高速铁路桥梁主要结构型式.ppt

1、高 速 铁 路 桥 梁 工 程,主讲:蒲黔辉 教授西南交通大学 桥梁工程系,第一节 概 述 第二节 国外高速铁路桥梁结构型式 第三节 我国高速铁路桥梁结构型式 第四节 高速铁路桥梁合理结构型式 第五节 高速铁路钢-混凝土结合梁桥 第六节 高速铁路大跨度桥梁 第七节 高速铁路特殊结构桥梁 第八节 高速铁路无碴轨道桥梁,高速铁路桥梁主要结构型式,西南交通大学,在高速铁路线上，列车对桥梁的动力作用增大，为满足行车安全、乘坐舒适以及适应高速铁路线路的构造要求，高速铁路桥梁必须具有足够的强度、更高的刚度及良好的稳定性，更大的抗扭能力和较高的减振降噪特性。 同时，采用无缝长钢轨的

2、线路，其桥梁体系的构造应能很好地传递列车纵向力，使列车纵向力不能过多地分配给钢轨。,第一节 概 述,西南交通大学,为满足以上要求，国外一些规定或规范中对高速铁路桥梁的结构型式提出了原则性的建议或要求。国际铁路联盟UIC776-2高速和超高速线路上的桥梁规程规定，最适宜的桥型应是桥梁上部结构具有尽可能好的刚性，并建议:,第一节 概 述,西南交通大学,对小跨度桥（l20 m） 带道碴的正交异性板 外包混凝土的钢梁 钢筋混凝土或预应力混凝土板或T梁 钢混凝土组合结构,第一节 概 述,西南交通大学,对中等跨度桥（20 ml60 m） 钢筋混凝土或预应力混凝土箱形梁 钢混凝土组合结构 对大跨度桥（l60

3、 m） 上弦设有抗风联结系的双线桥格构梁桥 钢、钢筋混凝土或预应力混凝土的拱桥,第一节 概 述,西南交通大学,随着建桥水平的提高及预应力混凝土结构的广泛应用，同时人类对环境的要求越来越高，国外近年修建的高速铁路新线，基本上全部采用钢筋混凝土及预应力混凝土结构，通过采用不同的结构形式，即使100 m以上的大跨度桥，也很少采用钢或钢混凝土组合结构。,第一节 概 述,西南交通大学,一、日本新干线上的桥梁 在日本的铁路新干线上，除东海道新干线设计速度为210 km/h外，其余几条线的设计速度为260 km/h。在这些线上，桥梁总延长所占线路长度比重较大，表4.3.1为各条新干线上桥梁及高架桥所占比例。

4、,第二节 国外高速铁路桥梁结构型式,西南交通大学,一、日本新干线上的桥梁 表4.3.1 新干线上的桥梁及高架桥所占比重,第二节 国外高速铁路桥梁结构型式,西南交通大学,一、日本新干线上的桥梁 由表4.3.1可见，日本新干线上高架桥的比率，在某些段几乎占了线路总长的一半。由于有这样多的高架桥，因此日本新干线上的高架桥多采用标准设计。日本高架桥标准设计的基本情况如表4.3.2，标准设计中桥面宽度按表4.3.3确定。,第二节 国外高速铁路桥梁结构型式,一、日本新干线上的桥梁,第二节 国外高速铁路桥梁结构型式,西南交通大学,一、日本新干线上的桥梁,第二节 国外高速铁路桥梁结构型式,西南交通大学,一、日

5、本新干线上的桥梁,第二节 国外高速铁路桥梁结构型式,西南交通大学,一、日本新干线上的桥梁 东海道高架桥的几种标准设计形式如图4.3.1所示。,第二节 国外高速铁路桥梁结构型式,图4.3.1 日本东海道标准设计框架式高架桥（单位: mm）,西南交通大学,一、日本新干线上的桥梁 续图4.3.1 日本东海道标准设计框架式高架桥（单位: mm）,第二节 国外高速铁路桥梁结构型式,西南交通大学,一、日本新干线上的桥梁 除高架桥外，日本新干线上其它桥梁采用了上承钢板梁、结合梁、穿式桁架、钢筋混凝土及预应力混凝土梁，也有少量拱桥。,第二节 国外高速铁路桥梁结构型式,西南交通大学,一、日本新干线上的桥梁 表4

6、.3.4列出了各条新干线上采用的混凝土桥与组合梁桥、钢桥等各自在除高架桥外所占的比例。,第二节 国外高速铁路桥梁结构型式,西南交通大学,一、日本新干线上的桥梁,第二节 国外高速铁路桥梁结构型式,西南交通大学,一、日本新干线上的桥梁 表4.3.4中的数据说明: 除东海道新干线上采用了较多的组合梁桥和钢桥外，后来修建的新干线大量地采用了混凝土桥，只在万不得已的情况下才用组合梁桥和钢桥。,第二节 国外高速铁路桥梁结构型式,西南交通大学,一、日本新干线上的桥梁 东海道新干线建成运营十年后，发现桥梁存在许多问题，尤以钢梁更突出，通过调查发现主要原因是设计处理不当及桥梁振动、疲劳等原因所致；另外钢梁桥的噪

7、音比混凝土桥也大得多，因此，在后来修建的几条新干线上大量采用了混凝土桥梁， 这样可增大结构阻尼、减小桥梁振动和噪音、减小维修工作量。,第二节 国外高速铁路桥梁结构型式,西南交通大学,一、日本新干线上的桥梁 在选择结构型式时，尽量采用有碴桥面梁，联邦德国DS804规范规定，铁路桥一般应采用上承式桥，在任何情况下都必须设置道碴道床。日本东海道新干线上，曾经采用过明桥面钢梁，但经过几年行车后，在34孔明桥面穿式板梁中，有8孔在纵梁、横梁端部腹板的断面变化处出现向上斜裂缝，后根据裂缝发展情况，予以更换或加强。东海道以后的新干线，只在万不得已的情况下才采用。,第二节 国外高速铁路桥梁结构型式,西南交通大

