高速铁路钢结构桥梁桥面结构布局探讨
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DO I :10.13238/j .issn.1004 -2954.2003.12.022
·桥梁·
高速铁路钢结构桥梁桥面结构布局探讨
马坤全 , 吴定俊 , 曹雪琴
(同济大学桥梁系 上海 200092)
摘 要 :在总结分析国内外钢结构桥 梁桥面 结构使 用情况 的基础 上 , 借 鉴国外 高速铁路 钢桥桥 面结 构设计 使用 经 验 , 拟定了适用于我国高速铁路钢结构桥梁的桥 面结构型式 , 并对 其受力特 性及其自重 和用钢量 进行综 合分析 比较 , 提 出我国高速铁路钢结构桥梁桥面结构的合理布局 。
正交异性板钢桥面系大多采用有碴道床 , 但国外 早期也曾采用无碴直接支承式轨道结构 。纵肋可为开 口肋 , 亦可为闭口肋 。 无碴直接支承式即为钢轨通过 垫块直接放在钢桥面板上 , 正对钢轨下设置纵梁 。 有
碴正交异性板钢桥面系则为钢桥面板 同时作为承碴 槽 , 列车活载通过桥枕及道碴均匀分布到整个桥面板 上 。 有碴正交异性板钢桥面系按其钢桥面板的支承方
(1)计算模型 本文采用结构有限元分析软件 SAP2000 建立铁路 钢桥桥面系结构空间力学模型 , 计算分析比较其受力 特性 , 纵梁 、横梁 、桥面板及纵向加劲肋均采用板壳单 元模拟 , 弦杆采用空间杆单元模拟 , 钢桁梁桥大结点处 假定为固定 支承(约 束 3 个方向 线位移 及扭转 角变 位), 桥面板与主桁弦杆假定为刚接 。4 种方案的计算 模型分别如图 1 ～ 图 4 所示 。
表 2 桥面结构自重及建筑高度比较
方案
方案 Ⅰ
方案 Ⅱ
方案 Ⅲ
方案 Ⅳ
明桥面
桥面板/ kg
20
592.0(钢)16 473.6(钢)16
473.6(钢)
99 000.0 (混凝土)
关键词 :高速铁路 ;铁路钢桥 ;桥面结构
中图分类号 :U448.36 文献标识码 :B 文章编号 :1004 2954 (2003)12 0056 03
当前 , 我国铁路主要干线上客车的最大车速已达 140 ～ 160 km/h , 广深线采用摆式列车 , 最大时速已达 200 km , 这些线路上钢结构桥梁的桥面构造基本上均 采用纵 、横梁体系上加木枕的明桥面 。
2 双线铁路钢桁梁桥有碴桥面体系分析
2.1 桥面结构基本布局及主要尺寸 综合国内外尤其是国外铁路钢桥桥面系结构型式
·桥梁·
使用状况 , 以及高速列车对桥面系结构稳定性 、耐久性 和防振减噪的要求 , 本文初步拟定了 4 种桥面系结构 方案 , 所有方案均为双线有碴 桥面 , 道碴 厚度假定为 30 cm 。 主桁中 心距假定 为 11 m(线间 距假 定为 4.5 m), 主桁节间长度假定为 12 m 。 方案 Ⅰ(图 1):钢纵 、 横梁 +钢桥面板 , 桥面板厚 20 mm ;横梁间距 12 m , 每 线 2 片纵梁 , 其间距为 1.6 m , 开口纵肋 。 方案 Ⅱ(图 2):钢横梁 +钢桥面板 , 桥面板厚 16 mm ;横梁间距 4 m , 倒梯形闭口纵肋 。 方案 Ⅲ(图 3):钢横梁 +钢桥面 板 , 桥面板厚 16 mm ;横梁间距 2.4 m , 开口纵肋 。 方案 Ⅳ(图 4):钢纵 、横梁 +预应力混凝土桥面板 , 桥面板 厚 30 cm , 横梁间距 12 m , 每线 2 片纵梁 , 其间距为 1.6 m , 钢筋混凝土桥面板通过剪力键与纵 、横梁以及主桁 弦杆连接 , 从而形成结合梁桥面体系 , 并且桥面系参与 主梁工作 。 2.2 桥面结构的受力计算与分析
