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文檔簡(jiǎn)介
京滬高速鐵路橋梁設(shè)計(jì)的若干技術(shù)問(wèn)題
1工藝及地層條件京滬高速公路經(jīng)過(guò)河北、山東、安徽、江蘇、北京、天津和上海。其中,徐上海段穿過(guò)中國(guó)北方和華東地區(qū),主要位于平原和山區(qū)。沿線經(jīng)過(guò)黃河、淮河、長(zhǎng)江三大水系,位于各水系流域的中下游,地勢(shì)平坦,河谷交錯(cuò)。丹陽(yáng)以東為太湖河網(wǎng)地區(qū),河溝縱橫交錯(cuò),互相溝通,形成整個(gè)太湖澇區(qū)。徐州至池河段線路通過(guò)黃淮沖積平原及淮河一、二級(jí)階地,主要出露上更新統(tǒng)粉土、粉細(xì)砂、粉質(zhì)黏土、黏土,下伏灰?guī)r、泥灰?guī)r、泥巖等。池河至丹陽(yáng)段線路通過(guò)剝蝕低山丘陵區(qū)及長(zhǎng)江河谷階地,地層巖性主要為粉細(xì)砂巖、泥巖、千枚巖、灰?guī)r及侵入巖等。丹陽(yáng)至上海段線路通過(guò)長(zhǎng)江三角洲平原區(qū),均為第四系地層覆蓋,系江河、湖泊、海相沉積形成,為黏土、粉質(zhì)黏土夾粉細(xì)砂層。徐州至上海段正線橋梁共135座總橋長(zhǎng)521.9km,占正線長(zhǎng)度642.522km的81.23%。其中超過(guò)10km長(zhǎng)度的橋梁共8座總橋長(zhǎng)405km,占橋梁總長(zhǎng)度的78%,丹陽(yáng)至昆山特大橋全長(zhǎng)164.85km,為京滬高速鐵路最長(zhǎng)的橋梁。2梁占橋梁臨床地位的統(tǒng)計(jì)高速鐵路橋梁總長(zhǎng)占線路比例很大,而40m以下跨度的橋梁占橋梁總長(zhǎng)的比例見(jiàn)表1(2005年統(tǒng)計(jì))。合理地選擇這些橋梁的結(jié)構(gòu)形式和跨度,對(duì)橋梁景觀、工程投資均有很大影響,其關(guān)鍵技術(shù)在于確定橋面的寬度、截面形式以及跨度的大小。2.1接觸網(wǎng)立柱離線路中心的距離根據(jù)調(diào)研,橋上道砟采用機(jī)械清篩時(shí),防護(hù)墻距線路中心最小距離為2.2m;結(jié)合列車建筑限界的要求,橋上無(wú)砟軌道的防護(hù)墻距線路中心最小距離為1.9m。根據(jù)國(guó)外咨詢及國(guó)內(nèi)研究成果,接觸網(wǎng)立柱離線路中心的最小距離為3.0m。如橋面不設(shè)人行道走行式檢查車,高速列車通過(guò)時(shí),橋上不允許人員停留;無(wú)砟軌道滿足建筑限界要求;電纜槽在線路兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置,每側(cè)兩槽,通信信號(hào)合槽,凈寬350mm,電力槽最小凈寬200mm。考慮到人行欄桿、聲屏障等基礎(chǔ),橋面最小凈寬,無(wú)砟橋面為12.0m,有砟橋面為12.6m。橋面布置見(jiàn)圖1、圖2。2.2橫向剛度對(duì)比雙線箱梁因?yàn)榻孛嬲w性強(qiáng),抗扭剛度大,我國(guó)既有鐵路線上的混凝土連續(xù)梁都是采用箱形截面構(gòu)造。用于高速鐵路上,其動(dòng)力特性更顯得優(yōu)越??紤]梁體的運(yùn)輸、架設(shè)等問(wèn)題,我國(guó)既有鐵路除個(gè)別工點(diǎn)外基本上是采用T形截面構(gòu)造。這種截面形式的混凝土梁,分片預(yù)制、分片架設(shè)后將橫隔板橋面聯(lián)成整體。若T梁用于客運(yùn)專線鐵路上,為保證橋跨的整體性,架設(shè)后須通過(guò)現(xiàn)澆混凝土將橋面、隔板聯(lián)成整體并施加橫向預(yù)應(yīng)力,增加了施工工序。圖3給出跨度32m整體箱梁和分片T梁兩種截面形式及在梁高相同條件下的截面剛度,兩者的豎向剛度相差不大,而橫向剛度和抗扭剛度箱梁有明顯優(yōu)勢(shì)。箱梁的剛度大,整體性好,具有較好的動(dòng)力特性,架設(shè)可一次到位,無(wú)工地聯(lián)接工作,工期較短,應(yīng)為常用跨度混凝土梁的首選形式。但其自重大,橋面寬,預(yù)制架設(shè)需要重型設(shè)備。