的机会就更少。包括列车的制动力或牵引力、横向摇摆力、风力、流水压力、冰压力、因温度变化而产生的附加力以及冻胀力等。附加力特殊荷载是特殊情况下作用的荷载，往往是暂时的或灾害性的，如船只或排筏撞击力、地震力和施工荷载等。特殊荷载第2.1.1条运营桥涵的承载能力按《铁路桥梁检定规范》进行检算，以检定承载系数“K”表示。K为结构所能承受的活载相当于《铁路列车荷载图式》（TB/T3466—2016）相应线路类型标准活载或中—活载的倍数，应符合下列要求：1.桥涵结构应满足K≥l。2.按中—活载及以前荷载标准设计的桥涵，检定承载系数“K”以中—活载标准进行检算。桥梁检定3.临时性桥涵容许通过的运行活载，应满足Q＜K（Q为运行活载相当于《铁路列车荷载图式》相应线路类型标准活载或中—活载的倍数）。第2.1.2条承载能力不足（即K＜1）的桥涵，应根据其技术状态确定加固、更换或改建。加固、更换或改建后的桥涵，其承载能力必须达到K≥1的要求。对尚能满足Q＜K的桥涵是否暂缓加固、改造，由铁路局集团公司根据情况确定。桥梁检定限界是铁路建筑物及其他任何设备不得侵入的国家规定的轮廓尺寸线，目的在于确保铁路机车车辆和超限装载货物安全运行。限界02建筑限界是一个与线路中心线垂直的横断面。（一）基本建筑限界基本建筑限界（图1-8）的高度由钢轨顶面算起，横向尺寸由线路中心线算起。单线直线基本建筑限界半宽为2440mm。这是由于最大级超限货物装载限界的半宽为2225mm，加上货物横向移动量170.5mm，再加44.5mm的安全量而得出，即：基本建筑限界半宽=2225+170.5+44.5=240mm。建筑限界基本建筑限界高度为5500mm，这是由于最大级超限货物装载限界高度为5300mm，加上货物向上振动偏移量46.5mm，再加安全量153.5mm而得出的，即：建筑限界高度＝5300+46.5+153.5=5500mm。进行桥隧维修时，施工机械和脚手架等均不得侵入基本建筑限界（曲线上为按规定加宽后限界），以保证行车和人员安全。建筑限界（二）曲线上的建筑限界在曲线上建筑限界内外侧都需要进行加宽。其加宽值计算公式如下：曲线内侧加宽W1（mm）曲线外侧加宽W2（mm）式中R-曲线半径（m）；H-计算点自轨面算起的高度（mm）；h-外轨超高（mm）。建筑限界1.ν≤160km/h客货共线铁路桥隧限界(1)桥梁建筑限界图（内燃牵引区段）建筑限界1.ν≤160km/h客货共线铁路桥隧限界(2)桥梁建筑限界图（电力牵引区段）v≤160km/h客货共线铁路桥梁建筑限界（单位：mm）1.ν≤160km/h客货共线铁路桥隧限界⑶隧道建筑限界图（内燃牵引区段）建筑限界1.ν≤160km/h客货共线铁路桥隧限界⑷隧道建筑限界图（电力牵引区段）v≤160km/h客货共线铁路隧道建筑限界（单位：mm）2.ν＞160km/h客货共线铁路桥隧限界(1)桥隧建筑限界图（内燃牵引区段）建筑限界2.ν＞160km/h客货共线铁路桥隧限界(2)桥隧建筑限界图（电力牵引区段）v＞160km/h客货共线铁路桥隧建筑限界（单位：mm）3.双层集装箱运输桥隧限界⑴桥隧建筑限界图（内燃牵引区段）建筑限界3.双层集装箱运输桥隧限界⑵桥隧建筑限界图（电力牵引区段）双层集装箱运输桥隧建筑限界（单位：mm）注：y为接触网结构高度。弹性悬挂时，200km/h地段为1100mm、160km/h及以下地段为700mm；采用刚性悬挂，结构高度另定。运营桥隧不能满足现行行业标准中桥梁、隧道建筑限界要求时，各部分及其附属设备均不得侵入基本建筑限界，曲线上按规定加宽。对不能满足桥隧建筑限界的桥隧应有计划地逐步改造。基本建筑限界(1)ν≤160km/h客货共线铁路基本建筑限界图基本建筑限界⑵ν＞160km/h客货共线铁路基本建筑限界图⑶双层集装箱运输基本建筑限界图基本建筑限界按照《铁路技术管理规程》的规定，重要线路的桥隧限界每5年、其他线路的桥隧限界每10年检查一次。