2.99
σxt 40.7(支点) 46.2(支点) 31.06(支点) 3.95(支点)
桥面板 σxc -59.03(跨中)-43.9(跨中)-19.7(跨中)-2.34(跨中)
(中跨) σyt
222.8
39.7
65.2
8.43
σyc
-162.0
-56.3
-59.2
-3.02
中 跨
跨 中
σxt σxc
混凝土桥面板式桥面结构根据桥面板是否参与主 梁受力可以分为非结合梁式与结合梁式[ 3] 两种 。 非结 合梁式即为混凝土桥面板安装在钢桥 面系(钢 纵 、横 梁)上 , 不参与主梁受力 。 道床可采用整体道床(板式 轨道)或有碴道床 。 由于混凝土桥面板不参与主梁受 力 , 因此 , 桥面板在主梁变形 、桥面板混凝土收缩徐变 及纵梁温度变化影响下 , 不产生过大的拉应力 。结合 梁式则为混凝土桥面板与下弦杆和纵横梁桥面系通过 特制的剪力传递器(剪力键)联成整体 , 从而参与主梁 受力 。混凝土桥面板同时又可作为道碴槽 , 因而 , 大多 采用有碴道床 。 对于下承式桁梁结构 , 由于混凝土桥 面板要分担桥面系所受的拉力 , 因此 , 混凝土桥面板顺 桥向应施加预应力 。按混凝土桥面板的支承方式 , 结 合梁式桥面结构又可分为 3 种类型 :①纵 、横梁桥面系 式 ;②仅由横梁支承的纵向板式 ;③桥面板仅由下弦杆 支承的横向板式 。 1.3 钢桥面板式
点 σyc -106.8(下) -146(下) -110.5(下) -28.8(下)
注 :桥面板横向最大正应力 σy 出现在两 纵梁(或两纵肋)跨中及 其 与桥面板相连接处 。
由表 1 可看出 , 方案 Ⅰ ～ 方案 Ⅲ正交异性钢桥面 板体系桥面板的纵向应力相差不大 , 方案 Ⅲ稍优于方 案 Ⅰ 、Ⅱ ;但桥面板的横向应力方案 Ⅰ则明显高于方案 Ⅱ 、Ⅲ , 这主要是由于在方案 Ⅰ 中 , 纵梁刚度明显大于 纵肋 , 在荷载作用下 , 桥面板近似呈单向板受力 , 导致 桥面板横向应力分布不均 。 横梁轴向应力方案 Ⅱ 、Ⅲ 较方案 Ⅰ略高 。 从表 1 还可看出 , 方案 Ⅳ中混凝土桥 面板在支点部位出现纵向拉应力 , 并在混凝土板与弦
我国于 1988 年开始设计研究有碴正交异性钢桥面 系下承板梁 , 已用于淮南复线拓皋桥[ 5] 。 该桥自 1992 年 12 月底开通运营以来 , 除在横肋两端部与桥面板连 接焊缝(手工焊)处出现微裂纹外 , 其他部位均未发现任 何异常 。该裂纹自 1999 年 8 月发现 , 至今并无明显扩 展 。目前 , 该梁外形及几何尺寸无异常变化 , 结构性能 良好 , 泄水管流水正常 , 钢桥面板防锈层完好 。综合国 外高速铁路钢桥桥面结构使用情况 , 国外高速铁路钢桁 梁桥桥面结构基本上均采用正交异性钢桥面板式和混 凝土桥面板式 , 并多为有碴道床 。
39.7(下) -12.93(上)
19.5(下) -2.68(上)
纵 梁
支 点
σxt σxc
32.6(上) -62.4(下)
-1.56(上) -28.4(下)
跨 σyt 30.5(下) 64.2(下) 53.7(下) 25.0(下)
中 横 梁
中 支
σyc σyt
-21.4(上) -39.3(上) -28.1(上) -6.31(上) 81.2(上) 102.5(上) 83.4(上) 8.04(上)