8、学,一、日本新干线上的桥梁 在日本新干线上，大量采用标准设计的预应力混凝土桥，共截面形式有T梁和箱梁。T梁跨度在1545 m，双线主梁片数从3片到8片不等。主梁截面形式以箱梁为主，在跨度较小、梁高较低的桥梁也使用少量的T梁；从施工方法上看，以支架施工、悬臂施工和顶推 施工为主，预制拼装施工的极少。,第二节 国外高速铁路桥梁结构型式,西南交通大学,联邦德国铁路管理总局铁路新干线上桥梁的特殊规程DS899/59第72条对预应力混凝土桥梁的接头进行了规定: “简支梁上不允许设接头，连续梁上接头每跨限制为两道”，这条规定就限制了各类结构所采用的施工方法和规模。,第二节 国外高速铁路桥梁结构型式,西南交

9、通大学,一、日本新干线上的桥梁 高速行车噪音引起沿线居民强烈不满的问题，一直困扰着日本的新干线运输。 为减少新干线桥梁的噪音，现在的做法是在高架桥上设隔音板。在钢梁上设隔音板，但是这种措施要使噪音降至70 dB以下，目前来说是难以达到的。,第二节 国外高速铁路桥梁结构型式,西南交通大学,一、日本新干线上的桥梁 为从根本上解决这一问题，不采用或尽量少采用钢及钢混凝土组合梁是一比较明智的决策。另外，无碴桥面梁的行车噪音也比有碴的大，因此，日本后期建造的新干线，基本上都采用有碴桥面。,第二节 国外高速铁路桥梁结构型式,西南交通大学,二、德国高速铁路线上的桥梁结构型式 设计速度250 km/h、全长3

10、27 km的德国汉诺威维尔茨堡和全长104 km的曼海姆斯图加特两条新干线上，共有桥梁359座，总延长37 km。在359座桥中，152座跨越公路，139座跨越铁路，其余68座为大型山谷桥和高架桥。,第二节 国外高速铁路桥梁结构型式,西南交通大学,二、德国高速铁路线上的桥梁结构型式 从桥梁总长与线路总长之比来看，德国高速铁路上的桥梁数量远小于日本新干线和我国拟建的京沪高速铁路线。 德国这两条新干线上的桥梁几乎全部是预应力混凝土和钢筋混凝土桥。其原因一方面是混凝土桥养护维修方便、造价也较低，另一更主要的的原因则是混凝土桥在高速行车条件下的噪音远比钢桥低。,第二节 国外高速铁路桥梁结构型式,西南交

11、通大学,二、德国高速铁路线上的桥梁结构型式 在德国的这两条新干线上，大部分桥为预应力混凝土简支梁和连续梁。 简支梁的墩中心距基本上采用44 m及58 m两种，25 m的只有少数几跨。墩中心距44 m的梁跨度为42 m，58 m的梁跨度55.75 m。,第二节 国外高速铁路桥梁结构型式,西南交通大学,二、德国高速铁路线上的桥梁结构型式 为这两条新干线，德国联邦铁路管理中心组织力量制定了一套标准设计图（参考设计），标准设计均为单室单箱形截面预应力混凝土梁，桥面的横断面按铁路新干线上桥梁的特殊规程的56条办理，规定的横断面如图4.3.2所示。,第二节 国外高速铁路桥梁结构型式,西南交通大学,二、德国

12、高速铁路线上的桥梁结构型式,第二节 国外高速铁路桥梁结构型式,西南交通大学,二、德国高速铁路线上的桥梁结构型式 在标准设计中，箱梁底板宽5.0 m，桥面板宽14.3（道床部分9.1 m）。跨度42 m的梁高4.0 m，55.75 m的梁高5.0 m；腹板与铅垂方向成15，其正常厚度为0.6 m，支座处0.7 m；底板的一般厚度为0.35 m，支座处0.6m；梁端还设有0.8 m厚的横隔板，横隔板设有可供维修人员及小车通行的洞。,第二节 国外高速铁路桥梁结构型式,西南交通大学,二、德国高速铁路线上的桥梁结构型式 图4.3.3所示为两座典型桥梁的横截面，其参数列于表4.3.5中。,第二节 国外高速

13、铁路桥梁结构型式,西南交通大学,二、德国高速铁路线上的桥梁结构型式,第二节 国外高速铁路桥梁结构型式,西南交通大学,二、德国高速铁路线上的桥梁结构型式,第二节 国外高速铁路桥梁结构型式,西南交通大学,二、德国高速铁路线上的桥梁结构型式 由图4.3.3可见，在桥面的两侧设有略向外倾并沿全桥布置的挡板。挡板是一种装饰构件，它不仅在外观上加强了桥的纤细效果，而且也以明亮的形体掩盖其处在阴影下的箱梁主体。设计规程规定，当梁高为3.65 m时，挡板高度应为1.1 m。这个比例是可以调整的。,第二节 国外高速铁路桥梁结构型式,西南交通大学,二、德国高速铁路线上的桥梁结构型式 为了减小噪音影响，德国新干线桥

14、梁上大多采用了防噪音墙，防噪音墙分内外两层，其高度一般要求高于檐板1.352.5 m。图4.3.4为德国新干线上隔音墙的设置情况。,第二节 国外高速铁路桥梁结构型式,西南交通大学,二、德国高速铁路线上的桥梁结构型式,第二节 国外高速铁路桥梁结构型式,西南交通大学,二、德国高速铁路线上的桥梁结构型式 在德国的新干线上，对桥梁与线路的共同作用问题非常重视，桥上尽可能地采用焊接无缝线路，要求上部结构跨度要短，下部结构要是非柔性的。为减小列车制动和牵引引起的钢轨内过大的附加应力，新干线铁路桥梁采用如下几种体系:,第二节 国外高速铁路桥梁结构型式,西南交通大学,二、德国高速铁路线上的桥梁结构型式 简支梁

15、体系（跨度25、44、58 m） 带有辅助设施的简支梁体系（如串联简支梁） 连续梁体系 其它体系,第二节 国外高速铁路桥梁结构型式,西南交通大学,二、德国高速铁路线上的桥梁结构型式 前三种体系的简图示于图4.3.5。,第二节 国外高速铁路桥梁结构型式,西南交通大学,二、德国高速铁路线上的桥梁结构型式 在以上简支梁体系中，应遵守如下设计原则: 连续使用固定-活动支座，且一端固定于桥台的支座布置形式，适用于墩高小于20 m，且基础较好的情况； 两端桥台均用固定支座，适用于墩高超过20 m，且基础相对较差的情况；,第二节 国外高速铁路桥梁结构型式,西南交通大学,二、德国高速铁路线上的桥梁结构型式 用