（一）桥隧限界的检查方法桥隧限界的检查方法常用的有检查架法。检查架法是将检查架垂直装设在车辆前部转向架中心线上，对限界不足处量出其部位及具体尺寸。此外隧道限界检查也用摄影法，即车上装有固定摄影机，可以在行车条件下，对固定焦距处显示隧道内轮廓的光带，定时一个个的拍照，经过冲洗，判读换算出隧道断面的实际尺寸或找出区段的最小综合断面尺寸。限界管理（二）绘制综合最小限界图根据上述检查所测的数据绘制桥隧综合限界图，铁路局应绘制管内各区段桥隧综合最小限界图。桥隧限界不足时，应有计划进行改善。如既有桥隧实际建筑限界尚能满足下列要求之一时，可暂缓扩大：（1）实际建筑限界超过最大级超限货物装载限界，并有100mm以上的净距时；（2）复线区段，有一条线路桥隧限界能满足要求时。限界管理孔径及净空03第2.3.1条运营中的行洪桥涵孔径应能正常通过1/100频率的检定洪水。对特大桥及大中桥，若观测洪水（包括调查洪水）频率小于1/100但大于1/300时，应将观测洪水频率作为检定洪水频率。对技术复杂、修复困难或重要的特大、大桥，还应能安全通过1/300校验频率的洪水。第2.3.2条行洪桥不通航的桥孔，其桥下净空高度应符合表2.3.2的规定。当原不通航桥孔需要通航时，地方相关部门应与铁路局集团公司商定。孔径及净空孔径及净空序号桥的部位高出检定水位的最小高度(m)高出校验水位的最小高度(m)钢梁钢筋混凝土或预应力混凝土结构钢梁钢筋混凝土或预应力混凝土结构1梁底一般情况0.250.250.00—洪水期有大漂流物1.501.250.750.50有泥石流1.001.000.500.502支承垫石顶0.00———3拱肋和拱圈的拱脚0.00———表2.3.2桥下净空高度注：⑴实体无铰拱桥洪水期无大漂流物时，检定洪水位到拱顶净空高度不应小于拱矢高的1/4。⑵严重泥石流时，或在洪水期有特大漂流物通过时，可视具体情况，采用大于表列的净空高度。⑶表列水位及注⑴中所指水位应根据河流具体情况，计入可能产生的壅水、浪高、水拱、局部股流涌高、河流超高和河床淤积等影响的高度。孔径及净空第2.3.3条行洪涵洞孔径一般按无压状态检定（即按涵洞净高的1.2倍临界状态的水位检定）。无压涵洞内顶点高出洞内检定水位的净空，应满足表2.3.3的要求。孔径及净空表2.3.3

涵洞净空高度涵洞类型涵洞净高H(m)圆涵拱涵盖板涵框构涵≤3＞3≥0.75m≥0.75m≥0.5m≥0.5m注：拱（框构）桥与拱（框构）涵的区分：跨度＞6m，且拱或框构顶至轨底的高度＜1m为拱（框构）桥，否则为拱（框构）涵。第2.3.4条行洪桥涵孔径或桥下净空不足时，应有计划地进行扩孔、抬高或改建。扩孔、抬高或改建后均应符合《铁路桥涵设计规范》（TB10002）的有关规定。对既有按1/50洪水频率设计的铁路桥涵，在自然条件和周边环境未发生改变且未出现明显水害时，可暂缓进行改造。第2.3.5条在铁路线路下通行机动车辆的立交桥涵，其桥涵下净空高度不足5m时，应按相关规定设置限高防护架。跨越铁路线路的立交桥上应按有关规定设置安全防护设施。孔径及净空刚度04刚度是指材料或结构在受力时抵抗弹性变形的能力。是材料或结构弹性变形难易程度的表征。材料的刚度通常用弹性模量E来衡量。在宏观弹性范围内，刚度是零件荷载与位移成正比的比例系数，即引起单位位移所需的力。它的倒数称为柔度，即单位力引起的位移。刚度可分为静刚度和动刚度。刚度是使物体产生单位变形所需的外力值。刚度与物体的材料性质、几何形状、边界支持情况以及外力作用形式有关。材料的弹性模量和剪切模量（见材料的力学性能）越大，则刚度越大。细杆和薄板在受侧向外力作用时刚度很小，但细杆和薄板如果组合得当，边界支持合理，使杆只承受轴向力，板只承受平面内的力，则它们也能具有较大的刚度。在自然界，动物和植物都需要有足够的刚度以维持其外形。在工程上，有些机械、桥梁、建筑物、飞行器和舰船就因为结构刚度不够而出现失稳，或在流场中发生颤振等灾难性事故。