图 1 方案 Ⅰ 计算模型
图 2 方案 Ⅱ 计算模型
图 3 方案 Ⅲ 计算模型
(2) 计算载荷
分布作用 , 参考国内外列车活载横向分布资料[ 6] , 本文
桥面板直接承受桥上线路传来的列车活载 , 在设 计算荷载分布拟定为 :桥枕长度 2.50 m , 横桥向扩散
计中要考虑活载通过桥上线路(钢轨 、桥枕及道碴)的 角 23.2°, 横桥向分布长度 2.80 m 。 正交异性板钢桥面
1 钢结构桥梁桥面结构型式
1.1 明桥面 明桥面包括无碴有枕式[ 1] 及无碴无枕式[ 2] 两种 。
无碴有枕式即为桥枕直接固定在桥面系的纵梁上(上 承式钢板梁桥固定在钢板梁的上翼缘上), 而无碴无枕 式则是钢轨通过扣件直接连接在纵梁上 。
采用明桥面的铁路钢桥 , 桥枕与钢梁的固定方式 难以承受较大的纵向及横向水平力 。随着列车运行速 度的提高 , 列车对桥面系的冲击作用也因此而加大 , 为 适应列车时速提高至 160 km 的要求 , 明桥面的具体构 造也作了相应的变化 , 即 :①采用 60 kg/m 钢轨 ;②桥 上轨道采用无缝线路或用高强螺栓将钢轨接缝冻结 ; ③在活动支座处 , 钢轨扣件采用紧 -松 -紧的布置方 式 。 广深线石滩大桥 64 m 下承双线简支钢桁梁桥为 满足客车时速达 200 km 运营的要求 , 对其桥面系进行 了加固改造 , 即纵梁上翼缘板钻 24 mm 孔 , 用 22 ×
铁道标准设计 RAILWAY STANDARD DESIGN 2003(12)
式 , 有以下 3 种类型 :①由纵梁 、横梁 、横肋(横隔板)支 承的钢桥面板体系 ;②由纵 、横梁支承的正交异性钢桥 面板系 ;③下弦杆和钢桥面板结合的低高度桥面系[ 4] 。 1.4 应用情况
我国目前还没有在铁路下承式钢桥上采用混凝土 桥面板式桥面结构的实例 。德国 、日本等国家则有许多 这样的使用实例 。国外从上世纪 50 年代就开始研制正 交异性板钢桥面系并用于铁路钢桥上 , 尤其是德国及日 本发展速度很快 , 已成为高速铁路钢桥的主要桥面结构 型式 。
土桥面板与弦杆连接部位出现局部应力集中外 , 混凝 土桥面板的纵 、横向应力分布比较均匀 。 2.3 桥面结构自重与用钢量的综合比较
表 2 表示按本文拟定的各方案桥面结构构造尺寸 计算的 12 m 长节间桥面结构自重 、用钢量及建筑高度 比较 。
由表 2 可看出 , 方案 Ⅰ ～ 方案 Ⅲ正交异性钢桥面 板方案用钢量及桥面结构自重基本相同 , 但方案 Ⅰ 建 筑高度则高于方案 Ⅱ及方案 Ⅲ ;混凝土桥面板结合梁 方案由于混凝土桥面板体积大 、结构重而导致该方案 桥面系结构自重明显高于其他 4 种方案 , 但其用钢量 明显节省 ;明桥面方案虽然其结构自重明显低于其他 方案 , 但其稳定性 、耐久性及减振降噪性能均不能满足 高速铁路的要求 , 并且其建筑高度亦比较大 。
铁道标准设计 RAILWAY STANDARD DESIGN 2003(12)
57
·桥梁·
ຫໍສະໝຸດ Baidu系及结合梁桥面系钢桥是一个高次超静定空间结构 , 其桥面系的活载冲击系数的取值有待于进一步研究探
讨 , 本文 采用 《铁 路 桥涵 设 计基 本 规范》(TB10002.1 -99)规定值 。
图 4 方案 Ⅳ计算模型
(3) 计算结果及分析
是横向应力峰值偏大 ;方案 Ⅱ 、方案 Ⅲ因不设纵梁 , 而