16、纵向力连接器将各跨简支梁连接起来，且一端固定于桥台； 用液压传力的纵向徐变连接器将各跨简支梁连接起来，两端固定于桥台。该体系能承受短时间作用的纵向力，能很好地将制动力和牵引力传递到桥台。,第二节 国外高速铁路桥梁结构型式,西南交通大学,二、德国高速铁路线上的桥梁结构型式 德国新干线上的桥梁，大量采用了徐变连接器装置，其目的在于严格限制由于轨道参与传递纵向水平力所引起的钢轨应力。 它应具有不对温度、徐变等缓慢变形起任何作用而对短时间作用荷载不产生变形只传力的特性。,第二节 国外高速铁路桥梁结构型式,西南交通大学,二、德国高速铁路线上的桥梁结构型式 图4.3.6为纵向力连接的构造图。连接器设在梁端

17、部两腹板的中性轴处，由12根各能承受2MN拉力的预应力钢束和一对尺寸为90 cm75 cm的板式橡胶支座组成。预应力钢束采用无粘结形式，便于检查、补充张拉或更换。,第二节 国外高速铁路桥梁结构型式,西南交通大学,二、德国高速铁路线上的桥梁结构型式,第二节 国外高速铁路桥梁结构型式,西南交通大学,二、德国高速铁路线上的桥梁结构型式 液压徐变连接器的工作如同一个液压千斤顶一样，油箱与贮油罐通过一根无压细管联结起来。 随着因温度变化而引起的上部结构的缓慢变化，油不是从千斤顶被压进贮油罐就是被吸进千斤顶。在制动或牵引而突然产生的力作用下，油的流动是如此的微小，就像液压传力装置被楔住了一样，于是纵向力就

18、能顺利地传给桥台。,第二节 国外高速铁路桥梁结构型式,二、德国高速铁路线上的桥梁结构型式 为使桥台只受压力作用，液压传力装置设计成对拉力不约束。 图4.3.7为液压徐变连接器的工作原理图，其安装位置同样置于梁截面形心轴处，不影响梁的转动和竖向受力。,第二节 国外高速铁路桥梁结构型式,二、德国高速铁路线上的桥梁结构型式,第二节 国外高速铁路桥梁结构型式,西南交通大学,二、德国高速铁路线上的桥梁结构型式 除上述两种装置外，在连续梁体系中也有不用纵向力传递设施而采用将固定支座设在两桥台，然后在连续梁之间设一跨简支梁，若中间墩的刚度达不到要求，则将简支梁改为平衡梁，借以将作用于简支梁的纵向力传递给两侧

19、的连续梁并将伸缩位移（两侧连续的长度变化可以有所不同）均匀地分配于两个伸缩缝。,第二节 国外高速铁路桥梁结构型式,西南交通大学,图4.3.8为平衡梁体系简图。平衡梁的设置位置必须根据整体结构的布置和桥墩刚度情况安排。,第二节 国外高速铁路桥梁结构型式,西南交通大学,二、德国高速铁路线上的桥梁结构型式 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。,第二节 国外高速铁路桥梁结构型式,西南交通大学,二、德国高速铁路线上的桥梁结构型式 因此高速铁路桥

20、梁设计应考虑整个结构系统的性能（包括线路与轨道共同作用的影响），不能将上下部分开考虑。,第二节 国外高速铁路桥梁结构型式,西南交通大学,三、法国高速铁路线上的高架桥 运行TGV列车的法国大西洋高速铁路时速为300 km/h，总长263 km。总共修建了10座双线高架桥，总长3 523 m，单线高架桥3座，总长455 m，其数量相对说来非常少，这些高架桥的基本资料列于表4.3.6中。,第二节 国外高速铁路桥梁结构型式,西南交通大学,三、法国高速铁路线上的高架桥,第二节 国外高速铁路桥梁结构型式,西南交通大学,三、法国高速铁路线上的高架桥,第二节 国外高速铁路桥梁结构型式,西南交通大学,三、法国高

21、速铁路线上的高架桥 从表4.3.6所反映的情况可见，绝大部分桥都采用预应力混凝土箱梁。施工方法为顶推法施工。由于数量少，因而无标准设计，各类尺寸都是变化的，跨度一般在25 m以上，最大跨度50 m，用等截面以便于顶推施工。图4.3.9为预应力混凝土箱梁横截面示意图，两侧设有隔音墙。,第二节 国外高速铁路桥梁结构型式,西南交通大学,三、法国高速铁路线上的高架桥 综合德国与法国的情况看，高速铁路线上桥梁多采用单箱单室预应力混凝土简支或连续梁，跨度一般在25 m以上、60 m以下，施工方法以顶推和现场支架灌注法为主，梁高为跨度的1/101/15，箱底板宽5.05.5 m。,第二节 国外高速铁路桥梁结

22、构型式,西南交通大学,四、国外高速铁路桥梁主要结构型式小结 目前，修建高速铁路的国家有日本、法国、德国、意大利及西班牙等。 日本高速铁路基本以板式轨道（无碴轨道）为主，并采用接近其高速运营列车的P(N) 荷载作为设计活载图式；其余国家（包括正在修建高速铁路的韩国）均以有碴轨道为主，采用UIC荷载作为设计活载图式。,第二节 国外高速铁路桥梁结构型式,西南交通大学,四、国外高速铁路桥梁主要结构型式小结 板式轨道桥面二期恒载要比有碴轨道轻一半，前者约为9 t/m，后者为18 t/m（双线桥面），而且P荷载也仅为UIC荷载40%左右。 欧洲高速铁路采用UIC荷载主要原因是考虑施工及养路机械荷载大，可与

23、其它欧洲铁路联网以及将来在高速铁路上有行走重型车辆的可能。,第二节 国外高速铁路桥梁结构型式,西南交通大学,四、国外高速铁路桥梁主要结构型式小结 上述差别导致日本的桥梁截面略小于欧洲的桥梁，同时也限制使用重型施工荷载，日本桥梁施工主要采用在桥位上灌筑或用吊机在桥下将预制梁装吊就位。不采用架桥机等重型设备。,第二节 国外高速铁路桥梁结构型式,西南交通大学,四、国外高速铁路桥梁主要结构型式小结 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、造价也较低等。当需要减轻梁

