维普资讯 http://www.cqvip.com 桥集· 京沪高速铁路常用跨度桥梁的技术特征及选型探讨 陈良江 （铁道部工程设计鉴定中心 北京 １００８４４） 摘要：通过高速铁路连续梁与类似跨度简支梁的技术经济比较及车桥动力响应计算分析，提出常用跨度秉的主要 结构型式及适用范围。 关键词：高速铁路；桥梁；特征；选型 中圈分类号：Ｕ２３８；Ｕ４４８．２１ ５；Ｕ４４８．２１ ７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００４—２９５４（２００３）１０—００１５—０４ １ 概述 ｋｍ长的高架桥，也采用了３６孔等跨布置的混凝土简 支梁，其中，２７孔５３ ｍ和９孔６３ ｍ。８０年代修建的罗 我国拟建中的京沪高速铁路，全长约１ ３７０．２７ ｋｍ，线路经过海河、黄河、淮海、长江四大流域，按最近 的设计文件统计正线桥梁长度６３０多ｋｍ，且有进一步 加大的趋势，而在高架桥范围内，跨度２４ ｍ及３２ ｍ的 桥梁占８５％以上。因此，常用跨度桥梁类型的选择、 马一佛罗伦萨高速铁路的一座高架桥，采用了等跨布 置的１０２孔２５ ｍ混凝土简支梁。所以，从理论和实践 都说明，在高架线路上采用多孔等跨布置简支梁结构 是完全可以的。 另一方面，考虑到京沪沿线地形、地质水文条件差 结构设计的优劣对京沪高速铁路的运营、安全、经济、 美观等有着举足轻重的作用。 别大，从工期、环保、地形、地质条件等多方面情况决定 了桥梁的多样性，在优化京沪高速铁路常用跨度简支 梁的同时，也进行了常用跨度连续梁桥式方案研究，确 定了以２４、３２、４０ ｍ为主要跨度，以２跨或３跨为主要 跨数的双线整孔箱梁为主要截面形式的设计方案。选 择有代表性工点，针对一种或几种常用跨度进行简支 和连续结构的桥梁设计。综合评价简支和连续结构的 优劣及适用范围，在桥梁设计中因地制宜地选择结构 在我国普速铁路和秦沈客运专线桥梁建设中，大 量地采用常用跨度简支梁，无论从没计、施工、运营管 理及养护维修等方面都积累了可贵的经验。国内外研 究也表明，在１６～４０ ｍ跨度范围内，等跨布置的多跨 简支结构，能满足高速列车的运行安全和旅客乘坐舒 适度的要求。实际上，世界各国的高速铁路桥梁，大量 采用了多孔等跨布置的混凝土简支梁的型式。原联邦 德国在２０世纪８０年代修建的汉诺威一维尔茨堡高速 铁路上，采用了３７孔４４ ｍ混凝土简支梁，桥全长１ ６２８ 形式、施工方法，以便达到最佳的技术经济性能。 ２常用跨度梁结构形式的确定 ｍ。正在修建的巴黎一布鲁塞尔高速铁路上，一座２ （１）桥梁跨度 按目前设计院所提供的京沪高速铁路沿线桥梁分 收稿日期：２００３一ｏ８—２２ 作者简介：陈良江（１９６６一），男，高级工程师，１９９０年毕业于北方交通 大学桥隧工程专业，工学硕士。 ÷·÷·夺．夺·夺·夺·÷·４－一｝·争·÷·÷·幸·÷·÷－－： ·孛·÷·÷·÷·÷－÷·÷－÷·÷·÷ 布情况看，常用跨度梁占大多数，从跨度种类上分，又 以２４、３２ ｍ为主要跨度，０ ｍ跨度数量较少，今后可以 ４夺·夺·夺·夺·夺 ４结语 梁方案的设计人才，期待着中国的桥梁走向世界。 参考文献： ［１］刘滨谊．中国风景园林规划设计学科的重要转变与对策［Ｍ］．中国 园林。２００１（１）． 