,Gonglian DAI,Central South University,1、高速铁路和桥梁特点 2、高速铁路桥梁活载标准 3、高速铁路桥梁变形检算标准 4、高速铁路桥梁动力检算标准 5、高速铁路桥梁的基本类型 6、高速铁路桥梁桥面系及附属设施,1、 高速铁路和桥梁特点,Central South University,根据UIC（国际铁道联盟）的定义，高速铁路是指运营速度达时速200公里的铁路系统。中国高速铁路设计规范定义，新建铁路旅客列车最高行车速达到时速250公里及以上的铁路。 设计速度、运营速度、旅行速度、技术速度、试验速度,高速铁路系统包括土建工程、牵引供电、列车运行控制、高速动车、运营调度、客运服务六个子系统 。,国外高速铁路1964年，日本修建了世界上第一条高速铁路东海道新干线，开通时列车运营速度为时速210公里，（现已提速至时速270公里）开启了世界高速铁路建设的序幕。,世界各国第一条高速铁路运营时间,世界各国高速铁路运营里程（至2011年7月）,能耗 占地 CO2排放,国外及中国台湾高速铁路桥梁工程概况表,2003年设计时速200公里的秦沈客运专线正式建成和投入运营，标志着中国铁路步入高速化的开端。 中长期铁路网计划，规划了“四纵四横”铁路快速客运通道以及三个城际快速客运系统。2020年时，以北京、上海、广州、武汉、成渝、西安为中心，连接全国省会城市和90人口在50万以上的大城市。2020年高速铁路网总规模5万公里左右。中心城市与既有大城市间1000公里范围内朝发夕至，2000公里范围内夕发朝至。,中国高速铁路,国家高速铁路网规划,中国大陆已运营高速铁路桥梁工程概况表,中国大陆在建高速铁路桥梁工程概况表,中国内陆高速铁路桥梁所占比例（%）,国外及中国台湾高速铁路桥梁所占最大比例（%）,高速铁路土建工程的突出特点表现在： 1）桥梁是高速铁路土建工程中重要组成部分桥梁是高速铁路土建工程中重要组成部分，比例大、高架桥及长桥多，同时也是控制建设周期和保证安全舒适运营的关键。,2）高速铁路桥梁的定位是为高速列车提供稳定、平顺的桥上 线路桥梁的功能不再仅仅提供跨越功能，而是为高速列车提供稳定、平顺的线路。桥上线路与路基上、隧道中的线路不同，除了基础沉降外，桥梁结构在列车活载通过时产生变形和振动；风力、温度变化、日照、制动、混凝土徐变等因素作用下产生各种变形，桥上线路平顺性也随之发生变化。因此，每座桥梁都是对线路平顺的干扰点。尤其是大跨度桥梁。为了保证高速列车的行车安全和乘坐舒适，高速铁路桥梁除了具备一般桥梁的功能外，首先要为列车高速通过提供高平顺、稳定的桥上线路，桥梁是线路的基础，车线桥共同作用是其突出特点。,3）无砟轨道在高速铁路中广泛应用桥上轨道结构分有砟和无砟轨道，其中无砟轨道对桥梁变形要求更加严格。无砟轨道的优点弹性均匀、轨道稳定，养护维修工作量减少，线路平、纵断面参数限制放宽，曲线半径减小，坡度增大。无砟轨道基本类型轨道板工厂预制、现场铺设日本板式轨道、德国博格型无砟轨道现场就地灌筑 德国雷达型无砟轨道（长枕埋入式、双块式）,4）桥上无缝线路与桥梁共同作用修建高速铁路要求一次铺设跨区间无缝线路，以保证轨道的平顺和稳定。桥上无缝线路可看作为不能移动的线上结构，而桥梁在列车荷载、列车制动作用下和温度变化时要产生位移。当梁、轨体系产生相对位移时，桥上钢轨会产生附加应力。高速铁路桥梁必须考虑梁轨共同作用。尽量减小桥梁的位移与变形，以限制桥上钢轨的附加应力，保证桥上无缝线路的稳定和行车安全。,5）桥梁优势是利于桥下交通、节约土地、控制变形在平原及人口密集区高速铁路若采用高架桥的形式通过，可以合理利用空间，节约土地资源；在软土地区及其他地质条件较差的地区，修建桥梁作为轨道的下部基础可以利用桥梁刚度大变形小的特点，来保证轨道的平顺性，以满足高速行车的需要。因此，桥梁在高速铁路中所占的比例较大。