高速铁路桥梁主要结构型式

1、高速铁路道路桥梁工程，讲师：蒲教南交通大学桥梁工程系，第1节概述第2节国外高速铁路桥梁结构型式第3节中国高速铁路桥梁结构型式第4节高速铁路桥梁合理结构型式第6节高速铁路大跨度桥梁第7节高速铁路特殊结构桥梁第8节高速铁路无砟轨道桥梁，西南交通大学高速铁路桥梁主要结构型式，关于高速铁路为了满足行车安全性、乘坐舒适性和高速铁路线路的结构要求，高速铁路桥梁必须具有足够的强度、较高的刚度和良好的稳定性、较大的抗扭性和较高的减振降噪特性。同时，桥梁系统的结构应能很好地传递列车的纵向力，使列车的纵向力不能过多地分布到钢轨上。在第一节中，西南交通大学为了满足上述要求，对高速铁路桥梁的

2、结构型式提出了原则性的建议或要求。国际铁路联盟高速和超高速铁路桥梁规范UIC776-2规定，最合适的桥梁类型应该是具有尽可能好的刚度的桥梁上部结构，建议在第1节中总结：西南交通大学，对于小跨度桥梁(120米)，钢梁钢筋混凝土或预应力混凝土板或丁字梁钢混凝土组合结构与道碴正交异性板包裹混凝土总结在第1节。西南交通大学在大跨度桥梁(l60米)的上弦上采用抗风连接体系的双线格构梁桥的钢、钢筋混凝土或预应力混凝土拱桥，随着桥梁建设水平的提高和预应力混凝土结构的广泛应用，同时人类对环境的要求也越来越高。近年来国外新建的高速铁路基本上都采用钢筋混凝土和预应力混凝土结构。由于采用不同的结构形式，即使是100

3、米以上的大跨度桥梁也很少采用钢或钢-混凝土组合结构。1.日本新干线上的桥梁位于日本铁路新干线上，除东海道新干线外，其他线路的设计速度为260公里/小时。在这些线路上，桥梁的总长度占线路长度的很大一部分。表4.3.1显示了每条新干线上桥梁和高架桥的比例。第二节国外高速铁路桥梁的结构类型，西南交通大学，1。日本新干线上的桥梁表4.3.1新干线上桥梁和高架桥的比例，第2节国外高速铁路桥的结构类型，西南交通大学，1。日本新干线上的桥梁见表4.3.1。由于高架桥太多，日本新干线上的高架桥大多采用标准设计。日本高架桥标准设计基本情况见表4.3.2，标准设计中桥面宽度按表4.3.3确定。第二节国外高速铁路桥

4、结构类型，第一节日本新干线桥梁，第二节国外高速铁路桥结构类型，西南交通大学，第一节日本新干线桥梁，第二节国外高速铁路桥结构类型，西南交通大学，第一节日本新干线桥梁，第二节国外高速铁路桥结构类型，西南交通大学，日本新干线上东海道高架桥的几种标准设计，第二节国外高速铁路桥结构类型，图4.3.1日本东海道标准设计框架高架桥日本新干线上的桥梁(单位：33，360毫米)，第2节国外高速铁路桥的结构类型，西南交通大学，1。日本新干线上的桥梁第二节国外高速铁路桥梁的结构类型，西南交通大学，1。日本新干线桥梁表4.3.4列出了除高架桥外，各新干线采用的混凝土桥、组合梁桥和钢桥的比例。表4.3.4中的数据显示，

5、除了东海道新干线上使用了更多的组合梁和钢桥外，混凝土桥在后来建造的新干线上被广泛使用，而组合梁和钢桥仅作为最后手段使用。日本东海道新干线建成运营十年后，发现桥梁存在很多问题，尤其是钢梁。通过调查发现，主要原因是设计处理不当、桥梁振动和疲劳等。此外，钢梁桥的噪声远大于混凝土桥。因此，后来建成的几条新干线上使用了大量的混凝土桥梁，可以增加结构阻尼，降低桥梁振动和噪声，减少维修工作量。第二节国外高速铁路桥梁的结构类型，西南交通大学，1。在日本新干线上选择桥梁结构类型时，应尽可能采用有碴桥面梁。德意志联邦共和国标准DS804规定铁路桥一般应采用桥面桥，在任何情况下都必须设置道床。在日本东海道新干线上，