24、重或快速施工时，结合梁也常被采用。,第二节 国外高速铁路桥梁结构型式,西南交通大学,四、国外高速铁路桥梁主要结构型式小结 各国常用的标准跨桥梁的结构形式和施工方法列于表4.3.7,第二节 国外高速铁路桥梁结构型式,西南交通大学,四、国外高速铁路桥梁主要结构型式小结,第二节 国外高速铁路桥梁结构型式,西南交通大学,四、国外高速铁路桥梁主要结构型式小结 由表4.3.7可以看出: 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23 m跨度的简支梁，德国则主要采用23、42、54 m三种跨度；,第二节 国外高速铁路桥梁结构型式,西南交通大学,四、国外高速铁路桥梁主要结构型式小结 出于

25、施工简便，大量采用等跨布置的简支结构。但竖向刚度甚大，高跨比选用1/91/10，以保证线路平顺； 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。,第二节 国外高速铁路桥梁结构型式,西南交通大学,西南交通大学,第三节 我国高速铁路桥梁结构型式,秦沈客运专线 秦皇岛至沈阳客运专线铁路工程全长为404.65km，其中桥梁结构总长为60.2km，于1999年8月开工，2000年线下主体全部完成，2002年12月1921日铁道部初验委员会进行了初验，2002年12月31日交付运营，全线施工周期为3年又138天，旅客列车速度达到200km/h，基础设施设

26、计速度为250km/h。,西南交通大学,第三节 我国高速铁路桥梁结构型式,秦沈客运专线 秦沈客运专线使用的桥梁结构，主要有多片式T梁、箱型简支梁、预应力混凝土连续箱梁、刚构连续梁、钢-混凝土结合梁。 多片式T梁 秦沈客运专线T梁桥每孔梁由四片T梁组成，如图所示。,第三节 我国高速铁路桥梁结构型式,秦沈客运专线 简支箱梁 （1）有碴轨道箱梁 秦沈客运专线有碴桥面后张法预应力混凝土整孔简支箱梁的截面形式分为双线单箱单室(双线箱梁)及单线单箱单室(单线箱梁)，如图所示。,第三节 我国高速铁路桥梁结构型式,秦沈客运专线 简支箱梁 （2）无碴轨道箱梁 在秦沈客运专线综合试验段中，沙河、狗河特大桥分别采用

27、了跨度24m板式无碴轨道及长枕埋入式无碴轨道预应力混凝土双线整孔单箱单室箱梁，双河特大桥采用了跨度32m及24m板式无碴轨道并置式单线单箱单室简支箱梁。,第三节 我国高速铁路桥梁结构型式,时速250km客运专线 时速250km客运专线简支梁和连续梁种类较多，简支梁包括单线整孔箱梁、双线整孔箱梁、双线组合箱梁，连续梁包括常用跨度连续梁和大跨度连续梁。,第三节 我国高速铁路桥梁结构型式,时速250km客运专线 双线简支箱梁,第三节 我国高速铁路桥梁结构型式,时速250km客运专线 双线组合箱梁,第三节 我国高速铁路桥梁结构型式,时速250km客运专线 单线简支箱梁,第三节 我国高速铁路桥梁结构型式

28、,时速250km客运专线 多片式T梁(双线),第三节 我国高速铁路桥梁结构型式,时速250km客运专线 现浇法施工常用跨度预应力混凝土连续箱梁,第三节 我国高速铁路桥梁结构型式,时速350km客运专线 简支箱梁,第三节 我国高速铁路桥梁结构型式,时速350km客运专线 多片式T梁(双线),第三节 我国高速铁路桥梁结构型式,时速350km客运专线 现浇法施工常用跨度预应力混凝土联系箱梁 已发布的时速350km客运专线现浇法施工常用跨度预应力混凝土联系箱梁包括224m、324m、232m和240m五种梁型，均采用支架现浇法施工。,第三节 我国高速铁路桥梁结构型式,时速350km客运专线 现浇法施工

29、大跨度预应力混凝土连续箱梁 时速350km客运专线现浇法施工大跨度预应力混凝土连续箱梁均采用悬臂灌筑法施工，适应悬臂灌筑施工法的特点梁体采用变高度，梁底下缘按二次抛物线变化。,西南交通大学,一、桥跨布置 当高速列车通过多孔等跨布置的简支梁桥时，列车会受到桥跨结构周期性的冲击。其作用周期为一辆车经过一孔桥的时间。当该周期与车辆系统的某一振动周期一致时，列车将发生共振现象。,第四节 高速铁路桥梁合理结构型式,西南交通大学,一、桥跨布置 随着加速度的逐渐增大，列车运行的平稳性将会恶化，旅客乘坐的舒适度可能受到影响。基于此种分析，国际铁路联盟UIC76规范，对于准高速及高速铁路上的桥梁建议: 使多跨桥

30、之相连孔，具有不同的固有频率。一般理解为在桥孔布置时，应采用不同跨度的配合，以避免产生列车共振。,第四节 高速铁路桥梁合理结构型式,西南交通大学,一、桥跨布置 然而，大量研究表明，对于等跨联孔桥梁，其动力系数的大小，基本不受孔数多少的影响，即可按单孔桥梁进行计算。其运行平稳性标准、车体加速度和轴重减载率虽有所增加，但增加很小。而且，桥梁超过5孔后，其值几乎不再变化。这些特性为多孔桥梁的布置提供了很大方便。,第四节 高速铁路桥梁合理结构型式,西南交通大学,一、桥跨布置 在设计速度350 km/h范围内，多孔等跨布置的混凝土简支梁，对列车共振的影响不大，因而，从旅客乘坐舒适度角度看，没有必要强调必

