高速铁路桥梁特点、检算标准和附属设施课件

高速铁路桥梁特点、检算标准和附属设施

GonglianDAI

CentralSouthUniversity1、高速铁路和桥梁特点2、高速铁路桥梁活载标准3、高速铁路桥梁变形检算标准4、高速铁路桥梁动力检算标准5、高速铁路桥梁的基本类型6、高速铁路桥梁桥面系及附属设施1、高速铁路和桥梁特点

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根据UIC（国际铁道联盟）的定义，高速铁路是指运营速度达时速200公里的铁路系统。中国《高速铁路设计规范》定义，新建铁路旅客列车最高行车速达到时速250公里及以上的铁路。设计速度、运营速度、旅行速度、技术速度、试验速度高速铁路系统包括土建工程、牵引供电、列车运行控制、高速动车、运营调度、客运服务六个子系统。

国外高速铁路

1964年，日本修建了世界上第一条高速铁路——东海道新干线，开通时列车运营速度为时速210公里，（现已提速至时速270公里）开启了世界高速铁路建设的序幕。世界各国第一条高速铁路运营时间

世界各国高速铁路运营里程（至2011年7月）能耗占地CO2排放国外及中国台湾高速铁路桥梁工程概况表

2003年设计时速200公里的秦沈客运专线正式建成和投入运营，标志着中国铁路步入高速化的开端。

《中长期铁路网计划》，规划了“四纵四横”铁路快速客运通道以及三个城际快速客运系统。2020年时，以北京、上海、广州、武汉、成渝、西安为中心，连接全国省会城市和90％人口在50万以上的大城市。2020年高速铁路网总规模5万公里左右。中心城市与既有大城市间1000公里范围内朝发夕至，2000公里范围内夕发朝至。中国高速铁路国家高速铁路网规划2020年总规模（km）2015年预计完成（km）总计5170340607※四纵四横（km）1130810632高铁延伸（km）77874064城际高铁（km）75354275客货共线（km）2507321636客运枢纽（站）4242中国大陆已运营高速铁路桥梁工程概况表顺序项目名称全长km桥梁km桥梁比例%通车年份，运营时速1秦沈客运专线40442.09510.422003.07，250km/h2京津城际115.2100.287.72008.08，350km/h3沪蓉线合武段359.4115.932.22009.04，250km/h4石太客运专线189.9339.220.62009.04，250km/h5沪蓉线合宁段187.0731.2516.72008.04，250km/h6胶济客专169.9130.9318.22007.04，200km/h7温福铁路298.477.125.82009.09，250km/h8福厦铁路274.972.024.12010.04，250km/h9甬台温铁路282.491.432.42009.09，250km/h10武广客运专线968.2465.2448.12009.12，300km/h11郑西客运专线456.6283.562.12010.02，300km/h12成灌铁路6642.664.52010.05，200km/h13沪宁城际300215.471.82010.07，300km/h14昌九城际91.5831.9634.92010.09，250km/h15沪杭客运专线160139.2872010.10，350km/h16海南东环铁路308.11102.9533.42010.12，250km/h17长吉城际96.2630.331.52011.01，250km/h18广珠城际142.3134.194.22011.01，200km/h19京沪高铁13181060.980.62011.06，300km/h中国大陆在建高速铁路桥梁工程概况表顺序项目名称全长km桥梁km桥梁比例%设计时速1广深港客运广深段102.4559.256.7250(350)km/h2哈大客专904663.373.7200(350)km/h3北京至石家庄客运专线283.7216.3777350km/h4石家庄至武汉客运专线河北段202.7167.982.8350km/h5石家庄至武汉客运专线河南段506.941982.6350km/h6石家庄至武汉客运专线湖北段133.755.0541350km/h7津秦客专257.4154.962.3350km/h8天津至保定铁路157.94103.2965.4250km/h9宁杭客专248.96158.4163.63350km/h10杭甬客专149.89122.8781.97350km/h11合蚌客专129.3457.53844.49300km/h12哈齐客专280.89140.4550300km/h13盘营客专89.4273.2981.96350km/h14京津城际延伸线44.815200km/h15成都至绵阳至乐山客专315.87151.8548250km/h16武黄城际96.7860.469.2200km/h17武汉至孝感城际铁路61.263200km/h18武咸城际77300km/h顺序项目名称全长km桥梁km桥梁比例%设计时速19武汉至黄冈城际铁路35.991200km/h20厦门至深圳铁路福建段144.167250km/h21厦门至深圳铁路广东段357.052248.5169.6250km/h22柳州至南宁客专226.569200km/h23南黎铁路93.493250km/h24宁安城际257.48350km/h25沪昆铁路客运专线长昆云南段192.276136.04370.75350km/h26沪昆铁路客运专线长昆贵州段559.473123.05721.99250km/h27沪昆铁路客运专线杭长浙江段295.185350km/h28沪昆铁路客运专线杭长江西段544.820389.2871.4350km/h29沪昆铁路客运专线杭长湖南段111.52350km/h30大西客专678.4485.64771.6200km/h31南广铁路黎西至肇庆段401.6250km/h32云桂铁路广西段255.3250km/h33西宝客专138.044250km/h34合福客专安徽段343.093350km/h35合福客专闽赣段809.919350km/h36贵阳至广州铁路855.899250km/h37云桂铁路云南段431.183200km/h顺序项目名称全长km桥梁km桥梁比例%设计时速38兰新铁路第二双线甘青段1066.005300km/h39兰新铁路第二双线新疆段709.9312417.5350km/h40沈丹客专205.64467.28732.51350km/h41成都至重庆铁路客专308.206207.63367.37350km/h42吉林至珲春客运专线360.54790.69825.1250km/h43郑州至焦作城际铁路7745.430.59250km/h44郑州至开封城际铁路49.97347.53396.4200km/h45长沙至株洲、湘潭城际铁路95.51353.5954.02200km/h46青荣城际铁路298.971164.69655.09250km/h47成都至都江堰铁路彭州支线20.561200km/h48佛肇城际铁路79.8871.08288.985200km/h49东莞至惠州城际铁路99.85140.17640.24200km/h中国内陆高速铁路桥梁所占比例（%）国外及中国台湾高速铁路桥梁所占最大比例（%）高速铁路土建工程的突出特点表现在：1）桥梁是高速铁路土建工程中重要组成部分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，同时也是控制建设周期和保证安全舒适运营的关键。2）高速铁路桥梁的定位是为高速列车提供稳定、平顺的桥上线路

