客运专线桥梁设计.ppt
铁道第四勘察设计院 文望青,客运专线桥梁设计,1 概述,国家 常用跨度 主要施工方案德国 42m、56m简支梁 现浇法国 4060m连续梁 顶推法施工日本 1015m连续刚架 现浇韩国 3x25m连续梁 先简支后连续 2x40m连续梁 现浇台湾高铁 30、35m简支梁 预制架设、现浇秦沈线 24、32m简支梁 预制架设、现浇,1 概述,我国高速铁路、客运专线桥梁设计以1998年左右为界，可以大致分为两个阶段。早期的高速铁路桥梁设计，基本沿袭了普通铁路控制结构的强度、变形方法，并考虑到架梁水平等因素，常用跨度桥梁多以T梁为主。随着高速铁路工作向前的推进、秦沈客运专线的兴建，与国外学术交流增多，以及韩国高速铁路桥梁暴露出来的问题等，高速铁路、客运专线桥梁设计逐步过渡到了以车桥耦合振动的动力响应分析、并结合控制强度、变形的方法来进行桥梁设计。为更好地满足桥梁动力仿真分析，桥梁结构更多地采用了箱梁，由此带动了我国铁路桥梁设计、施工、架梁等水平的提升。,2 常用跨度桥梁的设计,常用跨度一般在50m以内，墩高在30m以内时，一般以32m、24m跨度为经济。京沪高速铁路徐州至上海段414km长的桥梁中，95%的桥梁为32m、24m箱梁，其中32m梁为主要梁型，24m梁主要用于配跨。,2 常用跨度桥梁的设计,2.1 设计原则洪水频率：桥梁1/100；涵洞1/100。竖向荷载：采用ZK荷载。,有碴桥面二期恒载：直线桥梁q=185kN/m曲线桥梁q=201kN/m。,2 常用跨度桥梁的设计,2.1 设计原则,桥跨的选择 优先采用32m跨，其次是24m跨。基础持力层很好、工后沉降量较小时，选择连续箱梁，否则 采用简支箱梁。客运专线立交常用结构形式有预应力混凝土箱梁、连续结合 梁、连续刚构等。为降低路肩高程，可采用连续刚构或框架 桥。跨越客运专线立交的有效净跨应大于14m。预应力混凝土无碴轨道桥梁的主跨不宜大于80m。,2 常用跨度桥梁的设计,2.1 设计原则,墩台的选择 桥台采用双线矩形空心台；桥墩一般采用矩形（圆端形）空心墩、实体墩及双矩形柱式墩等。,桥梁基础：一般采用扩大基础和桩基Lp40m，桩径：0.55m、1.0m、1.25mLp40m，桩径：1.0m、1.25m、1.5m、1.8m等,2 常用跨度桥梁的设计,2.1 设计原则,墩台工后沉降限值,2 常用跨度桥梁的设计,2.1 设计原则,梁部主要施工方法 24m、32m简支箱梁，一般采用预制架设施工。24m、32m连续箱梁，以先简支后连续为主。32m箱梁采用900t级架桥机架设 24m、20m箱梁采用700t级架桥机架设 一定范围内的桥梁采用同一吨位的架桥机架梁,2 常用跨度桥梁的设计,2.2 梁部及墩台设计,梁跨的约定与普通铁路桥墩中心线长度相同,2 常用跨度桥梁的设计,2.2 梁部及墩台设计,桥面布置,2 常用跨度桥梁的设计,2.2 梁部及墩台设计,梁高的选择32m简支箱梁：300cm24m简支箱梁：240cm、300cm20m简支箱梁：240cm232、332m连续梁：240cm224、324m连续梁：220cm,2 常用跨度桥梁的设计,2.2 梁部及墩台设计,梁部预应力筋张拉方式后张法先张法,箱梁端部构造：箱梁端部中间设置了25cm长、150cm宽的凹槽，供检查桥墩支座。,2 常用跨度桥梁的设计,2.2 梁部及墩台设计,桥墩通用图设计,共编制了十多种墩台通用图,2 常用跨度桥梁的设计,2.2 梁部及墩台设计,桥墩通用图设计,矩形空心墩 一般为直坡，空心墩臂厚50cm，上实体段厚250cm，下实体段厚100cm。