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1、The Lofting Calculating Methods and Applications of Curve BridgeConstruction in Railway铁路曲线桥梁施工放样计算方法与应用完成日期: 年 月 日 第1章 绪论1.1 引言铁路桥梁荷载大冲击力大，行车密度大，要求能抵抗自然灾害的标准高，特别是结构要求有一定的竖向横向刚度和动力性能。100多年来，中国铁路的建桥技术取得了举世瞩目的进步，研究制造出高强度耐久的新材料，设计出先进合理的桥式结构，拥有科学先进的制造和施工工艺设备。桥长可达11700米，墩高可达183米，最大跨度可达300多米；另外，多跨连续梁桥、斜腿刚
2、构桥、柔性拱刚性桁梁桥、栓焊梁桥、平弯桥、双薄壁墩桥、高墩V形支撑桥、斜拉桥、钢拱桥等等科技含量很高的铁路桥，都出现在我国的上。中国桥梁的设计和施工已经达到了世界先进水平。路曲线梁桥是具有复杂力学性能的空间结构体系，为保证曲线梁桥的安全，一般都采用了合理的支点预偏心。合理的支点预偏心方法可以减小曲线梁桥结构的内力、变形以及支座反力，高墩和小半径皆为曲线梁桥的不利因素，对高墩小半径曲线梁桥设支点预偏心至关重要。但在设置预偏心的同时也给桥梁的空间定位工作提出了新的特有的要求。曲线一直是轨道结构比较薄弱的环节,曲线桥梁的轨道维修、钢轨磨耗和列车脱轨等问题十分严重,开展曲线桥梁的车桥耦合动力问题研究对
3、确保行车安全和舒适,以及合理的设计桥梁的曲线参数等都至关重要,具有较高的学术价值和工程实践意义。1.2铁路桥梁的发展历史及特点铁路桥梁采用最多的是梁式桥。它是一种使用最广泛的桥梁型式，可细分为简支梁桥、连续梁桥和悬臂梁桥。所谓简支梁是指梁的两端分别为铰支（固定）端与活动端的单跨梁式桥。连续梁桥是指桥跨结构连续跨越两个以上桥孔的梁式桥。在桥墩上连续，在桥孔内中断，线路在桥孔内过渡到另一根梁上的称为悬臂梁，采用这种梁的桥称为悬臂梁桥。梁式桥的梁身可以做成实腹的，也可做为空腹的，空腹的称为桁梁。桁梁也叫桁架。桁架的类型五花八门，有三角形、双斜杆形、菱格形、米字形、多腹杆密格形、K形、W形、空腹形等。
4、中国最早的铁路桥梁要追溯到19世纪的70年代修筑的吴淞铁路，因当地河网密布，短短十几公里的铁路修建了中小桥梁十余座，其中最大的是长50米左右的吴淞蕰藻浜桥。吴淞铁路一年后即被拆除，那些桥梁也就不在称为铁路桥。1887年，中国人自己修筑的第一条铁路唐胥铁路向西延伸时，在茶淀与汉沽间的蓟运河上修建了长173.72米、具有近代建筑水平的铁路钢桥蓟运河桥。此桥经过多次改造，直到今天仍在使用，它可以算为中国铁路历史最悠久的钢桥。从1881年唐胥铁路建成到今天，中国共修建了4万余座各种铁路大小桥梁，其中19841995年的10年里就修建了6259座。20世纪30年代，人们已对曲线梁桥的有关问题进行了理论分
5、析和研究1。这一阶段的研究集中在试验研究和理论分析方面，侧重研究曲线梁桥的荷载横向分配、曲线梁桥支反力分布以及曲线梁桥结构分析实用方法方面。20世纪7080年代，国内外修建了大量的曲线梁桥。积累了一定曲线梁桥的设计和施工经验，且这个阶段修建的曲线梁桥大部分是钢筋混凝土结构。这些桥梁的特点简述如下：1） 大多数采用箱形截面；2） 结构体系较多采用连续曲线梁体系；3） 跨径一般在5060米左右；4） 曲率半径最小为3040米；5） 曲线梁桥结构建筑高度一般较小；6） 桥宽一般为24个车道；7） 曲线梁桥的施工方法多为现场满堂支架施工，另外有一部分采用顶推和悬臂施工方法。1.3曲线梁桥的发展原因1.