雙線單箱單室整體箱形截面具有腹板少,圬工省,較厚的腹板有利于布置鋼筋和提高耐久性等優(yōu)點(diǎn)。單線單箱單室箱梁結(jié)構(gòu)尺寸較小,重量較輕,便于運(yùn)輸和架設(shè),施工設(shè)備動(dòng)力要求較小,但其圬工用量較多,且列車運(yùn)行平穩(wěn)指標(biāo)比雙線整體結(jié)構(gòu)要差一些。北方交通大學(xué)在研究中曾比較24m的混凝土簡(jiǎn)支箱梁的舒適度指標(biāo),單線梁為2.229,而雙線整孔箱梁為1.8。這說(shuō)明雙線整孔箱梁結(jié)構(gòu)橫向剛度大,改善了旅客乘坐舒適度。對(duì)于一般簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu),需要從制造、運(yùn)輸、架設(shè)和運(yùn)營(yíng)、養(yǎng)護(hù)、結(jié)構(gòu)動(dòng)力性能等諸方面進(jìn)行分析比較,從保證高速列車運(yùn)行乘坐舒適度的角度來(lái)看,雙線整孔箱梁比單線梁優(yōu)越,宜優(yōu)先采用。配合32m整孔箱梁的設(shè)計(jì),國(guó)內(nèi)多家生產(chǎn)廠家研制了10余種高速鐵路900t運(yùn)架設(shè)備供施工使用,徹底解決了900t箱梁的運(yùn)輸、架設(shè)問(wèn)題。目前高速鐵路簡(jiǎn)支箱梁絕大部分都采用了雙線單箱單室箱梁。2.3在比較合理橋梁和橋梁類型的技術(shù)經(jīng)濟(jì)方面為了合理確定高速鐵路一般橋梁的合理橋跨、橋式,京滬高速鐵路施工人員對(duì)常用跨度的橋梁進(jìn)行了大量計(jì)算分析和技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較等工作。2.3.1比較技術(shù)經(jīng)濟(jì)的原則(1)預(yù)應(yīng)力筋和連續(xù)梁的施工方法跨度采用我國(guó)鐵路標(biāo)準(zhǔn)跨,即10m、16m、24m、32m。其中10m跨度的橋梁結(jié)構(gòu)采用(3×10m+8)m的連續(xù)剛構(gòu),16m跨度的橋梁才用T梁,24m、32m跨度的橋梁采用整孔箱梁,且分簡(jiǎn)支箱梁、連續(xù)梁兩種。結(jié)合以前的研究成果,確定24m、32m跨度的連續(xù)梁每聯(lián)不超過(guò)3孔。連續(xù)梁施工方法采用先簡(jiǎn)支后連續(xù)和橋位現(xiàn)澆兩種,簡(jiǎn)支梁采用預(yù)制架設(shè),連續(xù)剛構(gòu)采用橋位現(xiàn)澆施工,T梁采用預(yù)制架設(shè)。32m梁采用900t級(jí)架橋機(jī)架設(shè),24m梁采用700t級(jí)架橋機(jī)架設(shè),T梁采用普通鐵路130t級(jí)架橋機(jī)。(2)要符合研究方向由于高速鐵路長(zhǎng)橋較多且很長(zhǎng),比較時(shí)選擇500m左右長(zhǎng)橋梁進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。計(jì)算比較主要原則如下。①比選工點(diǎn)橋上線路按實(shí)際情況考慮。②簡(jiǎn)支梁、連續(xù)梁設(shè)計(jì)遵循《暫規(guī)》、《橋規(guī)》,支反力采用通用圖提供值。③橋墩采用鋼筋混凝土矩形空心墩。④簡(jiǎn)支梁橋墩水平線剛度按《暫規(guī)》、連續(xù)梁橋墩水平線剛度按《京滬高速鐵路常用跨度連續(xù)梁橋設(shè)計(jì)研究》成果(見(jiàn)表2)執(zhí)行。⑤簡(jiǎn)支梁、連續(xù)梁梁部主要工程數(shù)量按照通用圖提供的數(shù)量辦理。2.3.2比較設(shè)計(jì)內(nèi)容和橋梁的設(shè)計(jì)(1)更新統(tǒng)3ga、低統(tǒng)3a沖積巖橋址位于黃淮河沖積平原,地勢(shì)平坦開(kāi)闊,區(qū)內(nèi)地層上部為第四系全新統(tǒng)(Q4al)、更新統(tǒng)(Q3al)沖積形成的黏性土及砂類土,下伏基巖為奧陶系白云巖。平均墩高4.5m,設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)36~40m(32m簡(jiǎn)支梁方案),樁底進(jìn)入硬塑黏土層。