所产生的竖向效应 (弯矩和剪力 )乘以动力系数 Φ ,动力系数按 下列公式计算 :计算剪力时 :
Φ 1
=
0. 996
+ 0. 913
LΦ - 0. 2
计算弯矩时 :
Φ 2
=
1. 494
+ 0. 851
LΦ - 0. 2
式中 : LΦ ———影响线加载长度 ;
Φ 1
,Φ2
———动力系数
,分别用于竖向设计荷载对结构产生的
1 高速铁路桥梁的特点 高速铁路由于具有高速度 、高舒适性 、高安全性 、高密度连续
运营等特点 ,对其土建工程提出了极其严格的要求 。由于速度大 幅提高 ,高速列车对桥梁结构的动力作用远大于普通铁路桥梁 , 桥梁出现较大挠度会直接影响桥上轨道平顺性 ,造成结构物承 受很大冲击力 ,旅客舒适度受到严重影响 ,轨道状态不能保持稳 定 ,甚至危及列车运行安全 。这些都对桥梁结构的刚度和整体性 提出了严格的要求 。高速铁路桥梁的特点可概述为 : 1. 1 桥梁所占比例大 ,高架长桥多
荷载的影响 。
高速列车行驶时引起的气动压力和气动吸力对桥梁和车站
的构筑物会产生影响 ,设计时应按规范规定分别计算水平和垂
直两个方向的气动力 ,在此不赘述 。
3 高速铁路桥梁的上部结构型式及桥面布置
3. 1 高速铁路桥梁的上部结构型式
高速铁路一般按双线修建 ,在双线并列的情况下梁部结构
可采用两单线桥的分离式结构 ,如 T形梁和分离式箱梁 ;也可采
图 3 京沪高速铁路桥梁桥面布置
4 高速铁路桥梁的刚度要求
在研究高速铁路轨道平顺日常养护维修管理标准中 ,取轮
为了使高速铁路桥梁具有高平顺性 ,以保证列车运行的安 轨横向水平力 Q ≤80kN作为限值 。
全性和旅客乘坐的舒适性 ,对桥梁竖向和横向刚度比普速铁路 4. 2 旅客乘坐舒适度指标
有更高的要求 ,对于大跨度桥梁 ,其可能成为控制设计的标准 ,因 而对桥梁经济性产生影响 。
由于桥梁结构的温度变化 、列车制动 、桥梁挠曲会使桥梁在 纵向产生一定的位移 ,引起桥上无缝线路钢轨产生附加应力 ,过 大的附加应力会导致桥上无缝线路失稳 ,影响行车安全 ,因此 ,要 求桥梁墩 、台具有足够的纵向刚度 ,以尽量减少钢轨附加应力和 梁轨间的相对位移 。 1. 5 改善结构的耐久性 ,便于检查和维修
为了保证列车高速 、舒适 、安全行驶 ,高速铁路桥梁必须具有 足够大的竖向和横向刚度以及良好的整体性 ,以防止桥梁出现 较大挠度和振幅 。同时 ,还必须严格控制由混凝土产生的徐变上 拱和不均匀温差引起的结构变形 ,以保证轨道的高平顺性 。 1. 4 限制纵向力作用下结构产生的位移 ,避免桥上无缝线路出 现过大的附加力
高速铁路桥梁的桥面宽度较普速铁路桥宽 ,以适应高速行 车要求 ,并便于检查和养护 。为了检查人员安全 ,人行道内侧距 车辆壁应 ≥1. 2m (风压带宽度 ) 。同时人行道直接布置在主梁翼 缘上而不采用在主梁外侧加托架的方案 。人行道宽为 1. 0m。故 桥面宽 B不小于按下式计算的值 :