31、须采取不等跨布置。 对于高架桥，一般桥长较长，采用多孔等跨布置的混凝土简支梁，对于方便施工、提高架梁速度也颇为有利。同时，也有利于养护维修和桥跨的更换。,第四节 高速铁路桥梁合理结构型式,西南交通大学,一、桥跨布置 实际上，世界各国的高速铁路桥梁，大量采用了多孔等跨布置的方式，而不特别注意不等跨的配合。例如，原联邦德国在80年代修建的汉诺威-维尔茨堡高速铁路上，采用的等跨联孔桥为37孔跨度44 m混凝土简支梁，长达1 628 m。在曼海姆斯图加特高速铁路7座谷架桥中，均采用多孔等跨布置，其中除1座为等跨连续梁外，均为等跨简支梁。,第四节 高速铁路桥梁合理结构型式,西南交通大学,一、桥跨布置 法

32、国的巴黎布鲁塞尔高速铁路上，一座2 km长的高架桥，也是采用等跨布置的混凝土简支梁，共36孔，其中27孔53 m和9孔63 m。80年代修建的罗马-佛罗伦萨高速铁路某高架桥，采用了等跨布置的102孔跨度25 m混凝土简支梁。,第四节 高速铁路桥梁合理结构型式,西南交通大学,一、桥跨布置 在我国普通速度铁路上，修建的大量引桥和高架桥，自然都是采用等跨布置。其中九江长江大桥北岸引桥为109孔跨度39.6 m预应力混凝土简支梁，全长近4.4 km。在高架桥中孔数最多的达254孔，是新兖线跨京广线大桥，采用跨度8 m钢筋混凝土简支梁。,第四节 高速铁路桥梁合理结构型式,西南交通大学,一、桥跨布置 在广

33、深准高速铁路石龙特大桥的引桥上，因担心等跨布置引起运行车辆的共振，采用了5孔跨度24 m梁和5孔跨度32 m梁的间隔布置，现在看来，没有必要。 总之，对高速铁路桥梁，在桥跨布置方面，建议采用小跨度（20 m以下）的连续刚架桥、24 m跨度以上的简支梁或连续梁体系。,第四节 高速铁路桥梁合理结构型式,西南交通大学,一、桥跨布置 一般车辆长度在25.0 m左右，若简支梁跨度在25.0 m以下，每辆车通过桥跨一次，梁内应力幅度就会从小到大地变化一次或一次以上，跨度大则可能是一列车通过，应力才从小到大变化一次，可大大减小应力循坏次数；,第四节 高速铁路桥梁合理结构型式,西南交通大学,一、桥跨布置 从动

34、力影响方面来说，小跨度桥的动力系数比大跨度的大得多，且随速度增大，出现共振机会多、峰值高，而大跨度桥则因列车参与作用而使系统的阻尼增大很多，共振时峰值不明显。小跨度的连续刚架桥整体性好，容易满足高速铁路对桥梁竖向刚度及梁端转角的要求，动力影响小。,第四节 高速铁路桥梁合理结构型式,西南交通大学,一、桥跨布置 连续刚架桥要求基础好，在常规地基不能满足结构允许沉降要求时，建议参照日本的情况，设计整体基础。简支与连续梁的跨度最好能30.0m ，以上，以采用造桥机施工、现场支架或悬臂灌注以及顶推施工为宜。,第四节 高速铁路桥梁合理结构型式,西南交通大学,一、桥跨布置 另外，桥跨布置时要充分考虑地形地质

35、条件，合理布设支座，使制动与牵引力能较容易地传给基础或路基；比较完全依靠桥墩和采用纵向连接器等措施来传递水平力方案的经济性，以确定适宜的方案。桥跨布置上还应兼顾到换梁的可能性与快捷性。,第四节 高速铁路桥梁合理结构型式,西南交通大学,二、结构材料 为减小高速列车噪音对沿线居民生活的影响，以钢筋混凝土、预应力混凝土和部分预应力混凝土桥为宜。 对钢筋混凝土及部分预应力混凝土梁，应比一般铁路桥梁更严格地控制裂缝宽度。,第四节 高速铁路桥梁合理结构型式,西南交通大学,二、结构材料 在不得已的情况下需使用钢桥时，最好采用外包混凝土梁，且采用道碴桥面。日本东北线上的利根川桥梁采用150 mm厚的钢筋混凝土

36、外包下承钢桁梁的纵横梁，并且在传力点处设置橡胶垫，是这类工程的一个例子。,第四节 高速铁路桥梁合理结构型式,西南交通大学,二、结构材料 在梁高、施工等受限制的地方，可考虑组合梁方案，但对防噪音及运营期间的维修养护应给予特别重视。,第四节 高速铁路桥梁合理结构型式,西南交通大学,三、结构型式 （一）桥梁结构体系 高速铁路上的桥梁，应能在列车达到最高设计速度的条件下，满足行车安全和旅客乘坐的舒适度。因而，桥梁结构必须具有足够的强度、稳定性、刚度和耐久性，并且保持桥上线路的平顺状态。适应高速行车较好的桥梁结构型式，应当是实体结构物和超静定结构。,第四节 高速铁路桥梁合理结构型式,西南交通大学,三、结

37、构型式 （一）桥梁结构体系 根据高速铁路对桥梁动力性能的要求和我国铁路桥梁建设的经验，结合桥梁工程造价和施工运营条件，可供选择的中小跨度桥梁的结构系主要有: 混凝土简支梁、混凝土连续梁和混凝土刚架桥。在建筑高度受限制的地方，也可采用钢板梁上设混凝土板的结合梁桥。,第四节 高速铁路桥梁合理结构型式,西南交通大学,三、结构型式 （一）桥梁结构体系 小跨度刚架桥的截面形式以现浇板梁为宜；简支梁与连续梁桥的截面以单箱单室箱梁为宜；板梁的截面推荐用日本高架桥的截面形状，箱梁截面推荐采用德国新干线标准设计截面。钢桁架桥的桥面系以采用正交异性板为宜；组合梁桥也以箱形截面形状为宜。,第四节 高速铁路桥梁合理结

