客运专线简支箱梁综述邓运清课件.pptx

1、中铁工程设计咨询集团中铁工程设计咨询集团有限公司有限公司1.概述2.主要结构类型及适用范围3.主要设计参数及指标4.主要设计特点5.主要结构形式6.结构构造7.施工架设8.结语中铁工程设计咨询集团中铁工程设计咨询集团有限公司有限公司1.简支箱梁在高速铁路桥梁中应用广泛2.整孔简支箱梁的特点 受力简单、明确、形式简洁、外形美观、抗扭刚度大；建成后的桥梁养护工作量小、噪音小。3.我国客运专线简支箱梁主要分三类 秦沈客运专线简支箱梁；时速250公里客运专线通用图；时速350公里客运专线常用跨度梁。中铁工程设计咨询集团中铁工程设计咨询集团有限公司有限公司按轨道形式：有碴轨道和无碴轨道按施工方法：整孔预

2、制和原位现浇 按预应力体系：先张和后张按结构形式：双线、单线、单线并置和组合箱梁 以及先简支后连续预应力混凝土连续梁 中铁工程设计咨询集团中铁工程设计咨询集团有限公司有限公司 秦沈客运专线 简支箱梁 时速 250 公里客运 专线简支箱梁 时速 350 公里客运专线简支箱梁 设计速度（km/h）200（基础设施 250）250（近期兼顾200km/h 客货共线）350 双线线间距（m）4.6 4.6 5.0 设计荷载 ZK 活载 ZK 活载、中-活载 ZK 活载 最小曲线半径（m）2800 2000 5500 先张 20m、24m、24m（高）32m 双线整孔 20m、24m、24m（高）32m

3、 双线整孔 有碴轨道 后张 20m、24m、32m 双线、单线并置整孔预制及原位现浇 20m、24m、24m（高）32m 单线、双线整孔；24m、32m 双线组合箱梁 20m、24m、24m（高）32m、40m 双线整孔 先张 20m、24m、24m（高）32m 双线整孔 结构类型 无碴轨道 后张 24m 双线整孔；24m、32m 单线并置 20m、24m、24m（高）32m、40m 双线整孔 中铁工程设计咨询集团中铁工程设计咨询集团有限公司有限公司顺号 项目 检算条件 控制条件 01 预制结构 K2.0 强度安全系数 现浇结构 K2.2 02 设计安全 系数 抗裂安全系数 Kf1.2 03

4、预加应力时锚下钢束控制应力 con0.75fpk 04 传力锚固时钢束控制应力 p0.65fpk 05 运营荷载下钢束应力 p0.60fpk 06 疲劳荷载作用下钢束应力幅 p140 07 钢筋应力 Mpa 疲劳荷载作用下带肋钢筋应力幅 s150 08 传力锚固时混凝土压应力 c0.75fc 09 传力锚固时混凝土拉应力 ct0.70fct 10 运营荷载下混凝土压应力 c0.50fc 11 运营荷载下混凝土拉应力 ct0 12 运营荷载下混凝土最大剪应力 c1.063ctf 13 抗裂荷载下混凝土主拉应力 tpfct 14 混凝土 应力 Mpa 抗裂荷载下混凝土主压应力 cp0.60fc 中

5、铁工程设计咨询集团中铁工程设计咨询集团有限公司有限公司 秦沈客运专线简支箱梁 时速 250 公里客运专线简支箱梁 时速 350 公里客运专线简支箱梁 L24m L/1500 L/1800 L/1800 静活载挠度 24mL40m L/1500 L/1500 L/1500 水平挠度 1/4000 1/4000 1/4000 以一段 3m 长的线路为基准，ZK 活载作用下，一线两根钢轨的竖向相对变形量限值 1.5mm 1.5mm 实际运营列车作用下，一线两根钢轨的竖向相对变形量限值 1.2mm 1.2mm 有碴 20 20 20 徐变拱度（mm）无碴 10 10 10 L20m n0=80/L L