桥梁的功能不再仅仅提供跨越功能，而是为高速列车提供稳定、平顺的线路。桥上线路与路基上、隧道中的线路不同，除了基础沉降外，桥梁结构在列车活载通过时产生变形和振动；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，桥梁是线路的基础，车—线—桥共同作用是其突出特点。3）无砟轨道在高速铁路中广泛应用桥上轨道结构分有砟和无砟轨道，其中无砟轨道对桥梁变形要求更加严格。无砟轨道的优点弹性均匀、轨道稳定，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）4）桥上无缝线路与桥梁共同作用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。5）桥梁优势是利于桥下交通、节约土地、控制变形在平原及人口密集区高速铁路若采用高架桥的形式通过，可以合理利用空间，节约土地资源；在软土地区及其他地质条件较差的地区，修建桥梁作为轨道的下部基础可以利用桥梁刚度大变形小的特点，来保证轨道的平顺性，以满足高速行车的需要。因此，桥梁在高速铁路中所占的比例较大。2.1、高速铁路桥梁的总体设计要求1）线路平面

连续梁、钢梁及较大跨度桥梁宜设在直线上，困难条件可设在曲线上。正线线路平面平曲线半径、缓和曲线长度及相邻曲线间的夹直线，均应满足线路的要求。

2、高速铁路桥梁技术标准设计行车速度350/250300/200250/200250/160有砟轨道推荐8000~10000一般最小7000个别最小6000推荐6000~8000一般最小5000个别最小4500推荐4500~7000一般最小4000个别最小3500推荐4500~7000一般最小3500个别最小3000无砟轨道推荐8000~10000一般最小7000个别最小5500推荐6000~8000一般最小5000个别最小4500推荐4500~7000一般最小4000个别最小3500推荐4500~7000一般最小3200个别最小2800最大半径12000120001200012000线路平曲线半径表（m）简支梁以直代曲，连续梁桥梁中线为曲线。2）线路纵断面区间正线的最大坡度不宜大于20/1000，困难区段也不大于30/1000，正线最小坡段长度及竖曲线半径应满足线路要求。

