1、高 速 铁 路 桥 梁 设 计铁 道 第 三 勘 察 设 计 院二 四 年 九 月 天 津 一、概述一、概述二、高速铁路桥梁设计的一般原则二、高速铁路桥梁设计的一般原则 三、高速铁路桥梁设计荷载三、高速铁路桥梁设计荷载 四、高速铁路桥梁结构变形、变位和自振频率的限值四、高速铁路桥梁结构变形、变位和自振频率的限值 五、高速铁路桥涵结构构造要求五、高速铁路桥涵结构构造要求 六、宁沪段法方、日方咨询情况六、宁沪段法方、日方咨询情况七、京沪高速铁路桥梁设计概况七、京沪高速铁路桥梁设计概况 一、概述 京沪高速铁路的运营要求就是高速度、高舒适性和高安全性。为了满足高速列车安全运行和旅客乘坐舒适度的要求，高
2、速铁路桥梁设计在一些原则性规定、设计活载、结构变形限值、结构构造要求和维修养护等方面都作了更加严格的规定。高速铁路设计的重要依据之一就是京沪高速设计暂行规定。一、概述 京沪高速设计暂行规定是在十多年科学研究和设计实践的基础上，以及对秦沈客运专线设计施工实践经验总结的基础上编制完成的。2003年9月，德、法、日三国对设计暂规进行了咨询，提出了修改建议。2004年4月，选取南京至上海的线路，就线路的总体性和各个专业的难点、疑点，请法、日两国进行了设计咨询，进一步对暂规指导下的设计进行了验证。下面结合秦沈客运专线的工程实践、两次国际咨询和京沪线桥梁设计情况，重点对京沪高速设计暂行规定（以下简称暂规）
3、中与普通铁路不同的地方向大家做个介绍。二、高速铁路桥梁设计的一般原高速铁路桥梁设计的一般原则则（一）高速铁路桥涵注重结构的耐久性设计高速铁路桥涵注重结构的耐久性设计 大量桥梁的使用经验说明，结构的耐久性对桥梁的安全使用和经济性起着决定的作用。经济合理性应当使建造费用与使用期内的检查维修费用之和达到最少。京沪高速铁路是我国修建的第一条高速客运专线，车流量大，技术标准高，将建成世界一流水平的铁路，为保证列车正常运行不受限制，高速铁路的桥梁结构具有足够的耐久性是必要的保证。在设计暂规中特作了以下规定。二、高速铁路桥梁设计的一般原高速铁路桥梁设计的一般原则则（一）高速铁路桥涵注重结构的耐久性设计高速铁
4、路桥涵注重结构的耐久性设计 （1）高速铁路的桥梁的洪水频率标准，按我国铁路干线最高级的级干线标准办理。并对涵洞的设计频率标准提高至1/100。此项规定对平原区涵洞影响较小，而对山丘区排洪涵洞，部分需要加大孔径，或改为梁式桥。（2）在普通铁路虽然对桥涵结构耐久性提出了要求，但在暂规中明确提出桥梁主要承重结构应按100年使用要求设计。（3）统一考虑合理的结构布局和结构细节，强调要使结构易于检查维修以保证桥梁的安全使用。二、高速铁路桥梁设计的一般原高速铁路桥梁设计的一般原则则（二）高速铁路桥涵具备良好的动力性能高速铁路桥涵具备良好的动力性能 在高速列车运行条件下，桥梁结构的动力响应加剧，从而使列车运
5、行的安全性、旅客乘坐的舒适度、荷载冲击、材料疲劳、列车运行噪声、结构耐久性等等问题都与普通铁路不同。所以，桥梁结构必须具有足够的强度和刚度，必须保证可靠的稳定性和保持桥上轨道的高平顺状态，使高速铁路的桥梁结构能够承受较大的动力作用，具备良好的动力特性。为了使高速铁路的桥梁结构具有良好的动力性能，暂规对桥梁结构刚度和基频进行严格控制。二、高速铁路桥梁设计的一般原高速铁路桥梁设计的一般原则则（三）高速铁路桥优先选用预应力混凝土结构高速铁路桥优先选用预应力混凝土结构 与其他建桥材料相比，预应力混凝土结构，具有一系列适合高速铁路要求的特性，如刚度大、噪音低，由温度变化引起的结构位移对线路结构的影响小，
6、运营期间养护工作量少等，而且造价也较为经济，所以暂规要求桥梁上部结构应优先采用预应力混凝土结构。在京沪高速设计中北京至上海共598km桥梁，预应力混凝土结构约占97%以上。二、高速铁路桥梁设计的一般原高速铁路桥梁设计的一般原则则（四）高速铁路混凝土梁部结构的形式以箱形截面为高速铁路混凝土梁部结构的形式以箱形截面为主主 1.中小跨混凝土梁部结构 桥梁的上部结构直接承受列车荷载，由于高速列车运行时动力响应加剧，为保证列车运行安全和旅客乘坐舒适，加强上部结构的竖向刚度、横向刚度和抗扭刚度，使其满足刚度限值的要求，同时加强结构的整体性，以提高结构的动力特性，都是十分必要的。箱形截面梁，刚度大，整体性好
7、，具有较好的动力特性，架设(或制造)可一次到位，无工地联接工作，工期较短，是中小跨混凝土梁部结构的首选型式。它的主要缺点是自重大，桥面宽，预制架设需要重型设备等。二、高速铁路桥梁设计的一般原高速铁路桥梁设计的一般原则则（四）高速铁路混凝土梁部结构的形式以箱形截面为高速铁路混凝土梁部结构的形式以箱形截面为主主 1.中小跨混凝土梁部结构 双线单箱整体式结构，由于结构横向刚度大，改善了旅客乘坐舒适度。从保证高速列车运行乘坐舒适度的角度来看，联成整体的双线桥比单线桥优越，故优先采用。在秦沈客运专线采用了双线整孔箱梁和单线箱梁并置两种情况。在秦沈线的试验中，24m、32m双线整孔箱梁的实测挠跨比均在1/
