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1、铁路客运专线桥梁工程技术中国 铁道科学研究院 铁建所 桥梁室1 前言1.1 桥 梁是客运 专线 土建工程中重要 组成部分，比例大、高架桥 及长桥多1.2 客运专线桥梁的主要功能是 为高速列车提供稳定、平顺 的桥上线路。 桥上线路与路基上、隧道中的线 路不同，由于桥梁结构在列 车活载 通过时产 生变形和振 动，并在风力、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
2、桥 上线路。1.3 客运专线桥梁可分为高架桥、谷架桥 和跨越河流的一般 桥梁。混凝土 和预应力混凝土 结构具有 刚度大、噪音小、温度变 化引起结构变形对 线路影响少、养护工作量小、造价低等优势 ，在客运专线桥 梁设计中 广泛采用。1.4 全面采用无 砟轨道是高速 铁路发展趋势，桥上无砟轨 道对桥梁的 变形 控制提出更 为严格的要求。无砟轨 道的 优点：弹性均匀、轨 道稳定、乘坐舒适度进 一步改善； 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
3、轨道（长枕埋入式、双块式）1.5 客运专线与普通铁路是两个 时代的产物，客运专线设计、施工采用新 理念，其建设促进了我国铁路桥梁工程技 术的发展。2 客运专线桥 梁特点2.1 结 构动 力效应 大桥梁在列车通过时的受力要比列 车静置时大，其比值1+Q称为 动力系数（冲击系数）。产生动力效应的主要因素：移动荷载列的速 度效应、轨 道不平 顺造成车辆晃动。客运专线速度效应大于普通铁路，桥梁的动力效应相应较大。跨度40m以下的客运 专线简支梁桥当nv 1.5v/L时，会出现大的动 力效应，甚至发生共振。为此，应当选择合理的结构自振频率n,避 免与列 车通过时的激振频率接近。列车高速通过时，桥梁竖向加
4、速度达到0.7g f 250km/h)3.3 车桥动力响应客运专线桥梁结构除进行静力分析 满足有关规定外，尚应按实际运 营客车通过桥梁的情况 进行车桥耦合动力响应分析。分析得出的各 项参数指 标应满 足有关 规定要求。车桥耦合动力响应分析是利用有限元方法建立 车辆及线-桥结构动 力模型、运动方程。在满 足轮轨间 几何相容和作用力平衡的条件下， 求解行车过程中车、线、桥 相应的动力参数指 标，并判断其是否符 合行 车安全和乘坐舒适。动力响 应分析方法采用移动荷载列以不同速度通 过桥梁，计算桥梁结构的动力特 性；采用 车、桥 平面模型 计算 车桥动 力特性；采用 车、桥 空间模型 计算车桥动力特性
5、。3.4 梁轨纵向力传递桥上无缝线路钢轨受力与路基上不同，由于 桥梁自身的 变形和位移 会使桥上钢轨承受额外的附加 应力。为 了保证桥上行车安全，设计 应考虑梁轨共同作用引起的 钢轨 附加力，并采取措施将其限制在安 全范围内。钢轨 附加应力的分 类：制动力 列车制动使桥墩纵向位移 产生的钢轨附加力伸缩力 梁体随气温 变化纵向伸 缩产生的钢轨附加力挠曲力 梁体受荷 挠曲变形产生的 钢轨 附加力根据 轨道的位移 阻力关系建立的 轨 道 桥梁共同受力的力学 计 算模型可以分析墩台 纵向刚度、跨度、跨数、列车 位置与 钢轨附加 力的关系。为了保证桥上无缝线路（有砟）稳定和安全，要求： 桥上无缝线路钢轨
6、附加压应 力不大于 61MPa； 桥上无缝线路钢轨附加拉 应力不大于 81MPa； 制 动时 ，梁轨相对快速位移不大于 4mm。客运专线桥梁刚度大、钢轨挠 曲力不大，且最大 值与制动力、伸缩 力不在同一位置， 挠曲力不控制。最大制 动力出现在停车前瞬间，桥梁墩台 应有足够的纵向刚度以限 制制动时钢轨 出现较大的应力。3.5 耐久性措施改善 结构耐久性是通 过实践中吸取大量 经验 教训得来的，世界各国 总结的经验是：结构物使用寿命 75100年只有在 设计、施工以及使用中检查、 养 护十分精心的条件下才能 实现。造成 结构病害的主要原因是 结构构造上的缺陷，以往的 设计过 分重视计算，忽视了构造
