【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ，所以本節(jié)規(guī)定的橋梁梁部及墩臺(tái)剛度的限值僅適用于跨度小于 96m 的 混凝土結(jié)構(gòu)，對(duì)于 鋼結(jié)構(gòu)、鋼混結(jié)合梁等特殊結(jié)構(gòu)以及 96m 及以上的大跨橋梁結(jié)構(gòu)的限值應(yīng)專項(xiàng)研究確定。 1 梁式橋跨結(jié)構(gòu)剛度限值的規(guī)定，主要是為了滿足高速行車條件下的行車安全和乘坐舒適的要求 ， 國(guó)內(nèi)外規(guī)范多以 活載作用下的 撓度作為限值指標(biāo)。我國(guó)原 《 新建時(shí)速 300～ 350 公里客運(yùn)專線鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定 》 （鐵建函 [2022]47 號(hào)） （以下簡(jiǎn)稱“ 設(shè)計(jì)暫規(guī) ”） 條文制定時(shí)，通過計(jì)算高速列車以各種速度通過不同跨度簡(jiǎn)支梁時(shí)的車橋耦合振動(dòng)響應(yīng)，獲得各種計(jì)算工況下 的車輛振動(dòng)加速度、輪重減載率、脫軌系數(shù)、橋梁振幅等數(shù)據(jù)，研究梁體不同豎向剛度條件下時(shí)車橋的振動(dòng)狀態(tài)。具體計(jì)算分析了 16m、 20m、24m、 32m、 40m、 48m 和 56m 共 7 種跨度的簡(jiǎn)支梁橋，分別按撓跨比 1/800，1/1000， 1/1200， 1/1500， 1/1800， 1/2022， 1/2500 及 1/3000 確定截面；列車運(yùn)行速度 100～ 360km/h（ 20km/h 一個(gè)間隔）。 同時(shí)，為考慮等跨布置簡(jiǎn)支梁的車橋動(dòng)力效應(yīng)，研究中分別按 單跨 和 10 跨 （ 等跨布置 )簡(jiǎn)支梁 模型進(jìn)行了分析。在此基礎(chǔ)上，參考了國(guó)外規(guī)范的相關(guān) 規(guī)定，提出了適用于不同跨度范圍的活載撓度限值。 近年來， 隨著高速鐵路建設(shè)和運(yùn)營(yíng)， 歐洲國(guó)家 及日本 針對(duì)高速鐵路橋梁的特點(diǎn)與性能， 進(jìn)行深入 開展了研究工作 。 通過 “ 車 線 橋 ” 耦合振動(dòng)體系動(dòng)力響應(yīng)分析和室內(nèi)、外動(dòng)力試驗(yàn)驗(yàn)證， 對(duì) 高速鐵路橋梁設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 、限值進(jìn)行了必要的修訂， 使高速鐵路橋梁設(shè)計(jì)更為合理、安全和經(jīng)濟(jì)。 歐盟在 2022 年版規(guī)范中針對(duì)不同設(shè)計(jì)速度、不同跨度 和類型橋梁， 以 高速列車通過時(shí) 車體豎向加速度不高于 （舒適度優(yōu)秀），提出了跨度與撓度比值（ L/δ）的限值（見說明圖 ）。 說明圖 歐盟撓跨比限值 注： 圖中 L/δ適用于 3 跨及以上的雙線簡(jiǎn)支梁；對(duì)于單跨雙線簡(jiǎn)支梁、 2 跨雙線簡(jiǎn)支或連續(xù)梁， L/δ 可乘以 系數(shù)；對(duì)于 3 跨及以上的連續(xù)梁， L/δ 可乘以 系數(shù)。 鐵科院在“ 客運(yùn)專線鐵路常用跨度橋梁結(jié)構(gòu)剛度和基頻標(biāo)準(zhǔn)研究 ”中，在 總結(jié)我國(guó)高速鐵路橋梁結(jié)構(gòu)剛度限值相關(guān) 既有 研究成果 的基礎(chǔ)上 ， 考慮我國(guó)與 國(guó)外規(guī)范 關(guān)于活載撓度定義的區(qū)別 （說明表 ） ，對(duì)比分析歐盟規(guī)范撓跨比限值與我國(guó)原 “設(shè)計(jì)暫規(guī) ”規(guī)定值差別。 