[PPT]高速铁路桥梁工程施工技术讲义_ppt

高速铁路桥梁工程1讲座内容一.前言二.高速铁路桥梁特点三.主要设计原则及相关限值四.国外高速铁路桥梁结构型式与施工技术五.我国高速桥梁结构型式与施工技术2前言3一.前言二.高速桥梁特点三.主要设计原则及相关限值四.国外高速铁路桥梁结构型式与施工技术五.我国高速桥梁结构型式与施工技术1.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。42.高速铁路桥梁的主要功能是为高速列车提供稳定、平顺的桥上线路。桥上线路与路基上、隧道中的线路不同，由于桥梁结构在列车活载通过时产生变形和振动，并在风力、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。53.高速铁路桥梁可分为高架桥、谷架桥和跨越河流的一般桥梁。混凝土和预应力混凝土结构具有刚度大、噪音小、温度变化引起结构变形对线路影响少、养护工作量小、造价低等优势，在高速铁路桥梁设计中广泛采用。6京津城际铁路高架桥概貌4.全面采用无砟轨道是高速铁路发展趋势，桥上无砟轨道对桥梁的变形控制提出更为严格的要求。无砟轨道的优点弹性均匀、轨道稳定、乘坐舒适度进一步改善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）7普通铁路桥梁概貌高速铁路桥梁概貌85.高速铁路与普通铁路是两个时代的产物，高速铁路设计、施工采用新理念，其建设促进了我国铁路桥梁工程技术的发展。高速铁路桥梁特点9一.前言二.高速铁路桥梁特点三.主要设计原则及相关限值四.国外高速铁路桥梁结构型式与施工技术五.我国高速铁路桥梁结构型式与施工技术高速铁路铁路桥梁的主要特点：•结构动力效应大•桥上无缝线路与桥梁共同作用•满足乘坐舒适度•100年使用寿命•维修养护时间少101.结构动力效应大•桥梁在列车通过时的受力要比列车静置时大，其比值（1+μ）称为动力系数（冲击系数）。产生动力效应的主要因素：•移动荷载列的速度效应•轨道不平顺造成车辆晃动α—速度参数v—车速（m/s）i—轨道不平顺的影响（常数项）n—结构自振动频率（Hz）k—系数L—跨度（m）vμ=k·α+i=k+i2n·L11•高速铁路速度效应大于普通铁路，桥梁的动力效应相应较大，对常用刚度的混凝土梁、车速为130、160、300km/h时，α-L的关系如下图：速度参数α的最大值跨度L（m）高速铁路荷载电车、内燃动车荷载机车荷载12•跨度40m以下的高速铁路简支梁桥当α＞0.33、相当于n＜1.5v/L时，会出现大的动力效应，甚至发生共振。为此，应当选择合理的结构自振频率n，避免与列车通过时的激振频率接近。13跨度跨度速度参数α速度参数α冲击系数冲击系数•列车高速通过时，桥梁竖向加速度达到0.7g（f≤20Hz）以上会使有碴道床丧失稳定，道碴松塌，影响行车安全。14•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。2.桥上无缝线路与桥梁共同作用15•与普通铁路不同，高速铁路要求高速运行列车过桥时有很好的乘坐舒适度，舒适度的评价指标为车厢内的垂直振动加速度。•影响乘坐舒适度的主要因素有列车车辆的动力性能、车速、桥跨结构的自振频率和桥上轨道的平顺性。•桥梁应具有较大的刚度、合适的自振频率，保证列车在设计速度范围内不产生较大振动。3.满足乘坐舒适度乘坐舒适度评定标准乘坐舒适度垂直加速度（m/s2）很好1.0好1.3可接受2.016•对高速铁路桥梁首次提出在预定作用和预定的维修和使用条件下，主要承力结构要有100年使用年限的耐久性要求。设计者应据此进行耐久性设计。•高速铁路采用全封闭行车模式•行车密度大•桥梁比例大、数量多4.100年使用寿命5.