10-高速铁路桥梁-戴公连.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,高速铁路桥梁,中南大学土木工程学院,桥梁工程系,戴公连,Department of Bridge Engineering,Central South University,Changsha,CHINA,09/30/2011,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,CO,2,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,2020,年总规模,（,km,）,2015,年预计完成（,km,）,总计,51703,40607,四纵四横（,km,）,11308,10632,高铁延伸（,km,）,7787,4064,城际高铁（,km,）,7535,4275,客货共线（,km,）,25073,21636,客运枢纽（站）,42,42,中国大陆已运营高速铁路桥梁工程概况表,顺序,项目名称,全长,km,桥梁,km,桥梁比例,%,通车年份，运营时速,1,秦沈,客运专线,404,42.095,10.42,2003,.07,，,250km/h,2,京津城际,115.2,100.2,87.7,2008,.0,8,，,350km/h,3,沪蓉线合武段,359.4,115.9,32.2,2009,.,04,，,250km/h,4,石太客运专线,189.93,39.2,20.6,2009.04,，,250km/h,5,沪蓉线合宁段,187.07,31.25,16.7,2008.04,，,250km/h,6,胶济客专,169.91,30.93,18.2,2007,.0,4,，,200km/h,7,温福铁路,298.4,77.1,25.8,2009,.0,9,，,250km/h,8,福厦铁路,274.9,72.0,24.1,2010,.04,，,250km/h,9,甬台温铁路,282.4,91.4,32.4,2009,.0,9,，,250km/h,10,武广客运专线,968.2,465.24,48.1,2009,.,12,，,300km/h,11,郑西客运专线,456.6,283.5,62.1,2010,.0,2,，,300km/h,12,成灌铁路,66,42.6,64.5,2010,.0,5,，,200km/h,13,沪宁城际,300,215,.,4,71.8,2010,.0,7,，,300km/h,14,昌九城际,91.58,31.96,34.9,2010,.0,9,，,250km/h,15,沪杭客运专线,160,139.2,87,2010,.10,，,350km/h,16,海南东环铁路,308.11,102.95,33.4,2010,.12,，,250km/h,17,长吉城际,96.26,30.3,31.5,2011,.01,，,250km/h,18,广珠城际,142.3,134.1,94.2,2011,.01,，,200km/h,19,京沪高铁,1318,1060.9,80.6,2011.06,，,300km/h,中国大陆在建高速铁路桥梁工程概况表,顺序,项目名称,全长,km,桥梁,km,桥梁比例,%,设计时速,1,广深港,客运广深段,102.45,59.2,56.7,250(350)km/h,2,哈大客专,904,663.3,73.7,200(350)km/h,3,北京至石家庄客运专线,283.7,216.37,77,350km/h,4,石家庄至武汉客运专线河北段,202.7,167.9,82.8,350km/h,5,石家庄至武汉客运专线河南段,506.9,419,82.6,350km/h,6,石家庄至武汉客运专线湖北段,133.7,55.05,41,350km/h,7,津秦客专,257.4,154.9,62.3,350km/h,8,天津至保定铁路,157.94,103.29,65.4,250km/h,9,宁杭客专,248.96,158.41,63.63,350km/h,10,杭甬客专,149.89,122.87,81.97,350km/h,11,合蚌客专,129.34,57.538,44.49,300km/h,12,哈齐客专,280.89,140.45,50,300km/h,13,盘营客专,89.42,73.29,81.96,350km/h,14,京津城际延伸线,44.815,200km/h,15,成都至绵阳至乐山客专,315.87,151.85,48,250km/h,16,武黄城际,96.78,60.4,69.2,200km/h,17,武汉至孝感城际铁路,61.263,200km/h,18,武咸城际,77,300km/h,顺序,项目名称,全长,km,桥梁,km,桥梁比例,%,设计时速,19,武汉至黄冈城际铁路,35.991,200km/h,20,厦门至深圳铁路福建段,144.167,250km/h,21,厦门至深圳铁路广东段,357.052,248.51,69.6,250km/h,22,柳州至南宁客专,226.569,200km/h,23,南黎铁路,93.493,250km/h,24,宁安城际,257.48,350km/h,25,沪昆铁路客运专线长昆云南段,192.276,136.043,70.75,350km/h,26,沪昆铁路客运专线长昆贵州段,559.473,123.057,21.99,250km/h,27,沪昆铁路客运专线杭长浙江段,295.185,350km/h,28,沪昆铁路客运专线杭长江西段,544.820,389.28,71.4,350km/h,29,沪昆铁路客运专线杭长湖南段,111.52,350km/h,30,大西客专,678.4,485.647,71.6,200 