(2)qal、更新統(tǒng)沖積形成的下伏基巖橋址位于黃淮河沖積平原,地形開(kāi)闊,區(qū)內(nèi)地層上部為第四系全新統(tǒng)(Q4al)、更新統(tǒng)(Q3al)沖積形成的黏性土及砂類土,下伏基巖為燕山期混合花崗巖。平均墩高7.5m。設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)28~36m(32m簡(jiǎn)支梁方案),樁底進(jìn)入混合花崗巖弱風(fēng)化層。(3)下伏地層土控水土橋址位于沖湖積平原區(qū),地勢(shì)開(kāi)闊,區(qū)內(nèi)地層上部為第四系全新統(tǒng)(al+lQ4)沖湖積形成的黏性土及砂類土,巖性層理規(guī)律性較強(qiáng),下伏地層為第四系上更新統(tǒng)(alQ3)沖積形成的黏性土及砂類土。平均墩高11.75m。設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)54.5~58.0m(32m梁簡(jiǎn)支方案),樁底進(jìn)入粉砂、粉土夾粉質(zhì)黏土層或粉質(zhì)黏土夾粉砂層。2.3.3橋型選型的適用性從圖4~圖6可以看出,預(yù)制架設(shè)32m簡(jiǎn)支箱梁最為經(jīng)濟(jì),其次是預(yù)制架設(shè)24m簡(jiǎn)支箱梁。對(duì)于(3×10m+8m)連續(xù)鋼架,其經(jīng)濟(jì)指標(biāo)從圖6中可知,具有較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。但考慮到其施工、適用條件等的特殊性,沒(méi)有把它作為常用跨度橋梁推薦。下面為2005年高速鐵路常用跨度橋梁技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較論證會(huì)結(jié)論意見(jiàn)。(1)常用跨度簡(jiǎn)支箱梁、連續(xù)箱梁、整體式多片T梁、小跨度剛架(剛構(gòu))等橋型的靜力及車橋動(dòng)力響應(yīng)分析表明,均能滿足高速及貨運(yùn)列車運(yùn)行安全性、平穩(wěn)性及舒適性的要求,動(dòng)力性能基本相近,作為客運(yùn)專線常用跨度的橋型都是可行的。(2)簡(jiǎn)支箱梁整體性能好、受力明確、技術(shù)成熟,對(duì)基礎(chǔ)沉降適應(yīng)性好,養(yǎng)護(hù)維修較方便,采用梁場(chǎng)預(yù)制,質(zhì)量容易控制,預(yù)制運(yùn)架可縮短工期,造價(jià)相對(duì)較低。鑒于橋梁比例大,地質(zhì)條件一般較差等特點(diǎn),采用簡(jiǎn)支箱梁為主梁型是適宜的。(3)跨度32m及以下的連續(xù)箱梁整體性好,結(jié)構(gòu)高度相對(duì)低,但其對(duì)橋墩的縱向水平線剛度要求高,基礎(chǔ)沉降造成的風(fēng)險(xiǎn)較大,造價(jià)較高,可在適宜的條件下選用。(4)跨度16m整體多片式T梁便于預(yù)制架設(shè),施工快捷,可在地質(zhì)條件較好、橋高不大的中小橋中選用。(5)小跨度剛架(剛構(gòu))橋結(jié)構(gòu)高度低,便于就地澆筑,宜在橋高不大或結(jié)構(gòu)高度受控制及車站高架等地段選用。(6)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較分析表明,一般情況下跨度32m簡(jiǎn)支箱梁最為經(jīng)濟(jì),以32m孔跨為主是合理的。基于技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較結(jié)果,京滬高速鐵路主要采用了32m預(yù)制簡(jiǎn)支箱梁,并適當(dāng)?shù)亟Y(jié)合工點(diǎn)要求,少量地采用了部分32m現(xiàn)澆簡(jiǎn)支箱梁。3模擬軟土地樁基、靜載試驗(yàn)研究高速鐵路由于行車速度高,對(duì)橋梁樁基礎(chǔ)的激振較普通鐵路嚴(yán)重,樁基礎(chǔ)在高速鐵路車輛的激振下,其相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)較常規(guī)取值有何差異直接關(guān)系到行車安全。