6、使用的是敞开式桥面钢梁，但经过几年的驾驶，34孔桥面贯通式板梁中有8个孔，在纵梁和梁端腹板的截面变化处有向上倾斜的裂缝，这些裂缝根据裂缝的发展而被替换或加固。东海道之后，新干线只会作为最后的选择。第二节国外高速铁路桥梁的结构类型，西南交通大学，1。日本新干线上的桥梁，大量的预应力混凝土桥梁的标准设计，与丁字梁和箱梁在共同的截面。丁字梁跨度为1545米，双轨主梁数量为3至8根。主梁截面为箱梁，小跨度、低梁高的桥梁使用少量的丁字梁，从施工方法上看，主要采用支撑施工、悬臂施工和顶进施工，预制拼装施工较少。第二节，国外高速铁路桥梁的结构型式，西南交通大学新干线铁路桥梁的特殊规定，德国联邦铁路局，DS8

7、99/59第72条规定了预应力混凝土桥梁的接缝。“简支梁上不允许有接缝，连续梁上的接缝限制为每跨两个”，这限制了各种结构采用的施工方法和规模。第二节国外高速铁路桥梁的结构类型，西南交通大学，1。日本新干线上桥梁的高速交通噪音已经引起沿线居民的强烈不满，这一直困扰着日本新干线的交通。为了降低新干线桥梁的噪音，目前的做法是在高架桥上安装隔音板。隔声板安装在钢梁上，但很难将噪声降低到70 dB以下。第二节国外高速铁路桥梁的结构类型，西南交通大学，1。为了从根本上解决这个问题，尽量少用钢和钢-混凝土组合梁是一个明智的决定。此外，无碴桥面梁的交通噪声大于无碴桥面梁。因此，日本后期建造的新干线基本上采用有

8、碴桥面。第二节国外高速铁路桥梁结构型式，西南交通大学，第二节德国高速铁路桥梁结构型式两条新干线共有359座桥梁，总长327公里，即德国汉诺威的维尔茨堡，设计时速250公里，德国曼海姆的斯图加特，总长104公里。在359座桥梁中，152座横跨公路，139座横跨铁路，其余68座是大型山谷桥梁和高架桥。国外高速铁路桥梁结构类型，西南交通大学，2。德国高速铁路的桥梁结构类型从桥梁总长度与线路总长度之比来看，德国高速铁路的桥梁数量远远少于日本新干线和中国即将建设的京沪高速铁路。德国新干线上几乎所有的桥梁都是预应力混凝土和钢筋混凝土桥梁。一方面，混凝土桥梁维修方便，成本较低；另一方面，主要原因是混凝土桥梁

9、在高速行驶条件下的噪声远低于钢桥。国外高速铁路第二节桥梁结构型式，西南交通大学，德国高速铁路第二节桥梁结构型式在德国的这两条新干线上，大部分桥梁都是预应力混凝土简支梁和连续梁。简支梁的墩心距基本为44米和58米，只有少数跨度为25米。墩心距为44米的梁跨度为42米，58米的梁跨度为55.75米。第二节：国外高速铁路桥梁结构型式，西南交通大学，2。德国高速铁路线上的桥梁结构类型是这两种新干线。德国联邦铁路管理中心组织力量制定了一套标准设计图纸(参考设计)，所有图纸均为单室单箱预应力混凝土梁。桥面的横断面应按照铁路新干线桥梁专用规程第56条的规定进行处理，具体横断面如图4.3.2所示。在标准设计中

10、，箱梁底板宽5.0米，桥面宽14.3米(道床宽9.1米)。跨度为42 m的梁高4.0 m，跨度为55.75 m的梁高5.0m；高；腹板垂直方向为15，正常厚度为0.6 m，支撑为0.7m；底板总厚度为0.35米，支座为0.6米；梁端还设有0.8米厚的隔板，隔板上设有供维修人员和手推车通过的孔。第二节国外高速铁路桥梁结构类型，西南交通大学，第二节德国高速铁路桥梁结构类型。图4.3.3显示了两座典型桥梁的横截面，其参数列于表4.3.5。第二节国外高速铁路桥梁结构类型，西南交通大学，2。德国高速铁路的桥梁结构类型。德国高速铁路的桥梁结构类型。国外高速铁路桥梁结构类型，西南交通大学，2。从图4.3.3

