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1高速铁路桥梁设计技术讲座高速铁路桥梁设计技术讲座2006年11月————高速铁路桥梁设计关键技术问题高速铁路桥梁设计关键技术问题2高速铁路桥梁设计关键技术问题高速铁路桥梁设计关键技术问题z垂直变形z梁端折角z错位z桥面扭转z过渡段z动力响应z钢轨力z测量z空气动力效应3垂直变形高速铁路桥梁设计关键技术问题高速铁路桥梁设计关键技术问题z铺设无碴轨道的高速铁路桥梁，对桥梁变形的要求，参照德国《无碴轨道的总体技术规范技术通告》（2002.8.1DBNetzNST）和DIN技术报告101：zδ=λ（L）δUIC+δK+S≤容许δ=λ（L）δ804zL3.0m时，λ（L）=0.8zL10.0m时,λ（L）=0.4z以32m梁为例，λ（L）=0.4容许δ的垂直位移取决于跨度和速度L=32m、v=350km/h时4高速铁路桥梁设计关键技术问题高速铁路桥梁设计关键技术问题连续、简支结构的昀大垂直挠曲的限制值δ/L列车速度V[km/h]跨L[m]L≤15m15L≤3030L≤5050L≤9090L≤120mV≤120120V≤160160V≤200200V≤280280V≤350[1/800][1/900][1/1000][1/1200][1/1500][1/900][1/1200][1/1400][1/1500][1/1600][1/800][1/1200][1/1500][1/2100][1/2100][1/600][1/800][1/1300][1/2100][1/2400][1/600][1/600][1/600][1/1400][1/2200]5查101技术报告（上表），L/δ=1700因此，容许变形δ=0.4×32000/1700=7.53mm另外，根据德国《无碴轨道的总体技术规范技术通告》6.4.7条，轨道安装后徐变和收缩引起的桥梁垂直变形限制在1/5000高速铁路桥梁设计关键技术问题高速铁路桥梁设计关键技术问题6ϕ墩台梁体扣件钢轨道床板道床板高速铁路桥梁设计关键技术问题高速铁路桥梁设计关键技术问题梁端折角考虑冲击系数的UIC71活载和温度，1）单线桥梁：桥梁端头θ6.5*10-3rad；中间支点处θ1+θ210*10-3rad2）双线桥梁：桥梁端头θ3.5*10-3rad中间支点处θ1+θ25*10-3rad70.0000.0020.0040.0060.0080.0100.0120.0140.0160.0180.0200.022040008000120001600020000240002800032000P/NX/rad小阻力拉力小阻力压力II型拉力II型压力梁端转角对扣件受力的影响高速铁路桥梁设计关键技术问题高速铁路桥梁设计关键技术问题80.00.20.40.60.81.002000400060008000100001200014000P/NX/mm小阻力扣件拉力II型扣件拉力两梁竖向错位对扣件上拔力的影响高速铁路桥梁设计关键技术问题高速铁路桥梁设计关键技术问题两梁竖向错位9高速铁路桥梁设计关键技术问题高速铁路桥梁设计关键技术问题桥面的水平挠曲昀大转角变化和昀小曲线半径速度范围昀大转角变化昀小曲线半径单桥面多桥面桥V≤[120][120]V≤[220][220]V[0.0035]rd[0.0020]rd[0.0015]rd[1700]m[6000]m[14000]m[3500]m[9500]m[17500]m10横向错位上部结构端点和桥台之间接缝及两相邻上部结构之间的横向移动必须限制到±1毫米。对此，要求在上部结构中心安装另外的导向支架。高速铁路桥梁设计关键技术问题高速铁路桥梁设计关键技术问题11z桥面扭转高速铁路桥梁设计关键技术问题高速铁路桥梁设计关键技术问题在3m的长度上测出的昀大扭转应不超过下列值：V≤120km/ht≤[4.5]mm/3m120V≤[220]km/ht≤[3.0]mm/3mV[220]km/ht≤[1.5]mm/3m对于速度V[220]km/h的情况，要求作一个额外的检验，以保证真实交通荷载乘以相关的动力系数后的t≤[1.2]mm/3m。