高速铁路桥梁工程施工技术的讲义ppt

作者: 金福彩票浏览次数: 日期:2019-10-10 17:04

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  * 5. 高速铁路桥梁实例-京津城际铁路 膺架法施工 * 5. 高速铁路桥梁实例-京津城际铁路 连续箱梁施工 悬臂浇筑法施工(冬季) * 5. 高速铁路桥梁实例-京津城际铁路 悬臂施工过程 * 5. 高速铁路桥梁实例-京津城际铁路 合拢段施工 * 5. 高速铁路桥梁实例-京津城际铁路 跨北京五环连续梁桥悬臂+现浇施工法施工 * 5. 高速铁路桥梁实例-京津城际铁路 跨北京五环连续梁桥悬臂+现浇施工法施工 * 5. 高速铁路桥梁实例-京津城际铁路 跨北京五环连续梁桥悬臂+现浇施工法施工 * 5. 高速铁路桥梁实例-京津城际铁路 跨北京四环连续梁拱桥 梁体悬臂施工,合拢后施工拱结构张拉吊杆 * 5. 高速铁路桥梁实例-京津城际铁路 首次采用CRTS II型板式无砟轨道系统 桥上CRTS II型板式无砟轨道概貌 * 5. 高速铁路桥梁实例-京津城际铁路 喷涂防水层施工 桥面平整度控制 * 5. 高速铁路桥梁实例-京津城际铁路 区域沉降/可调高支座研制与应用 * 5. 高速铁路桥梁实例-南京大胜关长江大桥 京沪高速铁路南京大胜关长江大桥 主桥采用(108m+192m+336m+336m+192m+108m)六跨连续钢桁拱桥,北岸浅水区采用两联2*84m 连续钢桁梁结构 * 5. 高速铁路桥梁实例-南京大胜关长江大桥 南京大胜关长江大桥跨度及横截面布置图 * 5. 高速铁路桥梁实例-南京大胜关长江大桥 双壁钢围堰施工 江中墩施工全景 * 5. 高速铁路桥梁实例-南京大胜关长江大桥 钢围堰制造和下水(气囊法) * 5. 高速铁路桥梁实例-南京大胜关长江大桥 钢围堰浮运/挂桩定位 * 5. 高速铁路桥梁实例-南京大胜关长江大桥 钢围堰下沉/接高 * 5. 高速铁路桥梁实例-南京大胜关长江大桥 钢围堰封底施工 * 5. 高速铁路桥梁实例-南京大胜关长江大桥 钢梁制造和架设 首制件实例效果图及实例 * 5. 高速铁路桥梁实例-南京大胜关长江大桥 钢桁梁工厂预拼装 * 5. 高速铁路桥梁实例-南京大胜关长江大桥 钢梁架设采取综合措施降低钢梁安装应力和伸臂端挠度,钢梁架设的总体方案为:六跨连续钢桁拱主桥钢梁架设采用从两侧往跨中架设、跨中合龙的总体方案。 北侧从4#墩向6#墩,南侧从10#墩向8#墩方向架设。6#、7#、8#主墩墩顶2个节间在墩旁托架上架设,其余节间钢梁均为双悬臂架设。6#、8#墩各设吊索塔架一座,7#墩设三层平索辅助架梁。六跨连续钢桁拱共设4个合龙口,南北两侧192m 边跨各一个,两孔336m主跨各一个。南北两侧192m边跨合龙口设在该跨的第8节间,两孔336m主跨合龙口均位于跨中(7#墩两侧第13个节间)。 4#~0#墩两联2x84m钢梁在5#~6#墩192m边跨合龙后,架梁吊机调转回4#墩,从4#墩向0#墩方向全悬臂架设,直至完成两联2×84m钢梁架设。 钢梁架设 * 5. 高速铁路桥梁实例-南京大胜关长江大桥 钢桁梁架设 * 5. 高速铁路桥梁实例-南京大胜关长江大桥 钢桁梁架设 * 5. 高速铁路桥梁实例-南京大胜关长江大桥 施工概况 * 5. 高速铁路桥梁实例-南京大胜关长江大桥 边跨合拢 * 5. 高速铁路桥梁实例-武汉天兴洲长江大桥 武广高速铁路武汉天兴洲大桥 主桥采用98+196+504+196+98m的双塔三索面斜拉桥,全长1092m,是目前世界上最大跨度公铁两用桥。 * 5. 高速铁路桥梁实例-郑州黄河大桥 郑州黄河特大桥 桥梁全长1680m,为公铁两用桥。主桥设计为:(120+5×168+120+5×120)m六塔单索面部分斜拉连续钢桁结合梁。 * 5. 高速铁路桥梁实例-广珠小榄水道特大桥 广珠小榄水道特大桥 主跨采用了(100m+220m+100m)V型连续刚构-拱组合结构,有效降低了线路标高。该结构在国内铁路桥梁首次采用。 * 4. 高速铁路常用跨度桥梁研究情况 根据预应力混凝土双线整孔简支箱梁用量巨大的情况,铁道部从1990年开始,针对高速铁路桥梁特点、设计原则、设计暂规制定以及京沪高速铁路、秦沈高速铁路等新建高速铁路桥梁,系统地设立了系列科研项目,通过1∶2模型试验、秦沈线实体箱梁静载及综合试验、预应力混凝土箱梁设计优化研究、时速250km/h箱梁试验研究(合宁线km/h箱梁试验研究(郑西线)、常用跨度桥梁动力仿真分析、混凝土桥面合理布置研究等系统研究等,对常用跨度预应力混凝土箱梁的设计、施工、受力及使用性能、长期变形等方面进行了全面分析和试验验证。 * 4. 高速铁路常用跨度桥梁研究情况 秦沈高速铁路24m双线整孔箱梁试验研究 * 4. 高速铁路常用跨度桥梁研究情况 合宁高速铁路(250km/h) 首孔设计时速250km后张箱梁试验 首孔设计速度250km先张箱梁试验 * 4. 高速铁路常用跨度桥梁研究情况 郑西高速铁路(350km/h) 首孔设计时速350km后张箱梁试验 * 4. 高速铁路常用跨度桥梁研究情况 石太高速铁路(250km/h) 设计时速250km后张箱梁破坏试验 4. 高速铁路常用跨度桥梁研究情况 破坏试验裂缝扩展情况 * * 5. 高速铁路桥梁实例-合宁线预制箱梁(后张) * 5. 高速铁路桥梁实例-合宁线预制箱梁(后张) * 5. 高速铁路桥梁实例-合宁线预制箱梁(后张) * 5. 高速铁路桥梁实例-合宁线预制箱梁(后张) * 5. 高速铁路桥梁实例-合宁线预制箱梁(后张) * 5. 高速铁路桥梁实例-合宁线预制箱梁(后张) * 5. 高速铁路桥梁实例-合宁线预制箱梁(后张) * 5. 高速铁路桥梁实例-合宁线预制箱梁(后张) * 5. 高速铁路桥梁实例-合宁线预制箱梁(后张) * 5. 高速铁路桥梁实例-合宁线预制箱梁(后张) * 5. 高速铁路桥梁实例-合宁线预制箱梁(后张) * 5. 高速铁路桥梁实例-合宁线预制箱梁(后张) * 5. 高速铁路桥梁实例-合宁线预制箱梁(后张) * 5. 高速铁路桥梁实例-合宁线预制箱梁(后张) * 5. 高速铁路桥梁实例-合宁线预制箱梁(后张) * 5. 高速铁路桥梁实例-合宁线预制箱梁(后张) * 5. 高速铁路桥梁实例-合宁线预制箱梁(后张) * 5. 高速铁路桥梁实例-合宁线预制箱梁(后张) * 5. 高速铁路桥梁实例-合宁线预制箱梁(后张) * 5. 高速铁路桥梁实例-合宁线预制箱梁(后张) * 5. 高速铁路桥梁实例-合宁线预制箱梁(先张) * 5. 高速铁路桥梁实例-合宁线预制箱梁(先张) * 5. 高速铁路桥梁实例-合宁线预制箱梁(先张) * 5. 高速铁路桥梁实例-合宁线预制箱梁(先张) * 5. 高速铁路桥梁实例-京津城际铁路 桥梁数量多、比例大,全线km。 大量采用双线m简支箱梁为主,跨越主要河流、道路采用连续梁,最大跨度为跨北京四环(60+128+60m)加劲拱连续梁、五环桥跨(80+128+80m)连续梁。 基础采用桩基,桩径1m,桩长50m左右,大跨桥桩径1.5m,桩长70m。 建设周期短, 22个月完成101km桥梁工程。 * 5. 高速铁路桥梁实例-京津城际铁路 简支箱梁施工 预制、架设施工 移动模架施工 * 3. 日本“北陆、九州新干线”桥梁实例 日本 钢筋混凝土连续刚架高架桥 * 3. 日本“北陆、九州新干线”桥梁实例 建成后的连续刚架桥 * 3. 日本“北陆、九州新干线”桥梁实例 施工中的连续刚架桥 * 3. 日本“北陆、九州新干线”桥梁实例 四片式预应力混凝土简支T梁 * 3. 日本“北陆、九州新干线”桥梁实例 日本 上由旁路跨线m预应力混凝土简支槽形梁 * 3. 日本“北陆、九州新干线m预应力混凝土连续箱梁,顶推施工 * 4. 德国高速铁路桥梁实例 德国高速铁路谷架桥标准跨早先为56m、44m预应力混凝土简支箱梁和等跨连续箱梁。在发现56m简支梁梁轨相对位移较大后,近年已改为44m一种。采用移动模架、顶推或膺架法施工。 特殊桥梁有混凝土拱桥、连续梁、V形连续刚架和钢混组合桁架桥。 自汉诺维-维茨堡、斯图加特-曼海姆新线建成后,新建或改建的高速铁路桥梁开始推广无砟轨道。 * 4. 德国高速铁路桥梁实例 阿乌谷架桥 24×44m简支梁 * 5. 法国“地中海线”桥梁实例 法国“地中海线”高速铁路桥梁数量不多,仅占线%以内。除小跨度桥采用标准设计的刚架桥外,其余桥梁均为特殊设计,风格各异,造型美观。施工方法多样,如悬臂浇筑、转体合拢、浮运架设、节段式体外预应力束悬臂拼装等。 * 5. 法国“地中海线”桥梁实例 法国地中海线 Grenette(格莱奈特)预应力混凝土连续箱梁桥 全长947m,最大墩高58m,顶推法施工 桥跨布置:(2×41m+47m+6×53m)+53m+(6×53m+47m+2×41m) 桥台设固定支座,桥中53m简支梁跨设伸缩调节器 空心桥墩 * 5. 