因此在设计中，必须按规范要求确保结构有足够的刚度。但对刚度的要求不是绝对的，例如，弹簧秤中弹簧的刚度就取决于被称物体的重量范围，而缆绳则要求在保证足够强度的基础上适当减小刚度。研究刚度的重要意义还在于，通过分析物体各部分的刚度，可以确定物体内部的应力和应变分布，这也是固体力学的基本研究方法之一。刚度定义结构刚度静载荷下抵抗变形的能力称为静刚度。动载荷下抵抗变形的能力称为动刚度，即引起单位振幅所需的动态力。如果干扰力变化很慢（即干扰力的频率远小于结构的固有频率），动刚度与静刚度基本相同。干扰力变化极快（即干扰力的频率远大于结构的固有频率时），结构变形比较小，即动刚度比较大。当干扰力的频率与结构的固有频率相近时,有共振现象,此时动刚度最小，即最易变形，其动变形可达静载变形的几倍乃至十几倍。刚度定义结构刚度构件变形常影响构件的工作，例如齿轮轴的过度变形会影响齿轮啮合状况，机床变形过大会降低加工精度等。影响刚度的因素是材料的弹性模量和结构形式，改变结构形式对刚度有显著影响。刚度计算是振动理论和结构稳定性分析的基础。在质量不变的情况下，刚度大则固有频率高。静不定结构的应力分布与各部分的刚度比例有关。在断裂力学分析中，含裂纹构件的应力强度因子可根据柔度求得。刚度定义一个结构的刚度（k）是指弹性体抵抗变形拉伸的能力。计算公式：P是作用于结构的恒力，δ是由于力而产生的形变。刚度的国际单位是牛顿每米（N/m）。一般来说，刚度和弹性模量是不一样的。弹性模量是物质组分的性质；而刚度是结构的性质。也就是说，弹性模量是物质微观的性质，而刚度是物质宏观的性质。材料力学中，弹性模量与相应截面几何性质的乘积表示为各类刚度，如GI为扭转刚度，EI为弯曲刚度，EA为拉压刚度。刚度计算第2.4.1条梁体竖向刚度1.按ZKH或ZH荷载设计的桥梁，竖向挠度应满足《铁路桥涵设计规范》（TB10002）的相关要求。2.在中—活载静力作用下，桥梁改造时梁体竖向挠度限值应满足下列规定：⑴ｖ≤160km/h客货共线桥梁竖向挠度限值应满足表2.4.1—1的规定。梁体竖向刚度梁体竖向刚度表2.4.1--1梁体竖向挠度限值（ｖ≤160km/h）桥跨结构挠度限值简支钢桁梁L/900连续钢桁梁边跨L/900中跨L/750简支钢板梁L/900简支钢筋混凝土及预应力混凝土梁L/800连续钢筋混凝土及预应力混凝土梁边跨L/800中跨L/700注：L——简支梁或连续梁检算跨的跨度。梁体竖向刚度表2.4.1--2梁体竖向挠度限值（160＜ｖ≤250km/h）⑵160＜ｖ≤250km/h客货共线桥梁竖向挠度限值应满足表2.4.1—2的规定。3.钢梁桥面系纵梁位置处横梁的挠度：160km/h客货共线铁路，端横梁应不大于3mm,中间横梁应不大于4mm;120km/h及以下重载铁路，端横梁应不大于4mm,中间横梁应不大于5mm。跨度L（m）L≤2424＜L≤4040＜L≤96挠度限值单跨L/1000L/900L/900多跨L/1400L/1200L/900第2.4.2条桥梁自振频率1.按中—活载及以前荷载标准设计的桥梁，简支梁竖向自振频率应不小于n₀。桥梁自振频率式中n0——简支梁竖向自振频率限值（Hz）；L——简支梁跨度（m）。跨度16m简支梁竖向自振频率应不小于6.25Hz。2.简支梁横向自振频率应不小于nh：桥梁自振频率适用于桥梁跨度L≤64m的混凝土梁、下承式钢桁梁、下承式钢板梁、半穿式钢桁梁。刚度第2.4.3条梁体的横向刚度改造钢梁不应采用上承式钢桁梁、上承式钢板梁，不宜采用半穿式钢桁梁，宽跨比应符合《铁路桥涵设计规范》（TB10002）的有关规定。第2.4.4条列车活载作用下，支承垫石与梁底之间的横向相对变位不应大于1mm。第2.4.5条对运营时速160km/h以上线路，跨度大于64m的钢桁梁桥、单线中高墩桥梁和轻型墩桥梁，需要进行车桥耦合动力检算。1.既有桥梁的车桥耦合动力检算，按实际运营列车(包括客车和货车)进行；实际运营列车作用下，桥梁的动力响应应小于考虑动力系数的设计活载效应。