12z路桥过渡段z由于桥台与台后路基工后沉降的差异，为了保证列车运行安全性、减小列车通过时引起的振动、提高乘坐舒适性，在衔接处应设置一定长度的过渡段z过渡段的长度主要由路桥过渡段工后沉降差引起的轨面弯折角的限值控制。根据动力仿真计算结果，确定过渡段长度高速铁路桥梁设计关键技术问题高速铁路桥梁设计关键技术问题13高速铁路桥梁设计关键技术问题高速铁路桥梁设计关键技术问题z桥梁与路基的过渡Rheda板液压粘喝层水泥处理砂砾砂砾下层道渣中梁悬臂部Rheda板横臂Rheda板轨道的接缝14高速铁路桥梁设计关键技术问题高速铁路桥梁设计关键技术问题z桥梁与路基的过渡(桥长超过25米长)15高速铁路桥梁设计关键技术问题高速铁路桥梁设计关键技术问题z桥梁与路基的过渡(桥长小于25米长)16动力分析动力分析高速铁路桥梁设计关键技术问题高速铁路桥梁设计关键技术问题影响动力作用的基本因素－结构的自然频率－轴的间隔－通过桥梁的交通速度－结构的阻尼－桥面板的均匀分布的支撑和结构(横梁，轨枕，...)－车轮的缺陷(轮缘扁疤，...)－轨道的垂直缺陷17高速铁路桥梁设计关键技术问题高速铁路桥梁设计关键技术问题动力分析动力分析自重频率no[Hz]的限制和跨长L[m]的关系18高速铁路桥梁设计关键技术问题高速铁路桥梁设计关键技术问题车桥耦合车桥耦合动力分析动力分析车辆模型桥梁模型激励源轮轨接触关系车桥耦合振动19高速铁路桥梁设计关键技术问题高速铁路桥梁设计关键技术问题zψφ輪軸台車車体台車ψθzyψTzTyTθTθWzW非線形バネダンパー空気バネ軸バネzTψTφTzWψWφWψWyW車体台車輪軸K1,C1K2,C2K3,C3Kwz,CwzKwxKwy連結器線形バネ20高速铁路桥梁设计关键技术问题高速铁路桥梁设计关键技术问题車輪zwzRezレールδ车轮钢轨车轮与钢轨在垂直方向的相对位移21高速铁路桥梁设计关键技术问题高速铁路桥梁设计关键技术问题レールマクラギパッドバラスト梁要素（レール）バネ要素(パッド及びマクラギ)轨道垫板道碴轨枕梁因子（轨道）弹簧因子（垫板及轨枕）轨道模型概念图22左鉛直変位Leftverticaldisplacement-0.01000-0.005000.000000.005000.01000450.0550.0650.0750.0850.0950.01050.01150.01250.01350.01450.0距離Distance(m)変位Displacement(m)右鉛直変位Rightverticaldisplacement-0.01000-0.005000.000000.005000.01000450.0550.0650.0750.0850.0950.01050.01150.01250.01350.01450.0距離Distance(m)変位Displacement(m)左水平変位Lefttransversedisplacement-0.01000-0.005000.000000.005000.01000450.0550.0650.0750.0850.0950.01050.01150.01250.01350.01450.0距離Distance(m)変位Displacement(m)右水平変位Righttransversedisplacement-0.01000-0.005000.000000.005000.01000450.0550.0650.0750.0850.0950.01050.01150.01250.01350.01450.0距離Distance(m)変位Displacement(m)高速铁路桥梁设计关键技术问题高速铁路桥梁设计关键技术问题轨道不平顺的波形23高速铁路桥梁设计关键技术问题高速铁路桥梁设计关键技术问题a.a.