11、中可以看出德国高速铁路上的桥梁结构类型，桥面两侧有轻微的方向，挡板是一种装饰构件，不仅增强了桥梁外观的纤细效果，而且将其箱梁体罩在阴影中，造型鲜明。根据设计规定，当梁高为3.65米时，挡板高度应为1.1米.这个比例可以调整。第二节，国外高速铁路桥、西南交通大学的结构型式，以及德国高速铁路线上桥梁的结构型式，为了减少噪音的影响，德国新干线桥梁大多采用隔声墙，分为内、外两层，其高度一般要求比檐高1.352.5米。图4.3.4显示了德国新干线隔声墙的布置。第二节国外高速铁路桥梁结构类型，西南交通大学，第二节德国高速铁路桥梁结构类型，第二节国外高速铁路桥梁结构类型，西南交通大学，第二节德国高速铁路桥梁

12、结构类型在德国新干线上，我们非常重视桥梁与线路的相互作用。桥梁上尽可能使用无缝焊接线，要求上部结构跨度小，下部结构不灵活。为了减少列车制动和牵引引起的轨道附加应力过大，新干线铁路桥采用以下系统：第2节：国外高速铁路桥结构型式，西南交通大学，第2节：德国高速铁路上的桥梁结构型式：简支梁系统(跨度25，44，58米)，带辅助设施的简支梁系统(如系列简支梁)，连续梁系统和其他系统，第2节：国外高速铁路桥结构型式。在上述简支梁系统中，应遵循以下设计原则：一端固定在桥台上的支座布置适用于墩高小于20 m且基础良好的情况；两端桥台采用固定支座，适用于墩高超过20米，基础较差的情况；第二节：国外高速铁路桥梁

13、的结构型式，西南交通大学，第二节：德国高速铁路上的桥梁结构型式用纵向力连接件连接简支梁，一端固定在桥台上；每个跨度的简支梁通过纵向徐变连接件与液压传力装置连接，两端固定在桥台上。该系统能承受短时纵向力，并能很好地将制动力和牵引力传递给桥台。国外高速铁路第二节桥梁结构型式、西南交通大学、德国新干线德国高速铁路桥梁第二节桥梁结构型式采用了大量的徐变连接件，旨在严格限制钢轨参与纵向和横向力传递而产生的钢轨应力。它应具有不影响温度、蠕变等缓慢变形，但不变形，只在短时载荷下传力的特点。第二节国外高速铁路桥梁结构类型，西南交通大学，第二节德国高速铁路桥梁结构类型。图4.3.6是纵向力连接的结构图。连接件位

14、于梁末端两个腹板的中性轴上，由12个预应力钢束组成，每个预应力钢束能够承受2MN的拉力，以及一对90 cm75 cm大小的平板橡胶支座。预应力钢筋束为无粘结形式，便于检查、补充张拉或更换。第二节国外高速铁路桥梁结构类型，西南交通大学，2。德国高速铁路桥梁结构类型，第二节国外高速铁路桥梁结构类型，西南交通大学，2。德国高速铁路的桥梁结构类型液压爬行连接器的工作方式类似于液压千斤顶，油箱和储油罐通过无压细管连接。随着温度变化引起的上部结构的缓慢变化，油要么被压入储油箱，要么被吸入千斤顶。在突然的制动力或牵引力作用下，油的流量很小，就像液压传动装置被楔住一样，所以纵向力可以平稳地传递到桥台上。第二，

15、德国高速铁路线上的桥梁结构使得桥台仅承受压力，并且液压力传递装置被设计成对张力没有约束。图4.3.7为液压爬行连接器的工作原理图，其安装位置也位于梁截面的质心轴上，不影响梁的转动和竖向应力。除上述两种装置外，连续梁系统还在两个支座处使用固定支座代替纵向传力设施，然后在连续梁之间设置一个简支梁跨度。将简支梁改为平衡梁，使作用在简支梁上的纵向力传递到两边的连续梁上，伸缩位移(两边的连续长度变化可以不同)均匀分布到两个伸缩缝上。第二节，国外高速铁路桥的结构类型，西南交通大学，图4.3.8是平衡梁系统的简化图。平衡梁的设置位置必须根据整体结构布置和桥墩刚度进行布置。国外高速铁路桥梁结构类型，西南交通大学，第二，德国高速铁路桥梁结构类型高速铁路采用上述措施是因为高速铁路对结构变形提出了更高的要求。如果不采用垂直力传递装置，而水平力像普通桥梁一样由桥墩传递，桥墩可能难以设计，钢轨的附加应力可能远远超过允许值。第二节国外高速铁路桥梁结构型式，西南交通大学，第二节德国高速铁路桥梁结构型式因此，高速铁路桥梁的设计应考虑整