表 1 表示方案 Ⅰ ～ 方案 Ⅳ桥面系桥面板 、纵梁及 纵肋基本呈等间距布置 , 钢桥面板的支承刚度接近均
横梁在恒载与活载(考虑活载冲击系数)作用下的最大 布 , 因而 , 桥面板的纵 、横向应力分布比较均匀 , 横向应
收稿日期 :2003 07 28 ;修回日期 :2003 09 10 第一作者简介 :马坤全(1964—), 男 , 副教授 , 同济大学在读博士生 。
56
500 mm 带大六角螺母及 2 个垫圈的长螺栓直接将枕 木与纵梁固接 , 每根枕木两端各安装 1 个螺栓 。钢轨 用 K 型分开式扣件与木枕相连 。尽管如此 , 明桥面的 稳定性及耐久性仍难以满足高速列车的行车要求 , 因 此 , UIC 规范要求高速铁路不用明桥面 , 日本高速铁路 钢桥桥面结构也不采用明桥面 。 1.2 混凝土桥面板式
2003 年通车的秦沈客运专线车速达 250 km/h , 然 而全线上桥梁结构均为预应力混凝土或结合梁 , 无钢 结构桥梁 。迄今为止 , 国内适用于超过 200 km/h 以上 高速客车的钢结构桥梁桥面构造尚未建造 。
为了适应当前高速铁路修建的紧迫性 , 本文吸取 国外高速铁路桥梁的设计使用经验 , 并收集国内车速 160 ～ 200 km/ h 快速客车铁路桥梁的养护资料 , 对高速 铁路钢结构桥梁桥面结构布局进行研讨 。
正应力和最大静活载挠度 , 表中 x 表示顺线路方向 , y 表示垂直线路方向即横向 。
力峰值亦明显降低 ;方案 Ⅳ因混凝土板刚度比较大 , 因 而 , 荷载大部分由混凝土桥面板承受 。 因此 , 除在混凝
表 1 各方案桥面系控制应力
MPa
方案
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
最大静挠度
(δsmax)/mm
11.3
6.4
5.6
·桥梁·
高速铁路钢结构桥梁桥面结构布局探讨
马坤全 , 吴定俊 , 曹雪琴
(同济大学桥梁系 上海 200092)
摘 要 :在总结分析国内外钢结构桥 梁桥面 结构使 用情况 的基础 上 , 借 鉴国外 高速铁路 钢桥桥 面结 构设计 使用 经 验 , 拟定了适用于我国高速铁路钢结构桥梁的桥 面结构型式 , 并对 其受力特 性及其自重 和用钢量 进行综 合分析 比较 , 提 出我国高速铁路钢结构桥梁桥面结构的合理布局 。
正交异性板钢桥面系大多采用有碴道床 , 但国外 早期也曾采用无碴直接支承式轨道结构 。纵肋可为开 口肋 , 亦可为闭口肋 。 无碴直接支承式即为钢轨通过 垫块直接放在钢桥面板上 , 正对钢轨下设置纵梁 。 有
碴正交异性板钢桥面系则为钢桥面板 同时作为承碴 槽 , 列车活载通过桥枕及道碴均匀分布到整个桥面板 上 。 有碴正交异性板钢桥面系按其钢桥面板的支承方
(1)计算模型 本文采用结构有限元分析软件 SAP2000 建立铁路 钢桥桥面系结构空间力学模型 , 计算分析比较其受力 特性 , 纵梁 、横梁 、桥面板及纵向加劲肋均采用板壳单 元模拟 , 弦杆采用空间杆单元模拟 , 钢桁梁桥大结点处 假定为固定 支承(约 束 3 个方向 线位移 及扭转 角变 位), 桥面板与主桁弦杆假定为刚接 。4 种方案的计算 模型分别如图 1 ～ 图 4 所示 。
表 2 桥面结构自重及建筑高度比较
方案
方案 Ⅰ
方案 Ⅱ
方案 Ⅲ
方案 Ⅳ
明桥面
桥面板/ kg
20
592.0(钢)16 473.6(钢)16
473.6(钢)