6、20m n0=80/L 自振频率限值 20mL96m n0=23.58L-0.592 20mL96m n0=23.58L-0.592 L40m n0=120/L 中铁工程设计咨询集团中铁工程设计咨询集团有限公司有限公司 4.1 动力性能分析 4.2 线形控制 4.3 耐久性设计 中铁工程设计咨询集团中铁工程设计咨询集团有限公司有限公司 由于桥梁结构在机车、车辆活载下的动力响应分析与车辆性能、轨道平顺性、结构刚度等因素有关，而我国尚缺乏高速铁路实测机车车辆性能及轨道不平顺参数，同时高速铁路采用的机车车辆类型还未最后确定，因此动力仿真计算根据不同设计条件进行。中铁工程设计咨询集团中铁工程设计咨询集

7、团有限公司有限公司名称 编组 计算车速(km/h)轨道不平顺 德国 ICE3 动力分散独立式高速列车 16 辆编组(3 动+1 拖)4 国产动力分散独立式高速列车 16 辆编组(3 动+1 拖)4 250,275,290,300 德国低干扰谱生成的轨道不平顺样本，点距 0.25m，截止波长 80m 先锋号列车 16 辆编组(2动+1拖)5+1拖 中华之星列车 16 辆编组 1 动+14 拖+1 动 240,250,260,270 秦沈客运专线实测轨道不平顺 韶山 8 机车双层客车 1 动12 拖1 动 160,180,200 200km/h 动力集中式电动车组 1 动12 拖1 动 160,1

8、80,200,220,东风 4 内燃机车C62 货车 1 动20 拖 50,60,70,80,90 美国五级谱 美国六级谱 中铁工程设计咨询集团中铁工程设计咨询集团有限公司有限公司名称 编组 计算车速(km/h)轨道不平顺 德国ICE3动力分散独立式高速列车 16 辆编组(3 动+1 拖)4 250,275,300,325,350,375.400,420 法国TGV动力分散铰接高速列车 20 辆编组 250,275,300,325,350,375.400,420 日本500系动力分散独立高速列车 16 辆编组(3 动+1 拖)4 250,275,300,325,350,375.400,420

9、国产动力分散独立式高速列车 16 辆编组(3 动+1 拖)4 250,275,300,325,350,375.400,420 先锋号列车 16 辆编组(2动+1拖)5+1拖 160,180,200,220,240,270 中华之星列车 16 辆编组 1 动+14 拖+1 动 160,180,200,220,240,270 德国低干扰谱生成的轨道不平顺样本，点距0.25m，截止波长 80m 中铁工程设计咨询集团中铁工程设计咨询集团有限公司有限公司脱轨系数：Q/P0.8轮重减载率：P/P00.6舒适度指标：W2.5 为优 2.50W2.75为良 2.75 W3.0为合格车体振动水平加速度 aL0.

10、10g车体振动垂直加速度 aV0.13g桥梁响应评判标准：对于有碴轨道，桥梁的最大垂向加速度amax0.35g，中铁工程设计咨询集团中铁工程设计咨询集团有限公司有限公司 高速列车要求下部结构具有较高的平顺性，为保证线路的平顺性，设计时力求降低梁体的徐变拱度。由动力仿真计算确定梁的基本刚度后，应尽量减小徐变拱度的终极值。而梁体徐变拱度的变化，是与梁体自重挠度、预加应力产生的拱度、二期恒载产生的挠度以及预加应力与二期恒载上桥时间密切相关的。影响预应力混凝土梁徐变上拱的因素较多，有设计、施工、环境等等。中铁工程设计咨询集团中铁工程设计咨询集团有限公司有限公司设计方面因素设计方面因素.降低桥梁在使用阶