8、20000以上，而24m单线并置箱梁的实测挠跨比也达到了1/16783，其相应ZK荷载挠跨比为1/50311/7717。并且实测中横向振幅值也很小。二、高速铁路桥梁设计的一般原则高速铁路桥梁设计的一般原则（四）高速铁路混凝土梁部结构的形式以箱形截面为主高速铁路混凝土梁部结构的形式以箱形截面为主 1.中小跨混凝土梁部结构 京沪高速有碴轨道32m后张法预应力混凝土双线简支箱梁横截面二、高速铁路桥梁设计的一般原则高速铁路桥梁设计的一般原则（四）高速铁路混凝土梁部结构的形式以箱形截面为主高速铁路混凝土梁部结构的形式以箱形截面为主 1.中小跨混凝土梁部结构 秦沈客运专线有碴轨道32m预应力混凝土节段拼架
9、双线简支箱梁横截面二、高速铁路桥梁设计的一般原则高速铁路桥梁设计的一般原则（四）高速铁路混凝土梁部结构的形式以箱形截面为主高速铁路混凝土梁部结构的形式以箱形截面为主 1.中小跨混凝土梁部结构 秦沈客运专线有碴轨道32m预应力混凝土原位现浇双线简支箱梁横截面二、高速铁路桥梁设计的一般原则高速铁路桥梁设计的一般原则（四）高速铁路混凝土梁部结构的形式以箱形截面为主高速铁路混凝土梁部结构的形式以箱形截面为主 1.中小跨混凝土梁部结构 秦沈客运专线有碴轨道32m单线并置预应力混凝土简支箱梁横截面二、高速铁路桥梁设计的一般原高速铁路桥梁设计的一般原则则（四）高速铁路混凝土梁部结构的形式以箱形截面为主高速铁
10、路混凝土梁部结构的形式以箱形截面为主 京沪高速与秦沈客运专线常用跨度梁参数比较京沪高速与秦沈客运专线常用跨度梁参数比较 京沪高速桥型24m简支32m简支324232梁高(m)2.432.22.4静活载挠度(mm)3.345.672.86.5挠跨比1/70301/55521/81621/4878基频(Hz)7.095.016.9254.671梁重（t）634.2 870.4 1802.5 1667.4 秦沈客运专线桥型单线双线单线双线梁高(m)222.72.6静活载挠度(mm)6.268.68.7挠跨比1/38551/39831/37091/3667梁重（kN）251.8510.8358.572
11、2二、高速铁路桥梁设计的一般原高速铁路桥梁设计的一般原则则（四）高速铁路混凝土梁部结构的形式以箱形高速铁路混凝土梁部结构的形式以箱形截面为主截面为主 2.跨度16m及以下的桥梁 对于跨度16m及以下的桥梁，可以采用钢筋混凝土框架桥、斜交刚构连续梁，这些结构均能满足高速行车的要求，可以根据工点的实际情况、施工条件等来选择合理的结构型式。二、高速铁路桥梁设计的一般原高速铁路桥梁设计的一般原则则（五）高速铁路常用垮的梁型的选用高速铁路常用垮的梁型的选用 1.简支梁简支梁 高架线路上采用多孔等跨简支梁桥的桥跨外形一致、截面相同、构造布置统一，便于结构的日常检查和养护维修。高架线路采用简支体系的梁桥，更
12、能适应地质不良、地基承载力低的地段。等跨简支梁，工程量大，适宜于现场工厂化预制，逐孔架设，能显著提高施工速度。二、高速铁路桥梁设计的一般原高速铁路桥梁设计的一般原则则（五）高速铁路常用垮的梁型的选用高速铁路常用垮的梁型的选用 1.简支梁简支梁 秦沈客运专线以后张法预应力混凝土箱形简支梁作为主导梁型。共采用简支箱梁2 305孔，跨度为2032m，分为单线简支箱梁和双线简支箱梁。其施工方法，绝大部分为制梁场预制、架桥机架设，还有一些桥梁采用工地现浇或造桥机建造。在京沪高速铁路的设计中仍以后张法预应力混凝土箱形简支梁为主。但主要采用24m、32m跨度。施工方法主要采用梁场预制、架桥机架设。二、高速铁
13、路桥梁设计的一般原高速铁路桥梁设计的一般原则则（五）高速铁路常用垮的梁型的选用高速铁路常用垮的梁型的选用 1.简支梁简支梁 秦沈客运专线简支梁架设 二、高速铁路桥梁设计的一般原高速铁路桥梁设计的一般原则则（五）高速铁路常用垮的梁型的选用高速铁路常用垮的梁型的选用 1.简支梁简支梁 秦沈客运专线移动造桥机（阶段拼装）二、高速铁路桥梁设计的一般原高速铁路桥梁设计的一般原则则（五）高速铁路常用垮的梁型的选用高速铁路常用垮的梁型的选用 1.简支梁简支梁 秦沈客运专线移动造桥机（现浇）二、高速铁路桥梁设计的一般原高速铁路桥梁设计的一般原则则（五）高速铁路常用垮的梁型的选用高速铁路常用垮的梁型的选用 2.