鑒于軟土地基樁基反應(yīng)更為敏感,研究是從深厚軟弱地基樁基礎(chǔ)開(kāi)展的。1997年進(jìn)行了“高速鐵路深厚軟弱地基上橋梁基礎(chǔ)合理形式及設(shè)計(jì)研究”,采集了蘇錫常地區(qū)軟土地質(zhì)鉆孔土樣,在試驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行模擬軟土樁基動(dòng)、靜載試驗(yàn)。室內(nèi)動(dòng)力激振試驗(yàn)研究認(rèn)為位于軟土地基的橋梁樁基礎(chǔ)其動(dòng)承載力將下降,動(dòng)靜比值為0.8左右。室內(nèi)模擬軟土樁基動(dòng)、靜載試驗(yàn)存在的主要問(wèn)題是“模擬土”是經(jīng)過(guò)人工按含水量ω、容重γ等指標(biāo)控制配置的;試驗(yàn)樁采用直徑較小的尼龍棒,且全部位于模擬的軟土中,與實(shí)際樁的邊界條件稍有差別。為了更充分地了解軟土地基橋梁樁基長(zhǎng)期在高速列車動(dòng)荷載作用下的工作性狀,在昆山京滬高速鐵路線位上現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了軟土地基橋梁樁基礎(chǔ)單樁豎向動(dòng)靜載試驗(yàn)研究工作。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)條件,選擇2種樁徑共6根橋梁工程樁為試驗(yàn)樁,分兩組進(jìn)行了試驗(yàn)加載,兩種試樁的參數(shù)見(jiàn)表3。3.1樁荷載作用下樁頂累積位移?0.55m試驗(yàn)樁在動(dòng)載作用下樁頂沉降與動(dòng)載循環(huán)次數(shù)的關(guān)系曲線見(jiàn)圖7。從圖7可看出,三樁的試驗(yàn)結(jié)果表明,振動(dòng)次數(shù)達(dá)到25萬(wàn)次左右時(shí)樁頂累積位移不再變化,即動(dòng)荷載作用下不再產(chǎn)生下沉;動(dòng)載100萬(wàn)次,三樁樁頂平均沉降0.344mm。因此可認(rèn)為對(duì)于類似預(yù)應(yīng)力混凝土管樁基礎(chǔ),不會(huì)在列車運(yùn)行的反復(fù)荷載作用下產(chǎn)生工后沉降。3.2線線?0.55m試驗(yàn)樁頂動(dòng)位移幅值Sd與動(dòng)載次數(shù)N的關(guān)系曲線見(jiàn)圖8。從圖8可看出,在動(dòng)荷載作用下,樁頂振幅逐漸減小,當(dāng)振動(dòng)次數(shù)達(dá)到20~30萬(wàn)次時(shí)樁頂動(dòng)位移不再發(fā)生變化,即動(dòng)位移趨于穩(wěn)定,可認(rèn)為基樁的動(dòng)力特性基本呈現(xiàn)彈性性質(zhì)。3.3動(dòng)應(yīng)變的變化與影響深度?0.55m試驗(yàn)樁動(dòng)載試驗(yàn)過(guò)程中試驗(yàn)管樁樁身動(dòng)應(yīng)變的變化與影響深度見(jiàn)表4。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)說(shuō)明,從距樁頂12m左右開(kāi)始往下,幾乎測(cè)試不到動(dòng)應(yīng)變數(shù)值,說(shuō)明基樁在動(dòng)荷載作用下其深層沒(méi)有動(dòng)力響應(yīng)。3.4樁身側(cè)摩阻力變化規(guī)律?0.55m試驗(yàn)樁動(dòng)載作用下樁側(cè)摩阻力隨動(dòng)載振動(dòng)次數(shù)的關(guān)系曲線見(jiàn)圖9、圖10。分析圖中的側(cè)摩阻力數(shù)據(jù)隨動(dòng)載振動(dòng)次數(shù)的變化情況可知,試驗(yàn)比較一致地反映:在動(dòng)載作用下樁的上部軟土層(樁身6.5m以上)在動(dòng)載開(kāi)始階段側(cè)摩阻力隨動(dòng)載次數(shù)的增加逐漸減小,即樁周軟土層側(cè)摩阻力的呈現(xiàn)弱化現(xiàn)象,軟土層側(cè)摩阻力減小的最大幅度在16%左右;同時(shí),樁的下部粉質(zhì)黏土與粉砂層側(cè)摩阻力均有所增加,兩種土層中,粉砂層側(cè)摩阻力增加的數(shù)值要大一些,增長(zhǎng)的幅度最大為20%。