目前，我国桥梁建设的技术水平正处在高速发展 期，在这种情况下，对桥梁的景观设计也提出了更高的 要求。近些年来，我国大跨径桥梁的设计都将景观设 计摆在了十分重要的位置上，也取得了一定的成果，例 如江阴长江公路大桥、厦门海沧大桥等的景观设计都 是很有特色的。但是，必须看到与发达国家的差距，在 ［２］万敏．我国桥梁景观设计的现状与发展［Ｊ］．桥梁建设，２ｏｏ２（６）． ［３］ 卡尔·斯坦尼兹．在北京大学景观规划设计中心的演讲［Ｒ］．设计 新潮。２００２（１）． ［４］ 贾艳敏等．松花江大桥景观设计［Ｃ］．２ＯＯ２年全国桥梁学术会议论 文集，２００２． 今后大跨径桥梁的工程实践中，期待着更高水平的桥 铁道标准设计ＲＡＩ ＬＷＡ Ｙ ＳＴＡＮＤＡＲＤ ＤＥＳＩＧＮ ２００３ｌ１０｝ 维普资讯 http://www.cqvip.com 桥梁· 连续梁比２４ ｍ增加８％～３０％，随着跨数的增加，增幅 减小。因此，仅从梁部来看，２４ ｎｌ跨度系列连续梁在 工程数量、刚度和动力性能方面均优子３２ ｌｍ跨度系列 连续梁。 表１ 常用跨度梁主要经济技术指标 桥型 全长 梁高 圬工量 钢绞线 圬工量 钢绞线 竖向 基频 ／ｍ ／ｍ３ ／ｔ ／（ ·ｍ ） ／（ｔ·ｍ ） 尉度 ／Ｈｚ １×２４ ｎｌ ２４．６ ２．４ ２二 ．１ ５．３ ２×２４ ｍ ４９．３ ２．２ ４３０．０ ９．４ ３×２４ ｎｌ ７４．０ ２．２ ６４４．７ ｌ７．２ ４×２４ ｍ ９８．７ ２．２ ８５９．３ ２７．４ 结合梁代替。根据我国铁路桥梁标准设计的多年经 验，中小跨度桥梁以２４、３２ ｍ跨度为主要经济跨度是 适宜的。 （２）主梁截面形式 箱梁具有整体性好，竖、横向刚度大，抗扭性能优 良，结构耐久性好等特点，是客运专线和高速铁路的首 选梁型。根据秦沈客运专线桥梁建设的实践，双线连 续梁宜采用单箱单室箱梁截面形式。国外高速铁路桥 梁的统计资料表明，梁的高跨比一般为１／１２～１／１６；在 ９．１５ ８．７２ ８．７ｌ ８．７ｌ ０．２１５ ｌ／７ ４０６ ６．９４４ ０．１９１ １／８ ７３２ ７．１６５ ０．２３２ １／８ ２２５ ６．９２５ ０．２７８ １／８ ３６８ ６．６卯 秦沈客运专线梁部设计时，桥梁刚度指标，主要参照了 国外高速铁路桥梁设计资料，通过列车走行性分析研 究来确定，跨度２４、３２ ＩＴＩ双线箱梁，梁高分别为２．０ ｍ 及２．６ ｍ，相应挠跨比分别为１／４ ０００及１／３ ８０５。京沪 ５×２４ ｎｌ １２３．４ ２．２ １ ０７４．０ ３７．９ ｌ×３２ ｍ ３２．６ ２．８ ３ｏ７．４ １０．８４ ２×３２ ｎｌ ６５．３ ２．４ ５７３．７ １７．Ｏ ３×３２ ｎｌ ９８．Ｏ ２．４ ８６ｏ．１ ２９．９ ４×３２ ｎｌ １３Ｏ．７ ２．４ ｌ ｌ４６．５ ４２．３ ８．７０ ９．４３ ８．７９ ８．７８ ８．７７ Ｏ．，ｏ７ ｌ／８ ３１０ ６．２８２ ０．３３３ １／４ ８盯 ４．６１７ ０．２６ｏ ｌ／４ ８９３ ４．６７ｌ ０．３０５ １／４ ５８５ ４．５９８ ０．３２４ ｌ／４ ６５９ ４．５３６ 高速铁路桥梁整体刚度与秦沈客运专线相比应有较大 的提高，常用跨度桥梁梁高与欧洲各国相当，较为适 宜，高跨比约１／１０，桥面宽度增加６０ ｃｍ，常用跨度连 续梁经计算分析，要求基础工后不均匀沉降量控制在 １０ ｍｍ以内。 ５×３２ ｎｌ １６３．４ ２．４ ｌ ４３２．９ ５４．４ ２×４０ ｎｌ ８１．３ ３．０ ７４１．８ ２９．９ ８．７７ ９．１２ ０．３３３ ｌ／４６３９ ４．４３６ ０．３６７ ｌ／ｔ４ ３５４ ３．７９ｏ （４）结构构造及耐久性设计 根据国外高速铁路桥梁设计经验，在梁部设计中 通过适当的支座中心距梁端长度和桥面构造来保证检 修通道的方便性，并可改善箱梁梁端受力状况。对简 支梁可从每孑Ｌ梁的端部进入箱梁内，而连续梁则可从 每联梁的端部进人。 结合秦沈客运专线桥梁仿真分析的结果以及梁体 养护维修时梁内净空的要求，在梁部设计中考虑适用 无碴梁的条件，对跨度２４、３２ ｍ简支梁的高度，在秦沈 客运专线无碴梁２．２、２．７ ｍ的基础上适当提高，跨度 ２４ ｍ简支梁梁高采用２．４ ｍ，跨度３２ ｍ简支梁梁高采 用２．８ ｍ。考虑到高速列车运营的平稳性和舒适性， 连续梁的刚度指标与简支梁相当，连续梁２４ ｍ跨度梁 高采用２．２ ｍ，３２ ｍ跨度梁高采用２．４ ｍ较为适宜。 （３）连续梁结构方案设计 通过采用高性能混凝土、选用合理的预应力体系， 先进的桥面防水层及保护层，可靠的防排水系统和结 构设计的整体性等来保证结构的耐久性。 ３连续梁与简支梁综合经济技术比较 连续梁采用移动模架或支架在桥位上现浇的施工 方法…１，２跨３２ ｍ或２４ ｍ整孑Ｌ箱梁可一次现浇，３跨 以上连续梁采用分段浇灌，分段选在中跨的１／４或３／４ 京沪高速铁路全线地质条件差异较大，连续梁桥 式方案研究应选择有代表性工点，针对一种或几种常 用跨度进行简支和连续结构的桥梁试设计，考虑到轻 型板式墩和空心墩为高速铁路常用的结构形式，下部 结构暂按２种墩形进行比较，基础按工点地质条件适 用桩基础和明挖基础，根据采用的不同梁型和桥型、不 截面处。考虑本施工方法的特点 梁体混凝土在桥位 上灌筑完成并达到一定强度后，必须施加预应力，全梁 腹板预应力筋均为通长束，在梁的两端交错单端张拉 的方法，分段浇灌时采用联接器接长，底板筋则分别锚 固在两跨底板内，并在中支点附近设矩齿板进行锚固。 同墩台类型估算桥梁的工程造价和工期，通过工程造 价、施工周期的比较，提出常用跨度连续梁的合理型式 和桥式方案，并对简支和连续结构的优劣及适用范围 进行评价。 中支点处设顶板预应力筋，以承受支点负弯矩。为保 证桥墩纵向尺寸及支座中心距不变，暂定保持边支座 处支座中心距梁端的距离与简支梁时相同，对连续梁 的跨度可作相应调整。主要经济技术指标见表１。 根据表１所得计算结果，２４ ｍ跨度系列连续梁的 最大静活载挠跨比为１／８ ２２５，最小基频为６．２８２ Ｈｚ， ３２ ｍ跨度系列连续梁的最大静活载挠跨比为１／４ ５８５， 最小基频为４．４３６ Ｉ－ｌｚ；而每延米圬工量相差不大，最大 为便于分析，从京沪高速铁路北京至徐州段及上 海至徐州段各选取２座有代表性的大桥约４Ｏ０ １Ｉ１桥长 范围；每处工点要求不同地质条件、适用桩基础和明挖 基础２种不同基础形式；地形上有一定起伏，桥梁墩高 有变化。经比较分析选用了漳卫河特大桥、跨兖石铁 路特大桥、娄江特大桥和九乡河特大桥约４００—５００ ｍ 桥长范围，进行简支梁与连续梁（不同跨数１）的设计计 铁道标准设计ＲＡＩ ＬｗＡ ＳＴＡＮＯ．