99 000.0 (混凝土)
关键词 :高速铁路 ;铁路钢桥 ;桥面结构
中图分类号 :U448.36 文献标识码 :B 文章编号 :1004 2954 (2003)12 0056 03
当前 , 我国铁路主要干线上客车的最大车速已达 140 ～ 160 km/h , 广深线采用摆式列车 , 最大时速已达 200 km , 这些线路上钢结构桥梁的桥面构造基本上均 采用纵 、横梁体系上加木枕的明桥面 。
2 双线铁路钢桁梁桥有碴桥面体系分析
2.1 桥面结构基本布局及主要尺寸 综合国内外尤其是国外铁路钢桥桥面系结构型式
·桥梁·
使用状况 , 以及高速列车对桥面系结构稳定性 、耐久性 和防振减噪的要求 , 本文初步拟定了 4 种桥面系结构 方案 , 所有方案均为双线有碴 桥面 , 道碴 厚度假定为 30 cm 。 主桁中 心距假定 为 11 m(线间 距假 定为 4.5 m), 主桁节间长度假定为 12 m 。 方案 Ⅰ(图 1):钢纵 、 横梁 +钢桥面板 , 桥面板厚 20 mm ;横梁间距 12 m , 每 线 2 片纵梁 , 其间距为 1.6 m , 开口纵肋 。 方案 Ⅱ(图 2):钢横梁 +钢桥面板 , 桥面板厚 16 mm ;横梁间距 4 m , 倒梯形闭口纵肋 。 方案 Ⅲ(图 3):钢横梁 +钢桥面 板 , 桥面板厚 16 mm ;横梁间距 2.4 m , 开口纵肋 。 方案 Ⅳ(图 4):钢纵 、横梁 +预应力混凝土桥面板 , 桥面板 厚 30 cm , 横梁间距 12 m , 每线 2 片纵梁 , 其间距为 1.6 m , 钢筋混凝土桥面板通过剪力键与纵 、横梁以及主桁 弦杆连接 , 从而形成结合梁桥面体系 , 并且桥面系参与 主梁工作 。 2.2 桥面结构的受力计算与分析
2.99
σxt 40.7(支点) 46.2(支点) 31.06(支点) 3.95(支点)
桥面板 σxc -59.03(跨中)-43.9(跨中)-19.7(跨中)-2.34(跨中)
(中跨) σyt
222.8
39.7
65.2
8.43
σyc
-162.0
-56.3
-59.2
-3.02
中 跨
跨 中
σxt σxc
混凝土桥面板式桥面结构根据桥面板是否参与主 梁受力可以分为非结合梁式与结合梁式[ 3] 两种 。 非结 合梁式即为混凝土桥面板安装在钢桥 面系(钢 纵 、横 梁)上 , 不参与主梁受力 。 道床可采用整体道床(板式 轨道)或有碴道床 。 由于混凝土桥面板不参与主梁受 力 , 因此 , 桥面板在主梁变形 、桥面板混凝土收缩徐变 及纵梁温度变化影响下 , 不产生过大的拉应力 。结合 梁式则为混凝土桥面板与下弦杆和纵横梁桥面系通过 特制的剪力传递器(剪力键)联成整体 , 从而参与主梁 受力 。混凝土桥面板同时又可作为道碴槽 , 因而 , 大多 采用有碴道床 。 对于下承式桁梁结构 , 由于混凝土桥 面板要分担桥面系所受的拉力 , 因此 , 混凝土桥面板顺 桥向应施加预应力 。按混凝土桥面板的支承方式 , 结 合梁式桥面结构又可分为 3 种类型 :①纵 、横梁桥面系 式 ;②仅由横梁支承的纵向板式 ;③桥面板仅由下弦杆 支承的横向板式 。 1.3 钢桥面板式
点 σyc -106.8(下) -146(下) -110.5(下) -28.8(下)
注 :桥面板横向最大正应力 σy 出现在两 纵梁(或两纵肋)跨中及 其 与桥面板相连接处 。