6、3.1 国家经济的发展和社会进步是推动交通建设事业快速发展的原动力；1.3.2 高等级公路的发展和城市交通立体化建设对曲线梁桥的发展提供了机遇与需求；1.3.3 预应力技术的出现为修建大量预应力混凝土曲线梁桥提供了基础；1.3.4 结构分析能力的整体提高为曲线梁桥结构大量应用提供了技术支持；1.3.5 曲线梁桥结构造型优美，给人以线条优美、流畅的感觉，特别适合城市立交和山区傍山公路桥梁；1.3.6 1979年，美国马里兰大学的C.P.Heins教授来华讲学，介绍了曲线梁桥的设计理论,引起了国内桥梁工程界的重视，为曲线梁桥在国内发展奠定了一定的基础。1.3 本文的主要工作和意义桥涵结构物特征点坐
7、标计算是路桥施工测量计算的主要内容，但最重要的是处理线路中线与桥涵结构物间的工程关系，这就需要采用计算机软件加以实现。虽然已有不少文献研究了桥涵结构物特征点坐标计算的原理和方法，但还存在缺乏系统性，实现方法不能真实反映现场工程实际的情况。本文系统的介绍了有关铁路曲线桥梁的基本知识以及桥涵结构物的坐标计算的原理和方法和实现桥涵结构物放样的具体方法。然后，以路桥计算专家RBCCE为工具，对具体工程实例中桥涵结构物特征点坐标进行计算并对桥梁墩台进行计算机模拟放样，实现了通过作图就完成桥涵结构物特征点坐标计算过程。本毕业设计是对使用RBCCE实现铁路桥涵结构物施工计算以及放样的一次分析与总结，既对软件
8、的实现原理有了系统的了解，又能熟练运用这些原理对实际工程图纸进行分析，并进行线路中线模型以及桥涵结构物模型的创建，从原来的看不懂工程图纸到可以应用RBCCE软件熟练的解决实际工程问题。另外，通过本次设计，系统地提高了利用专业原理求解现场工程问题的实际能力，培养了我实事求是、谦虚谨慎的科学态度和刻苦钻研、勇于创新的科学精神。这些都为步入工作岗位后较快地适应工作、缩短理论到实践的过渡打下了坚实的基础。第2章 曲线桥梁的布设2.1曲线上桥梁设计孔跨布置曲线上的桥梁平面布置一般有扇形布置、折线布置、平分中矢三种。公路一般采用折线布置，每个墩的中心点都在线路的设计中心线上；而铁路是按中矢平分法（在跨中处
9、梁的中线平分矢距f，即梁的中线与线路中线的偏距f1=f/2；在桥墩中线处梁的中线与线路中线的偏距E=f/2。这种布置的特点是内外侧两片梁的偏距相同（f1=E=f/2）。）布设，每个墩的中心点并不在设计中心线上，主要应该注意以下几项：2.1.1铁路单线桥梁的曲线半径R2000m时，曲线桥墩可不设横向预偏心，但设外矢距，即：线路中心坐标沿法线方向向曲线外侧偏移偏距E值后为桥墩中心。2.1.2铁路单线桥梁的曲线半径R2000m时，曲线桥墩设横向预偏心和外矢距，即：线路中心坐标沿法线方向向曲线外侧偏移偏距E值和预偏心值后为桥墩中心。2.1.3铁路单线曲线桥台不设横向预偏心，桥台有直线布置和折线布置两种
10、方案,应根据桥台尾处桥台中线与线路中线的偏距值大小而选定方案。2.1.4铁路双线曲线桥墩不设横向预偏心，但设外矢距。2.1.5纵向预偏心：铁路桥梁桥跨为不等跨时，应根据设计图确认是否设有纵向预偏心，即梁缝中心线与桥墩中心线不重合，一般桥墩中心线向大跨方向偏移。以上所述五项横向、纵向预偏心设置仅限于普通铁路曲线桥梁施工的一般情况，具体应以施工图纸或通用图纸为准，因此在测量坐标计算时要仔细地研究设计图纸（设计图纸及通用图纸），做好计算坐标前的各项准备工作，防止计算中出现差错，保证铁路工程施工的质量符合设计要求。2.2梁和桥台在曲线上的布置形式桥梁位于曲线上，线路中线为具有一定半径的圆曲线或缓和曲线