但這種上部軟土層側(cè)摩阻力減小、下部土層側(cè)摩阻力增加的現(xiàn)象在動(dòng)載循環(huán)次數(shù)達(dá)30萬(wàn)次時(shí)達(dá)到穩(wěn)定。?1.0m鉆孔樁動(dòng)載試驗(yàn)與?0.55m管樁呈現(xiàn)類似的特性。在靜載和固定頻率及振幅的動(dòng)荷載的共同作用下,在動(dòng)荷載循環(huán)作用100萬(wàn)次后3根?1.0m試驗(yàn)鉆孔樁由于動(dòng)載影響而產(chǎn)生的樁頂平均沉降為0.34mm,量值較小。在動(dòng)載循環(huán)作用過(guò)程中,樁身軸力(樁側(cè)摩阻力)發(fā)生了局部調(diào)整,調(diào)整主要集中在樁頂以下1/3樁長(zhǎng)范圍內(nèi),調(diào)整最大幅度約為10%,基本規(guī)律是樁身側(cè)摩阻力樁頂以下0~6.2m呈現(xiàn)弱化現(xiàn)象,6.2~23m呈現(xiàn)增強(qiáng)現(xiàn)象,23m以下幾乎沒(méi)變化。動(dòng)荷載循環(huán)作用達(dá)70萬(wàn)次后,樁頂動(dòng)位移、樁身軸力(樁側(cè)摩阻力)調(diào)整等均已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)定。3.5樁頂動(dòng)位移幅值較小,樁身軸力較弱通過(guò)昆山試驗(yàn)段橋梁樁基采用激振設(shè)備對(duì)兩組共6根試驗(yàn)樁進(jìn)行動(dòng)靜載試驗(yàn),得出以下結(jié)論:①由動(dòng)荷載引起的樁頂沉降量值較小;②動(dòng)荷載循環(huán)作用下樁頂動(dòng)位移幅值較小,且很快能達(dá)到穩(wěn)定;③動(dòng)荷載作用初期,試驗(yàn)樁樁身上部軟土層樁側(cè)摩阻力呈現(xiàn)弱化現(xiàn)象,樁身下部呈現(xiàn)強(qiáng)化現(xiàn)象,弱化的幅值小于強(qiáng)化幅值,動(dòng)載作用過(guò)程中樁身軸力出現(xiàn)重分布現(xiàn)象。在樁端持力層較好的情況下,軟土地基橋梁樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)可以忽略由高密度、高速度列車反復(fù)作用下對(duì)樁基工后沉降和豎向承載力的影響?;谠囼?yàn)研究成果,認(rèn)為受高速鐵路較高激振頻率影響的橋梁樁基,其極限摩阻力可以按常規(guī)鐵路橋梁取值。4橋式結(jié)構(gòu)的橋式設(shè)計(jì)我國(guó)既有鐵路在進(jìn)行無(wú)縫線路改造時(shí),長(zhǎng)鋼軌力的大小受到限制,所以橋上均采用了小阻力扣件,把長(zhǎng)鋼軌力傳到路基或更多的橋跨上,以減小每個(gè)墩臺(tái)的長(zhǎng)鋼軌力,起到了保護(hù)既有橋梁的作用。高速鐵路是一次鋪設(shè)無(wú)縫線路的新建鐵路,在研究橋上無(wú)縫線路時(shí),結(jié)合國(guó)外的先進(jìn)理念,在國(guó)內(nèi)提出了橋墩線剛度概念,目的在于增加橋梁抵抗長(zhǎng)鋼軌力的能力,取消或減少小阻力扣件,確保無(wú)縫線路的穩(wěn)定性。對(duì)于常用跨度簡(jiǎn)支梁橋墩線剛度,《新建鐵路橋上無(wú)縫線路暫行規(guī)定》有很明確的規(guī)定,這些規(guī)定對(duì)于墩高較小的橋梁是比較合適的。當(dāng)墩較大時(shí),要滿足橋墩線剛度的規(guī)定很困難,表5為墩高45m、基礎(chǔ)為柱樁的墩身工程量。從表中知,不同的線剛度,高墩的工程數(shù)量相差很大。在保證無(wú)縫線路的穩(wěn)定和安全的條件下,合理的橋墩線剛度限值對(duì)工程投資影響較大。雙線簡(jiǎn)支梁橋墩線剛度的規(guī)定是基于制動(dòng)力和牽引力同時(shí)達(dá)到最大為前提的,而在“京滬高速鐵路常用跨度連續(xù)梁設(shè)計(jì)研究”中,雙線連續(xù)梁橋墩線剛度的規(guī)定僅以制動(dòng)力或牽引力達(dá)到最大為前提,由此可以認(rèn)為簡(jiǎn)支梁橋墩的線剛度偏大。如何合理地選擇高墩縱向水平線剛度,節(jié)約工程投資,值得深入研究。目前墩高小于30m時(shí),橋墩滿足400kN/m線剛度時(shí)墩身尺寸還是可以容忍的。