法国“地中海线”桥梁实例 法国地中海线 Garde-Adhemar(阿德玛)钢系杆拱桥(提篮式双拱) 桥梁全长324.6m,拱跨115.4m 桥位拼装施工 * 6. 韩国和台湾地区高速铁路桥梁实例 韩国京釜高速铁路全长412km,桥梁148座,延长112km,占线m先简支后连续箱梁。 台湾省高速铁路由台北至高雄,全长345km,高架桥250km,占线m简支箱梁为主。 韩国和我国台湾省高速铁路采用的桥梁结构型式与德国箱型梁桥结构基本一致。 * 6. 韩国和台湾地区高速铁路桥梁实例 先简支后连续箱梁桥(跨度3×25m) 高架车站刚架桥 * 6. 韩国和台湾地区高速铁路桥梁实例 先简支后连续(跨度3×30m) 跨度35m简支箱梁 * 序号 结构型式 孔跨布置(m) 桥 名 1 2 3 4 5 6 预应力混凝土连续梁 40+77+130+77 55.2+30+126+30+55.2 55.4+110+55.4 50+10×100+50 67+100+67 104.9+3×105.0+104.9 德国 美因河桥(无砟轨道) 日本 赤谷川桥 日本 太田川桥 法国 阿维尼翁桥 法国 旺他勃朗桥 日本 第二阿武隈川桥 7 8 9 10 预应力混凝土V型连续刚构 预应力混凝土T型刚构 预应力混凝土斜腿刚构 82+135+82 76+76 109.5+109.5 26.3+51+26.3 德国 格明登 美因河桥 日本 第一千曲川桥(无砟轨道) 日本 吾妻川桥 日本 雾积川桥(无砟轨道) 11 12 预应力混凝土斜拉桥 预应力混凝土低塔斜拉桥 133.9+133.9 65+105+105+65 55+90+55 日本 第二千曲川桥(无砟轨道) 日本 屋代北桥(无砟轨道) 日本 屋代南桥(无砟轨道) 国外大跨度桥梁汇总 * 序号 结构型式 孔跨布置(m) 桥 名 13 14 15 混凝土上承拱桥 162 4×127.5 116 德国 伐茨霍希汉姆 美因河桥 德国 瓦尔泽巴赫桥 德国 拉恩特尔桥(无砟轨道) 16 17 18 钢系杆拱桥 124 121.4 115.4+115.4 法国 阿维尼翁桥 法国 莫纳斯桥 法国 阿德玛桥 19 钢混结合连续桁梁桥 76+96+96+80+67.5 德国 范拉桥 20 下承式连续钢桁梁桥 3×82.3+3×103.0 日本 第三千曲川桥 (续上表) * 高速铁路桥梁一般均选择刚度大的结构,如:简支梁、连续梁、刚架、拱结构等,截面型式多为双线整孔箱形截面。较小跨度的桥梁也可采用多片T梁及板梁等。 桥梁结构以预应力混凝土梁为主,钢-混结合梁及小跨度钢筋混凝土结构也常有使用。 为保证桥上线路平顺性,各国在选用大跨度桥梁时均十分慎重,已建的跨度超过100m的桥梁数量有限。 等跨布置的简支梁和连续梁均能适应高速铁路运营要求,两种结构型式的选择应根据工期、地质情况、施工方法及温度伸缩调节器数量等因素综合确定。 小 结 * 我国高速铁路桥梁结构型式与施工技术 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 * 1. 我国高速铁路规划和建设概况 我国对高速铁路技术系统的研究始于上世纪80年代,国家“八五”、“九五”有关高速铁路成套技术研究取得了大量科研成果,为我国高速铁路大规模建设提供了技术保障。 秦沈高速铁路 * 2020年规划目标: 以北京、上海、广州、武汉为中心,连接所有省会城市和城市人口在50万及其以上的大城市;繁忙干线修建高速铁路,实现客货分线;中心城市与所有大城市间1000公里范围内朝发夕归,2000公里范围内夕发朝至,4000公里范围内一日到达(5h、12h、24h)。城市密集地区发展城际轨道交通。形成由高速铁路高速网为核心,客货混跑快速铁路为基础、城际轨道交通为补充的高效的快速铁路运输网络。 1. 我国高速铁路规划和建设概况 * 1. 我国高速铁路规划和建设概况 2020年高速铁路布局 高速铁路网除增加长沙—昆明和京哈、沈大联络线外,基本维持原《中长期铁路网规划》“四纵四横”格局。 高速铁路网规模1.2万公里以上。 * 1. 我国高速铁路规划和建设概况 2020年快速网络布局 在建设高速铁路、城际轨道交通的同时,结合相关新线建设和既有线改造,形成快速客运网络,规模5万公里。 * 1. 我国高速铁路规划和建设概况 2020年城际轨道布局 依据城际轨道交通建设条件,结合相关城镇群发展,布局城际轨道交通规模7000公里。 京津冀城际 长三角城际 珠三角城际 * 1. 我国高速铁路规划和建设概况 根据上述布局,至2020年,我国高速铁路网布局规模为12000公里以上,城际轨道交通7000公里左右。 铁路网总布局规模为147000公里以上。 * 2. 我国高速铁路桥梁特点 高速铁路采用全封闭的行车模式,线路平纵面参数限制严格以及要求轨道高平顺性,导致桥梁在线路中所占比例明显增大。尤其是在人口稠密地区和地质不良地段,为了跨越既有交通网,节省农田,避免高路基的不均匀沉降等,亚洲各国家和地区高速铁路建设中大量采用高架线路。 * 国家或地区 线路名称 线路起止点 线路里程 (km) 桥梁里程 (km) 桥梁所占 线路比例 西班牙 马德里-塞维利亚 马德里-塞维利亚 471 15 3.2% 意大利 罗马-佛罗伦萨 罗马-佛罗伦萨 254 32 12.6% 罗马-那不勒斯 罗马-那不勒斯 194 37.9 19.5% 德国 汉诺威-维尔茨堡 汉诺威-维尔茨堡 327 41 12.5% 贝海姆-斯图加特 贝海姆-斯图加特 99 6 6.1% 科隆-法兰克福 科隆-法兰克福 177 4.8 2.7% 法国 TGV东南线% TGV大西洋线% TGV北方线% 东南延伸线% 环巴黎联络线% TGV地中海线% TGV东方线% 日本 东海道新干线% 山阳新干线% 上越新干线% 东北新干线% 北陆新干线% 中国台湾省 台北-高雄 台北-高雄 345 257 74.5% 韩国 首尔-釜山 首尔-釜山 412 111.8 27.1% 各国高速铁路桥梁占线路比例统计表 * 新建线路名称 正线长度(km) 桥梁总延长(km) 桥梁所占线.7 合宁铁路 187.07 31.25 16.7 郑西客专 486.9 283.5 58.0 武广客专 968.2 465.24 48.1 京沪高速 1318 1060.9 80.5 甬台温铁路 282.4 91.4 32.4 温福铁路 298.4 77.1 25.8 合武客专 359.4 115.9 32.2 福厦铁路 274.9 84.8 30.8 广深港 104.4 59.2 56.7 广珠城际 142.3 134.1 94.2 厦深客专 502.4 204.16 40.6 胶济四线 海南东环 308.11 102.95 33.4 长吉城际 96.26 30.3 31.5 昌九城际 91.58 31.96 34.9 合计 6801 3607 53.0 我国高速铁路桥梁占线. 我国高速铁路桥梁特点 我国高速铁路桥梁具有以下特点: 桥梁比例大,高架*、长桥、大跨度桥梁多; 设计时速300km、350km的高速铁路及城际铁路全部采用无砟轨道; 桥梁必须预制架设,以实现一次铺设无缝线路;传统的铺轨、架梁施工方法与施工组织不再适用; 国情要求建设速度快。 *我国既有普通铁路线km,占线. 高速铁路桥梁结构型式与施工方法的选择 常用跨度桥梁选择的考虑因素: 刚度大、变形小,能够满足各种使用要求; 标准化,品种、规格简洁; 便于快速施工和质量保证; 力求经济与美观的统一。 * 3. 高速铁路桥梁结构型式与施工方法的选择 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。 * 3. 高速铁路桥梁结构型式与施工方法的选择 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 * 3. 高速铁路桥梁结构型式与施工方法的选择 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。 京沪高速铁路 南京大胜关长江大桥 武广高速铁路 武汉天兴洲长江大桥 * 6. 桥面布置-检查通过行走桥梁检查车 有砟桥面 无砟桥面 * 6. 桥面布置-检查通过不行走桥梁检查车 时速350km无砟桥梁桥面布置 * 6. 桥面布置-伸缩缝构造 伸缩缝构造 * 7. 