說明 表 國(guó)內(nèi)外規(guī)范雙線橋梁活載撓度定義 國(guó)別 定 義 備注 歐盟 單線設(shè)計(jì)活載（ UIC 活載） 考慮動(dòng)力系數(shù) 1+Ф Ф 為設(shè)計(jì)動(dòng)力系數(shù) 日本 單線運(yùn)營(yíng)活載 考慮動(dòng)力系數(shù)（ 1+ia）（ 1+ic） ia 為速度效應(yīng)動(dòng)力系數(shù) ic 為車輛搖擺效應(yīng)動(dòng)力系數(shù) 中國(guó) 雙線設(shè)計(jì)活載（ ZK 活載） 不計(jì)動(dòng)力系數(shù) 如 對(duì)于雙線橋梁，具體計(jì)算方法如下： 設(shè)： 單線 UIC 靜活載產(chǎn)生的撓度： fu’ 雙線 UIC 靜活載產(chǎn)生的撓度： fu 歐盟設(shè)計(jì)荷載下動(dòng)力系數(shù)： 1+Ф 雙線 ZK 靜活載產(chǎn)生的撓度： fc 橋梁跨度： L 取： K1= fc / fu ZK 活載與 UIC 活載 產(chǎn)生的撓度比值 K2= fu’/ fu 單、雙線 UIC 活載產(chǎn)生的撓度比值 可得： 2239。 39。39。1 1 112( 1 ) ( 1 )( 1 ) ( 1 )uc u u uL K KL L L Lff f K f K f KKK? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? 式中： K1 和 1+Ф 可直接計(jì)算得出， K2值大小與梁體扭轉(zhuǎn)剛度具有直接的關(guān)系，研究中針對(duì)連續(xù)箱梁、簡(jiǎn)支箱梁和簡(jiǎn)支 T 梁分別進(jìn)行計(jì)算分析。考慮我國(guó)客運(yùn)專線跨度 48m 及以上的橋跨多以連續(xù)箱梁為主，而小跨度橋可能采用簡(jiǎn)支 T 梁，提出的 K2 取值如下： L≤20m， K2= 20L≤40m， K2= 40L≤96m， K2= 對(duì)比 分析我國(guó)設(shè)計(jì)時(shí)速 200~250km、 300~350km“設(shè)計(jì)暫規(guī)”規(guī)定與根據(jù)歐盟換算撓跨比（說明圖 ）可知，我國(guó)“設(shè)計(jì)暫規(guī)” 對(duì)于跨度 40m及以下的橋梁，換算撓跨比限值較歐盟規(guī)范嚴(yán)格； 40~50m 跨度的撓跨比限值基本相當(dāng)； 50m 以上跨度的橋梁， “設(shè)計(jì)暫規(guī)（ 300~350km/h）” 撓跨比限值偏低。 說明圖 歐盟規(guī)范換算撓跨比限值與我國(guó)原 “設(shè)計(jì)暫規(guī) ”對(duì)比 本規(guī)范制定時(shí) ，在總結(jié)既有研究成果和參考國(guó)外規(guī)范相關(guān)規(guī)定的基礎(chǔ)上， 對(duì)我國(guó)客運(yùn)專線橋梁的撓跨比 規(guī)定 進(jìn)行了必要的修訂 ，適當(dāng)提高了跨度 50m 以上 300~350km/h 橋梁的撓跨比限值。 此外，本規(guī)范條文制定時(shí)， 根據(jù)“ 客運(yùn)專線鐵路常用跨度橋梁結(jié)構(gòu)剛度和基頻標(biāo)準(zhǔn)研究 成果”， 提出了單線橋梁撓度限值。 2 溫度荷載作用下結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生變形，并與活載撓度進(jìn)行疊加，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)予以考慮。 