為保證無(wú)縫線路的穩(wěn)定,減少維修養(yǎng)護(hù)的工作量,應(yīng)盡量減少設(shè)置無(wú)縫線路溫度調(diào)節(jié)器,這是無(wú)縫線路橋梁橋式方案選擇的重要技術(shù)條件。目前初步考慮設(shè)置溫度調(diào)節(jié)器的條件,一般是預(yù)應(yīng)力混凝土梁溫度跨超過(guò)160m。基于這樣的條件,大跨度橋梁選擇簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)(如系桿拱、鋼桁梁等)、連續(xù)剛構(gòu)等是一種比較理想的橋式。5預(yù)應(yīng)力混凝土梁的徐變無(wú)砟軌道由于維修工作量小、壽命周期內(nèi)造價(jià)低,越來(lái)越受到各國(guó)鐵路部門的重視。隨著無(wú)砟軌道的大量采用,不可避免地需要在一些大跨度橋梁上設(shè)置無(wú)砟軌道。預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁采用無(wú)砟軌道時(shí),其梁部徐變上拱值應(yīng)符合《客運(yùn)專線無(wú)砟軌道鐵路設(shè)計(jì)指南》規(guī)定,橋跨小于等于50m時(shí),無(wú)砟軌道鋪設(shè)后徐變上拱值不應(yīng)大于10mm;橋跨大于50m時(shí),無(wú)砟軌道鋪設(shè)后徐變上拱值不應(yīng)大于L/5000,且不得大于20mm。預(yù)應(yīng)力混凝土梁的徐變受很多因素影響,有設(shè)計(jì)、施工、環(huán)境等諸多因素。在預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁施工時(shí),應(yīng)嚴(yán)格控制施加預(yù)應(yīng)力和鋪設(shè)無(wú)砟軌道的時(shí)間,同時(shí)須控制混凝土澆筑時(shí)的水灰比及水泥用量等。必要時(shí),大跨度橋式方案可以選擇鋼結(jié)構(gòu)或者徐變變形比較小的預(yù)應(yīng)力混凝土系桿拱結(jié)構(gòu)等。根據(jù)德國(guó)有關(guān)規(guī)范,無(wú)砟軌道橋梁徐變變形需控制在L/5000范圍內(nèi)。該限值對(duì)于大跨度橋梁要求是比較寬松的,如120m跨度的容許徐變量為24mm,大跨度橋梁徐變變形按該技術(shù)條件控制是值得考慮的,在德國(guó)是有成功實(shí)例的。為發(fā)展大跨度無(wú)砟預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁,建議把一部份徐變變形量計(jì)入軌道的不平順譜中進(jìn)行車-橋動(dòng)力仿真分析,以確定合理的徐變變形控制值。6樁基沉降的控制方法普通鐵路24m、32m簡(jiǎn)支梁墩臺(tái)允許均勻沉降量分別為98mm、113mm,并且比路基的沉降量一般小很多,所以橋梁的沉降一直未受到重視。高速鐵路軌道的平順性要求遠(yuǎn)高于普通鐵路,高速鐵路橋梁墩臺(tái)的均勻沉降量要求很嚴(yán),有碴軌道要求控制在30mm以內(nèi),無(wú)砟軌道要求控制在20mm以內(nèi)。對(duì)于普通鐵路按強(qiáng)度設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的方法在高速鐵路已經(jīng)行不通,地質(zhì)條件較差時(shí),必須按樁基沉降量、樁基承載力雙控進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。從樁基沉降計(jì)算方法分析,控制沉降的最有效方法是讓樁基的持力層放在壓縮模量Es值較高的地層內(nèi)。經(jīng)初步計(jì)算分析,如果樁基持力層位于Es<10MPa的土層內(nèi),控制沉降量在30mm以內(nèi)將是很困難的。控制沉降的最有效方法是選擇持力層,要求持力層有較高的壓縮模量和承載力,或者能保證沉降在較短的時(shí)間內(nèi)完成(如粉砂、細(xì)砂層)。根據(jù)計(jì)算分析,淺基礎(chǔ)比深基礎(chǔ)的沉降量大,所以一般條件下,高速鐵路橋梁基礎(chǔ)多采用深樁基礎(chǔ)。