支座与墩台 支座 高速铁路桥梁对支座的要求 应明确区分固定和活动支座,保证桥上无缝线路的安全 支座应纵、横向均能转动,并能使结构在支点处可横向自由伸缩 支座应便于更换 盆式橡胶支座能符合上述要求,被广泛应用于各国高速铁路桥梁 每孔简支箱梁的四个支座采用四种型号 有砟桥梁的坡道梁支座应垂直设置(无砟桥梁另作考虑) 采用架桥机架设箱形梁,要保证四支点在同一平面上 ? 采用架桥机架设箱形梁,要保证四支点在同一平面上 * 7. 支座与墩台 墩台 墩台基础的纵向刚度应满足纵向力安全传递的要求,横向刚度应保证上部结构水平折角在规定的限值以内。 为保证桥墩具有足够的刚度,结构合理、经济,墩高20m以下宜采用实体墩,大于20m宜采用空心墩,禁止使用轻型墩; 为便于养护维修、同时注重外观简洁,取消了墩帽、并在墩顶设有0.5~1m深的凹槽;同时墩顶预留千斤顶顶梁位置。 预制架设简支梁,墩顶支座纵向间距由普通铁路桥梁70cm放大至120cm; 桥位制梁时,应考虑相邻孔梁端张拉空间,墩顶支座宜采用170cm; 梁底进人孔设置在墩顶位置。 * 7. 支座与墩台 简支箱梁支座布置图 * 7. 支座与墩台 矩形实体墩效果图 矩形实体墩设计图 * 7. 支座与墩台 圆端形空心墩效果图 圆端形空心墩设计图 * 7. 支座与墩台 桥墩论证方案 * 8. 无砟轨道桥梁设计 桥上无砟轨道建成后可调整余量很小,扣件垫板在高程上调整量约为2cm,为了保证高速铁路线路的平顺和稳定,必须限值桥梁的各种变形。 轨距块 轨距挡板 弹条 螺旋道钉 轨下垫板 平垫圈 预埋套管 铁垫板下调高垫板 轨下微调垫板 铁垫板 铁垫板下弹性垫板 * 8. 无砟轨道桥梁设计 秦沈-沙河特大桥 长枕埋入式无砟轨道桥梁 24m双线. 无砟轨道桥梁设计 秦沈-狗河特大桥 板式无砟轨道桥梁 24m双线整孔箱梁 秦沈-双河特大桥 板式无砟轨道桥梁 24、32m单线. 无砟轨道桥梁设计 德国桥上雷达2000无砟轨道 * 8. 无砟轨道桥梁设计 京津-北京环线特大桥 CRTS-II型板式无砟轨道桥梁 双线整孔箱梁 CRTS-II型板式无砟轨道特殊构造 * 8. 无砟轨道桥梁设计 影响桥上无砟轨道平顺性的主要因素: 墩台基础工后沉降 预应力混凝土梁在运营期间的残余徐变上拱 梁端竖向转角 桥面高程施工误差 梁端接缝两侧钢轨支点的相对位移 日照引起的梁体挠曲和旁弯 相邻不等高桥墩台顶的横向位移差差 * 8. 无砟轨道桥梁设计 墩台基础工后沉降应满足以下要求(必要时可采用调高支座): 均匀沉降≤20mm 相邻墩台不均匀沉降≤5mm 梁端竖向转角会引起钢轨的局部隆起,造成梁端接缝两侧钢轨支点承受附加拉力和压力。应限制转角使附加拉力小于扣件的扣压力、附加压力不超过垫板允许的疲劳压应力;轨道板上抬的稳定安全系数小于1.3。当梁端悬出长度过大时,宜采用平衡板构造措施。 * 8. 无砟轨道桥梁设计 平衡板示意及国外施工照片 梁端竖向转角的影响 * 8. 无砟轨道桥梁设计 无砟轨道铺设后,预应力混凝土梁残余徐变上拱应不大于1cm,大跨度桥梁应不大于2cm。控制徐变上拱的措施有: 增大梁高 优化预应力筋布置 采用部分预应力结构 延长预施应力至铺设无砟轨道的时间间隔,一般不少于60天 桥面高程施工误差应控制在+0/-30mm。以保证有足够的无砟轨道建筑高度。施工应根据梁高偏差、架梁时支座与垫石间灌浆层厚度确定支承垫石顶面的高程。 * 8. 无砟轨道桥梁设计 梁端接缝两侧钢轨支点在活载及横向力作用下的竖向和横向相对位移不大于1mm。应考虑支座弹性压缩变形、梁端转角、坡道梁伸缩、支座横向间隙等影响。 日照引起梁体挠曲或桥墩横向位移应与其它因素组合满足竖向与水平折角的要求,必要时需进行动力检算。 * 高速铁路桥梁设计关键控制指标 序号 项目内容 规 定 说 明 1 设计使用寿命 100年 指主要承重结构 2 设计活载图式 ZK(0.8UIC) 3 线 线路中心线 轨下枕底道砟厚度 ≥35cm 有砟轨道 6 涵洞顶至轨底填土厚 ≥1.5m 7 涵洞地基工后沉降 ≤50mm 有砟轨道 8 墩台基础工后均匀沉降 ≤30mm(20mm) 有砟(无砟)轨道 9 相邻墩台基础工后沉降差 ≤15mm(5mm) 有砟(无砟)轨道 10 铺轨后梁跨徐变上拱 ≤20mm(10mm) 有砟(无砟)轨道 * (续上表) 序号 项目内容 规 定 说 明 11 箱梁内最小净空高 1.6m 12 最外层普通钢筋保护层厚度 ≥30mm 13 预应力管道保护层厚度 ≥管道直径 ≥50mm 结构顶面,侧面 14 桥面竖向加速度 0.35g(0.5g) f≤20Hz有砟(无砟) 15 梁端竖向转角 ≤2‰ 指一跨梁的转角 16 梁端水平折角 ≤1‰ 17 梁体水平挠跨比 ≤L/4000 18 结构扭转变形 ≤0.3‰(每延米) 相当于t≤1.5mm/3m 19 简支梁L≤40m竖向自振频率 ≥120/L 国外高速铁路桥梁结构型式与施工技术 * 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 * 世界第一条高速铁路—日本东海道新干线日投入运营,最高运行速度210km/h。 