高速铁路桥梁设计

高速铁路桥梁设计主讲人：勘察设计院京沪北京目录1．概述........................................................12．高速铁路桥梁设计的一般规定和原则............................12.1高速铁路桥涵设计注重结构的耐久性设计.......................12.2高速铁路桥涵具备良好的动力性能.............................22.3高速铁路桥优先选用预应力混凝土结构.........................22.4高速铁路混凝土梁部结构的形式以箱形截面为主.................22.4.1中小跨混凝土梁部结构..................................22.4.2跨度16m及以下的桥梁..................................32.5高速铁路梁型的选用.........................................32.5.1简支梁................................................32.5.2连续梁................................................32.5.3其它梁型..............................................42.6高速铁路梁型有关梁体斜交的规定.............................52.7高速铁路桥涵建筑结构的间距.................................53．高速铁路桥梁设计荷载........................................63.1荷载组合...................................................63.2竖向荷载设计图式...........................................73.3动力系数..................................................103.4离心力折减系数............................................113.5横向摇摆力................................................123.6脱轨荷载..................................................123.7汽车撞击力................................................123.8其他荷载..................................................134．高速铁路桥梁结构变形、变位和自振频率的限值.................134.1梁体的竖向、水平变形和扭转................................134.1.1高速列车安全性和舒适性的动力响应评判标准.............134.1.2高速铁路梁体变形的要求...............................144.2梁体的竖向自振频率........................................164.3车桥耦合动力响应分析的要求................................174.4桥梁下部结构刚度..........................................174.5桥梁墩台基础工后沉降量限值的规定..........................185．高速铁路桥涵结构构造要求...................................195.1桥面布置的构造要求........................................195.1.1有碴轨道和无碴轨道的选择.............................195.1.2桥面宽度.............................................205.1.3加强排水、防水措施保证结构耐久性.....................205.2桥梁结构易于检查维修......................................215.3保护层厚度................................................225.4徐变上拱的控制............................................225.5支座......................................................225.6噪音......................................................235.7涵洞洞顶填土厚度..........................................236．宁沪段（含京徐段五座特大桥）法方、日方咨询情况.............246.1日方咨询意见汇总..........................................246.2法方咨询意见汇总..........................................257．高速铁路桥涵景观设计.......................................2511．概述京沪高速铁路的运营要求就是高速度、高舒适性和高安全性。为了满足高速列车安全运行和旅客乘坐舒适度的要求，高速铁路桥梁设计在一些原则性规定、设计活载、结构变形限值、结构构造要求和维修养护等方面都作了更加严格的规定。