,2.1、高速铁路桥梁的总体设计要求 1）线路平面连续梁、钢梁及较大跨度桥梁宜设在直线上，困难条件可设在曲线上。正线线路平面平曲线半径、缓和曲线长度及相邻曲线间的夹直线，均应满足线路的要求。,2、 高速铁路桥梁技术标准,线路平曲线半径表（m）,简支梁以直代曲，连续梁桥梁中线为曲线。 2）线路纵断面 区间正线的最大坡度不宜大于20/1000，困难区段也不大于30/1000，正线最小坡段长度及竖曲线半径应满足线路要求。,正线最小坡长及最小竖曲线半径,3）线路横断面桥梁直线、曲线梁上线间距相同，轨道超高由轨道板底座调整，桥面根据轨道结构形式设置六面排水或四面排水横坡。轨道的超高一般为170毫米 4）结构耐久性桥梁结构主体结构的设计使用年限为100年，无砟轨道主体结构的设计使用年限应不小于60年。,2.2、活载模式,高速铁路的列车荷载，是高速铁路桥梁设计的最重要参数之一，直接影响结构的安全度和建造成本。活载的图式影响参数：线路上运行的机车车辆本身的参数如列车类型、轴距、轴重、编组以及车辆将来的发展； 运输模式（单一的客运或客货共运）； 速度指标 不同结构体系的加载方式等。 不同规范的核心问题在于活载模式的不同。,（1）、欧洲高速铁路设计活载 欧洲高速铁路采用统一的UIC活载。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，共有6种车辆模式，相应的动力系数仅与跨度有关。,UIC活载图式涵盖的6种运营列车,（2）、日本高速铁路设计活载 日本高速铁路采用的高速列车专用荷载N、P荷载。日本活载模式是单一的轻型高速列车体系，N、P荷载模式非常接近日本实际的高速运营列车活载。日本标准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。,日本N、P活载图示,（3）中国高速铁路设计活载 中国高速铁路采取客运专线和客货共线铁路并存的运营模式。客运专线专用于旅客快速运输，设计时速300350km/h，如武广、郑西客运专线等；对客运专线桥梁，最终确立了基于UIC活载模式的ZK活载模式，相当于0.8UIC设计活载客货共线铁路同时承担客运和货运任务，设计时速200250km/h，如温福铁路、福厦铁路等。,对客货共线高速铁路桥梁设计活载为ZK活载，同时采用中活载进行检算强度及应力，ZK荷载检算变形。,抗弯强度,抗剪强度,抗扭强度,正应力,剪应力,主拉应力,结构的平顺性非常重要 !,2.3 活载动力系数 （1）UIC活载动力系数UIC活载动力系数基本采用德国桥梁荷载规范中的活载系数。对于特殊保养的铁路：1.0021.67对于正常养护的铁路：1.0032.0,UIC活载动力系数,（2）日本铁路活载动力系数,（3）中国桥梁活载动力系数桥跨结构：1+=1+（1.44/（L0.5-0.2）-0.18） 式中：L加载长度（m），其中L3.61m时按3.61m；简支梁时为梁的跨度；n跨连续梁时取平均跨度乘以下列系数：n=2 1.20n=3 1.30n=4 1.40n5 1.50当计算L小于最大跨度时，取最大跨度。 （1+）计算值小于1.0时取1.0。,3.1、竖向挠度 （1）德国规范,3、 变形检算标准,（2）中国规范,德国规范不同跨度和速度条件下梁体挠跨比限值,中国高速铁路不同跨度和速度条件下梁体挠跨比限值,3.2、梁端转角为什么要设梁端转角？要保证高速铁路线路的平顺和轨道的安全，必须对上部结构梁端转角进行控制设计。,梁端竖向转角的影响,（1）德国规范单线桥：=6.5x10-3rad 在上部结构与路基的过渡处1+2=10x10-3rad 两段上部结构之间双线桥： =6.5x10-3rad 在上部结构与路基的过渡处1+2=10x10-3rad 两段上部结构之间 （2）中国规范,3.3、横向变形 （1）德国规范上部结构水平方向的角度变化不允许超过下表中的限值，水平方向弯曲曲线的半径也不应小于下表规定的数值。