14、连续梁连续梁 多孔等跨布置的连续梁，能够提高梁部结构整体性和刚度，并且对保持桥上线路的平顺性更有利，从而提高桥上行车的舒适性和安全性。采用适当的施工方法能保证桥梁的经济性和施工进度。京沪高速铁路24m、32m常用跨度的连续梁按相邻墩台不均匀沉降1cm作为设计条件。因此24m、32m常用跨度的连续梁对地基沉降较为敏感 在京沪高速铁路设计中，根据沿线地质条件，在沉降控制有把握的地段适当采用常用跨度的连续梁。主要分布在北京、济南至泰安和徐州至蚌埠附近。总计约50km。施工方法初步拟定原位现浇。二、高速铁路桥梁设计的一般原高速铁路桥梁设计的一般原则则（五）高速铁路常用垮的梁型的选用高速铁路常用垮的梁型
15、的选用 2.连续梁连续梁 秦沈客运专线大跨连续梁 二、高速铁路桥梁设计的一般原高速铁路桥梁设计的一般原则则（五）高速铁路常用垮的梁型的选用高速铁路常用垮的梁型的选用 3.其它梁型其它梁型 斜交刚架和框构桥在跨越道路等场合，其适应性强，整体性好，可以采用。钢混凝土结合梁或型钢混凝土结构跨越能力强，施工方便，并且由于结构重量轻有显著的抗震优势，故在跨越繁忙道路或抗震要求较高的场合适用。二、高速铁路桥梁设计的一般原高速铁路桥梁设计的一般原则则（五）高速铁路常用垮的梁型的选用高速铁路常用垮的梁型的选用 3.其它梁型其它梁型 秦沈客运专线结合梁桥 二、高速铁路桥梁设计的一般原高速铁路桥梁设计的一般原则则
16、（五）高速铁路常用垮的梁型的选用高速铁路常用垮的梁型的选用 3.其它梁型其它梁型 秦沈客运专线结合梁桥 二、高速铁路桥梁设计的一般原高速铁路桥梁设计的一般原则则（五）高速铁路常用垮的梁型的选用高速铁路常用垮的梁型的选用 3.其它梁型其它梁型 秦沈客运专线连续刚构桥 二、高速铁路桥梁设计的一般原高速铁路桥梁设计的一般原则则（五）高速铁路常用垮的梁型的选用高速铁路常用垮的梁型的选用 京沪高速桥梁优先采用预应力混凝土结构，根据需要也可采用钢筋混凝土结构，钢结构和钢混凝土结合结构。暂规国际咨询中德、法、日均对优先使用混凝土结构结构予以认同，德国还特别提出在复杂地下条件（沉降不易控制），简支结构是合理的
17、选择。二、高速铁路桥梁设计的一般原高速铁路桥梁设计的一般原则则（六）高速铁路梁型有关梁体斜交的规定 对于斜交桥梁由于梁体两侧挠度差异，将会影响高速列车的运行安全和旅客乘坐的舒适度，一般不宜设置斜梁。在秦沈客运专线和京沪线设计中，一般仅在跨越低等级道路时，根据斜交情况采用了斜交刚构，并不配以相应的斜交桥台。同样为避免台后轨枕一头支于桥台另一头支于路基会造成不均匀沉降，影响行车的平稳性。在斜交桥台后，修筑T型混凝土楔块，使台尾与线路中线垂直。二、高速铁路桥梁设计的一般原高速铁路桥梁设计的一般原则则（六）高速铁路梁型有关梁体斜交的规定 秦沈客运专线斜交连续刚构桥 二、高速铁路桥梁设计的一般原高速铁路
18、桥梁设计的一般原则则（六）高速铁路桥涵建筑结构的间距高速铁路桥涵建筑结构的间距 桥涵结构物与路基的结合部，由于路基与桥涵结构物的刚度不同，以及路基与桥涵结构物的沉降不一致，会造成高速行车的跳车现象。相对地涵洞由于洞顶有填土对高速行车的影响小一些。对于桥梁，两桥桥台之间的净距离过近时，会造成短时间内两次跳车，对旅客乘车的舒适性产生影响。另外，由于两桥后均要设置过渡段，距离过近，剩余的普通路基已不多，故与两桥连起来相比，经济上已没有多大差别。二、高速铁路桥梁设计的一般原高速铁路桥梁设计的一般原则则（六）高速铁路桥涵建筑结构的间距高速铁路桥涵建筑结构的间距 对于涵洞，由于高速铁路路基的填筑要求很高，
19、一般应采用大型机械压实。两涵之间的净距过小，会造成施工困难。根据以上分析，并参考秦沈客运专线的设计施工经验，提出两桥台尾之间的距离不宜小于150m，两涵之间以及桥台尾与涵之间的净距离不宜小于30m。暂规国际咨询中法、日均对以上限值予以认同，但都提出涵洞之间可视具体情况，通过改变填料或取消过渡段，进而压缩涵洞间距。二、高速铁路桥梁设计的一般原高速铁路桥梁设计的一般原则则（六）高速铁路桥涵建筑结构的间距高速铁路桥涵建筑结构的间距 秦沈客运专线桥梁涵洞 二、高速铁路桥梁设计的一般原高速铁路桥梁设计的一般原则则（六）高速铁路桥涵建筑结构的间距高速铁路桥涵建筑结构的间距 秦沈客运专线涵洞 三、高速铁路桥