11、，而预制梁的中线为直线，这就要求梁中线必须随着线路中线的弯曲形成与线路曲线基本相符的连续折线。这条连续折线称为曲线桥梁的工作线，其顶点为相邻两梁中线的交点，相邻两交点之间的水平距离，称为交点距，亦称墩中心距或跨距，以L表示。在曲线桥上，桥梁工作线为折线，线路中线为曲线，两者并不重合，列车通过时，桥梁必然承受偏心荷载。为了使桥梁承受较小的偏心荷载，桥梁设计中，每孔梁中心线的两个端点并不位于线路中心线上，而必须将梁的中线向曲线外侧移动一段距离。根据跨长及曲线半径，梁中线向曲线外侧所移动的距离，可以等于以梁长为弦线的中矢值，此布置方式称为切线布置。也可以等于该中矢值的一半，称为平分中矢布置。两种布置
12、形式比较，平分中矢布置较为有利，铁路曲线桥基本上都采用这种布置形式。2-1梁和桥台在曲线上的布置形式桥梁位于曲线上，线路中线为具有一定半径的圆曲线或缓和曲线，而预制梁的中线为直线，这就要求梁中线必须随着线路中线的弯曲形成与线路曲线基本相符的连续折线，如图2-1-1所示。这条连续折线称为曲线桥梁的工作线，其顶点为相邻两梁中线的交点，相邻两交点之间的水平距离，称为交点距，亦称墩中心距或跨距，以L表示。图2-1-1在曲线桥上，桥梁工作线为折线，线路中线为曲线，两者并不重合，列车通过时，桥梁必然承受偏心荷载。为了使桥梁承受较小的偏心荷载，桥梁设计中，每孔梁中心线的两个端点并不位于线路中心线上，而必须将
13、梁的中线向曲线外侧移动一段距离。根据跨长及曲线半径，梁中线向曲线外侧所移动的距离，可以等于以梁长为弦线的中矢值，此布置方式称为切线布置，如图2-1-2（a）所示；也可以等于该中矢值的一半，称为平分中矢布置，如图2-1-2（b）所示。两种布置形式比较，平分中矢布置较为有利，铁路曲线桥基本上都采用这种布置形式。图图2-1-2桥台在曲线上的布置形式与梁稍有不同，如果将桥台的中心线和与其相邻的梁跨中线布置在同一条直线上，则台尾中心必然偏离到线路中线的外侧，如图2-2-1所示。设其偏距为d，如果d10cm时，则桥台就采用这种布置形式；否则，应旋转桥台，使台前的偏距与相邻梁跨的偏距相同，台尾的偏距为0，如
14、图2-2-2所示。前者布置形式称为直线布置，后者称为折线布置。当采用折线形式布置桥台时，台尾偏角可能会出现负值，如图2-2-3（a）所示，如果出现这种情况，则台前和台尾采用相同的偏距，如图2-2-3（b）所示。2-2偏距E的计算在曲线桥上，梁的中线由弦线位置，向曲线外侧移动的一段距离称为偏距，并以E表示。由于曲线半径很大，相邻两跨梁中线的偏转角很小，故可以认为偏距E就是桥梁工作线各转折点相对线路中线外移的距离。图2-2-1图2-2-2图2-2-3在圆曲线上，切线布置的梁，其偏距为：（ 1-1）若为平分中矢布置，其偏距为：（1-2）在缓和曲线上，切线布置的梁，其偏距为：（1-3）若为平分中矢布置
15、，则偏距为：（1-4）式中，L为交点距、R为圆曲线半径、li为ZH（或HZ）至计算点的距离、l0为缓和曲线长。曲线桥梁设计中，桥墩的中心选在桥梁工作线的转折点上，其纵轴线位于工作线转折角的角平分线上，横轴线与纵轴线垂直。由偏距的计算公式可以看出，当相邻两孔梁的跨距不等，或虽然跨距相等，但位于缓和曲线上时，所求得的偏距E值不等，导致相邻两孔梁中线的交点不在两孔梁的正中间，这就造成两孔梁在墩上不能对称放置。为了避免这种情况的发生，规定了当相邻梁跨都小于16m时，按较小跨度梁的要求计算偏距E值，而大于20m时，按较大跨度梁的要求计算偏距E值。2.2.1梁的布置设在曲线上的梁式桥目前梁体仍然是直的。为了适应桥上线路的需要，各孔梁中线的连接线是折线。考虑到列车在曲线桥上行驶时每孔梁的外侧受力较大等因素，应合理布置梁中线。2.2.2 桥台在曲线上的布置形式桥台在曲线上的布置形式有直线布置和折线布置两种形式。(1)直线布置当台尾线路偏离桥台纵向中线的距离d0.1m时，桥台采用直线布置，即将桥台中线与相邻的一孔梁的中线布置在一条直线上，如图2-3所示。图2-3桥台直线布