（2）中国规范a）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 挠度不应大于L/1400。b）在ZK活载、横向摇摆力、离心力、风力和温度的作用下，墩顶的横向水平位移引起的桥面处梁端水平转角应不大于1弧度。,3.4、扭转变形 （1）德国规范V120km/h，t4.5mm；120V20km/h，t3.0mm；V200km/h，t1.5mm 。（2）中国规范ZK静活载作用下梁体扭转引起的轨面不平顺值，t不应大于1.5mm。,S,3.5、工后徐变徐变上拱会影响梁上轨面的平整度，对高速行车的安全性和乘坐的舒适性不利，必须加以严格限制。（1）德国规范无砟轨道铺设后，徐变上拱度不应大于L/5000。设计活载与徐变上拱度叠加后，应满足有关竖向挠度的限值要求。 （2）中国规范有砟桥面桥梁，不应超过20 mm。无砟桥面桥梁，L50m，不应大于10mm；L50m，不应大于L/5000且不大于20mm。,3.6、基础沉降,中国规范关于静定结构墩台基础工后沉降限值,高速铁路有砟轨道无缝线路固定区的混凝土简支梁，墩台顶部纵向水平线刚度应符合下表限值要求.,3.7 墩台纵向线刚度限值,中国规范墩台顶纵向水平线刚度限值,4.1、自振频率选择合理的自振频率，避免与列车通过时的激振频率接近。 （1）德国规范:nL nB nU,4、 动力检算标准,竖向自振频率限值,0,0,0,0,0,0,L,u,L,UIC图式要求的结构自振频率范围,（2）中国规范,简支梁竖向自振频率限值,4.1、自振频率,4.2、竖向振动加速度 （1）德国规范无砟轨道桥梁竖向振动加速度应小于0.5g。,（2）中国规范,桥梁竖向振动加速度限值,4.3、舒适度评价标准 （1）德国规范为满足列车行驶舒适度的要求，机车竖向振动加速度应小于0.2g，车辆竖向振动加速度应小于0.1g。,（2）中国规范 平稳性指标W 2.5（优） 2.5W2.75（良） 2.75W3.0（合格）,51,5. 高速铁路桥梁基本结构型式,（1）预应力混凝土简支箱梁桥：常用跨度桥梁以等跨布置的32m双线整孔预应力混凝土简支箱梁*为主型结构，少量配跨采用24m简支箱梁。施工方法主要采用沿线设置预制梁厂进行箱梁预制，运梁车、架桥机运输架设。部分采用移动模架、膺架法桥位灌筑。*我国新建高速铁路桥梁中90%以上为32m预应力混凝土简支箱梁结构。,52,合宁线后张法简支箱梁,合宁线先张法简支箱梁,53,（2）预应力混凝土连续箱梁桥跨越公路、站场、河流等跨度较大的桥梁主要采用预应力混凝土连续箱梁，根据结构跨度布置、类型和工期要求，多采用悬臂、膺架法施工。,预应力混凝土连续箱梁类型,54,施工中的哈大高速铁路营海特大桥工程167#170#墩连续梁（跨盘营高速公路）,55,（3）其它大跨度及特殊桥梁结构：预应力混凝土连续刚构、各种拱结构、斜拉桥及梁-拱组合结构等。为保证列车的安全和乘坐舒适，对大跨度桥梁的竖向刚度提出了严格的限制。,武广高速铁路武汉天兴洲长江大桥 主桥采用98+196+504+196+98m的双塔三索面斜拉桥,56,京沪高速铁路南京大胜关长江大桥 (108m+192m+336m+336m+192m+108m)六跨连续钢桁拱桥,57,6. 桥面布置,除线路结构外，桥面主要设施有： 防、排水系统（防水层、保护层、泄水管、伸缩缝） 电缆槽及盖板（检查通道） 遮板、栏杆或声屏障 挡砟墙或防护墙 接触网支柱 长桥桥面每隔23km设置应急出口,58,用挡砟墙（防撞墙）替代护轨，便于线路维修养护。 有砟轨道桥梁，挡砟墙内侧至线路中心线距离2.2m，便于大型养路机械养修线路。 直曲线梁的桥面等宽，接触网支柱设在桥面，线路中心至立柱内侧净距不小于3.0m。 桥面总宽按检查通道是否行走桥梁检查车而定。时速350km高速铁路桥梁（无砟）顶宽分别为13.4m和12.0m。 采用优质防水层和伸缩缝，确保桥面污水不直接在梁体上流淌。,