设计行车速度（km/h）350300250一般条件最小波段长（m）200012001200困难条件最小坡段长（m）900900900最小竖曲线半径（m）250002500020000正线最小坡长及最小竖曲线半径3）线路横断面桥梁直线、曲线梁上线间距相同，轨道超高由轨道板底座调整，桥面根据轨道结构形式设置六面排水或四面排水横坡。

轨道的超高一般为170毫米4）结构耐久性桥梁结构主体结构的设计使用年限为100年，无砟轨道主体结构的设计使用年限应不小于60年。设计行车速度（km/h）350300250最小线间距（m)5.04.84.62.2、活载模式高速铁路的列车荷载，是高速铁路桥梁设计的最重要参数之一，直接影响结构的安全度和建造成本。活载的图式影响参数：线路上运行的机车车辆本身的参数如列车类型、轴距、轴重、编组以及车辆将来的发展；运输模式（单一的客运或客货共运）；速度指标不同结构体系的加载方式等。不同规范的核心问题在于活载模式的不同。（1）、欧洲高速铁路设计活载

欧洲高速铁路采用统一的UIC活载。包络的运营列车包括：最大时速为80km的特重列车、最大时速为120km的重型货车、最大时速为250km的长途客车和最大时速为300km的高速轻型客车，共有6种车辆模式，相应的动力系数仅与跨度有关。UIC活载图式涵盖的6种运营列车（2）、日本高速铁路设计活载日本高速铁路采用的高速列车专用荷载N、P荷载。日本活载模式是单一的轻型高速列车体系，N、P荷载模式非常接近日本实际的高速运营列车活载。日本标准P活载和UIC活载图式中包含的时速300km的高速轻型高速列车活载的轴重、轴距相差不大。日本N、P活载图示

（3）中国高速铁路设计活载中国高速铁路采取客运专线和客货共线铁路并存的运营模式。客运专线专用于旅客快速运输，设计时速300—350km/h，如武广、郑西客运专线等；对客运专线桥梁，最终确立了基于UIC活载模式的ZK活载模式，相当于0.8UIC设计活载客货共线铁路同时承担客运和货运任务，设计时速200~250km/h，如温福铁路、福厦铁路等。

对客货共线高速铁路桥梁设计活载为ZK活载，同时采用中活载进行检算强度及应力，ZK荷载检算变形。抗弯强度抗剪强度抗扭强度

正应力剪应力主拉应力结构的平顺性非常重要!!!2.3活载动力系数（1）UIC活载动力系数UIC活载动力系数基本采用德国桥梁荷载规范中的活载系数。对于特殊保养的铁路：1.00≤φ2≤1.67对于正常养护的铁路：1.00≤φ3≤2.0

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-0.8LФm≥3,614567891011121314151617μ0.670.620.530.460.410.370.330.310.280.260.240.230.210.200.19LФm1819202224252830354045505560≥65μ0.180.170.160.140.130.110.100.090.070.060.040.030.020.010.00UIC活载动力系数（2）日本铁路活载动力系数（3）中国桥梁活载动力系数

桥跨结构：

1+μ=1+（1.44/（Lφ0.5-0.2）-0.18）式中：Lφ——加载长度（m），其中Lφ＜3.61m时按3.61m；简支梁时为梁的跨度；n跨连续梁时取平均跨度乘以下列系数：n=21.20n=31.30n=41.40n≥51.50当计算Lφ小于最大跨度时，取最大跨度。（1+μ）计算值小于1.0时取1.0。