由表 1 可看出 , 方案 Ⅰ ～ 方案 Ⅲ正交异性钢桥面 板体系桥面板的纵向应力相差不大 , 方案 Ⅲ稍优于方 案 Ⅰ 、Ⅱ ;但桥面板的横向应力方案 Ⅰ则明显高于方案 Ⅱ 、Ⅲ , 这主要是由于在方案 Ⅰ 中 , 纵梁刚度明显大于 纵肋 , 在荷载作用下 , 桥面板近似呈单向板受力 , 导致 桥面板横向应力分布不均 。 横梁轴向应力方案 Ⅱ 、Ⅲ 较方案 Ⅰ略高 。 从表 1 还可看出 , 方案 Ⅳ中混凝土桥 面板在支点部位出现纵向拉应力 , 并在混凝土板与弦
我国于 1988 年开始设计研究有碴正交异性钢桥面 系下承板梁 , 已用于淮南复线拓皋桥[ 5] 。 该桥自 1992 年 12 月底开通运营以来 , 除在横肋两端部与桥面板连 接焊缝(手工焊)处出现微裂纹外 , 其他部位均未发现任 何异常 。该裂纹自 1999 年 8 月发现 , 至今并无明显扩 展 。目前 , 该梁外形及几何尺寸无异常变化 , 结构性能 良好 , 泄水管流水正常 , 钢桥面板防锈层完好 。综合国 外高速铁路钢桥桥面结构使用情况 , 国外高速铁路钢桁 梁桥桥面结构基本上均采用正交异性钢桥面板式和混 凝土桥面板式 , 并多为有碴道床 。
39.7(下) -12.93(上)
19.5(下) -2.68(上)
纵 梁
支 点
σxt σxc
32.6(上) -62.4(下)
-1.56(上) -28.4(下)
跨 σyt 30.5(下) 64.2(下) 53.7(下) 25.0(下)
中 横 梁
中 支
σyc σyt
-21.4(上) -39.3(上) -28.1(上) -6.31(上) 81.2(上) 102.5(上) 83.4(上) 8.04(上)
图 1 方案 Ⅰ 计算模型
图 2 方案 Ⅱ 计算模型
图 3 方案 Ⅲ 计算模型
(2) 计算载荷
分布作用 , 参考国内外列车活载横向分布资料[ 6] , 本文
桥面板直接承受桥上线路传来的列车活载 , 在设 计算荷载分布拟定为 :桥枕长度 2.50 m , 横桥向扩散
计中要考虑活载通过桥上线路(钢轨 、桥枕及道碴)的 角 23.2°, 横桥向分布长度 2.80 m 。 正交异性板钢桥面
1 钢结构桥梁桥面结构型式
1.1 明桥面 明桥面包括无碴有枕式[ 1] 及无碴无枕式[ 2] 两种 。
无碴有枕式即为桥枕直接固定在桥面系的纵梁上(上 承式钢板梁桥固定在钢板梁的上翼缘上), 而无碴无枕 式则是钢轨通过扣件直接连接在纵梁上 。
采用明桥面的铁路钢桥 , 桥枕与钢梁的固定方式 难以承受较大的纵向及横向水平力 。随着列车运行速 度的提高 , 列车对桥面系的冲击作用也因此而加大 , 为 适应列车时速提高至 160 km 的要求 , 明桥面的具体构 造也作了相应的变化 , 即 :①采用 60 kg/m 钢轨 ;②桥 上轨道采用无缝线路或用高强螺栓将钢轨接缝冻结 ; ③在活动支座处 , 钢轨扣件采用紧 -松 -紧的布置方 式 。 广深线石滩大桥 64 m 下承双线简支钢桁梁桥为 满足客车时速达 200 km 运营的要求 , 对其桥面系进行 了加固改造 , 即纵梁上翼缘板钻 24 mm 孔 , 用 22 ×
铁道标准设计 RAILWAY STANDARD DESIGN 2003(12)
式 , 有以下 3 种类型 :①由纵梁 、横梁 、横肋(横隔板)支 承的钢桥面板体系 ;②由纵 、横梁支承的正交异性钢桥 面板系 ;③下弦杆和钢桥面板结合的低高度桥面系[ 4] 。 1.4 应用情况