４ＲＤ暑 Ｓ强壤霉｜∞瓤ｌＪＤ ｌ 相差不到３％；但预应力筋数量增加较多，同跨数３２ ｍ １６ 维普资讯 http://www.cqvip.com 桥集· 算比较。’ 简支后连续施工工艺或加大制梁设备投入时，制梁速 度也会得到保证。 对４座工点桥梁造价分析【１ ，简支梁与２孔和３ 孔连续梁造价分析见图１，不同跨度连续梁造价分析 根据以上分析，建议京沪高速铁路常甩跨度桥梁 采用等跨布置的简支梁和２跨或３跨布置韵连续梁。 。◆一矮桥、明挖基础、实体墩 — ■＝＿一＿一 见图２。从经济性分析，当地基基础条件较好、采用明 挖基础时，跨度２４ ｍ或３２ ｍ简支梁结构与相应跨度２ 孔或３孔连续梁每双延米万元指标相近，并随跨度增 －，ｍ，－矮桥、桩基础、实体墩 ＋矮桥、桩基础、空Ｚ，，ｔｌｔ 大，经济指标有所上升。当地基基础条件较差、采用桩 基础时，跨度２４ ｍ或３２ ｍ简支梁结构与相应跨度２ 孔连续梁每双延米万元指标相近，与相应跨度３孔连 续梁相比，每双延米万元指标显著下降，并随跨度增 暑 × ．· 高桥、桩基■、空心墩 暑 × 暑 × 暑 × 导 雩 图２ 不同跨度连续梁造价分析 大，经济指标有明显的下降。因此，在一般地质条件 下，高架桥以采用简支和２孔或３孔连续梁为宜；从跨 度分析，应优先采用２４ ｍ较为经济。在地质条件较差 ４车桥动力响应计算分析 及桥梁较高时，高架桥以采用简支和２孔连续梁为宜， 从跨度分析，应优先采用３２ ｍ或４０ １１１较为经济。 入 我国高速铁路桥梁与先进国家的桥梁主要差别在 于结构在相应机车、车辆活载下的动力响应计算分析。 在秦沈客运专线建设中，参照欧洲、日本、美国的规范， 一一 ＋＋＋矮桥、明挖基础、实体墩 矮桥、桩基础、实体墩 矮桥、桩基础、空心墩 集中国内４家科研院校，进行了大量的理论分析和实 桥测试，取得了一些成果；但由于此项分析与车辆性 ＊一高桥、桩基础、空心墩 能、轨道平顺条件、结构刚度等众多因素有关，加之本 线为我国首次建设高速铁路，缺乏机车车辆性能、轨道 不平顺参数，目前对于３５０ ｋｍ／ｈ速度左右动力响应的 暑 暑 暑 暑 暑 暑 暑 寸× 一 寸× 寸 × ｎｔ＂ｑ ０ × × —× Ｎ × ｎ 图１ 简支梁与连续梁造价分析 计算，只能暂按国外引进和国产研制的列车参数，分析 的速度按４００ ｋｍ／ｈ或４５０ ｋｍ／ｈ，以提高分析的准确度 和可靠性。 从施工速度来看，以目前国内外施工水平和装备， 采用桥头集中制梁，运梁车配合架桥机架设，在运距不 超出１０ ｋｍ情况下，每天可架设１孔梁。如计上制梁 的时间，则平均每２ ｄ成桥１孔，不含路基稳定需要等 待的时间。采用移动模架现场灌造１孔梁，需７～１Ｏ 在引进的动力分散独立式高速列车、引进的动力 分散铰接式高速列车、国产动力分散独立式高速列车、 先锋号动力分散电动车组及中华之星动力集中式电动 车组通过时的车桥动力分析结果见表２。动力分析研 究结果表明＿２ Ｊ，跨度２４、３２ ｍ连续梁和类似跨度简 ｄ，当采用蒸气养生方法时，成孔速度将会加快，采用先 表２简支梁与连续梁车桥动力分析评判结果汇总 跨度 类 梁 ／ｔｌ＇ｌ 型 ／ｍ 先锋号列车 ｋｍ／ｈ ｋｍ／ｈ 中华之星列车 ｋｍ／ｈ ｋｍ／ｈ ａ咀 Ａ向理列－＇ｔ－Ｌ国广） 独立式高速列车（引进） 饺接式赢遣列车（引进） ３７５—４５Ｏ ｋａｗ＇ｈ ｋｍ／ｈ ｋｍ／ｈ Ｉｒａｍ／ｈ ｋｍ／ｈ Ｉｎｎ／ｌｉ 高 评定内容 ｌ６０—２２０ ｌ６Ｏ～２２０ ２２０—２６Ｏ ２８０—３００ ２５０—３５Ｏ ３７５—４００ ２５Ｏ一３５０ ３７５—４５０ ２５０一＿３５Ｏ 安全性 满足 满足 满足 满足 满足 超限 满足 超限 满足 简 超限 ２３．