荷载分类荷载名称主力恒载结构自重及附属设备自重

预加应力混凝土收缩和徐变的影响

土压力水浮力及静水压力

地基基础变位的影响活载列车竖向静活载

列车竖向动力作用公路竖向静活载（设计公路铁路两用桥时）长钢轨纵向力

离心力横向摇摆力

列车活载产生的土压力人行道及栏杆的荷载

气动力附加力制动力或牵引力

风力流水压力

冰压力及冻胀力温度变化的影响特殊荷载列车脱轨荷载

船只或排筏的撞击力汽车撞击力

施工荷载地震力

长钢轨断轨力3.1、竖向挠度（1）德国规范

3、变形检算标准（2）中国规范

德国规范不同跨度和速度条件下梁体挠跨比限值中国高速铁路不同跨度和速度条件下梁体挠跨比限值3.2、梁端转角

为什么要设梁端转角？要保证高速铁路线路的平顺和轨道的安全，必须对上部结构梁端转角进行控制设计。

梁端竖向转角的影响（1）德国规范

单线桥：θ=6.5x10-3rad在上部结构与路基的过渡处θ1+θ2=10x10-3rad两段上部结构之间双线桥：θ=6.5x10-3rad在上部结构与路基的过渡处

θ1+θ2=10x10-3rad两段上部结构之间（2）中国规范

3.3、横向变形（1）德国规范

上部结构水平方向的角度变化不允许超过下表中的限值，水平方向弯曲曲线的半径也不应小于下表规定的数值。（2）中国规范

a）在列车横向摇摆力、离心力、风力和温度的作用下，梁体的水平挠度不应大于L/1400。

b）在ZK活载、横向摇摆力、离心力、风力和温度的作用下，墩顶的横向水平位移引起的桥面处梁端水平转角应不大于1‰弧度。

速度范围（km/h）最大角度变化水平方向弯曲半径的最小直径单线上部结构多线上部结构V≤120120＜V≤20200＜V0.0035弧度1700m3500m0.0020弧度6000m9500m0.0015弧度14000m17500m3.4、扭转变形（1）德国规范

V≤120km/h，t≤4.5mm；120＜V≤20km/h，t≤3.0mm；V＞200km/h，t≤1.5mm。（2）中国规范

ZK静活载作用下梁体扭转引起的轨面不平顺值，t不应大于1.5mm。

S3.5、工后徐变徐变上拱会影响梁上轨面的平整度，对高速行车的安全性和乘坐的舒适性不利，必须加以严格限制。（1）德国规范

无砟轨道铺设后，徐变上拱度不应大于L/5000。设计活载与徐变上拱度叠加后，应满足有关竖向挠度的限值要求。（2）中国规范有砟桥面桥梁，不应超过20mm。无砟桥面桥梁，L≤50m，不应大于10mm；L＞50m，不应大于L/5000且不大于20mm。

3.6、基础沉降

沉降类型桥上轨道类型限值墩台均匀沉降有砟轨道30mm无砟轨道20mm相邻墩台沉降差有砟轨道15mm无砟轨道5mm

中国规范关于静定结构墩台基础工后沉降限值桥墩/桥台跨度(m)最小水平线刚度(kN/cm)双线单线桥墩<1210060161601002019012024270170323502204055034048720450桥台---30001500高速铁路有砟轨道无缝线路固定区的混凝土简支梁，墩台顶部纵向水平线刚度应符合下表限值要求.3.7墩台纵向线刚度限值

中国规范墩台顶纵向水平线刚度限值4.1、自振频率选择合理的自振频率，避免与列车通过时的激振频率接近。（1）德国规范:nL≤nB≤nU

4、动力检算标准项目竖向自振频率限值/HznUN0=94.76L-0.748nL,

4≤L≤20mN0=80/LnL,20＜L≤100mN0=23.58L-0.592竖向自振频率限值000000LuLUIC图式要求的结构自振频率范围（2）中国规范

跨度竖向自振频率限值/HzL≤20mN0=80/L20＜L≤96mN0=23.58L-0.592简支梁竖向自振频率限值4.1、自振频率4.2、竖向振动加速度（1）德国规范无砟轨道桥梁竖向振动加速度应小于0.5g。

（2）中国规范

桥面轨道类型竖向振动加速度限值有砟桥面0.35g无砟桥面0.50g桥梁竖向振动加速度限值4.3、舒适度评价标准（1）德国规范为满足列车行驶舒适度的要求，机车竖向振动加速度应小于0.2g，车辆竖向振动加速度应小于0.1g。