法国第一条高速铁路—TGV东南线月全线km/h。 德国第一条高速新线日开通运营,最高运行速度250km/h。 * 意大利“罗马-佛罗伦萨线”桥梁 西班牙“马德里-塞维利亚线”桥梁 日本“北陆、九州新干线”桥梁 德国“汉诺威-维茨堡、斯图加特-曼海姆、科隆-莱茵/美因”线桥梁 法国“地中海线”桥梁 韩国和台湾地区高速铁路桥梁 世界各地已建高速铁路桥梁实例 * 1. 意大利“罗马-佛罗伦萨线”桥梁实例 常用桥梁跨度为25m,结构型式采用双线整孔预应力混凝土箱梁。先张法预制、架桥机架设,施工速度快。 特殊桥梁采用跨度不超过70m的预应力混凝土连续箱梁,悬臂灌筑法施工。 * 1. 意大利“罗马-佛罗伦萨线”桥梁实例 意大利桥梁结构型式 * 1. 意大利“罗马-佛罗伦萨线”桥梁实例 双线. 意大利“罗马-佛罗伦萨线”桥梁实例 箱梁移运 * 1. 意大利“罗马-佛罗伦萨线”桥梁实例 箱梁架设 * 2. 西班牙“马德里-塞维利亚线”桥梁实例 常用桥梁跨度26m,结构型式由五片式预应力混凝土简支T梁组成。T梁采用后张法预制,运至现场吊装,并在现场灌注两个厚达1m的端横梁和整体桥面,以保证桥梁的整体性。 特殊桥梁均为多跨预应力混凝土连续箱梁,跨度约70m。施工方法有顶推法、悬臂灌筑法和预制节段悬臂拼装法等。 * 2. 西班牙“马德里-塞维利亚线”桥梁实例 西班牙桥梁结构型式 * 3. 日本“北陆、九州新干线”桥梁实例 自第一条高速铁路东海道新干线建成后,逐步推广采用无砟轨道桥梁。 高架桥约占桥梁总长的70%以上,为标准的小跨度钢筋混凝土连续刚架结构,跨度系列为8、10、12m,桥位灌筑。日本认为,刚架桥适用多地震地区,且可节省土地。 跨度40m及以下的桥梁以四片预应力混凝土T梁组成的整孔简支梁为主。采用T梁预制、轮胎吊架设、现场灌筑混凝土联成整体。 特殊跨桥梁有连续梁、刚架、斜拉桥、组合结构及少量钢桥等,最大跨度达134m(第二千曲川桥)。 * 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 * UIC活载图式涵盖的6种运营列车 * UIC图式相应的动力系数 LФ m ≥3,61 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 1+Ф 1,67 1,62 1,53 1,46 1,41 1,37 1,33 1,31 1,28 1,26 1,24 1,23 1,21 1,20 1,19 LФ m 18 19 20 22 24 25 28 30 35 40 45 50 55 60 ≥65 1+Ф 1,18 1,17 1,16 1,14 1,13 1,11 1,10 1,09 1,07 1,06 1,04 1,03 1,02 1,01 1,00 UIC图式要求的结构自振频率范围 * 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) * 1. 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。 * 2. 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/900 L—跨度 墩台顶纵、横向 弹性水平位移 ≤5 L(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 ≤20 L(mm) 静定结构相邻墩台 均匀沉降量差 ≤10 L(mm) 我国普通铁路桥梁的规定 * 2. 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/h t≤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 * 速度V(km/小时) 变形(mm/3m) V≤120 4.5 120<V≤200 3.0 V>200 1.5 2. 