由于受地質(zhì)鉆孔取樣、化驗(yàn)等條件的限制,有關(guān)計(jì)算沉降的參數(shù)難以得到準(zhǔn)確值,同時(shí)由于沉降計(jì)算理論的粗糙,難于將沉降量計(jì)算準(zhǔn)確,所以計(jì)算的沉降量只能作為一個(gè)預(yù)估值,設(shè)計(jì)中需充分考慮這些因素。為防止超預(yù)估的沉降發(fā)生,在工程上應(yīng)積極采取恢復(fù)軌面高程的預(yù)備措施,如設(shè)調(diào)高支座。沉降是一個(gè)緩慢的過(guò)程,特別是在架梁、鋪軌、調(diào)試至運(yùn)營(yíng)時(shí)有一個(gè)較長(zhǎng)的時(shí)間段,一般橋梁的沉降大部分已在這一段時(shí)間內(nèi)完成。隨著時(shí)間的推移,沉降的速度是逐近變緩的。實(shí)際工作中,根據(jù)沉降的緩慢特性,可以很好地監(jiān)測(cè)和比較準(zhǔn)確預(yù)報(bào)沉降?;谶@些認(rèn)識(shí),只要加強(qiáng)觀測(cè),有理由認(rèn)為墩臺(tái)基礎(chǔ)的沉降不至于影響列車運(yùn)行的安全。目前,在計(jì)算工后沉降量時(shí),往往根據(jù)所有恒載計(jì)算總沉降量后,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)系數(shù)折減總沉降量得出工后沉降,如此計(jì)算容易把工后沉降估算小,偏于不安全。工后沉降是指鋪軌以后產(chǎn)生的沉降量,那么鋪軌時(shí)及鋪軌后增加的恒載產(chǎn)生的沉降應(yīng)為工后沉降,不應(yīng)折減,這應(yīng)引起設(shè)計(jì)者的注意。7高架車站結(jié)構(gòu)與無(wú)縫道岔的適應(yīng)條件京滬高速鐵路共有5個(gè)包括咽喉區(qū)在內(nèi)的車站設(shè)置在橋梁上。由于道岔、無(wú)縫線路對(duì)橋梁有很特殊的要求,同時(shí)又傳遞很大的水平力到墩臺(tái)結(jié)構(gòu)上。京滬高速鐵路最早涉及設(shè)計(jì)高架車站結(jié)構(gòu)橋梁,建設(shè)人員經(jīng)過(guò)持續(xù)不斷的研究,提出了高架車站結(jié)構(gòu)與無(wú)縫道岔的適應(yīng)條件(見(jiàn)圖11),指導(dǎo)了其他客運(yùn)專線高架車站橋梁設(shè)計(jì)。通過(guò)設(shè)計(jì)研究,道岔區(qū)橋梁宜采用連續(xù)梁和多個(gè)并置的單孔框架結(jié)構(gòu)。采用框架結(jié)構(gòu)時(shí),框架孔徑一般不宜超過(guò)12m,以盡量減小結(jié)構(gòu)與軌道縱向相對(duì)位移,保護(hù)道岔。采用連續(xù)梁結(jié)構(gòu)時(shí),對(duì)于正線上18號(hào)渡線道岔,設(shè)計(jì)采用6×32m的連續(xù)箱梁;對(duì)于兩線變四線的正線到到發(fā)線18號(hào)道岔,設(shè)計(jì)采用4×32m連續(xù)箱梁;其余18號(hào)道岔采用2×32m或3×32m連續(xù)箱梁;區(qū)間42號(hào)道岔則采用7×32m連續(xù)箱梁。兩連續(xù)箱梁之間設(shè)置簡(jiǎn)支箱梁以減小無(wú)縫線路鋼軌內(nèi)力和橋墩承受的無(wú)縫線路縱向水平力。8京滬高速鐵路特殊結(jié)構(gòu)橋8.1拱設(shè)計(jì)為提籃式系桿拱橋是一種自平衡的簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu),它克服了拱橋需要抵抗拱座處較大水平力的缺點(diǎn),對(duì)地基承載能力要求不高;同時(shí)具備較大的跨越能力,梁高較低,能有效降低線路標(biāo)高。為滿足高速鐵路橋梁對(duì)結(jié)構(gòu)豎向要求高的特點(diǎn),經(jīng)過(guò)深入研究、分析比較,系桿拱結(jié)構(gòu)采用了不常見(jiàn)的剛性梁、剛性拱方案。同時(shí)為確保橋梁的橫向剛度,在橋跨大于100m時(shí),拱設(shè)計(jì)為提籃式。京滬高速鐵路沿線地勢(shì)較為平坦,橋跨在100m左右、跨越公路及航道時(shí),橋下凈空不高,采用系桿拱可以克服預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁梁高較大,影響橋下景觀的不足;同時(shí),系桿拱后期徐變小、溫度跨小、結(jié)構(gòu)剛度大,特別適合高速鐵路橋梁的一些特殊要求。