38、构型式,西南交通大学,三、结构型式 （一）桥梁结构体系 1. 混凝土简支梁 混凝土简支梁结构构造简单、技术成熟、架设快捷、更换方便，是我国既有铁路桥梁的主要型式，总数占90%以上。 跨度832 m混凝土简支梁，被广泛采用。特别是1632 m混凝土简支梁，采用工厂预制，架桥机架设，是中小跨度中应用最多的桥梁。随着架桥机能力的提高，跨度40 m混凝土梁，也在近期建成的长江、黄河大桥的引桥上被采用。,第四节 高速铁路桥梁合理结构型式,西南交通大学,三、结构型式 （一）桥梁结构体系 1. 混凝土简支梁 近年来，拼装式移动支架造桥机研制成功，使混凝土简支梁的跨度达56 m。这就更加扩大了铁路混凝土简支梁

39、的使用范围。在特殊条件下，其它型式的混凝土简支梁，如槽形梁等，也可采用。,第四节 高速铁路桥梁合理结构型式,西南交通大学,三、结构型式 （一）桥梁结构体系 1. 混凝土简支梁 混凝土简支梁也是铁路引桥和高架桥的基本型式。 宣杭铁路水阳江大桥右岸引桥为180孔16 m预应力混凝土梁，其中有108孔梁为部分预应力混凝土梁，是目前使用孔数最多等跨混凝土简支梁桥。 最长的多孔等跨混凝土简支梁桥，当数九江长江大桥北岸引桥计109孔跨度39.6 m双线无碴无枕箱形截面预应力混凝土简支梁桥。,第四节 高速铁路桥梁合理结构型式,西南交通大学,三、结构型式 （一）桥梁结构体系 2. 混凝土连续梁 70年代以来，

40、在我国新线铁路上修建了大量混凝土连续梁，以扩大混凝土梁桥的使用范围，跨度多在4080 m之间，最大达84 m，成为中等跨度铁路混凝土梁桥的主要型式。,第四节 高速铁路桥梁合理结构型式,西南交通大学,三、结构型式 （一）桥梁结构体系 2. 混凝土连续梁 在小跨度范围内应用不多，作为一个实例，钱塘江二桥的引桥，采用了79孔1联，共6联47孔跨度32 m等高度箱形截面双线铁路连续梁桥，是目前我国跨度最小的铁路预应力混凝土连续梁桥。,第四节 高速铁路桥梁合理结构型式,西南交通大学,三、结构型式 （一）桥梁结构体系 2. 混凝土连续梁 与简支梁相比，连续梁整体性强，具有较大的刚度，且邻跨间无断缝，不产生

41、变形折角，桥面平顺，有利于高速行车。 随着施工经验日益丰富，混凝土连续梁建桥技术日趋成熟。在我国采用悬臂灌注法或顶推法架梁，能够快速、安全、质量良好地建造预应力混凝土连续梁桥。,第四节 高速铁路桥梁合理结构型式,西南交通大学,三、结构型式 （一）桥梁结构体系 2. 混凝土连续梁 所以，预应力混凝土连续梁，也应当成为我国高速铁路中等跨度桥梁的基本型式。 对于高架桥，连续梁也是可供比选的的主要桥式之一。,第四节 高速铁路桥梁合理结构型式,西南交通大学,三、结构型式 （一）桥梁结构体系 2. 混凝土连续梁 通过跨度1640 m混凝土连续梁在高速列车下的动力性能计算表明，其冲击系数比简支梁有所减小。特

42、别在车辆运行平稳性方面，连续梁使旅客乘坐舒适性有较大的改善，斯佩林指标比简支梁降低0.30.4左右。一般主要用于跨度40 m以上的中等跨度桥梁。,第四节 高速铁路桥梁合理结构型式,西南交通大学,三、结构型式 （一）桥梁结构体系 3. 混凝土刚架桥 混凝土刚架桥是一种空间超静定结构，整体性好，具有较好的刚度和抗震性能。 在日本高速铁路高架桥中占有十分重要的地位。据东北、上越、山阳和东海道等四条新干线的统计，混凝土刚架桥分别占高架桥总长度的65.9%、77.1%、95.3%和85.8%。所以可以说日本的高速铁路高架桥，基本上采用钢筋混凝土刚架桥的型式。,第四节 高速铁路桥梁合理结构型式,西南交通大

43、学,三、结构型式 （一）桥梁结构体系 3. 混凝土刚架桥 日本的高速铁路高架桥中的双线刚架桥多为35孔一联，跨度68 m左右，联间以简支挂孔相连。填土高度712 m，基础多采用打入桩和扩大基础型式。与我国京沪高速铁路沪宁段的线路和地质情况相近，具有较好的参考价值。,第四节 高速铁路桥梁合理结构型式,西南交通大学,三、结构型式 （一）桥梁结构体系 3. 混凝土刚架桥 在我国既有铁路高架桥和引桥中，也有使用的经验。 在大秦线郑重庄特大桥，为了节约用地，减少土石方，采用了3孔一联共27联跨度8 m的连续刚架，挂梁跨度6.0 m，桥高平均10.5 m。,第四节 高速铁路桥梁合理结构型式,西南交通大学,

44、三、结构型式 （一）桥梁结构体系 3. 混凝土刚架桥 混凝土刚架桥的截面尺寸小，结构轻巧，在工程数量上比简支梁要少。通过对填土高度10 m，跨度8 m、10 m、12 m高速铁路高架桥计算表明，与预应力混凝土简支梁相比，其工程数量可节省10% 左右，而造价可降低25%左右，在动力性能方面则更为优越，其车辆运动平稳性指标均在2.0以下。,第四节 高速铁路桥梁合理结构型式,西南交通大学,三、结构型式 （一）桥梁结构体系 3. 混凝土刚架桥 在广深准高速铁路石龙大桥的引桥上，也采用了跨度10 m混凝土刚架桥，其桥高12 m。 此外，从国外高速铁路建桥经验来看，在中小跨度桥梁中，也可采用结合梁和型钢混

45、凝土桥梁，但比例较小。,第四节 高速铁路桥梁合理结构型式,西南交通大学,三、结构型式 以上分析可以看出，目前国内既有铁路各种型式的中小跨度桥梁，均能满足高速铁路的要求，并有成熟的使用经验，可以在不同的条件下进行合理地选择。 对于40 m以上的中等跨度桥梁，基本上可采用箱形截面预应力混凝土连续梁型式。,第四节 高速铁路桥梁合理结构型式,西南交通大学,三、结构型式 40 m以下的小跨度桥梁，则主要采用预应力混凝土或部分预应力混凝土简支梁。 京沪高速铁路沪宁段线路高度在610 m左右，高架桥可以混凝土简支梁为主。在某些环境条件下，也可采用混凝土刚架桥和混凝土连续梁桥型式。,第四节 高速铁路桥梁合理结