我国目前还没有在铁路下承式钢桥上采用混凝土 桥面板式桥面结构的实例 。德国 、日本等国家则有许多 这样的使用实例 。国外从上世纪 50 年代就开始研制正 交异性板钢桥面系并用于铁路钢桥上 , 尤其是德国及日 本发展速度很快 , 已成为高速铁路钢桥的主要桥面结构 型式 。
土桥面板与弦杆连接部位出现局部应力集中外 , 混凝 土桥面板的纵 、横向应力分布比较均匀 。 2.3 桥面结构自重与用钢量的综合比较
表 2 表示按本文拟定的各方案桥面结构构造尺寸 计算的 12 m 长节间桥面结构自重 、用钢量及建筑高度 比较 。
由表 2 可看出 , 方案 Ⅰ ～ 方案 Ⅲ正交异性钢桥面 板方案用钢量及桥面结构自重基本相同 , 但方案 Ⅰ 建 筑高度则高于方案 Ⅱ及方案 Ⅲ ;混凝土桥面板结合梁 方案由于混凝土桥面板体积大 、结构重而导致该方案 桥面系结构自重明显高于其他 4 种方案 , 但其用钢量 明显节省 ;明桥面方案虽然其结构自重明显低于其他 方案 , 但其稳定性 、耐久性及减振降噪性能均不能满足 高速铁路的要求 , 并且其建筑高度亦比较大 。
铁道标准设计 RAILWAY STANDARD DESIGN 2003(12)
57
·桥梁·
ຫໍສະໝຸດ Baidu系及结合梁桥面系钢桥是一个高次超静定空间结构 , 其桥面系的活载冲击系数的取值有待于进一步研究探
讨 , 本文 采用 《铁 路 桥涵 设 计基 本 规范》(TB10002.1 -99)规定值 。
图 4 方案 Ⅳ计算模型
(3) 计算结果及分析
是横向应力峰值偏大 ;方案 Ⅱ 、方案 Ⅲ因不设纵梁 , 而
表 1 表示方案 Ⅰ ～ 方案 Ⅳ桥面系桥面板 、纵梁及 纵肋基本呈等间距布置 , 钢桥面板的支承刚度接近均
横梁在恒载与活载(考虑活载冲击系数)作用下的最大 布 , 因而 , 桥面板的纵 、横向应力分布比较均匀 , 横向应
收稿日期 :2003 07 28 ;修回日期 :2003 09 10 第一作者简介 :马坤全(1964—), 男 , 副教授 , 同济大学在读博士生 。
56
500 mm 带大六角螺母及 2 个垫圈的长螺栓直接将枕 木与纵梁固接 , 每根枕木两端各安装 1 个螺栓 。钢轨 用 K 型分开式扣件与木枕相连 。尽管如此 , 明桥面的 稳定性及耐久性仍难以满足高速列车的行车要求 , 因 此 , UIC 规范要求高速铁路不用明桥面 , 日本高速铁路 钢桥桥面结构也不采用明桥面 。 1.2 混凝土桥面板式
2003 年通车的秦沈客运专线车速达 250 km/h , 然 而全线上桥梁结构均为预应力混凝土或结合梁 , 无钢 结构桥梁 。迄今为止 , 国内适用于超过 200 km/h 以上 高速客车的钢结构桥梁桥面构造尚未建造 。
为了适应当前高速铁路修建的紧迫性 , 本文吸取 国外高速铁路桥梁的设计使用经验 , 并收集国内车速 160 ～ 200 km/ h 快速客车铁路桥梁的养护资料 , 对高速 铁路钢结构桥梁桥面结构布局进行研讨 。
正应力和最大静活载挠度 , 表中 x 表示顺线路方向 , y 表示垂直线路方向即横向 。
力峰值亦明显降低 ;方案 Ⅳ因混凝土板刚度比较大 , 因 而 , 荷载大部分由混凝土桥面板承受 。 因此 , 除在混凝
表 1 各方案桥面系控制应力
MPa
方案
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
最大静挠度
(δsmax)/mm
11.3
6.4
5.6