鐵科院在 “客運(yùn)專線無砟軌道預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋變形觀測(cè)試驗(yàn)研究 ”課題在系統(tǒng)總結(jié)國(guó)內(nèi)外規(guī)范關(guān)于結(jié)構(gòu)溫度梯度分布特征相關(guān)規(guī)定的基礎(chǔ)上，針對(duì)京津城際鐵路、石太客運(yùn)專線預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁的豎向溫度梯度分布及其對(duì)連續(xù)梁 變形的影響進(jìn)行了研究，并對(duì)主跨 100m 的大跨度連續(xù)梁的溫度變形進(jìn)行 了連續(xù)觀測(cè)。 理論和試驗(yàn)均表明， 豎向溫度梯度作用下，連續(xù)箱梁邊、中跨均產(chǎn)生相應(yīng)的豎向變形；且日照條件下連續(xù)梁中跨溫度變形與活載撓度同向。課題研究中，對(duì)常用 32m 跨度的簡(jiǎn)支梁溫度變形進(jìn)行了理論分析和實(shí)測(cè)驗(yàn)證 ， 日照條件下簡(jiǎn)支箱梁產(chǎn)生上拱變形，與活載效應(yīng)反向 。 因此 本規(guī)范 條文 修訂 時(shí)， 在原規(guī)定的拱橋和剛架橋基礎(chǔ)上增加了連續(xù)梁橋。 結(jié)構(gòu)溫度變形計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮整體升降溫、不同部位溫差及溫度梯度作用；對(duì)于混凝土梁溫度梯度分布，在缺乏實(shí)測(cè)資料時(shí)，可按照《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。 3 對(duì)于預(yù)應(yīng)力 混凝土梁，特別是預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支梁，截面長(zhǎng)期處于偏心受壓狀態(tài)，上下緣預(yù)壓應(yīng)力差較大。隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，梁體會(huì)逐漸產(chǎn)生較大的徐變變形 ，即徐變上拱。梁體徐變上拱會(huì)導(dǎo)致線路的附加不平順，影響行車安全性和乘坐舒適性。 我國(guó)既有普通鐵路橋大多采用有砟橋面，梁體長(zhǎng)期變形可以通過調(diào)整道砟厚度來保證線路的正常運(yùn)行；但仍有部分橋梁由于變形過大對(duì)運(yùn)營(yíng)期間線路養(yǎng)護(hù)帶來一定困難：如京山壓煤改線徒河橋，跨度 32 m 預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支梁發(fā)生上拱 的現(xiàn)象。由于客運(yùn)專線對(duì)線路平順性要求遠(yuǎn)高于普通鐵路，客運(yùn)專線橋梁須具有長(zhǎng)期變形小的 特征，特別是鋪設(shè)無砟軌道的橋梁，運(yùn)營(yíng)期間軌道平順性只能通過扣件進(jìn)行調(diào)整，且扣件調(diào)整量十 分有限，因此必須嚴(yán)格限制梁體的長(zhǎng)期殘余變形，以保證橋上線路平順。 我國(guó)鐵路科研院所針對(duì)既有普通鐵路預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支 T 梁徐變上拱開展了大量的研究工作。研究表明：恒載作用下截面應(yīng)力水平以及梁體恒、活載設(shè)計(jì)彎矩比值是影響梁體豎向徐變變形關(guān)鍵因素；提高結(jié)構(gòu)剛度可以降低截面應(yīng)力水平，合理地布置預(yù)應(yīng)力束可以使梁的截面上下緣應(yīng)力在預(yù)應(yīng)力及恒載的作用下盡量接近，可以有效控制梁體徐變上拱值。 與普通鐵路雙片式 T 梁相比，客運(yùn)專線箱梁剛度有了很 大提高；且梁體自重和二期恒載增大以及運(yùn)營(yíng)荷載減小也使得客運(yùn)專線橋梁恒活載比例有了較大幅度提高，成橋后梁體截面應(yīng)力分布也更為均勻，這對(duì)于減小梁體徐變變形均是有利的。 實(shí)際工程中更為關(guān)注的是橋上軌道結(jié)構(gòu)鋪設(shè)完成后梁體的變形，即殘余變形，預(yù)應(yīng)力混凝土梁殘余變形包括：混凝土徐變變形、混凝土收縮變形、預(yù)應(yīng)力長(zhǎng)期損失引起的彈性變形恢復(fù)，其中混凝土徐變變形為其豎向殘余變形的主要部分。