km/h,31,南广铁路黎西至肇庆段,401.6,250 km/h,32,云桂铁路广西段,255.3,250 km/h,33,西宝客专,138.044,250km/h,34,合福客专安徽段,343.093,350km/h,35,合福客专闽赣段,809.919,350km/h,36,贵阳至广州铁路,855.899,250km/h,37,云桂铁路云南段,431.183,200km/h,顺序,项目名称,全长,km,桥梁,km,桥梁比例,%,设计时速,38,兰新铁路第二双线甘青段,1066.005,300km/h,39,兰新铁路第二双线新疆段,709.93,124,17.5,350km/h,40,沈丹客专,205.644,67.287,32.51,350km/h,41,成都至重庆铁路客专,308.206,207.633,67.37,350km/h,42,吉林至珲春客运专线,360.547,90.698,25.1,250km/h,43,郑州至焦作城际铁路,77,45.43,0.59,250km/h,44,郑州至开封城际铁路,49.973,47.533,96.4,200,km/h,45,长沙至株洲、湘潭城际铁路,95.513,53.59,54.02,200,km/h,46,青荣城际铁路,298.971,164.696,55.09,250,km/h,47,成都至都江堰铁路彭州支线,20.561,200km/h,48,佛肇城际铁路,79.88,71.082,88.985,200,km/h,49,东莞至惠州城际铁路,99.851,40.176,40.24,200,km/h,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,设计行车速度,350/250,300/200,250/200,250/160,有砟轨道,推荐,8000,10000,一般最小,7000,个别最小,6000,推荐,6000,8000,一般最小,5000,个别最小,4500,推荐,4500,7000,一般最小,4000,个别最小,3500,推荐,4500,7000,一般最小,3500,个别最小,3000,无砟轨道,推荐,8000,10000,一般最小,7000,个别最小,5500,推荐,6000,8000,一般最小,5000,个别最小,4500,推荐,4500,7000,一般最小,4000,个别最小,3500,推荐,4500,7000,一般最小,3200,个别最小,2800,最大半径,12000,12000,12000,12000,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,。,设计行车速度（,km/h,）,350,300,250,一般条件最小波段长（,m,）,2000,1200,1200,困难条件最小坡段长（,m,）,900,900,900,最小竖曲线半径（,m,）,25000,25000,20000,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。,设计行车速度（,km/h,）,350,300,250,最小线间距（,m),5.0,4.8,4.6,2.2,、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,300,350km/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。,强度检算,应力检算,变形检算,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：,1.00,2,1.67,对于正常养护的铁路：,1.00,3,2.0,最大速度,（,km/h,）,跨度,L(m,),适用条件,5,10,20,30,40,50,70,100,110,210,260,300,0.34,0.53,0.53,0.53,0.31,0.47,0.47,0.47,0.27,0.41,0.41,0.41,0.25,0.37,0.37,0.37,0.23,0.35,0.35,0.35,0.21,0.33,0.33,0.33,0.19,0.30,0.30,0.30,0.17,0.27,0.27,0.27,n55L,-0.8,n55L,-0.8,n70L,-0.8,n80L,-0.8,L,m,3,61,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,0.67,0.62,0.53,0.46,0.41,0.37,0.33,0.31,0.28,0.26,0.24,0.23,0.21,0.20,0.19,L,m,18,19,20,22,24,25,28,30,35,40,45,50,55,60,65,0.18,0.17,0.16,0.14,0.13,0.11,0.10,0.09,0.07,0.06,0.04,0.03,0.02,0.01,0.00,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/,（,L,0.5,-0.2,）,-0.18,）,式中：,L,加载长度（,m,），其中,L,3.61m,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 1.20,n=3 1.30,n=4 1.40,n5 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,。