１ 支 ２．４ 舒适度 梁 桥梁响应 简 安全性 优 满足 满足 优 满足 满足 优 满足 满足 优 满足 良 满足 满足 良 满足 满足 良 满足 满足 良 满足 良 满足 满足 良 满足 满足 良 满足 满足 良 满足 良 满足 满足 良 满足 满足 良 满足 满足 良 满足 良 满足 满足 良 满足 满足 良 满足 满足 良 满足 合格 满足 超限 合格 满足 满足 合格 满足 超限 良 满足 良 满足 满足 良 满足 满足 良 满足 满足 良 满足 良 满足 超限 良 满足 超限 良 满足 超限 合格 满足 良 满足 满足 良 满足 满足 良ｔ 满足 满足 良 满足 合格 满足 超限 良 满足 超限 合格 满足 超限 合格 满足 ３１．１ 支 ２．８ 舒适度 梁 桥梁响应 连 安全性 ３ Ｘ ２４ 续 ２．２ 舒适度 梁 桥梁响应 连 安全性 ３×３２ 续 ２．６ 舒适度 梁 桥梁响应 注：桥粱动力响应以小于竖向振动加速度：Ｏ．３５ｇ为合格；车辆乘坐舒适性采用平稳性指标来评定，即＜２．５优、２．５—２．７５良、２．７５—３．０合格；车 辆安全性以脱轨系数、轮重减载率分别不大于０．８及０．６为合格。 铁道标准设计ＲＡＩＬＷＡＹ ＳＴＡＮＤＡＲＤ ＤＥＳＩＧＮ ２００３｛１ｏｌ 蜩 一 矗盏 维普资讯 http://www.cqvip.com 桥粱· 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。在 相同跨度及同等竖向刚度情况下，连续梁的建筑高度 比简支梁低２Ｏ～４０（３１１１，有利于优化线路纵断面，节省 桥后路基工程梁；而且采用连续梁结构，可以与下部结 构平行作业，不需大型制梁场，对环保影响小，有利于 土地恢复利用，制架不受路基工后沉降的影响。 支梁在引进的动力分散独立式高速列车、引进的动力 分散铰接式高速列车、国产动力分散独立式高速列车 的２５０～３５０ ｋｍ／ｈ车速范围内，均能满足桥梁动力特 性和列车走行安全性的要求，其乘坐舒适度达到优良 或良好；在引进的动力分散独立式高速列车、引进的动 力分散铰接式高速列车的３７５～４５０ ｋｍ／ｈ车速范围内 和国产动力分散独立式高速列车的３７５～４００ ｋｍ／ｈ车 速范围内，桥梁动力特性满足要求，乘坐舒适度达到合 格，列车走行安全性超限；在先锋号动力分散电动车组 的１６０～２２０ ｋｍ／ｈ和２４０～２７０ ｋｍ／ｈ车速范围内及中 需要指出的是，常用跨度的连续粱，由于其刚度较 大，对于墩台基础沉降适应性差，虽然高速暂规严格要 求控制沉降，但现行规范沉降计算公式５个分项因素 华之星动力集中式电动车组的２００～２６０ ｋｍ／ｈ和２８０ 中有土的压缩模量、附加应力系数、经验修正系数３个 经验系数，离散性、不确定性很大。在京沪沿线大多数 为冲洪积平原的土层中取值，计算结果与实际沉降量 难于准确估量。最近有关软土桩基试验研究也表明， ３００ ｋｍ／ｈ车速范围内，均能满足桥梁动力特性和列 车走行安全性的要求，其乘坐舒适度达到优良或良好。 