,2 常用跨度桥梁的设计,2.2 梁部及墩台设计,桥墩通用图设计,圆端形空心墩：一般为直坡，简支箱梁桥墩的顶帽尺寸为800 x300cm，连续箱梁桥墩顶帽出尺寸为830 x330cm。空心墩臂厚50cm，上实体段厚250cm，下实体段厚100cm。,2 常用跨度桥梁的设计,2.2 梁部及墩台设计,桥墩通用图设计,八边形空心墩：简支箱梁桥墩的顶帽尺寸为700 x300cm，空心墩臂厚50cm，上实体段厚250cm，下实体段厚100cm。,2 常用跨度桥梁的设计,2.2 梁部及墩台设计,桥墩通用图设计,双线圆柱式桥墩：顶帽尺寸为750 x400cm，圆柱直径400cm。,2 常用跨度桥梁的设计,2.2 梁部及墩台设计,桥墩通用图设计,柱式桥墩一：顶帽尺寸为680 x300cm，最大墩高10m。,2 常用跨度桥梁的设计,2.2 梁部及墩台设计,桥墩通用图设计,柱式桥墩二：顶帽尺寸为680 x300cm，最大墩高15m。,2 常用跨度桥梁的设计,2.2 梁部及墩台设计,桥台通用图设计,双线矩形空心桥台,2 常用跨度桥梁的设计,2.3 客运专线桥梁经济桥跨的比较,经济桥跨的比选原则,桥上不设温度调节器 桥控制在500m左右（连续梁的联数不 少于5联，简支梁不少于15孔）,桥式方案,24m简支梁：预制架设 32m简支梁：预制架设 224m连续梁：先简支后连续、现浇 324m连续梁：先简支后连续、现浇 232m连续梁：先简支后连续、现浇 332m连续梁：先简支后连续、现浇 32m：900t架桥机；24m：700t架桥机,2 常用跨度桥梁的设计,2.3 客运专线桥梁经济桥跨的比较,指标分析,桥梁1,2 常用跨度桥梁的设计,2.3 客运专线桥梁经济桥跨的比较,指标分析,桥梁2,2 常用跨度桥梁的设计,2.3 客运专线桥梁经济桥跨的比较,指标分析,桥梁3,2 常用跨度桥梁的设计,2.3 客运专线桥梁经济桥跨的比较,指标分析,桥梁13：基础及桥墩,2 常用跨度桥梁的设计,2.3 客运专线桥梁经济桥跨的比较,指标分析,桥梁13：梁部比较,2 常用跨度桥梁的设计,2.3 客运专线桥梁经济桥跨的比较,指标分析,桥梁13：桥梁综合指标,2 常用跨度桥梁的设计,2.4 箱梁运输、架设时几个问题的思考,900t级架桥机一般长60m左右，宽17m左右，高13m左右。运梁车的高度一般在3.6m左右架桥机转场过立交时，京沪高速铁路900t级运架设备研制技术条件要求“其结构轮廓的宽度一般宜小于17m，高度宜小于7.7m”。,2 常用跨度桥梁的设计,2.4 箱梁运输、架设时几个问题的思考,架桥机穿过钢桁梁,2 常用跨度桥梁的设计,2.4 箱梁运输、架设时几个问题的思考,桥隧相连地段桥梁的施工,由于隧道断面过小，箱梁两侧翼缘板1.7m需要后期浇筑。施工桥位上箱梁两侧翼缘板的底模可利用桥梁两侧的15cm泄水孔（桥梁纵向每5m左右一个泄水孔）作为一个固定点。,3 无缝线路桥梁设计,我国既有铁路在进行无缝线路改造时，长钢轨力的大小受到限制，所以桥上均采用了小阻力扣件，把长钢轨力传到路基或更多的桥跨上，以减小每个墩台的长钢轨力。京沪高速铁路在研究桥上无缝线路时，结合国外的先进理念，在国内首次提出了桥墩线刚度概念，目的在于增加桥墩台抵抗长钢轨力的能力，取消小阻力扣减，增加无缝线路的稳定性。,3 无缝线路桥梁设计,桥墩线刚度的设计墩高45m、基础为柱桩的墩身圬工数量比较表：,双线桥墩线刚度的前提：简支梁：制动力+牵引力同时达到最大控制长钢轨内力。连续梁：制动力或牵引力控制长钢轨内力（京沪高速铁路常用跨度连续梁设计研究）。,3 无缝线路桥梁设计,无缝线路桥梁的桥式方案选择 为保证无缝线路的稳定，减少维修养护的工作量，应尽量减少设置无缝线路温度调节器。