11、段的应力水平；.预应力筋的布置形式；.控制桥梁的恒、活载设计弯矩比。施工方面因素施工方面因素.材料的选择；.混凝土的配合比；.骨料的力学性能的影响；.预施应力时梁体的状态，预施应力的工艺；.养护工艺；.存梁状态。中铁工程设计咨询集团中铁工程设计咨询集团有限公司有限公司为提高结构耐久性，主要采取以下措施：（1）采用高性能混凝土，严格控制混凝土配合比及外加剂的掺量与品质，控制混凝土在入模、拆模、蒸气养护、自然养护时的温度指标及养护时间；（2）进行碱活性试验，防止碱骨料反应发生；（3）严格控制预应力梁的后期徐变变形，保证各类梁在各种不利因素影响后有足够的抗裂安全储备；（4）加大普通钢筋保护层厚度；（

12、5）提高对管道灌浆材料性能要求，加强对预应力筋及锚头的保护措施；（6）加强结构预埋件的防腐处理；（7）加强桥面防排水措施，梁端设置防排水伸缩装置。并选择方便施工、耐久性能优良的防水材料。中铁工程设计咨询集团中铁工程设计咨询集团有限公司有限公司 5.1 国外客运专线简支箱梁国外客运专线简支箱梁 5.2 秦沈客运专线简支箱梁秦沈客运专线简支箱梁 5.3 时速时速250公里客运专线简支箱梁公里客运专线简支箱梁 5.4 时速时速350公里客运专线简支箱梁公里客运专线简支箱梁中铁工程设计咨询集团中铁工程设计咨询集团有限公司有限公司 国外高速铁路整孔简支箱梁的应用较为广泛，欧洲等国设计荷载为UIC荷载，高

13、跨比为1/91/11之间，其截面型式多为双线单箱单室的整孔箱梁；日本国修建高速铁路较早，设计活载采用N、P荷载接近实际运行列车荷载，梁高相差较大，高跨比为1/151/11之间，截面型式箱梁和多片T梁，且大量采用小跨度连续刚架桥。中铁工程设计咨询集团中铁工程设计咨询集团有限公司有限公司国 名 跨度（m）梁高（m）高跨比 预应力 方式 截面型式 结构型式 意大利 23 2.5 1/9.2 先张法 单箱单室 简支梁 德 国 42 23 4 2.3 1/10.4 1/10 后张法 单箱单室 简支梁 法 国 40 3.5 1/11.4 后张法 单箱单室 连续梁 韩国 25 40 2.4 3.5 1/10

14、 1/11.4 先后混张 后张法 单箱单室 单箱单室 连续梁 连续梁 中铁工程设计咨询集团中铁工程设计咨询集团有限公司有限公司中铁工程设计咨询集团中铁工程设计咨询集团有限公司有限公司中铁工程设计咨询集团中铁工程设计咨询集团有限公司有限公司中铁工程设计咨询集团中铁工程设计咨询集团有限公司有限公司中铁工程设计咨询集团中铁工程设计咨询集团有限公司有限公司中铁工程设计咨询集团中铁工程设计咨询集团有限公司有限公司中铁工程设计咨询集团中铁工程设计咨询集团有限公司有限公司中铁工程设计咨询集团中铁工程设计咨询集团有限公司有限公司中铁工程设计咨询集团中铁工程设计咨询集团有限公司有限公司中铁工程设计咨询集团中铁工

15、程设计咨询集团有限公司有限公司5.2.1秦沈客运专线双线简支箱梁中铁工程设计咨询集团中铁工程设计咨询集团有限公司有限公司全长 跨度 梁高 H（m）全高（m）顶宽 底宽 B 箱顶宽 混凝土体积 理论梁重 防水层保护层重 最大理论吊重（含防水层保护层）梁型 M m M M m m m m3 T t t 20 20.6 20 1.8 1.887 12.4 6.16 6.40 168.4 421 16.5 437 24 24.6 24 2.0 2.087 12.4 6.12 6.40 204.3 511 19.7 530 有碴 32 32.6 32 2.6 2.687 12.4 6.00 6.40 2