20、梁设计荷载高速铁路桥梁设计荷载（一）荷载组合荷载组合 高速铁路有关荷载的内容是在现行铁路桥涵设计规范的基础上，针对高速铁路桥涵设计的特点，进行必要的修订和补充。设计计算方法仍然采用容许应力法，荷载的分类及荷载的组合原则，仍然沿用铁路桥涵设计规范的规定，并根据高速行车和采用无缝线路的实际情况，在荷载项目上，增列了长钢轨纵向水平力、长钢轨断轨力，以及由高速行车引起的气动力。三、高速铁路桥梁设计荷载高速铁路桥梁设计荷载（一）荷载组合荷载组合 1.伸缩力、挠曲力和断轨力 桥梁因温度变化而伸缩，因列车荷载作用而发生挠曲。桥梁的这种变形受到轨道结构的约束。又因桥上无缝线路的连续性，致使梁变形时，钢轨产生两
21、种纵向水平力，分别称之为伸缩力和挠曲力，同时，两种力也反作用于梁，并传递到支座和墩台上。伸缩力和挠曲力都是主力，但二者在同一轨道上不会同时产生。桥上无缝线路的钢轨，由于疲劳、纵向力过大或其他原因损伤而可能造成断轨，从而产生断轨力。在正常运营养护条件下，发生断轨的机率比较小，而断轨力的值又比较大，所以，规定不论单线或双线桥梁，只计算一轨的断轨力，而且将其作为特殊荷载，称为长钢轨断轨力。在荷载组合上，只考虑它与主力相组合，不与其他附加力组合。三、高速铁路桥梁设计荷载高速铁路桥梁设计荷载（一）荷载组合荷载组合2.气动力 气动力是指高速列车运行时带动周围空气随之运动，形成的列车风在临近列车的建筑物上产
22、生的波动压力，它与列车形状、速度、以及临近建筑物距线路的距离、建筑物的高度等因素有关。列车风压力呈正、负压力波形式。气动力属主力。气动力的作用主要用于声屏障的结构设计，对声屏障而言，最不利的气动力为吸力。三、高速铁路桥梁设计荷载高速铁路桥梁设计荷载（一）荷载组合荷载组合 秦沈客运专线气动力试验 三、高速铁路桥梁设计荷载高速铁路桥梁设计荷载（一）荷载组合荷载组合 除上述三项荷载外，其他荷载项目及有关荷载组合的规定，都与现行铁路桥涵设计规范相同。与秦沈线所用的时速200公里新建铁路线桥隧站设计暂行规定（以下简称200暂规）相比，多了气动力的规定。暂规国际咨询中日均对以上荷载项目予以认同，但日本对荷
23、载组合没有规定，并提出船只撞击力作用方向、和防护方法应从技术、经济方面综合考虑决定。三、高速铁路桥梁设计荷载高速铁路桥梁设计荷载（二）竖向荷载设计图式 1.概述 高速铁路的竖向荷载设计图式，是高速铁路桥梁设计的基础，是最重要的参数之一。桥梁是铁路线上主要承重结构，京沪高速铁路桥梁长度占全线很大比例，活载图式制定的合理与否，直接影响到行车安全和工程造价，如果选定的活载图式标准偏低，则会危及行车安全或影响运输能力，标准过高则会造成浪费。所以说，活载设计图式的选定不单单是个技术问题，更是一个经济政策的问题，同时，也反映一个国家的技术发展水平和综合国力。三、高速铁路桥梁设计荷载高速铁路桥梁设计荷载（二
24、）竖向荷载设计图式 1.概述 影响设计活载图式的因素很多，活载的图式和大小与线路上运行的机车车辆本身的参数如列车类型、轴距、轴重、编组以及车辆的发展有密切的关系，还与运输模式（是单一的客运还是客货混运）、速度指标、不同结构体系的加载方式等密切相关。所以说，实际运行的机车车辆本身的参数，并不等于活载图式。这牵涉到“设计活载”和“运营活载”的概念差别。简言之，在考虑了以上诸多因素后确定的设计活载图式在桥梁上产生的静、动效应，应大于各类实际运行的机车车辆所产生的静、动效应，同时考虑其发展以及其他难以预见的因素，还应留有适当的强度储备。三、高速铁路桥梁设计荷载高速铁路桥梁设计荷载（二）竖向荷载设计图式
25、 2.国外高速铁路设计活载图式概况及其特点 国外高速铁路活载图式大体上分为两种体系。其一是欧洲普遍采用的UIC活载；另一种是日本采用的高速列车专用荷载N、P荷载。欧洲各国普遍采用的UIC活载，它包络了六种运营列车的活载图式，能够概括当前和可预见的将来在欧洲铁路上出现的荷载。它包络的运营列车，包括最大时速为80km的特重列车、最大时速为120km的重型货车、最大时速为250km的长途客车和最大时速为300km的高速轻型客车。日本高速铁路标准设计活载，非常接近日本实际的高速运营列车活载。标准P活载和UIC活载图式中包含的时速300km的高速轻型高速列车活载的轴重、轴距相差不大。日本P活载各种跨度简