维修养护时间少17高速铁路桥梁设计要求•桥梁应有足够的竖向、横向、纵向和抗扭刚度，使结构的各种变形很小•跨度40m及以下的简支梁应选择合适的自振频率，避免列车过桥时出现共振或过大振动•结构符合耐久性要求并便于检查•常用跨度桥梁应标准化并简化规格、品种•长桥应尽量避免设置钢轨伸缩调节器•桥梁应与环境相协调（美观、降噪、减振）主要设计原则及相关限值18一.前言二.高速铁路桥梁特点三.主要设计原则及相关限值四.国外高速铁路桥梁结构型式与施工技术五.我国高速铁路桥梁结构型式与施工技术19•设计活载图式•结构刚度与变形控制限值•车桥动力响应•梁轨纵向力传递•耐久性措施•桥面布置•支座与墩台•无砟轨道桥梁设计设计原则20•设计活载图式的大小直接影响桥梁的承载能力和建造费用，是重要的桥梁设计参数。图式的制定应满足运输能力和车辆的发展。•我国普通铁路桥梁采用中-活载图式和相应的动力系数。1.设计活载图式中-活载图式跨度m8101620243240481+μ1.3161.3001.2611.2401.2221.1941.1711.154混凝土简支梁动力系数21•日本高速铁路采用非常接近运营列车的N、P和H型活载图式。相应的动力系数与跨度、车速和结构自振频率有关。1.设计活载图式日本高速铁路活载图式221.设计活载图式日本高速铁路桥梁的动力系数最大速度（km/h）跨度L(m)适用条件51020304050701001102102603000.340.530.530.530.310.470.470.470.270.410.410.410.250.370.370.370.230.350.350.350.210.330.330.330.190.300.300.300.170.270.270.27n≥55L-0.8n≥55L-0.8n≥70L-0.8n≥80L-0.823•欧洲统一采用UIC活载图式，它涵盖6种运营列车，包括高速列车和重载列车，相应的动力系数仅与跨度有关。1.设计活载图式国际铁路联盟制定的UIC活载图式24UIC活载图式涵盖的6种运营列车25UIC图式相应的动力系数LФm≥3,6145678910111213141516171+Ф1,671,621,531,461,411,371,331,311,281,261,241,231,211,201,19LФm1819202224252830354045505560≥651+Ф1,181,171,161,141,131,111,101,091,071,061,041,031,021,011,00UIC图式要求的结构自振频率范围26•我国高速铁路采用ZK活载图式（0.8UIC）以及与UIC一致的动力系数和结构自振频率范围，我国新建时速200公里客货共线铁路仍采用中-活载及相应的动力系数。1.设计活载图式我国高速铁路采用的ZK活载图式(0.8UIC)271.设计活载图式活载图式静态效应对比活载图式动态效应对比•中-活载与UIC活载效应大致相当，欧洲与日本的活载图式相差较大（一倍以上），导致日本高速铁路桥梁的体量略小。282.刚度和变形控制限值项目混凝土梁，简支钢板梁钢桁梁说明梁式桥跨梁体竖向挠度≤L/800≤L/900L—跨度墩台顶纵、横向弹性水平位移≤5L（mm）L—跨度，单位以米计当L＜24m时，按24m计静定结构墩台均匀沉降量≤20L（mm）静定结构相邻墩台均匀沉降量差≤10L（mm）•我国普通铁路桥梁的规定292.