16、88.8 722 35.66 748 无碴 24 24.6 24 2.2 2.287 12.4 6.08 6.40 201.4 504 16.8 504 中铁工程设计咨询集团中铁工程设计咨询集团有限公司有限公司中铁工程设计咨询集团中铁工程设计咨询集团有限公司有限公司全长 跨度 梁高 H 全高 顶宽 底宽 B 箱顶宽 混凝土体积 理论梁重 防水层保护层重 最大理论吊重（含防水层保护层）梁型 M m m m M m m m3 T t T 20 20.6 20 1.8 1.887 6.15 3.0 3.0 82.4 206 8.2 214 24 24.6 24 2.0 2.087 6.15 3.0

17、3.0 100.7 252 9.8 261 有碴 32 32.6 32 2.7 2.687 6.15 3.0 3.0 147.4 368 13.0 381 24 24.6 24 2.2 2.287 6.15 3.0 3.0 97.6 244 8.4 244 无碴 32 32.6 32 2.8 2.787 6.15 3.0 3.0 142.0 355 11.1 355 中铁工程设计咨询集团中铁工程设计咨询集团有限公司有限公司5.3.1双线简支箱梁双线简支箱梁 在设计中考虑后张法预应力混凝土梁与先张法预应力混凝土梁的互换，从模板简統化角度出发，同一跨度形式的先张梁和后张梁采用同一截面，梁端采用底板

18、向下加厚的方式，即保证隔墙足够的抗扭性能，又最大限度地提供内模工作空间，同时结构外形保持一致，为采用带模张拉工艺创造了条件。先张法预应力混凝土简支箱梁，吸收和借鉴了“先张法预应力混凝土梁设计及制造工艺研究”的科研成果，采用折线配筋，提高结构抗剪性能。中铁工程设计咨询集团中铁工程设计咨询集团有限公司有限公司中铁工程设计咨询集团中铁工程设计咨询集团有限公司有限公司全长 跨度 跨中梁高 H 支点梁高 顶宽 底宽 B 箱顶宽 混凝土体积 理论梁重 防水层保护层重 最大理论吊重（含防水层保护层）梁型 M M M M M m m m3 t t t 20m 20.6 19.5 2.2 2.4 13.0 5.

19、92 6.40 195.1 507 25.6 533 24m 24.6 23.5 2.2 2.4 13.0 5.92 6.40 228.1 593 30.6 624 24m高 24.6 23.5 2.8 3.0 13.0 5.74 6.40 245.0 637 30.6 668 32m 32.6 31.5 2.8 3.0 13.0 5.74 6.40 315.2 819 40.5 860 中铁工程设计咨询集团中铁工程设计咨询集团有限公司有限公司 双线组合箱梁由两片单线并置箱梁通过桥位连接桥面板及端隔墙形成整体。此种结构形式主要为满足桥隧相连地段的运输架设需要。该结构与秦沈线单线并置箱梁的运架梁

20、方式类似，不同之处是架设完成后桥面板和端隔墙需在桥位进行连接，形成整体桥面，不仅保证了桥面的整体性，提高结构的耐久性同时考虑了适应线间距4.6m5.0m的情况。中铁工程设计咨询集团中铁工程设计咨询集团有限公司有限公司中铁工程设计咨询集团中铁工程设计咨询集团有限公司有限公司中铁工程设计咨询集团中铁工程设计咨询集团有限公司有限公司全长 跨度 梁高 H 支点梁高 顶宽 底宽 B 箱顶宽 混凝土体积 理论梁重 防水层保护层重 最大理论吊重（含防水层保护层）梁型 M M M M m m m m3 t T t 24m 24.6 23.5 2.2 2.4 6.35 3.0 3.0 116.7 303 14.