46、构型式,西南交通大学,三、结构型式 （二）上部结构型式 1. 分离式结构与整体式结构的比较 在双线并列的情况下，梁部结构可采用两单线桥的分离式结构，也可采用双线桥整体式结构，见图4.3.10。,第四节 高速铁路桥梁合理结构型式,西南交通大学,三、结构型式,第四节 高速铁路桥梁合理结构型式,图4.3高速铁路桥梁截面形式示意图(单位：cm),西南交通大学,三、结构型式 图4.3高速铁路桥梁截面形式示意图(单位：cm),第四节 高速铁路桥梁合理结构型式,西南交通大学,三、结构型式,第四节 高速铁路桥梁合理结构型式,西南交通大学,三、结构型式 （二）上部结构型式 1. 分离式结构与整体式结构的比较 对

47、于中等跨度混凝土连续梁结构，考虑到一般采用悬臂灌注法施工，显然以采用双线整体式结构较为合理。而对于小跨度桥，则需要从制造、运输、架设和运营、养护，特别是动力性能诸方面考虑，进行比较。,第四节 高速铁路桥梁合理结构型式,西南交通大学,三、结构型式 （二）上部结构型式 1. 分离式结构与整体式结构的比较 整体式与分离式理应具有相同的竖向刚度，但计算中整体式结构按双线活载进行了折减，因而其变形较小； 各种跨度的箱形截面梁和跨度16mT形截面梁，横向刚度对于整体式与分离式都远大于刚度限值；,第四节 高速铁路桥梁合理结构型式,西南交通大学,三、结构型式 （二）上部结构型式 1. 分离式结构与整体式结构的

48、比较 由于整体式结构列车单线通过时偏心加载，因而桥梁斜扭曲度较大。但只要设置隔板数在1个以上，整体式的扭转刚度也能满足限值要求。 单箱整体式结构，腹板数量少，有利于于节省圬工量，并且稍厚的腹板对布置钢筋和提高耐久性都有利。在制梁速度上也比分离式明显加快。,第四节 高速铁路桥梁合理结构型式,西南交通大学,三、结构型式 （二）上部结构型式 1. 分离式结构与整体式结构的比较 尤其重要的是，双线单箱整体式结构，虽不能有效降低桥梁的动力系数，但从车辆运动平稳性考虑，由于结构自重增大，旅客乘坐舒适度有进一步改善，是值得重视的。例如，计算表明，跨度24 m混凝土简支梁的舒适度指标从2.43降至2.11，效

49、果是很明显的。,第四节 高速铁路桥梁合理结构型式,西南交通大学,三、结构型式 （二）上部结构型式 1. 分离式结构与整体式结构的比较 双箱分离式结构，由于结构尺寸较小，重量较轻，便于运输、架梁，对施工设备能力要求较小。 对于小跨度混凝土梁，目前国内架桥机即可适应。此外，从养护、维修角度看，一旦需要更换支座和梁部结构，甚至可在不中断行车的条件下进行。但其车辆运行平稳性指标，虽也达到我国有关标准规定的优良等级，但比整体式结构毕竟要差些。,第四节 高速铁路桥梁合理结构型式,西南交通大学,三、结构型式 （二）上部结构型式 2. 箱形截面和T形截面的比较 我国既有铁路线上的混凝土连续梁，无论是单线桥或是

50、双线桥，无一例外的全部都是采用箱形截面构造。箱形截面整体性强，抗扭刚度大，是当代混凝土桥，特别是大跨度桥的主要形式。它用于高速行车的桥梁上动力性能更显得优越。,第四节 高速铁路桥梁合理结构型式,西南交通大学,三、结构型式 （二）上部结构型式 2. 箱形截面和T形截面的比较 对于40 m以下的小跨度混凝土简支梁，考虑到梁体运输、架设和运营后检查、维修的方便，目前基本上是采用T形截面构造。,第四节 高速铁路桥梁合理结构型式,西南交通大学,三、结构型式 （二）上部结构型式 2. 箱形截面和T形截面的比较 这种截面形式混凝土梁的主要缺点是，在架设过程中需在桥位上进行梁片间的连结工作。特别是对于高速铁路

51、桥梁，当需进行工地横向预应力钢筋的张拉工作，费工费时，影响架桥进度。所以，对于小跨度混凝土梁的截面形式，有必要进一步分析。,第四节 高速铁路桥梁合理结构型式,西南交通大学,三、结构型式 （二）上部结构型式 2. 箱形截面和T形截面的比较 （1）分片式简支T梁 分片式简支T梁是梁式桥中应用广泛的一种桥型，它构造简单，最易设计为各种标准跨径的装配式结构，施工工序少，架设程序固定，在多孔简支梁桥中，由于各跨构造和尺寸划一，简化了施工管理工作，降低了施工费用，也便于养护和维修。,第四节 高速铁路桥梁合理结构型式,西南交通大学,三、结构型式 （二）上部结构型式 2. 箱形截面和T形截面的比较 （1）分片

52、式简支T梁 国外的高速铁路桥梁中，日本、西班牙均采用了分片简支T梁型式，尤以日本采用最多，并已进行标准化生产。,第四节 高速铁路桥梁合理结构型式,西南交通大学,三、结构型式 （二）上部结构型式 2. 箱形截面和T形截面的比较 （1）分片式简支T梁 参照国外高速铁路桥梁设计经验，对我国分片T梁研究情况简述如下。,第四节 高速铁路桥梁合理结构型式,西南交通大学,三、结构型式 （二）上部结构型式 2. 箱形截面和T形截面的比较 （1）分片式简支T梁 采用情况及建议跨度 我国高速铁路中小跨度桥梁可以采用分片式简支T梁型式，分片T梁应在横向形成整体截面，并能共同受力。分片T梁的横向联接方式采用横向施加预