京滬速鐵路徐滬段共采用了96m、112m、128m三種跨度共23處系桿拱橋。其中128m系桿拱采用“先梁后拱”的施工方案;96m、112m系桿拱采用了“先梁后拱”和“先拱后梁”兩種施工方案。拱肋橫截面采用啞鈴形鋼管混凝土截面,由厚18mm的鋼板卷制而成,每根拱肋的兩鋼管之間用δ=16mm的腹板連接。系梁按整體箱形梁布置,采用單箱三室預(yù)應(yīng)力混凝土箱形截面,梁高2.5m。底板厚度為30cm,頂板厚度為30cm,邊腹板厚度為35cm,中腹板厚度為30cm。吊桿采用尼爾森體系,在吊桿平面內(nèi)吊桿的水平夾角在52.10°~68.67°之間,吊桿間距為8m。吊桿采用127根?7高強(qiáng)低松弛鍍鋅平行鋼絲束,外包不銹鋼防護(hù)。8.2預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁為保證高速鐵路橋梁的豎向剛度、梁端轉(zhuǎn)角等滿足高速行車的要求,采用連續(xù)梁時(shí),中墩支點(diǎn)處梁高一般采用1/12~1/14的高跨比,在橋跨超過(guò)130m時(shí),梁高均較高,影響景觀。為降低梁高,同時(shí)滿足高速鐵路行車要求,經(jīng)橋式比較,在橋跨為130~200m之間時(shí),選擇預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁拱不失為一種好的選擇。徐滬段采用了(70+136+70)m、(90+180+90)m兩聯(lián)連續(xù)梁拱橋,上部結(jié)構(gòu)采用“先梁后拱”施工方案。(90+180+90)m連續(xù)梁拱橋主梁采用單箱雙室變高度箱形截面,中支點(diǎn)處梁高10.0m,較一般連續(xù)梁結(jié)構(gòu)梁高低4m左右。箱梁頂板厚0.42m,局部頂板厚1.02m;底板厚度0.40~1.049m,局部底板厚1.50m。箱梁采用直腹板,腹板厚分0.40m、0.55m、0.70m三種。吊桿順橋向間距9m,全橋共設(shè)18組雙吊桿。拱肋矢高f=36.0m,矢跨比f(wàn)/L=1∶5,拱軸線采用二次拋物線。拱肋為鋼管混凝土結(jié)構(gòu),采用等高度啞鈴形截面,拱肋弦管直徑?1.1m,由δ=20mm、24mm厚的鋼板卷制而成;弦管之間用δ=16mm厚鋼板連接。8.3鐵路橋梁施工方案設(shè)計(jì)V型墩連續(xù)剛構(gòu),主要目的是解決跨越公(道)路時(shí),以V型墩結(jié)構(gòu)形式減小中間主跨的跨度,有效地降低線路標(biāo)高,以節(jié)約工程造價(jià)。同時(shí),采用在公(道)路兩側(cè)支架施工V型墩及大部分梁段、轉(zhuǎn)體至橋位后合龍中跨和邊跨的施工方案,極大地減小了鐵路橋梁施工對(duì)既有公路行車的干擾,確保了施工期間行車的安全,是結(jié)構(gòu)與施工方案較為完美結(jié)合的一個(gè)案例。京滬高速鐵路采用了1處(48+80+48)m的V型墩連續(xù)剛構(gòu)橋。梁體采用單箱單室等高度預(yù)應(yīng)力混凝土梁,梁高3.65m,與兩側(cè)簡(jiǎn)支箱梁(梁高3.05m)比較協(xié)調(diào)。箱內(nèi)頂板厚度0.4m;底板底緣寬度5.2m,底板厚度V墩頂處為0.8m,跨中為0.4m;腹板厚度V墩頂處為0.9m,跨中處為0.5m。剛構(gòu)長(zhǎng)度2m的合龍段在吊架上澆筑,其余梁段在支架上澆筑。墩身與水平線夾角為49.31°。V墩身基座分兩層布置,布置有轉(zhuǎn)動(dòng)體系。剛構(gòu)采用平面轉(zhuǎn)盤(pán)體系,轉(zhuǎn)動(dòng)面由?2.2m的不銹鋼板和四氟板組成。轉(zhuǎn)體重量為3793t,轉(zhuǎn)動(dòng)力矩為1402kN/m,轉(zhuǎn)動(dòng)角度為35°。8.4豎向相對(duì)變形量t高速鐵路規(guī)范規(guī)定,活載作用下梁體扭轉(zhuǎn)引起的軌面不平順限值以一段3m長(zhǎng)的線路為基準(zhǔn),實(shí)際運(yùn)營(yíng)列車
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