21、8 318 32m 32.6 31.5 2.8 3.0 6.35 3.0 3.0 165.1 429 19.6 449 中铁工程设计咨询集团中铁工程设计咨询集团有限公司有限公司 单线简支箱梁主要用于联络线或线间距大于8.5m的单线铁路需要。在单线箱梁处于单线桥隧地段，必须在隧道口进行架设时，可根据架桥设备情况，采用现浇桥面板的方式。中铁工程设计咨询集团中铁工程设计咨询集团有限公司有限公司全长 跨度 梁高 H 支点梁高 顶宽 底宽 B 箱顶宽 混凝土体积 理论梁重 防水层保护层重 最大理论吊重（含防水层保护层）梁型 M m m M m m m m3 t t T 20m 20.6 19.5 2.2

22、 2.4 8.40 3.80 3.80 116.9 304 12.5 316 24m 24.6 23.5 2.2 2.4 8.40 3.80 3.80 136.1 353 14.9 369 24m高 24.6 23.5 2.8 3.0 8.40 3.80 3.80 149.3 388 14.9 404 32m 32.6 31.5 2.8 3.0 8.40 3.80 3.80 190.6 496 28.8 515 中铁工程设计咨询集团中铁工程设计咨询集团有限公司有限公司 在设计中考虑后张法预应力混凝土梁与先张法预应力混凝土梁的互换，从模板简統化角度出发，同一跨度形式的先张梁和后张梁采用同一截面

23、时速350公里客运专线简支箱梁跨中截面 中铁工程设计咨询集团中铁工程设计咨询集团有限公司有限公司全长 跨度 梁高 梁全高 顶宽 底宽 箱顶宽 混凝土体积 理论 梁重 防水层保护层重量 最大理论吊重（含防水层、保护层）梁型 m M m M M m m m3 t t t 20m 20.6 19.5 2.4 2.491 13.4 5.98 6.7 205 533 29 562 24m 24.6 23.5 2.4 2.491 13.4 5.98 6.7 239 622 35 657 24m 高 24.6 23.5 3.0 3.091 13.4 5.74 6.7 255 664 35 699 整孔预制箱

24、梁 32m 32.6 31.5 3.0 3.091 13.4 5.74 6.7 328 853 46 899 现浇梁 40m 40.6 39.1 3.5 3.091 13.4 5.59 6.7 424 1102 57 中铁工程设计咨询集团中铁工程设计咨询集团有限公司有限公司6.1 梁端支承长度的优化 6.2 进人孔方案 6.3 梁端构造 6.4 其他 中铁工程设计咨询集团中铁工程设计咨询集团有限公司有限公司 现代桥梁合理的梁端构造除了应满足结构的受力要求外，还必须考虑便于在运营期间的检查、维修，同时应满足各种施工方法实施的可能性。结合我国实际情况，以及认识的不断深入，对时速250公里及时速35

25、0公里客运专线铁路常用跨度预应力混凝土简支箱梁，预制梁支座中心距梁端的距离采用0.55m，现浇梁支座中心距梁端的距离为0.75m。中铁工程设计咨询集团中铁工程设计咨询集团有限公司有限公司 为方便养护维修人员检查维修，梁端需设置进人孔。秦沈客运专线采用底板开洞方式，但此种方式由于底板开洞，箱梁底板预应力筋不能均匀布置，使梁端底板中极易形成横向拉应力区。时速250公里及时速350公里客运专线通用图从不影响底板预应力筋的布置，减小对梁端的削弱，结构外型美观影响较小等角度出发，采用梁端底板中部开槽方案，该方案分别在相邻两孔梁的底板中部设置槽口，两个槽口相对形成进人孔，此方案梁端开槽位置与桥墩顶面设置的

26、槽口相对应，检查维修时可从此处进入梁体，并可进行顶梁、支座检查、维修等工作，该方式梁端支座布置与锚具的布置有足够的构造空间，对墩台构造尺寸要求较小。中铁工程设计咨询集团中铁工程设计咨询集团有限公司有限公司中铁工程设计咨询集团中铁工程设计咨询集团有限公司有限公司 影响梁端构造尺寸的因素较多，对整孔简支箱梁不仅要考虑在运营荷载下结构的受力性能，结构的系列化和全桥的外型，还有很多施工控制因素需要考虑，如自动化内膜要求的构造空间、顶梁及吊梁时要求的隔墙尺寸、施工架设过程中支点的不平整效应等。秦沈客运专线简支箱梁由于梁高较低，为最大限度的提供梁端构造空间，梁端腹板采用内外同时加宽的方式，同时设置了端隔墙