对于连续梁与类似跨度的简支梁相比，从计算分 析来看，车辆的安全性指标和舒适度指标以及桥梁的 横竖向加速度指标差异不大，而桥梁的横竖向位移指 桩的承载力和沉降量结果离散性较大，评审结论为应 在压桩试验的基础上取值，工程中难于全面实施。为 标，连续梁略大于简支梁，其原因是类似跨度连续梁的 刚度小于简支梁的刚度；同时，连续梁的最大响应，往 确保结构安全，建议连续梁的采用应在沉辟能够控制 的地段（如基岩和卵砾石土层）和桥梁鞍为分散、孔数 不多，架设不便的工点采用，并附于压桩试验和加强基 础设计控制沉降手段，不宜追求其所占的比例。 ６结论及建议 往不出现在中跨，而出现在边跨，即一边简支一边连续 的桥跨中，此类桥跨特征居于连续和简支之间，故相对 较大。 ５常用跨度梁选择范围 （１）常用跨度简支梁和连续梁的受力性能及动力 性能均能满足高速铁路运营的要求，在刚度、基频等动 力指标相当的情况下，高速铁路采用连续梁的建筑高 度可以比简支梁低。 从国外高速铁路桥梁建设的情况来看，国外大部分 国家采用箱形梁，截面形式以单箱单室为主，只有早年 日本和西班牙采用了Ｔ形梁。以桥梁跨度来看，４０ ｍ以 下的中小跨度占有绝大部分，并以预应力混凝土梁为 主，预施应力方式有先张法、后张法及先后混合预应力。 （２）在一般地质条件下，高架桥以采用简支和２孔 或３孑Ｌ连续梁为宜，从跨度分析，应优先采用２４ ｍ较 为经济。在地质条件较差，尤其是桥梁较高时，高架桥 以采用简支和２孑Ｌ连续梁为宜，从跨度分析，应优先采 用３２ ｍ或４０ ｍ较为经济。 （３）从施工工期分析，长大桥梁应优先采用简支 梁，除采用先简支后连续施工工艺外，连续梁施工速度 难以得到保证。 从桥跨结构型式上，日本大量采用普通钢筋混凝土连续 刚构，东海道新干线连续刚构跨度一般为６ ｍ，跨数为２ 跨～４跨，东北新干线连续刚构跨度一般为８～１Ｏ ｍ，跨 数以３跨为主，施工方法以现浇为主；德国采用４４ ｍ简 支箱梁；意大利采用２５、４４ ｍ简支箱梁；而法国高速铁 路高架桥则采用连续梁，为２×２５ ｎ ，３×２５ ｍ，４×２５ ｍ。３ ×３０ ｍ，２×４ｏ ｍ，施工方法以顶推法为主；韩国的连续梁 布跨为３×２５ ｍ，２×４０ ｍ，针对不同跨度采用先简支后 连续及支架现浇的施工方法。 （４）鉴于常用跨度连续梁对于墩台基础沉降适应 性较差，建议连续梁的采用应在沉降能够控制的地段 （如基岩和卵砾石土层）和桥梁较为分散、孔数不多，架 设不便的工点采用。 参考文献： ［１］陈良江等．京沪高速铁路常用跨度连续粱桥设计研究阶段总报告 ［Ｒ］，２００２． 等跨简支体系的桥跨外形一致、截面相同、构造布 置统一，使桥跨密集的高架线路在运营中的管理工作 大为简化，也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，逐孑Ｌ架设，能显著提高施工速度。 ［２］ 北方交通大学．京沪高速铁路常用跨度连续粱桥设计研究动力分 析计算［Ｒ］，２００３． ［３］铁道科学研究院．京沪高速铁路常用跨度连续鬃桥设计研究动力 分析计算［Ｒ］，２００３． 将多孔等跨布置的简支梁改为连续梁，能够提高 １８ 铁道标准圣ｆ｝计朋儿ｋｔＡｙ ＳＴＡＮＤＡＲＤＤＥ￥１翻 ， 饪口Ｊ