26、支梁的跨中等效弯矩较UIC活载所概括的高速轻型运营列车活载对各种跨度简支梁的跨中等效弯矩略大。三、高速铁路桥梁设计荷载高速铁路桥梁设计荷载（二）竖向荷载设计图式3.京沪暂规确定高速铁路活载图式的基本思路 京沪高速铁路的设计速度目标值为350km/h。早期运营时的运营组织，采用高中速混运的模式，以高速为主，中速在200km/h以上。远期为纯高速运营。为此，在制定高速铁路活载图式时，首先考虑基础设施按350km/h的要求，同时也要考虑我国中速机车轴重较大的实际。由于UIC活载概括了现在欧洲的轻型和重型运营列车荷载，并留有列车发展的余地，这与我国京沪高速铁路的目标值和高中速混运的模式是很接近的。另外
27、还考虑必要时高速铁路线可运行货物列车。通过综合分析，确定采用UIC活载的模式来制定我国高速铁路活载图式。在“85”、“95”关于高速铁路的前期研究中进行了详细的计算分析比较。三、高速铁路桥梁设计荷载高速铁路桥梁设计荷载（二）竖向荷载设计图式4.京沪暂规确定高速铁路活载图式 根据静力计算的结果，结论如下：如果我国直接把UIC活载作为高速铁路的设计活载，它与运营活载的强度效应比余量太大，常用跨度的简支梁最少为50%左右，中等跨度的连续梁最少在40%左右。如采用0.7UIC作为高速铁路桥梁设计活载，虽能包络各种运营列车活载效应，但余量较小。如采用0.6UIC作为高速铁路桥梁设计活载，能包络中速、高速
28、列车活载效应，但特殊情况下要求运营货物列车时，个别跨度经检算不能通过。三、高速铁路桥梁设计荷载高速铁路桥梁设计荷载（二）竖向荷载设计图式4.京沪暂规确定高速铁路活载图式 0.8UIC作为高速铁路桥梁设计活载，其静、动载效应均大于中速列车和高速列车的静、动载效应，并有一定余量，且设计活载与实际运营活载间的余量和既有铁路设计活载（中一活载）与实际运营活载间的余量相当。根据以上分析比较，推荐采用0.8UIC作为高速铁路桥梁设计活载，也就是暂规条文上列出的ZK活载图式（一）。如图1三、高速铁路桥梁设计荷载高速铁路桥梁设计荷载（二）竖向荷载设计图式 4.京沪暂规确定高速铁路活载图式 图1 ZK标准活载图
29、 三、高速铁路桥梁设计荷载高速铁路桥梁设计荷载（二）竖向荷载设计图式 4.京沪暂规确定高速铁路活载图式 对于跨度或影响线加载长度等于或小于6.0m的结构，需要采用UIC标准活载才能满足特殊情况下运营货物列车的要求，故将UIC标准活载中的集中力部分作为跨度或影响线加载长度等于或小于6.0m的结构的设计活载，即暂规条文上列出的ZK活载图式（二）。如图2。三、高速铁路桥梁设计荷载高速铁路桥梁设计荷载（二）竖向荷载设计图式4.京沪暂规确定高速铁路活载图式 图2 特种活载图式三、高速铁路桥梁设计荷载高速铁路桥梁设计荷载（二）竖向荷载设计图式 5.设计活载对高速铁路桥梁设计的影响 高速暂规编制的主导思想是
30、，静力计算控制结构强度的活载图式能够包住在高速线上可能运营的各种列车（包括高速列车、中速列车、轻载货物列车和养修机械），动力计算的行车安全度、旅客乘座舒适度指标和结构的刚度、变形、变位要满足实际高速行车的要求。暂规采用的动力计算的行车安全度、旅客乘座舒适度指标不低于国外的标准。由于暂规采用的ZK活载为0.8UIC，相应动力系数、离心力、梁部结构的竖、横向挠跨比及其它的变形、变位限值等均进行了换算，意图使之与采用UIC活载达到相当的水平。三、高速铁路桥梁设计荷载高速铁路桥梁设计荷载（二）竖向荷载设计图式 5.设计活载对高速铁路桥梁设计的影响 高速铁路桥梁设计主要包括三方面的内容：强度设计、动力检
31、算和结构的刚度、变形、变位检算。京沪高速铁路桥梁恒、活载和施工荷载控制桥梁结构的强度设计。动力仿真检算和结构的刚度、变形、变位检算控制结构的尺寸。实际上京沪高速铁路常用跨度桥梁结构的主要尺寸由动力仿真计算确定，已不受活载图式的影响。而特殊大跨度桥梁（如黄河、长江桥）将受活载图式的很大影响，但特殊大跨度桥梁不包括在高速暂规之内。三、高速铁路桥梁设计荷载高速铁路桥梁设计荷载（二）竖向荷载设计图式 5.设计活载对高速铁路桥梁设计的影响 暂规国际咨询中法、德建议采用UIC活载（法方认为，使用完全的UIC活载可以保证桥梁、施工及运营的安全；德方认为UIC可以补偿设计中对维护的忽略、防止不可预见的施工问题
32、（可能是赶工造成的）、异常条件下运行开行重载列车、补偿过多列车无规律运行造成的动态响应）；日方认为应进一步确定高速铁路运行的车型。通过暂规的国际咨询，对部分由于对国外情况不了解造成的不合理条文修改后，按ZK活载设计的桥梁是能够满足高速行车的要求的。但是不能满足重载货物列车运营的要求。三、高速铁路桥梁设计荷载高速铁路桥梁设计荷载（三）动力系数 京沪高速铁路采用的桥梁设计活载图式，并非单一的轻型高速模式，而是概括了轻型、重型并存，高中速混运的UIC活载的模式，这是一种概化的活载图式，制定动力系数也必须与之相适应。我们现在采用的高速铁路桥梁设计活载图式是0.8UIC图式（即暂规规定的ZK活载图式）。