2.桥面强振频率不大于20Hz的竖向振动加速度限值，有砟桥面不应大于3.5m/s2、无砟桥面和明桥面不应大于5.0m/s2（半峰值）。刚度表2.4.1--2梁体竖向挠度限值（160＜ｖ≤250km/h）3.实际运营列车的安全性和舒适性指标应符合2.4.5的规定。安全性评判标准乘坐舒适性标准脱轨系数轮重减载率轮对横向水平力车体竖向振动加速度车体横向振动加速度Q/P≤0.8ΔP/P≤0.6Q≤80kNaz≤0.13g（单峰值）ay≤0.10g（单峰值）注：Q为车轮作用于钢轨上的横向力；P为车轮作用于钢轨上的垂直力；ΔP为减载侧车轮的轮重减载量。刚度第2.4.6条运营桥梁梁跨实测竖向变形（换算到相应线路类型标准活载，中—活载及以前荷载标准设计的桥涵换算到中—活载）、竖向和横向自振频率、桥面竖向振动加速度应满足第2.4.1条、第2.4.2条、第2.4.4条和第2.4.5条有关限值的规定，横向振幅应满足《铁路桥梁检定规范》的要求。如超过限值，则应检查分析桥梁的技术状态，采取限速或加固、改造措施。第2.4.7条运营桥梁的混凝土、钢筋混凝土和石砌实体墩台在动活载作用下应具有足够的刚度，实测墩顶横向最大振幅和最低频率应满足附录一通常值的规定。如超过通常值规定，应查明桥墩的技术状态，必要时进行加固或采取保证行车安全的措施。附录一墩顶横向振幅及桥墩横向自振频率通常值附表1－1墩顶横向振幅及桥墩横向自振频率通常值注：表中H为墩全高（自基底或桩承台底至墩顶）（m）；H1为墩高（自基顶或桩承台顶至墩顶）（m）；B为墩身横向平均宽度（m）。其他符号见附表1－2和附表1－3。附录一墩顶横向振幅及桥墩横向自振频率通常值附表1－2及Δh值计算项目参数地基土特征车速υ≤60km/hυ＞60km/h横向振幅Δh（m）软塑粘土12硬塑粘土、砂、砾01嵌岩桩01自振频率α1软塑粘土α1=0.8硬塑粘土、砂、砾α1=0.9嵌岩桩α1=1横向振幅α211.15自振频率α3Ⅰ.砾石、粗砂0.9Ⅱ.硬塑黏土、中砂、细砂0.8基础埋置深度05基础埋置深度（embedmentdepthoffoundation）一般是指基础底面到室外设计地面的距离，简称基础埋深。对于地下室，当采用箱型基础或筏基时，基础埋置深度自室外地面标高算起。1、基础：基础墙或柱埋在地下的扩大部分，建筑物与土层直接接触的承重构件。2、地基：基础下面的土层。基础定义基坑墙防潮层基础墙大放脚垫层基坑直线地面线坑底地基基坑按照基础的构造不同可分为：1、条形基础2、独立基础3、筏板基础4、箱形基础5、桩基础基础分类1、条形基础当建筑物上部结构采用墙承重时，基础沿墙身设置，多做成长条形，这类基础称为条形基础或带形基础，是墙承式建筑基础的基本形式。有时可设在柱下，协调基础的不均匀沉降。基础分类墙下条形基础柱下条形基础十字交叉基础2、独立基础当建筑物上部结构采用柱时，宜采用独立基础。当基础埋置深度较大时，也可应用于墙下。基础分类柱下阶梯形基础柱下坡形基础墙下独立基础3、筏板基础筏板基础象一个倒置的楼盖，又称为满堂基础。筏式基础分为板式和梁板式两大类它广泛用于地基承载能力差，荷载较大的多层或高层住宅、办公楼等民用建筑。基础分类梁板式筏板基础板式筏板基础4、箱形基础是由钢筋混凝土底板、顶板和纵横交叉的隔墙构成。箱形基础多用于高层建筑物基础。基础分类5、桩基础桩基础是深基础，上部建筑物通过桩基础把荷载传到较深的好土层上。桩基础类型很多，按照桩基础受力状况不同，分为摩擦型桩和端承型桩基础分类摩擦型桩

端承型桩第2.5.1条运营桥梁墩台明挖基础和沉（挖）井基础的基底埋置深度应符合下列条件：1.无冲刷处或设有铺砌防护时，在地面下不小于2.0m。2.有冲刷处，在墩台附近最大冲刷线以下应不小于下列安全值：对一般桥梁，在检算洪水频率流量下，安全值为1.5m加冲刷总深度（自河床面算起的一般冲刷深度与局部冲刷深度之和）的10%。对技术复杂