27、。但由于构造空间较小，自动化内模的设置较为困难。时速350公里客运专线箱梁设计中，综合考虑梁端截面的尺寸与变宽段长度，采取梁端截面渐变的方式，为自动液压内模的采用提供条件。时速250公里客运专线通用图设计，在端截面渐变的基础上，采取梁端底板向下加厚的方式，最大限度地提供内模操作空间。中铁工程设计咨询集团中铁工程设计咨询集团有限公司有限公司 在客运专线设计中充分考虑了桥上通过和摆放的各种设施的需要。主要有：电缆槽、接触网支柱基础、声屏障、人行道挡板、防水伸缩缝、综合接地预埋钢筋等、挡碴墙等。中铁工程设计咨询集团中铁工程设计咨询集团有限公司有限公司 中铁工程设计咨询集团中铁工程设计咨询集团有限公司

28、有限公司（1）目前设计无碴轨道粱桥面构造根据京沪高速铁路设计暂行规定进行设计的，采用两侧排水方式。（2）目前几条客运专线试验段均为无碴轨道结构形式，桥面构造应与采用无碴轨道结构形式相适应。中铁工程设计咨询集团中铁工程设计咨询集团有限公司有限公司混凝土灌注和养护 梁体应采用泵送混凝土连续灌筑、一次成型，灌筑时间不宜超过6h，并采用蒸汽养护，灌注及养护工艺按有关技术条件执行。后张梁预施应力要求 梁体预施应力应分三阶段进行，张拉时两端同步张拉，并左右对称进行，最大不平衡束不应超过1束，张拉顺序及张拉时梁体强度、弹性模量应按设计要求进行。先张梁预施应力要求 应采用单束初调、整体张拉和整体初调、单束张拉

29、的方式，折线筋张拉时应采用配套的导向装置。张拉横梁应有足够的强度和刚度。中铁工程设计咨询集团中铁工程设计咨询集团有限公司有限公司中铁工程设计咨询集团中铁工程设计咨询集团有限公司有限公司中铁工程设计咨询集团中铁工程设计咨询集团有限公司有限公司 我国在秦沈客运专线的建设中，大吨位架桥机已经得到了成功应用，架桥机最大架设吨位达到了600t，取得了宝贵经验，但时速350公里客运专线铁路简支箱梁最大吊重为899t，秦沈客运专线架桥设备已不能满足高速铁路运架梁需要，因此在高速铁路箱梁结构设计的同时，国内多家架桥机研制单位已开始进行了900吨级高速铁路架桥机的研制，目前多已完成技术设计，能够满足架设32m双

30、线整孔箱梁的需要。对于40m简支箱梁，梁重已超过1000t，因此40m梁按原位现浇法设计。由于架设吨位的增大，对施工架设时的指标控制更加严格。但各架桥机结构形式不一，对桥梁的作用也各不相同，为保证结构在架设过程中的安全性，必须对所架梁型和所通过的结构进行运梁车及架桥机施工荷载检算。施工架设要求 在存梁、吊梁、运梁过程中，应保证各吊点或支点受力均匀，各种工况下，梁体四支点应位于同一平面。中铁工程设计咨询集团中铁工程设计咨询集团有限公司有限公司 随着客运专线建设步伐的不断加快，客运专线简支箱梁的制造将全面展开。目前设计的时速250公里及时速350公里客运专线铁路简支箱梁不仅在架设吨位上较秦沈线有较大提高，在动力性能、线形控制、应力、变形等设计指标、耐久性、养护维修等方面也进行了多项改进，目前施工图设计正在审查之中，不久还将进行实体梁的试验，实体梁的试验不仅可以验证设计，还将使设计更加完善。中铁工程设计咨询集团中铁工程设计咨询集团有限公司有限公司