高速铁路设计的重要依据之一就是《京沪高速设计暂行规定》。《京沪高速设计暂行规定》是在十多年科学研究和设计实践的基础上，以及对秦沈客运专线设计施工实践经验总结的基础上编制完成的。2003年9月，德、法、日三国完成对设计暂规进行了咨询，提出了修改建议。2004年4月，选取南京至上海的线路，就线路的总体性和各个专业的难点、疑点，请法、日两国进行了设计咨询，进一步对暂规指导下的设计进行验证。下面结合秦沈客运专线的工程实践、两次国际咨询和京沪线桥梁设计情况，重点对《京沪高速设计暂行规定》（以下简称《暂规》）中与普通铁路不同的地方向大家做个介绍。2．高速铁路桥梁设计的一般规定和原则2.1高速铁路桥涵设计注重结构的耐久性设计大量桥梁的使用经验说明，结构的耐久性对桥梁的安全使用和经济性起着决定的作用。经济合理性应当使建造费用与使用期内的检查维修费用之和达到最少。京沪高速铁路是我国修建的第一条高速客运专线，车流量大，技术标准高，将建成世界一流水平的铁路，为保证列车正常运行不受限制，高速铁路的桥梁结构具有足够的耐久性是必要的保证。在设计《暂规》中特作了以下规定。（1）高速铁路的桥梁的洪水频率标准，按我国铁路干线最高级的Ⅰ级干线标准办理。并对涵洞的设计频率标准提高至1/100。此项规定对平原区涵洞影响较小，而对山丘区排洪涵洞，部分需要加大孔径，或改为梁式桥。（2）在普通铁路虽然对桥涵结构耐久性提出了要求，但在《暂规》中明确提出桥梁主要承重结构应按100年使用要求设计。（3）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安全使用。2.2高速铁路桥涵具备良好的动力性能在高速列车运行条件下，桥梁结构的动力响应加剧，从而使列车运行的安全性、旅客乘坐的舒适度、荷载冲击、材料疲劳、列车运行噪声、结构耐久性等等问题都与普通铁路不同。所以，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保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。为了使高速铁路的桥梁结构具有良好的动力性能，《暂规》对桥梁结构刚度和基频等进行严格控制。2.3高速铁路桥优先选用预应力混凝土结构与其他建桥材料相比，预应力混凝土结构，具有一系列适合高速铁路要求的特性，如刚度大、噪音低，由温度变化引起的结构位移对线路结构的影响小，运营期间养护工作量少等，而且造价也较为经济，所以《暂规》要求桥梁上部结构应优先采用预应力混凝土结构。在京沪高速设计中北京至上海段共598km桥梁，预应力混凝土结构约占97%以上。2.4高速铁路混凝土梁部结构的形式以箱形截面为主2.4.1中小跨混凝土梁部结构桥梁的上部结构直接承受列车荷载，由于高速列车运行时动力响应加剧，为保证列车运行安全和旅客乘坐舒适，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，都是十分必要的。箱形截面梁，刚度大，整体性好，具有较好的动力特性，架设(或制造)可一次到位，无工地联接工作，工期较短，是中小跨混凝土梁部结构的首选型式。它的主要缺点是自重大，桥面宽，预制架设需要重型设备等。双线单箱整体式结构，由于结构横向刚度大，改善了旅客乘坐舒适度。从保证高速列车运行乘坐舒适度的角度来看，联成整体的双线桥比单线桥优越，故优先采用。在秦沈客运专线采用了双线整孔箱梁和单线箱梁并置两种情况。在秦沈线的试验中，24m、32m双线整孔箱梁的实测挠跨比均在1/20000以上，而24m单线并3置箱梁的实测挠跨比也达到了1/16783，其相应ZK荷载挠跨比为1/5031~1/7717。并且实测中横向振幅值也很小。2.4.2跨度16m及以下的桥梁对于跨度16m及以下的桥梁，可以采用钢筋混凝土框架桥、钢筋混凝土刚构连续，这些结构均能满足高速行车的要求，可以根据工点的实际情况、施工条件等来选择合理的结构型式。2.5高速铁路梁型的选用2.5.1简支梁多孔等跨简支梁桥的桥跨外形一致、截面相同、构造布置统一，便于结构的日常检查和养护维修。采用简支体系的梁桥，更能适应地质不良、地基承载力低的地段。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。秦沈客运专线简支梁架设2.5.2连续梁多孔等跨布置的连续梁，能够提高梁部结构整体性和刚度，并且对保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安全性。采用适当的施工方法能保证桥梁的经济性和施工进度。京沪高速铁路24m、32m常用跨度的连续梁，是按相邻墩台不均匀沉降1cm作为设计条件。因此24m、32m常用跨度连续梁对地基沉降较为敏感。在京沪高速铁路设计中，根据沿线地质条件，在沉降控制有把握的地段适当采用常用跨度的连续梁。目前设计中常用跨度连续梁主要分布在北京、济南至泰安和徐州至蚌埠附近。总计约50km。施工方法初步拟定原位现浇。秦沈客运专线大跨连续梁2.5.3其它梁型斜交刚构连续和框构桥在跨越道路等场合，其适应性强，整体性好，可以根据需要采用。钢混凝土结合梁或型钢混凝土结构跨越能力强，施工方便，并且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合适用。京沪高速桥梁设计中优先采用预应力混凝土结构，根据立交、通航等的需要也采用了钢筋混凝土结构，钢结构和钢—混凝土结合结构。《暂规》国际咨询中德、法、日均对优先使用混凝土结构结构予以认同，德国还特别提出在复杂地下条件（沉降不易控制），简支结构是合理的选择。秦沈客运专线结合梁桥52.6高速铁路梁型有关梁体斜交的规定对于斜交桥梁由于梁体两侧挠度差异，将会影响高速列车的运行安全和旅客乘坐的舒适度，一般不宜设置斜梁。在秦沈客运专线和京沪线设计中，一般仅在跨越低等级道路时，根据斜交情况采用了斜交刚构，并不配以相应的斜交桥台。同样台后轨枕一头支于桥台另一头支于路基会造成不均匀沉降，影响行车的平稳性。因此在斜交桥台后，修筑T型