B ≥线间距 +车辆宽 + 2 ×(风压带宽 +人行道宽 ) 代入各值 ,得 : B ≥5. 0m + 3. 4m + 2 ×(1. 2m + 1. 0m ) = 12. 8m 3. 2. 2 桥面布置 高速铁路为了便于桥上线路养护维修作业 ,不设护轮轨 ,而 采用加高挡碴墙的措施 ,以防止列车倾覆 。道碴槽的宽度根据满 足道床清筛的要求而定 。接触网支柱在桥上的位置是根据接触 网专业的技术要求和曲线内侧限界加宽要求确定的 。为满足桥 上行走桥梁检修小车的要求 ,接触网支柱外侧至护栏内侧至少 需要 0. 8m 的宽度 。综合以上因素 ,京沪高速铁路桥梁桥面净宽 采用 13. 2m (图 3) 。直曲线上采用相同的布置 。
剪力和弯矩 ,它是根据 U IC荷载系统的规定 ,由 U IC荷载动力系
数乘以动力系数调整值 0. 83 并除以线路等级系数 0. 8 而得到
的。
设计时应注意 :对于中小跨度桥梁 ,为减少动力作用的影响 , 采用 U IC - 71荷载作用下的动力系数时 ,梁体还应满足自振频 率低限的要求 。对于大跨度桥梁梁体基频较低 ,但动力系数随着
用双线桥的整体式结构 ,如整体式箱梁 。
从理论上讲 ,整体式与分离式应具有相同的竖向刚度 ,但由 于在计算中 ,整体式结构按双线活载进行了折减 ,因而其变形较 小 ;从车辆运行的平稳性上看 ,整体式由于自重加大 ,旅客乘坐舒 适度有更大改善 ;从结构来说 ,整体式结构由于腹板少 ,有利于节 省圬工量 ,且较厚的腹板对布筋和提高耐久性都有利 ;从施工来 看 ,整体式在制梁速度上也比分离式明显加快 。因此 ,设计上部 结构时 ,应优先考虑整体式结构 。 3. 2 高速铁路桥梁的桥面布置 3. 2. 1 桥面宽度
乘坐舒适度采用斯佩林 ( Speling)指标 W Z、杰奈威 (Janeway) 指标 J、限制加速度最大值标准 3种指标 。
4. 1 列车运行安全性评判标准
对于中小跨度桥梁 ,采用限制车体加速度的最大值作为评
列车运行安全性主要指列车在桥上是否发生脱轨 。对这一 问题 ,车辆动力学是采用控制脱轨系数 、轮重减载率及轮对横向 水平力等参数的限值 。
我国的高速铁路桥梁设计活载采用 U IC (国际铁路联盟规 范 )荷载图式 ,其值为 U IC荷载的 0. 8倍 (见图 1) 。
图 1 ZK标准活载图式
对于跨度小于 6m 的结构 ,采用 4 ×25kN 的特种荷载进行计 算 (见图 2) 。
图 2 特种活载图式
2. 2 动力系数 ———列车走行时对桥梁产生的动力响应 高速铁路桥梁结构考虑列车活载动力作用时 ,应将静活载
Jul. 2005
西 部 探 矿 工 程
376
增刊
跨度增大而减小 ,而且大跨度桥梁荷载裕量很大 ,因此 ,当跨度大
于 100m 时 ,动力系数采用 1。
对于大跨度钢桥
,为简化计算
,仅采用
Φ 2
作为动力系数的
算式 ,且 LΦ按影响线加载长度计算 。
2. 3 横向摇摆力
大跨度钢筋混凝土桥 ,取车体竖向加速度 av ≤0. 125g (半峰 值 ) ,横向加速度 aH ≤0. 1g (半峰值 )作为评定指标 。
大跨度钢桥采用斯佩林指标 W Zmax ≤3. 0作为评定指标 。 4. 3 竖向刚度的限值
左右侧平均轮重 P的比值 。 GB5599 - 85中规定 ,ΔP / P≤0. 6。
浅谈高速铁路桥梁设计特点
龚家逵
(铁道第二勘察设计院昆明勘测设计研究院 ,云南 昆明 650200)