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 * 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/3m ZK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/4000 6 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) * 3. 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。 * 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 * 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 * 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 * 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 * 4. 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 * 根据轨道的位移—阻力关系建立的轨道—桥梁共同受力的力学计 算模型可以分析墩台纵向刚度、跨度、跨数、列车位置与钢轨附加力的关系。 4. 梁轨纵向力传递 轨道位移阻力曲线 梁轨共同作用计算模型 * 钢轨制动力分布 钢轨伸缩力分布 4. 梁轨纵向力传递 * 钢轨挠曲力分布 (荷载不同作用位置) 4. 梁轨纵向力传递 * 钢轨最大附加力与下部结构 纵向水平刚度关系 钢轨最大附加力与跨数的关系 4. 梁轨纵向力传递 * 钢轨附加力项目 附加力值与各参数的关系 跨度增大 跨数增加 下部结构水平刚度减小 最大制动力 大致按线跨以上稳定) 增大 最大伸缩力 增大(6跨以上稳定) 减小 最大挠曲力 —— 减小 钢轨附加力与各参数的关系 4. 梁轨纵向力传递 * 4. 梁轨纵向力传递 列车制动力特征 为了保证桥上无缝线路(有砟)稳定和安全,要求: 桥上无缝线路钢轨附加压应力不大于 61MPa 桥上无缝线路钢轨附加拉应力不大于 81MPa 制动时,梁轨相对快速位移不大于 4mm * 高速铁路桥梁刚度大、钢轨挠曲力不大,且最大值与制动力、伸缩力不在同一位置,挠曲力不控制。 最大制动力出现在停车前瞬间。桥梁墩台应有足够的纵向刚度以限制制动时钢轨出现较大的应力。当不设钢轨伸缩调节器时,简支梁下部结构最小纵向刚度应符合下表要求。 4. 梁轨纵向力传递 下部结构 跨度(m) 双线桥下部结构最小纵向刚度(kN/cm) 桥墩 20 24 32 40 240 300 400 700 桥台 3000 * 4. 梁轨纵向力传递-其它解决方案 当温度跨大于120m时,由于伸缩力过大,应设置钢轨伸缩调节器,释放钢轨附加应力。 对于满足桥墩纵向最小刚度有困难的高墩谷架桥,应采用结构措施,限制钢轨附加力。 德国高速铁路谷架桥解决方案 * 5. 耐久性措施 改善结构耐久性是通过实践中吸取大量经验教训得来的,世界各国总结的经验是: 结构物使用寿命75~100年只有在设计、施工以及使用中检查、养护十分精心的条件下才能实现。 造成结构病害的主要原因是结构构造上的缺陷,以往的设计过分重视计算,忽视了构造细节的处理。 桥梁的养护重点是及时检查。病害早发现、早整治,不仅费用少,而且能保证耐久性。 桥梁的经济性应体现为一次建造费用和使用中养护维修费用之和最低。 * 改善耐久性的原则 采用上承式结构和整体桥面 高质量的桥面防排水体系和梁端接缝防水,不让桥面污水流经梁体 结构构造简洁,常用跨度桥梁标准化、规格品种少 结构便于检查,可方便地到任何部位察看 足够的保护层厚度,普通钢筋最小保护层厚度≥3cm,预应力管道最小保护层≥管道直径 截面尺寸拟定首先应保证混凝土的灌筑质量,应力不宜用足 采用高品质混凝土 5. 耐久性措施 * 5. 耐久性措施-德国高速铁路桥梁构造措施实例 44m预应力混凝土简支梁截面 人行道示意 * 5. 