33、根据UIC规范的规定，通过把UIC活载图式乘以分级系数，可使线路得到较重或较轻的假定活载，但应当对它们采用相同的值。活载效应的全部数值(M，Q等)都要逐级增加或减少10%。三、高速铁路桥梁设计荷载高速铁路桥梁设计荷载（三）动力系数 采用0.8UIC活载时，对应于0.8UIC活载的静效应M、Q的动力系数1、2，应该是8.01913.02.0996.01L815.02.0494.12L三、高速铁路桥梁设计荷载高速铁路桥梁设计荷载（三）动力系数 关于连续梁和涵洞的动力系数，以及其他有关规定，也就是从UIC规范沿引而来的。暂规国际咨询中法、德建议采用与UIC活载一致的动力系数；日方认为应针对实际运行的
34、车型确定动力系数。三、高速铁路桥梁设计荷载高速铁路桥梁设计荷载（四）离心力折减系数离心力折减系数 离心力折减系数的内容沿引自 UIC规范。离心力的计算公式，基本上是与普通铁路的现行铁路桥涵设计规范一致的。只是在公式中多了一个折减系数f。f值的计算公式来源不详。但含义还是清楚的。因为UIC活载图式包络了最大运营速度V=80km/h的特重列车、V=120km/h 的重型列车、V=250km/h的长途客车和V=300km/h的高速轻型客车。当列车高速运行时，车辆的实际轴重要比UIC荷载图式的荷载小很多，所以说当行车速度120km/h的离心力的折减，实质上是列车活载图式中垂直荷载的折减。三、高速铁路桥
35、梁设计荷载高速铁路桥梁设计荷载（四）离心力折减系数离心力折减系数 暂规国际咨询中法、德建议采用与UIC活载一致的折减系数；日方认为应针对实际运行的车型确定动力系数。)88.21)(75.1814(80012025.1LVVf三、高速铁路桥梁设计荷载高速铁路桥梁设计荷载（五）横向摇摆力横向摇摆力 横向摇摆力参照外国的相关规范采用。国际铁路联盟（UIC）规范、德国铁路桥梁及其他工程结构物规范（VEI）DS804及英国标准BS5400均规定，列车的横向摇摆力为100KN，这是一个集中力，在与线路成直角方向（向左或向右）水平作用于轨道顶面，作用位置以能在所考虑的构件中产生最大效应来考虑。DS804明确
36、规定，列车的横向摇摆力与UIC活载图式的现有等级无关。当为连续的道碴桥面时，横向摇摆力可沿线路方向均匀分布在 L=4.0m的长度上。三、高速铁路桥梁设计荷载高速铁路桥梁设计荷载（五）横向摇摆力横向摇摆力 暂规国际咨询中法方对横向摇摆力荷载予以认同；日方认为应采用集中轮中的20%作为横向摇摆力荷载。三、高速铁路桥梁设计荷载高速铁路桥梁设计荷载（六）脱轨荷载脱轨荷载 有的国家考虑了列车掉道后的安全措施，以防止列车倾覆。如：德国高速铁路桥梁利用道碴槽两侧的电缆槽阻挡掉道列车坠落桥下；瑞典高速铁路桥梁采用加高的挡碴墙代替护轨。京沪高速铁路桥梁所占比例很大，为防止列车坠落桥下，所以采用了高挡碴墙的道床型
37、式，但掉道的可能性仍是存在的，所以，本条参考德国铁路桥梁及其他工程结构物规范（VEI）DS804，列入了列车脱轨荷载的条文。三、高速铁路桥梁设计荷载高速铁路桥梁设计荷载（六）脱轨荷载脱轨荷载 脱轨荷载的第一种情况的线荷载，大致相当于实际运行列车脱轨后产生的荷载，在此情况下结构物的主要部分，如桥面板和主梁等，不应产生严重破坏，钢筋应力应在屈服点以内，混凝土不形成宽裂缝。脱轨荷载的第二种情况的线荷载，相当于列车脱轨，虽没有坠落桥下，但已作用于桥面边缘，在此情况下，须确保结构的稳定性。三、高速铁路桥梁设计荷载高速铁路桥梁设计荷载（七）汽车撞击力汽车撞击力 京沪高速铁路沿线跨越了很多重要的公路和高速公
38、路。对设在公路上或紧邻公路边缘的桥墩，当其可能受到汽车撞击时，根据实际情况，设置坚固可靠的防护工程。如采用拦板、防冲架、防撞墙等措施以防止桥墩被撞，当无法设置防护工程时，必须考虑汽车对桥墩的撞击力。此力属特殊荷载，不与其他附加荷载同时考虑，只与主力相组合。汽车撞击力的大小和作力点，是参考德国铁路桥梁及其他工程结构物规范的有关内容拟定的。三、高速铁路桥梁设计荷载高速铁路桥梁设计荷载（八）其他荷载其他荷载 上述荷载除了气动力（气动力的作用主要用于声屏障的结构设计）以外的其他荷载（竖向活载、离心力、脱轨荷载、横向摇摆力、汽车撞击力等），在普通铁路里都有相应规定，只是在高速铁路上根据其特点作了进一步规