摘 要 :介绍了高速铁路桥梁的特点 ,对桥梁的设计荷载 ,上部结构形式及桥面布置 ,以及桥梁的刚度要求进行了阐述 和分析 ,并结合京沪高速铁路的桥梁设计情况 ,对高速铁路桥梁的设计要求进行了说明 。 关键词 :高速铁路 ;桥梁 ;设计 ;特点
除保留采用 100kN 水 平 集 中 力 检 算 小 跨 度 构 件 外 , 还 应 加 用
1. 5kN /m的均布荷载加载进行计算 ,加载长度不超过列车长度 。
2. 4 其他与普速铁路相比应考虑的荷载
当长度大于 15m 时 ,桥梁应考虑列车脱轨荷载 。高速铁路
一般不设护轮轨 ,按规范中两种脱轨荷载的情况计算列车脱轨
总第 111期
西部探矿工程
series No. 111
2005年增刊
W EST - CH INA EXPLORATION ENGINEER ING
Jul. 2005
文章编号 : 1004—5716 (2005)增刊 —0375—03
中图分类号 : U44112 文献标识码 : B
L /1300
L /1000
L /1000
L /1800
L /1500
L /1200
L > 80m L /1000 L /1000
对于梁端竖向折角 : L ≤80m 时 ,θ≤1. 50% ; L > 80m 时 , θ≤2. 0%。
另外 ,对简支梁竖向自振频率要求不低于下列限值 : L = 4. 0～20. 0m时 , n0 = 80 /L; L = 20. 0～80. 0m 时 , n0 = 23. 58L - 0. 592。 4. 4 横向刚度的限值 在列车横向摇摆力离心力风力和温度的共同作用下 ,梁体 的水平挠度应小于或等于计算跨度的 1 /4000。 桥梁结构横向水平变形引起梁端水平折角应不大于 1. 0%。 5 高速铁路桥梁的设计要求 5. 1 高速铁路桥梁的设计原则 (1)桥跨结构宜采用较小跨度 ; (2)尽量采用刚度较大的连续梁 、刚构桥 ; (3)钢筋混凝土桥宜采用箱形截面 ; (4)为减少噪声尽量少用钢桥 ,中等跨度可采用结合梁 ; (5)桥墩不宜采用排架墩 ; (6)桥面采用有碴桥面有枕轨道或无碴桥面板式轨道 ,钢梁 上不能采用明桥面 ,需一次铺设长钢轨 ; (7)结构构造细节应能方便维修和减少维修 。 5. 2 高速铁路桥梁设计的基本要求 (1)高速铁路桥梁墩台应设置在可靠的地基与基础上 ,防止 墩台基础的沉陷 ,导致线路出现不规则的变形 ; (2)支座设计应防止桥跨产生横向位移 ,避免引起激烈的横 向振动 ; (3)桥梁竖向 、横向 、抗扭必须具有足够的刚度 ,梁端折角 、 基础应满足规范要求 ; (4)结构整体性好 ,施工接头尽量减少 ; (5)严格控制混凝土梁收缩徐变对上拱的影响 ; (6)斜交桥两桁 (梁 )挠度差应设法消除 ; (7)桥面布置应有保证员工通行安全和安装设备及检修的空 间; (8)桥台于路基之间应有较好的过渡构造 ; (9)尽量降低噪声对环境的影响 ,在城区设置声屏障 ;桥梁 造型与周围环境相互协调 。 (10)避免结构细节薄弱环节 ,减少维修工作量 ; 重视排水 , 防腐蚀的细节处理 。 5. 3 工程设计中桥涵设计的具体做法 以京沪高速铁路设计为例 ,就工程设计中桥涵设计的具体 做法作一个简介 。 (1)京沪高速铁路徐 (州 )沪 (上海 )段路桥分界填土高度 : ①一般地基地段 7～8m;局部隧道深挖方集中地段 12m;城