耐久性措施-德国高速铁路桥梁构造措施实例 桥面泄水孔构造 支座示意 * 5. 耐久性措施-德国高速铁路桥梁构造措施实例 箱梁检查通道 * 5. 耐久性措施-德国高速铁路桥梁构造措施实例 梁体和墩柱辅助检查设施 * 5. 耐久性措施 我国高速铁路桥梁设计暂规以及设计图纸中比较充分地考虑了耐久性措施: 采用整体、密闭的桥面 提高了保护层厚度 预留检查通道 简化常用跨度标准梁的品种 采用高性能混凝土 优化构造细节 * 6. 桥面布置 桥面布置优劣直接影响结构耐久性和桥梁使用方便。 特点 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2~3km设置应急出口 * 6. 桥面布置 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m,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。 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 * 前 言 * 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。 * 2. 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. 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。 * 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) * 普通铁路桥梁概貌 高速铁路桥梁概貌 * 5. 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 * 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 * 1. 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) v μ=k·α+i=k +i 2n·L * 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 * 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。 * 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。 * 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 * 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 2.0 * 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 * 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 * 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 * 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 * 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m 8 10 16 20 24 32 40 48 1+μ 1.316 1.300 1.261 1.240 1.222 1.194 1.171 1.154 混凝土简支梁动力系数 * 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 * 1. 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 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 n≥55L-0.8 n≥55L-0.8 n≥70L-0.8 n≥80L-0.8 *

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