7、 细节的处理。桥梁的养护重点是及 时检查。病害早发现、早整治，不仅费 用少， 而且能保 证耐久性。桥梁的经济性应体现为一次建造 费用和使用中养 护维 修费用之 和最低。改善耐久性的原 则 采用上承式 结构和整体 桥面；高质量的 桥面防排水体系和梁端接 缝防水，不让桥面污水流经 梁体；结构构造 简洁 ，常用跨度桥 梁标准化、规 格品种少； 结构便于 检查 ，可方便地到任何部位察看； 足够的保护层厚度，普通钢筋最小保护层厚度 3cm预应力管 道最小保护层海道直径；截面尺寸 拟定首先 应保证混凝土的灌筑 质量，应力不宜用足 采用高品 质混凝土。我国客运 专线桥梁设计暂规 以及设计图纸 中比较充分地考
8、虑了耐 久性措施：采用整体、密闭 的 桥面； 提高了保 护层厚度； 预留检查通道；简化常用跨度 标准梁的品种； 采用高性能混凝土； 优 化构造 细节。3.6 桥 面布置桥面布置 优 劣直接影响 结构耐久性和 桥梁使用方便。 除线路结构外，桥面主要 设施有：防、排水系统 （防水层、保护层、泄水管、伸缩缝 ）； 电缆槽及盖板（检查通道） ； 遮板、栏 杆或声屏障 ； 挡砟墙 或防护墙 ；接触网支柱 ； 长桥桥 面每隔 23km 设 置应急出口。特点：用挡砟墙 （防撞墙）替代护轨，便于线路维修养 护；有砟轨道桥梁，挡砟墙内侧至线路中心线距离2.2m，便于大型 养路机械养修 线路；直曲线梁的桥面等宽，
9、接触网支柱设在桥面，线路中心至立柱 内 侧净距不小于 3.0m；桥面总宽按检查通道是否行走 桥梁检查车而定。时 速350km客 运专线桥梁（并乍）顶宽分别为13.4m和12.0m；采用优质 防水 层和伸缩缝，确保桥面污水不直接在梁体上流淌。3.7 支座与墩台支座客运 专线桥 梁对支座的要求应明确区分固定和活 动支座，保证桥上无缝线路的安全； 支座 应纵、横向均能转动 ，并能使结构在支点 处可横向自由伸 缩；支座应便于更 换。盆式橡胶支座能符合上述要求，被广泛 应用于各国高速 铁路桥梁 每孔简支箱梁的四个支座采用四种型号有乍桥梁的坡道梁支座 应垂直设置（无乍桥梁另作考 虑） 采用架 桥机架设箱形
10、梁，要保证四支点在同一平面上墩台墩台基础的纵向刚度应满足纵向力安全 传递的要求，横向刚度应保 证上部结构水平折角在 规定的限 值以内。为保证桥 墩具有足 够的刚度，结构合理、经济 ，墩高 20m 以下宜采 用实 体墩，大于 20m 宜采用空心墩，禁止使用 轻型墩； 为便于养护维修、同时 注重外 观简洁，取消了墩帽、并在墩顶设 有0.51m深的凹槽；同时墩顶预留千斤顶顶梁位置；预制架设简支梁，墩顶支座纵向间距由普通铁路桥梁70cm放大至 120cm； 桥位制梁时，应考虑相邻孔梁端 张拉空间，墩顶支座宜采用 170cm；梁底进人孔设置在墩 顶位置。3.8 无 砟轨 道桥梁设计 桥上无砟轨道建成后可
11、 调整余量很小，扣件垫板在高程上 调整量约 为2cm,为了保证客运专线线路的平顺和稳定，必须限值桥梁的各 种变形。影响桥上无砟轨道平顺性的主要因素：墩台基 础 工后沉降；预应 力混凝土梁在运 营期间的残余徐 变上拱； 梁端 竖向转角；桥面高程施工 误差； 梁端接缝两侧钢轨 支点的相 对位移； 日照引起的梁体 挠曲和旁弯； 相邻不等高 桥墩台顶的横向位移差。墩台基础工后沉降 应满足以下要求（必要时可采用调高支座）： 均匀沉降 20mm相邻墩台不均匀沉降 5mm梁端竖向转角会引起 钢轨的局部隆起，造成梁端接 缝两侧钢轨支点 承受附加拉力和 压力。应 限制转角使附加拉力小于扣件的扣 压力、 附加压力
12、不超过垫板允许的疲劳压应力；轨道板上抬的 稳定安全系 数小于 1.3。当梁端悬 出 长度 过大 时，宜采用平衡板构造措施。无砟轨道铺设后，预应力混凝土梁残余徐 变上拱应不大于1cm，大 跨度桥梁应不大于2cm。控制徐变上拱的措施有：增大梁高；优化预应力筋布置； 采用部分 预应力结构；延长预施应力至铺设无砟轨道的时间间隔，一般不少于60天。 桥面高程施工 误差应控制在+0/-30mm。以保证有足够的无砟轨道 建筑高度。施工应根据梁高偏差、架梁时 支座与垫石间灌浆层厚度 确定支承垫石顶面的高程。梁端接缝两侧钢轨支点在活载及横向力作用下的 竖向和横向相对 位移不大于1mm。应考虑支座弹性压缩变形、梁端转角、坡道梁伸 缩、支座横向间隙等影响。日照引起梁体 挠曲或