安全性指标：脱轨系数、轮重减载率安全性指标：脱轨系数、轮重减载率b.b.乘坐舒适性（对客车车辆）：客车车辆车体振动加速度乘坐舒适性（对客车车辆）：客车车辆车体振动加速度客车车辆舒适性评价指标客车车辆舒适性评价指标c.c.运行平稳性（对货车车辆）：货车车辆车体振动加速度运行平稳性（对货车车辆）：货车车辆车体振动加速度货车车辆平稳性评价指标货车车辆平稳性评价指标d.d.机车运行平稳性：机车车体振动加速度机车运行平稳性：机车车体振动加速度机车平稳性评价指标机车平稳性评价指标24高速铁路桥梁设计关键技术问题高速铁路桥梁设计关键技术问题车辆子系统机车车辆车辆车辆桥梁子系统轮轨接触关系车桥动力仿真分析模型25高速铁路桥梁设计关键技术问题高速铁路桥梁设计关键技术问题在一座桥梁和结构一端或者两端的路堤之间的钢轨是连续的地方，因牵引或者制动引起的部分纵向作用力将被钢轨连续处的桥台后面的土方阻抗，其余则通过桥梁支座。同时，在钢轨是连续的且提供对桥面自由运动的约束处，钢轨和桥面之间的任何热量变化，或者桥面的移动，将在桥梁支座处产生一种非直接的纵向作用力。在设计支座和下部结构时，应将纵向作用力考虑在内。同样的方式，在设计上部结构时，也应把纵向作用力考虑在内。在计算纵向作用力中，应考虑下列情况：－列车的牵引和制动－热效应－因垂直作用力引起的结构变形－混凝土结构的收缩与蠕变轨道力轨道力26高速铁路桥梁设计关键技术问题高速铁路桥梁设计关键技术问题在结构的每一端都为轨道提供了伸缩组件的地方，所有纵向作用力都应在支座(和下部结构)处被阻抗。传递到结构上的纵向作用力的值在计算时，应把对轨道纵向移动的阻力和结构的刚度考虑在内，使用一个与下图所显示的近似的模型。对所使用的轨道阻力的值和附加的钢轨作用力，以及在钢轨和桥面之间被允许的昀大相对位移应进行规定。结构的刚度决定了对可被支座处的下部结构移动的桥面的纵向位移的总的阻力。应考虑位于支座下的支撑的挠曲和移动以及地基的旋转。轨道力轨道力27高速铁路桥梁设计关键技术问题高速铁路桥梁设计关键技术问题轨道力轨道力28高速铁路桥梁设计关键技术问题高速铁路桥梁设计关键技术问题钢轨非线性梁单元刚臂轨道结构与连续结构桥梁共同作用的力学计算模型0246810010203040有载阻力无载阻力轨道纵向位移阻力r(kN/m.线)梁轨相对位移S(mm)轨道纵向位移阻力曲线29高速铁路桥梁设计关键技术问题高速铁路桥梁设计关键技术问题空气动力效应铁路交通的通过使所有靠近轨道的结构都经受一个压力和吸力交替的快速移动波的冲击，作用力的大小主要取决于(a)列车速度的平方，(b)列车的空气动力形状，(c)结构的形状，(d)位置，尤其是结构距离轨道的远近。与轨道平行的简单垂直面的作用力的特征值30高速铁路桥梁设计关键技术问题高速铁路桥梁设计关键技术问题轨道上方的简单水平面的作用力的特征值31高速铁路桥梁设计关键技术问题高速铁路桥梁设计关键技术问题邻近轨道的简单水平面的作用力特征值32高速铁路桥梁设计关键技术问题高速铁路桥梁设计关键技术问题沿轨道的垂直面和水平面或者倾斜面的多平面结构33山谷桥梁山谷桥梁““维斯恩格兰德维斯恩格兰德WiesengrundWiesengrund””的测量方案的测量方案高速铁路桥梁设计关键技术问题高速铁路桥梁设计关键技术问题桥梁桥梁测量方案测量方案34桥梁耐久性设计桥梁耐久性设计z按照有关规范要求，对受侵蚀性环境影响的结构采取稳妥可靠有效的防侵蚀措施，保证结构的安全性和耐久性。注意台风、碎浪对桥梁钢构件及钢支座等重要结构物的影响，浪溅区和侵蚀性环境下桥梁可采用高性能混凝土，提出具体的指标，钢结构宜采用铁道部颁布的长效涂装体系，感潮河段的墩台及基础可适当提高混凝土等级和抗渗等级。高速铁路桥梁设计关键技术问题高速铁路桥梁设计关键技术问题35桥梁耐久性设计桥梁耐久性设计不耐久不耐久的桥梁的桥梁高速铁路桥梁设计关键技术问题高速铁路桥梁设计关键技术问题