刚度和变形控制限值序号项目限值说明1桥面竖向加速度有砟桥面a≤0.35g无砟桥面a≤0.50g用运营列车进行车桥动力分析2上部结构扭转变形当V＞220km/ht≤1.5mm/3m(1+Ф)·UIC荷载作用下3梁端竖向转角变化θ≤3.5‰θ1+θ2≤5‰(1+Ф)·UIC荷载及温度变化作用下4梁端水平转角变化θ1+θ2≤1.5‰(1+Ф)·UIC荷载、风荷载、横向摇摆力、离心力及上部结构温差作用下5上部结构挠跨比L/1600（15m＜L≤30m）L/2100（30m＜L≤50m）L/2400（50m＜L≤90m）(1+Ф)·UIC荷载作用下•欧盟高速铁路桥梁标准的规定（ENV1991-3:1995）第1~4项为出于安全要求（保证线路稳定性、连续性及轮轨接触）第5项为乘坐舒适度要求30速度V（km/小时）变形（mm/3m）V≤1204.5120＜V≤2003.0V＞2001.52.刚度和变形控制限值梁体扭转变形示意及不同速度条件下限值梁端转角示意不同跨度和速度条件下梁体挠跨比限值31序号项目限值说明1桥面竖向加速度≤0.35g（0.5g）有砟(无砟)(f≤20Hz)2上部结构扭转变形≤1.5mm/3mZK活载作用下3梁端竖向转角变化≤2‰ZK静活载作用下，跨梁的转角4梁端水平转角变化≤1‰5梁体水平挠度≤L/40006简支梁L≤40m竖向自振频率≥120/L（Hz）7墩台基础工后均匀沉降≤30mm（20mm）有砟（无砟）8相邻墩台基础工后沉降差≤15mm（5mm）有砟（无砟）9铺轨后梁体残余徐变上拱≤20mm（10mm）有砟（无砟）10上部结构挠度L/1800（L≤24m）L/1500（24m＜L≤80m）L/1000（L＞80m）ZK静活载作用下2.刚度和变形控制限值•我国高速铁路桥梁的规定(V≥250km/h)323.车线桥耦合振动响应分析•高速铁路桥梁结构除进行静力分析满足有关规定外，尚应按实际运营客车通过桥梁的情况进行车桥耦合动力响应分析。分析得出的各项参数指标应满足有关规定要求。•车桥耦合动力响应分析是利用有限元方法建立车辆及线--桥结构动力模型、运动方程。在满足轮轨间几何相容和作用力平衡的条件下，求解行车过程中车、线、桥相应的动力参数指标，并判断其是否符合行车安全和乘坐舒适。33参数限值说明1脱轨系数Q/P≤0.8行车安全性要求2轮重竖向减载率△P/P≤0.6（＜350km/h）≤0.8（350~420km/h）行车安全性要求3桥面竖向加速度az有砟≤0.35g无砟≤0.5g行车安全性要求4轮对横向水平力Q′≤0.85（10+Pst/3）（kN）行车安全性要求5车体竖向振动加速度az≤0.13g（半峰值）舒适度要求6车体横向振动加速度ay≤0.10g（半峰值）舒适度要求7平稳性指标W＜2.5（优）2.5~275（良）2.75~3.0（合格）舒适度要求车线桥耦合振动响应分析各项动力参数限值3.车线桥耦合振动响应分析34符号说明：Q——爬轨侧车轮作用于钢轨上的横向力P——爬轨侧车轮作用于钢轨上的垂直力△P——轮重减载量P——平均轮重Pst——静轴重A——振动加速度f——振动频率F（f）——频率修正系数3.车线桥耦合振动响应分析35•动力响应分析方法采用移动荷载列以不同速度通过桥梁，计算桥梁结构的动力特性采用车、桥平面模型计算车桥动力特性采用车、桥空间模型计算车桥动力特性3.车线桥耦合振动响应分析跨度32m简支梁动力系数与列车运行速度、梁体频率关系36•40m及以下跨度的简支梁，当自振频率n0＞1.5v/L时，可避免出现共振或振动过大。3.车线桥耦合振动响应分析不同跨度简支梁基频不同时跨度设计弯矩德国DS804规范规定374.梁轨纵向力传递•桥上无缝线路钢轨受力与路基上不同，由于桥梁自身的变形和位移会使桥上钢轨承受额外的附加应力。为了保证桥上行车安全，设计应考虑梁轨共同作用引起的钢轨附加力，并采取措施将其限制在安全范围内。钢轨附加应力的分类：制动力列车制动使桥墩纵向位移产生的钢轨附加力伸缩力梁体随气温变化纵向伸缩产生的钢轨附加力挠曲力梁体受荷挠曲变形产生的钢轨附加力38•根据