需要指出的是，若軌道鋪設(shè)完成后仍有部分橋面附屬設(shè)施施工（如聲屏障），該部分荷載引起的彈性變形應(yīng)計(jì)入梁體殘余變形。 鐵科院完成的 “客運(yùn)專線無砟 軌道預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋變形觀測(cè)試驗(yàn)研究 ”課題理論和實(shí)測(cè)結(jié)果表明，在現(xiàn)有 設(shè)計(jì)時(shí)速 350km 客運(yùn)專線連續(xù)梁剛度和預(yù)應(yīng)力配束條件下，通過嚴(yán)格控制階段混凝土質(zhì)量和各階段預(yù)應(yīng)力張拉的準(zhǔn)確，按照現(xiàn)有設(shè)計(jì)二期恒載上橋時(shí)間（ 60 天），其梁體長(zhǎng)期殘余變形可以控制在 177。10mm 以內(nèi)。在我國(guó)工程實(shí)踐的基礎(chǔ)上，提出了梁體殘余變形的限值。 4 對(duì)于設(shè)有縱坡的無砟軌道橋梁（說明圖 ），特別是溫度跨較長(zhǎng)的連續(xù)梁，梁體的縱向伸縮引起的梁縫兩側(cè)鋼軌支承點(diǎn)豎向相對(duì)位移，造成鋼軌、扣件等局部受力。理論和試驗(yàn)研究表明：由于梁端豎向轉(zhuǎn)角 、支座彈性壓縮變形以及坡道上梁在活動(dòng)支座的水平位移等因素影響，產(chǎn)生豎向相對(duì)位移不應(yīng)超過 1mm，必要時(shí)活動(dòng)支座按坡道上梁的坡度設(shè)置。 說明圖 坡道梁縱向位移影響示意 1 各國(guó)鐵路橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范都對(duì)橋梁的最大橫向變形（靜位移）進(jìn)行了限制。目的是為列車運(yùn)行提供平直的軌道，如果水平位移過大，就會(huì)產(chǎn)生顯著的軌道的方向不平順，進(jìn)而影響車輛運(yùn)行的安全性和乘坐舒適性。 德國(guó)規(guī)范 DIN 101 規(guī)定了上部結(jié)構(gòu)的橫向變形 : ① 上部結(jié)構(gòu)橫向變形計(jì)算考慮下列荷載之和：考慮動(dòng)力系數(shù)的 UIC71荷載、風(fēng)荷 載、橫向搖擺力、離心力和上部結(jié)構(gòu)兩側(cè)溫差。 ② 上部結(jié)構(gòu)橫向變形 δh 不超過說明表 中的限值。 說明表 水平彎曲引起的最大轉(zhuǎn)角和最小曲線半徑允許值表 速度范圍 最大折角變化（ rad） 最小水平半徑（ m） 單線上部結(jié)構(gòu) 多線上部結(jié)構(gòu) V≤120km/h ‰ 1700 3500 120＜ V≤200km/h ‰ 6000 9500 V＞ 200km/h ‰ 14000 17500 注：橫向變形包括上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)（包括橋墩和基礎(chǔ)）；水平曲線半徑由下式給出hLR ?82? 。 本條文仍沿用原 “設(shè)計(jì)暫規(guī) ”規(guī)定，在列車橫向搖擺力、離心力、風(fēng)力和溫度的作用下，梁體的水平撓度應(yīng)小于或等于梁體計(jì)算跨度的 1/4000。 2 本條 文 沿用原 “設(shè)計(jì)暫規(guī) ”， 規(guī)定無砟軌道橋梁相鄰梁梁端兩側(cè)的鋼軌支點(diǎn)橫向相對(duì)位移不應(yīng)大于 1mm。 德國(guó)規(guī)范 DIN101 關(guān)于橋面扭轉(zhuǎn)變形的限值規(guī)定如下： （ 1）計(jì)算橋梁扭轉(zhuǎn)時(shí)采用考慮動(dòng)力系數(shù)的 UIC71 荷載。 （ 2） 3m 的長(zhǎng)度的最大扭曲變形不超過下列限值： V≤ 120 km/h t ? mm/3m 120＜ V≤ 200 km/h t ? mm/3m V 200 km/h t ? mm/3m （ 3）當(dāng)速度 V 200 km/h 的情況，需要進(jìn)行附加檢算，考慮動(dòng)力系數(shù)的實(shí)際運(yùn)營(yíng)荷載計(jì)算的扭曲變形 t ? mm/3m。 注：如果沒有進(jìn)一步規(guī)定，軌道自身幾何特點(diǎn)（如在緩和曲線中）與因橋梁產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)變形之和不能超過 mm/3m。 說明圖 橋面允許扭轉(zhuǎn)變形示意圖 經(jīng)研究，提出了本次規(guī)范的扭轉(zhuǎn)限值要求。 列車以一 定速度通過簡(jiǎn)支梁橋時(shí)，對(duì)橋梁的作用類似于頻率固定的 激振源。 列車速度改變時(shí)， 相應(yīng)的激振 頻率就會(huì)發(fā)生變化。 當(dāng)結(jié)構(gòu)固有頻率與激振頻率接近時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生較大的振動(dòng)或者共振現(xiàn)象 ， 進(jìn)而 可能引發(fā)道床不穩(wěn)定、鋼軌損傷、混凝土梁開裂，甚至危及橋梁的安全。 國(guó)內(nèi)外大量針對(duì)簡(jiǎn)支梁車橋動(dòng)力研究結(jié)果表明，梁體豎向固有頻率、列車運(yùn)行速度、車輛長(zhǎng)度（轉(zhuǎn)向架間距）、結(jié)構(gòu)阻尼、車輪的缺陷（輪緣扁疤）、軌道平順性等 均 是影響車橋動(dòng)力響應(yīng)的因素。 日本學(xué)者松浦章夫（ 1976年 ）在研究鐵路橋梁豎向共振機(jī)理時(shí)指出， 列車 移動(dòng)荷載對(duì)橋梁的豎向激振頻率 fl主要 取決于車速 v（ m/s）和車長(zhǎng) Lv(m)，而軸距、定距、兩車相鄰轉(zhuǎn)向架的中心距由于重復(fù)作用不連續(xù)，相對(duì)處于次要地位。即： 激振頻率 =速度 /車長(zhǎng)。 我國(guó)在大量車橋耦合分析及試驗(yàn)驗(yàn)證中也得到了相同的結(jié)論。從京津城際聯(lián)調(diào)聯(lián)試中實(shí)測(cè)動(dòng)車組以不同速度通過 32m 和 24m 箱梁時(shí)的激振頻率（說明圖 ）可以看出，對(duì)于常用跨度簡(jiǎn)支梁，列車激振頻率 與其運(yùn)行速度呈較好的線性關(guān)系，與梁體跨度無直接關(guān)系。 因此確定簡(jiǎn)支梁合理自振頻率取值對(duì)保證列車的運(yùn)營(yíng)安全及舒適尤為重要。 [32m 箱梁 ] [24m 箱梁 ] 說明圖 動(dòng)車組豎向強(qiáng)振頻率與行車速度關(guān)系圖（京津） 1 國(guó)際鐵路聯(lián)盟早期曾組織相關(guān)研究機(jī)構(gòu)針對(duì)各種運(yùn)營(yíng)列車，進(jìn)行大量的車橋動(dòng)力計(jì)算分析 。研究表明梁體 固有頻率過低將導(dǎo)致高速列車通過時(shí)產(chǎn)生較大振動(dòng)或共振，頻率過高時(shí)橋上軌道不平順引起的車輛動(dòng)力響應(yīng)明顯增加， 因此確定了 不同跨度簡(jiǎn)支梁豎向基頻 上、下 限值（說明圖） ；并規(guī)定當(dāng) 梁體基頻滿足 限值要求時(shí) ，高速鐵路橋梁 設(shè)計(jì) 可按 UIC活載圖式、相應(yīng)的動(dòng)力系數(shù)進(jìn)行靜力計(jì)算。 說 明圖 UIC 規(guī) 范規(guī)定的不同跨度簡(jiǎn)支梁自振頻率限值 我國(guó)既有“設(shè)計(jì)暫規(guī)”關(guān)于簡(jiǎn)支梁基頻下限值是參考 UIC 規(guī)范并根據(jù)我國(guó)高速鐵路橋梁設(shè)計(jì)中大量車橋耦合分析結(jié)果制定的，考慮到本規(guī)范適用于 250~350km/h 高速