39、定。其他荷载如土压力、水浮力、风力、地震力等，以及材料密度、混凝土预加力、混凝土收缩的影响、温度变化作用等，均按现行的铁路桥规、地震规范等相关规范办理。四、高速铁路桥梁结构变形、变位和自振频率的高速铁路桥梁结构变形、变位和自振频率的限值限值（一）梁体的竖向、水平变形和扭转梁体的竖向、水平变形和扭转 1.高速列车安全性和舒适性的动力响应评判标准高速列车安全性和舒适性的动力响应评判标准 列车过桥时，不仅产生竖向振动而且产生横向振动，这都影响列车运行的安全性和旅客乘坐舒适性。（1）安全评判指标 列车运行的安全性主要涉及车辆在桥上是否会出现脱轨的问题。对于这一问题，车辆力学上，是用脱轨系数Q/P、轮重
40、竖向减载率P/P及轮轨横向水平力等几个参数来限定。参照国内外有关资料，经过分析研究后确定，京沪高速铁路行车安全性的评判标准定为：四、高速铁路桥梁结构变形、变位和自振频率的高速铁路桥梁结构变形、变位和自振频率的限值限值（一）梁体的竖向、水平变形和扭转梁体的竖向、水平变形和扭转 1.高速列车安全性和舒适性的动力响应评判标准高速列车安全性和舒适性的动力响应评判标准（1）安全评判指标 脱轨系数：Q/P0.8；轮重竖向减载率：P/P0.6 轮对横向水平力：Q80KN四、高速铁路桥梁结构变形、变位和自振频率的高速铁路桥梁结构变形、变位和自振频率的限值限值（一）梁体的竖向、水平变形和扭转梁体的竖向、水平变形
41、和扭转 1.高速列车安全性和舒适性的动力响应评判标准高速列车安全性和舒适性的动力响应评判标准（2）舒适度指标评判指标 除了行车安全性问题外，乘坐舒适性问题也是判定桥梁竖向和横向刚度是否合适的一个重要标准。Sperling评价标准主要用于评定车辆运行的稳定性，将其与疲劳时间评定标准比较，W=3.0（客车合格）的标准相当于疲劳时间5.6小时，也就是说按W=3.0的标准来限制车辆的振动，其舒适度是较高的。其评定标准为：斯佩林（Sperling）舒适度指标 四、高速铁路桥梁结构变形、变位和自振频率的高速铁路桥梁结构变形、变位和自振频率的限值限值（一）梁体的竖向、水平变形和扭转梁体的竖向、水平变形和扭转
42、 1.高速列车安全性和舒适性的动力响应评判标准高速列车安全性和舒适性的动力响应评判标准（2）舒适度指标评判指标 2.5 优；2.52.75 良；2.753.0 合格。四、高速铁路桥梁结构变形、变位和自振频率的高速铁路桥梁结构变形、变位和自振频率的限值限值（一）梁体的竖向、水平变形和扭转梁体的竖向、水平变形和扭转 1.高速列车安全性和舒适性的动力响应评判标准高速列车安全性和舒适性的动力响应评判标准（3）桥梁振幅（半峰值）限值标准 上面谈的是车辆运行舒适性与安全性，仅涉及到车辆的振动，若车辆与桥梁振动的耦合性不太强，则仅考虑车辆的振动并不一定能控制桥梁的振动大小。过大的桥梁振动会使桥上线路的保持（
43、维护）困难，使桥梁疲劳强度降低。因此对桥梁的振幅大小有提出限值要求的必要。四、高速铁路桥梁结构变形、变位和自振频率的高速铁路桥梁结构变形、变位和自振频率的限值限值（一）梁体的竖向、水平变形和扭转梁体的竖向、水平变形和扭转 1.高速列车安全性和舒适性的动力响应评判标准高速列车安全性和舒适性的动力响应评判标准（3）桥梁振幅（半峰值）限值标准我国桥梁检定规范采用了限制横向振幅及振动频率的要求，由于未有更详细的研究资料和新的研究成果，故参照桥梁检定规范，提出桥梁振幅（半峰值）限值标准为：对混凝土桥 (L桥梁跨度，单位为m)。)(5.16mmLAy 四、高速铁路桥梁结构变形、变位和自振频率的高速铁路桥梁
44、结构变形、变位和自振频率的限值限值（一）梁体的竖向、水平变形和扭转梁体的竖向、水平变形和扭转 2.高速铁路梁体变形的要求高速铁路梁体变形的要求 我们在桥梁设计时，不可能都作动力响应分析来判断其刚度是否符合要求。研究单位经过综合分析国内外桥梁规范关于桥梁刚度的限制规定，决定采用竖向及横向挠跨比作为衡量刚度大小标准。四、高速铁路桥梁结构变形、变位和自振频率的高速铁路桥梁结构变形、变位和自振频率的限值限值（一）梁体的竖向、水平变形和扭转梁体的竖向、水平变形和扭转 2.高速铁路梁体变形的要求高速铁路梁体变形的要求（1）L80m的中小跨度桥梁 L80m的中小跨度桥梁竖向刚度的限制的确定方法是，计算高速列