,荷载分类,荷载名称,主力,恒载,结构自重及附属设备自重,预加应力,混凝土收缩和徐变的影响,土压力,水浮力及静水压力,地基基础变位的影响,活载,列车竖向静活载,列车竖向动力作用,公路竖向静活载（设计公路铁路两用桥时）,长钢轨纵向力,离心力,横向摇摆力,列车活载产生的土压力,人行道及栏杆的荷载,气动力,附加力,制动力或牵引力,风力,流水压力,冰压力及冻胀力,温度变化的影响,特殊荷载,列车脱轨荷载,船只或排筏的撞击力,汽车撞击力,施工荷载,地震力,长钢轨断轨力,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,-3,rad,在上部结构与路基的过渡处,1,+,2,=10 x10,-3,rad,两段上部结构之间,双线桥：,=6.5x10,-3,rad,在上部结构与路基的过渡处,1,+,2,=10 x10,-3,rad,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。,速度范围（,km/h,）,最大角度变化,水平方向弯曲半径的最小直径,单线上部结构,多线上部结构,V,120,120,V,20,200,V,0.0035,弧度,1700 m,3500 m,0.0020,弧度,6000 m,9500 m,0.0015,弧度,14000 m,17500 m,3.4,、扭转变形,（,1,）德国规范,V120km/h,，,t4.5mm,；,120,V20km/h,，,t3.0mm,；,V,200km/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,；,L,50m,，不应大于,L/5000,且不大于,20mm,。,3.6,、基础沉降,沉降类型,桥上轨道类型,限值,墩台均匀沉降,有砟轨道,30 mm,无砟轨道,20 mm,相邻墩台沉降差,有砟轨道,15 mm,无砟轨道,5 mm,中国规范关于静定结构墩台基础工后沉降限值,桥墩,/,桥台,跨度,(m),最小水平线刚度,(,kN,/cm),双线,单线,桥墩,12,100,60,16,160,100,20,190,120,24,270,170,32,350,220,40,550,340,48,720,450,桥台,-,3000,1500,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,:,n,L,n,B,n,U,4,、动力检算标准,项目,竖向自振频率限值,/Hz,n,U,N,0,=94.76L,-0.748,n,L,4L20m,N,0,=80/L,n,L,20,L100m,N,0,=23.58L,-0.592,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,跨度,竖向自振频率限值,/Hz,L20m,N,0,=80/L,20,L96m,N,0,=23.58L,-0.592,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,桥面轨道类型,竖向振动加速度限值,有砟桥面,0.35g,无砟桥面,0.50g,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）,2.5W,2.75,（良）,2.75W,3.0,（合格）,52,5.,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。,53,合宁线后张法简支箱梁,合宁线先张法简支箱梁,54,（,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,32+48+32,40+56+40,40+60+40,40+64+40,48+80+48,60+100+60,80+128+80,1.,多采用现场灌筑，部分造桥机,2.,等跨连续梁部分采用先简支后连续或造桥机施工,预应力混凝土连续箱梁类型,55,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）,56,（,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,57,京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,58,6.,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,2,3,km,设置应急出口,59,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。,60,有砟桥面,无砟桥面,61,时速,350km,无砟桥梁桥面布置,Department of Bridge Engineering,Central South University,CHINA,09/30/2011,中南大学桥梁与隧道工程系,戴公连,谢 谢,