设置温度调节器的条件：预应力混凝土梁温度跨超过120m；钢梁温度跨超过100m。桥式方案的选择：尽管下承式钢桁梁给两侧的简支梁施工带来了比较大的麻烦，但温度调节器的限制，促成了80m、96m钢桁梁等下承式结构可能被更多的采用，这是痛苦的选择。,4 无碴轨道桥梁设计,桥上无碴轨道技术条件 预应力混凝土梁徐变上拱值不应超过10mm；桥墩基础工后均匀沉降20mm；不均匀沉降5mm；梁部竖向加速度0.5g。,秦沈线控制徐变的措施 设计：24m、32m简支梁梁高增加20cm以减小徐变；施工：控制混凝土的水灰比、水泥用量。,4 无碴轨道桥梁设计,桥式方案选择 客运专线桥梁有利于设置无碴轨道的条件：客运专线梁部竖向刚度要求大、梁高高度比较大等。经过工点桥梁的初步计算分析，采用无碴轨道的预应力混凝土桥梁建议主跨不宜超过80m。在预应力混凝土连续梁施工时，应严格控制施加预应力和铺设无碴轨道的时间，同时须控制混凝土浇筑时的水灰比及水泥用量等。必要时，大跨度桥式方案可以选择钢结构。影响大跨度预应力混凝土梁的徐变因素复杂，国内研究不多，发展无碴轨道受到了制约，有必要开展研究工作。,5 桥梁基础沉降的控制,墩台沉降量S限值 普通铁路：S20L1/2mm，S24=98mm，S32=113mm。客运专线：有碴轨道S 30mm；无碴轨道S 20mm。普通铁路按强度设计基础的方法是可行的。在客运专线行不通，地质条件较差时，必须按桩基沉降量、桩基承载力双控进行基础设计。,5 桥梁基础沉降的控制,控制墩台沉降的方法,从计算公式分析，控制沉降的最有效方法是让桩基的持力层放在压缩模量Es值较高的地层内。经初步计算分析，如果桩基持力层位于Es小于10MPa的土层内，控制沉降将非常困难。根据土层沉降的特性，采取主动的方式，把桩基持力层放在砂层内，使基础的沉降能在较短的时间内完成，以保证铺轨后工后沉降能控制在规定范围内。,沉降量计算公式,5 桥梁基础沉降的控制,解决超预估沉降的方法,由于受地质钻孔取样、化验等条件的限制，有关计算沉降的参数难以得到准确值，同时由于沉降计算理论的粗糙，难于将沉降量计算准确，所以计算的沉降量只能作为一个预估值，设计中需充分考虑这些因素。为防止超预估的沉降发生，在工程上应积极采取恢复轨面高程的预备措施，如设调高支座、采用有碴轨道等措施。,6 特殊结构桥梁设计,大跨度桥梁的特点数量多：受平面选线的技术条件限制，客运专线经常不可避免地大斜角跨越高等级公路、铁路、航道，客运专线大跨度桥梁多。刚度大：受行车速度的影响，客运专线要求梁部有足够的纵、横向刚度。,6 特殊结构桥梁设计,大跨度桥梁的方案选择从刚度、经济等考虑：预应力混凝土连续箱梁为优选方案。从减小对立交干扰的考虑：转体施工的V型墩连续刚够、推拉法施工的下承式钢桁梁或系杆拱、吊装或推拉施工的连续结合梁等桥式方案均可很好地减小施工对既有道路、铁路的干扰。从景观考虑：根据工点情况，大跨度连续梁拱或系杆拱等是合适的选择。,7 结束语,虽然经历了京沪高速铁路近十年的设计研究，秦沈客运专线的建设，并编制了京沪高速铁路设计暂行规定，时速350km/h客运专线桥梁设计仍然有很多问题需要研究、探讨，如在工程中如何采取更为有效、且经济的措施控制徐变、基础沉降等，以保证桥上铺设无碴轨道；在保证安全、舒适地高速行车的条件下，跨度80m及以上的大跨度桥梁如何尽量轻巧美观；如何对一些常规结构的车桥耦合动力仿真进行简化分析；进一步完善养护维修方案，超长桥梁的防灾通道的设置等。客运专线桥梁设计工作虽然向前走了一大步，但要适应我国即将掀起的客运专线建设高潮，桥梁设计工作尚需更多的努力。,报告结束，谢谢！,2004年11月,