45、车以各种速度通过各种标准跨度的简支梁时的车辆与桥梁的空间耦合振动响应，通过分析响应的时程记录曲线，获得各种计算工况下的车辆最大振动加速度、轴重减载率、脱轨系数、桥梁横向振幅及桥梁挠度放大系数（动力系数）等数据，通过研究不同竖向及横向刚度时车辆及桥梁的振动状态，从而确定出高速铁路桥梁的合理刚度限值标准来。四、高速铁路桥梁结构变形、变位和自振频率的高速铁路桥梁结构变形、变位和自振频率的限值限值（一）梁体的竖向、水平变形和扭转梁体的竖向、水平变形和扭转 2.高速铁路梁体变形的要求高速铁路梁体变形的要求（1）L80m的中小跨度桥梁通过大量的计算分析得出以下结论：1)对于单跨桥梁16m24m梁的竖向挠跨
46、比不应大于1/1500（ZK活载），且设计的梁体固有频率宜大于4.5HZ；对32m及以上跨度的竖向挠跨比不应大于1/1000，上述两种跨度范围的多跨等跨简支梁的竖向挠跨比分别为1/800和1/1300。四、高速铁路桥梁结构变形、变位和自振频率高速铁路桥梁结构变形、变位和自振频率的限值的限值（一）梁体的竖向、水平变形和扭转梁体的竖向、水平变形和扭转 2.高速铁路梁体变形的要求高速铁路梁体变形的要求 （1）L80m的中小跨度桥梁 暂规中实际采用值如下表：梁体的竖向挠度限值 跨度L24m24m80m项目单 跨L/1300L/1000L/1000多 跨L/1800L/1500L/1000四、高速铁路桥
47、梁结构变形、变位和自振频率高速铁路桥梁结构变形、变位和自振频率的限值的限值（一）梁体的竖向、水平变形和扭转梁体的竖向、水平变形和扭转 2.高速铁路梁体变形的要求高速铁路梁体变形的要求 （1）L80m的中小跨度桥梁 2)L80m的中小跨桥梁的横向刚度，一般来说横向挠跨比不大于1/4000，行车安全性与舒适性及梁横向振幅都在允许范围内，能满足行车安全性与舒适性的要求。四、高速铁路桥梁结构变形、变位和自振频率高速铁路桥梁结构变形、变位和自振频率的限值的限值（一）梁体的竖向、水平变形和扭转梁体的竖向、水平变形和扭转 2.高速铁路梁体变形的要求高速铁路梁体变形的要求 （1）L80m的中小跨度桥梁 3)桥
48、墩的耦合计算结果认为：下部结构横向刚度的减小，将增大上部结构的振幅。四、高速铁路桥梁结构变形、变位和自振频率高速铁路桥梁结构变形、变位和自振频率的限值的限值（一）梁体的竖向、水平变形和扭转梁体的竖向、水平变形和扭转 2.高速铁路梁体变形的要求高速铁路梁体变形的要求 （2）L80m的中小跨度桥梁 对于L80m的大跨度桥梁，竖向挠跨比的限值要求则是参考UIC规范的规定，挠跨比不大于1800。鉴于我们的设计活载ZK活载与UIC荷载接近，故建议挠跨比限值原则上按UIC规定取值，因ZK活载相当于0.8UIC荷载，故将挠度限制取为11000。对于横向挠跨比允许值，也采用UIC规范的规定为1/4000。四、
49、高速铁路桥梁结构变形、变位和自振频率高速铁路桥梁结构变形、变位和自振频率的限值的限值（一）梁体的竖向、水平变形和扭转梁体的竖向、水平变形和扭转 2.高速铁路梁体变形的要求高速铁路梁体变形的要求 （3）其他规定 至于梁端水平折角和桥梁扭转变形引起的轨面变形允许值的规定，也是参照UIC规范列入的。如下：1)梁部结构，在ZK活载静力作用下，跨度L80m的梁端竖向折角不应大于2。2)在ZK活载、横向摇摆力、离心力、风力和温度的作用下，桥跨结构横向水平变形引起的梁端水平折角应不大于1.0。3)活载作用下梁体扭转引起的轨面不平顺限值为：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
50、不大于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不大于1.2mm。四、高速铁路桥梁结构变形、变位和自振频率高速铁路桥梁结构变形、变位和自振频率的限值的限值（一）梁体的竖向、水平变形和扭转梁体的竖向、水平变形和扭转 2.高速铁路梁体变形的要求高速铁路梁体变形的要求 （3）其他规定 3)活载作用下梁体扭转引起的轨面不平顺限值为：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不大于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不大于1.2mm。四、高速铁路桥梁结构变形、变位和自振频率高速铁路桥梁结构变形、变位和自振频率的限值的限值（一）梁体的竖