53、应力的方法。,第四节 高速铁路桥梁合理结构型式,西南交通大学,三、结构型式 （二）上部结构型式 2. 箱形截面和T形截面的比较 （1）分片式简支T梁 采用情况及建议跨度 分片式简支T梁型式宜用于跨度32 m及以下跨度的桥梁。,第四节 高速铁路桥梁合理结构型式,西南交通大学,三、结构型式 （二）上部结构型式 2. 箱形截面和T形截面的比较 （1）分片式简支T梁 建议分片式简支梁荷载横向分配系数取值 恒载的分配相对比较简单，考虑到主梁横向布置情况，偏于安全计，边梁除分担置于其上的恒载外，其余部分均由中间各片梁平均分担。,第四节 高速铁路桥梁合理结构型式,西南交通大学,（二）上部结构型式 2. 箱形

54、截面和T形截面的比较 （1）分片式简支T梁 活载的分配，多片T梁在施以横向预应力后，结构在纵横向形成整体，当桥上作用活载时，各片主梁将共同参与工作，形成了各片主梁之间的内力分布。 每孔主梁分布到的内力大小，随桥梁横截面的构造形式、活载类型以及活载在横向的作用位置不同而不同。在研究了梁格法、板系法及梁系法后建议分片式简支T梁活载分配采用以下分配系数。见表4.3.8。,第四节 高速铁路桥梁合理结构型式,西南交通大学,第四节 高速铁路桥梁合理结构型式,三、结构型式 表4.3.8 分片式简支T梁每片梁活载分配系数取值,西南交通大学,第四节 高速铁路桥梁合理结构型式,三、结构型式 （二）上部结构型式 2

55、. 箱形截面和T形截面的比较 （1）分片式简支T梁 建议梁高 不同跨度梁较经济的梁高范围依片数不同而略有不同: 对于4片: 1/111/13 对于5、6片: 1/121/13 对于7片: 1/131/15 对于8片: 1/141/15,西南交通大学,三、结构型式 （二）上部结构型式 2. 箱形截面和T形截面的比较 （1）分片式简支T梁 如有特殊地形要求，可根据具体情况选定梁高。 最近，结合秦沈客运专线常用跨度桥梁所作的车桥动力仿真分析研究，普遍认为，上述梁高对T梁均有些偏低，似乎应将梁高增大到1/91/10。,第四节 高速铁路桥梁合理结构型式,西南交通大学,三、结构型式 表4.3.9为秦沈客运

56、专线T梁仿真研究数据,第四节 高速铁路桥梁合理结构型式,西南交通大学,三、结构型式 （二）上部结构型式 2. 箱形截面和T形截面的比较 （1）分片式简支T梁 分片式简支T梁截面的设计情况 在京沪高速铁路桥梁的初步设计中，采用的不同跨度分片简支T梁截面设计数据见表4.3.10，与表4.3.9中的数据相比均偏低，以后设计的京沪高速的梁高肯定要增大。,第四节 高速铁路桥梁合理结构型式,西南交通大学,三、结构型式,第四节 高速铁路桥梁合理结构型式,西南交通大学,三、结构型式,第四节 高速铁路桥梁合理结构型式,西南交通大学,三、结构型式 （二）上部结构型式 2. 箱形截面和T形截面的比较 （1）分片式简

57、支T梁 分片梁合理片数的确定 在考虑了梁的高度、梁的吊重、梁的圬工数量、梁的主要材料造价、梁对墩台尺寸的影响以及运输、架设等多种因素后，对我国高速铁路分片式简支T梁合理片数建议如下:,第四节 高速铁路桥梁合理结构型式,西南交通大学,三、结构型式 （二）上部结构型式 2. 箱形截面和T形截面的比较 （1）分片式简支T梁 （a）一般情况下采用4片为宜； （b）在高墩情况下且架梁起吊能力允许时， 以采用5片为宜； （c）在限制建筑高度的情况下，以采用8片为宜。,第四节 高速铁路桥梁合理结构型式,西南交通大学,三、结构型式 （二）上部结构型式 2. 箱形截面和T形截面的比较 （1）分片式简支T梁 施工

58、 分片梁的架设考虑了现行架桥机的起吊能力，但由于采用了工地施加横向预应力的方法，与既有梁不同的是，增加了工地混凝土的工作，这样在施工组织上应能适应新的要求。,第四节 高速铁路桥梁合理结构型式,西南交通大学,三、结构型式 （二）上部结构型式 2. 箱形截面和T形截面的比较 （2）整孔简支箱梁的研究 整孔简支箱梁在国外高速铁路中小跨度桥梁中常被采用，整孔简支箱梁具有受力简单、明确、型式简洁、外形美观、抗扭刚度大、建筑高度相应较低、建成后的桥梁养护工作量小以及噪音小等优点。,第四节 高速铁路桥梁合理结构型式,西南交通大学,三、结构型式 （二）上部结构型式 2. 箱形截面和T形截面的比较 （2）整孔简

59、支箱梁的研究 通过对跨度2056 m三种截面型，即单箱单室、单箱双室、双箱单室，及两种不同高度系列，即通常情况下较经济的梁高和净空有一定限制时的较低高度的梁进行研究计算，其研究计算内容简述如下:,第四节 高速铁路桥梁合理结构型式,西南交通大学,三、结构型式 （二）上部结构型式 2. 箱形截面和T形截面的比较 （2）整孔简支箱梁的研究 a. 建议跨度 整孔简支箱梁的常用跨度宜选用40 m及以下跨度范围。48 m、56 m箱梁梁重较大，单箱单室分别为913 t及1 337 t，双箱单室分别为450 t及740 t，施工架设难度较大。,第四节 高速铁路桥梁合理结构型式,西南交通大学,三、结构型式 （二）上部结构型式 2. 箱形截面和T形截面的比较 （2）整孔简支箱梁的研究 京沪线位于我国东部较发达的平原地区，桥梁建筑高度不宜过高，48 m、56 m整孔箱梁当梁高按中高度系列取用时，梁高为3.5 m和3.8 m，结构的自振频率接近允许频率的下限。当梁高按低高度系列取用时，梁高已是3.0 m和3.5 m，且结构的自振频率不满足最小基频要求，需进行动力检算。,第四节 高速铁路桥梁合理结构型式,西南交通大学,三、结构型式 （二）上部结构型式 2. 箱形截面和T形截面的比较 （2）整孔简支箱梁的研究 b. 建议梁