【文章內(nèi)容簡介】 ，所以本節(jié)規(guī)定的橋梁梁部及墩臺剛度的限值僅適用于跨度小于 96m 的 混凝土結(jié)構(gòu)，對于 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)。我國原 《 新建時速 300～ 350 公里客運專線鐵路設(shè)計暫行規(guī)定 》 （鐵建函 [2022]47 號） （以下簡稱“ 設(shè)計暫規(guī) ”） 條文制定時，通過計算高速列車以各種速度通過不同跨度簡支梁時的車橋耦合振動響應(yīng)，獲得各種計算工況下 的車輛振動加速度、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車橋的振動狀態(tài)。具體計算分析了 16m、 20m、24m、 32m、 40m、 48m 和 56m 共 7 種跨度的簡支梁橋，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；列車運行速度 100～ 360km/h（ 20km/h 一個間隔）。 同時，為考慮等跨布置簡支梁的車橋動力效應(yīng)，研究中分別按 單跨 和 10 跨 （ 等跨布置 )簡支梁 模型進(jìn)行了分析。在此基礎(chǔ)上，參考了國外規(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)和運營， 歐洲國家 及日本 針對高速鐵路橋梁的特點與性能， 進(jìn)行深入 開展了研究工作 。 通過 “ 車 線 橋 ” 耦合振動體系動力響應(yīng)分析和室內(nèi)、外動力試驗驗證， 對 高速鐵路橋梁設(shè)計標(biāo)準(zhǔn) 、限值進(jìn)行了必要的修訂， 使高速鐵路橋梁設(shè)計更為合理、安全和經(jīng)濟(jì)。 歐盟在 2022 年版規(guī)范中針對不同設(shè)計速度、不同跨度 和類型橋梁， 以 高速列車通過時 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 跨及以上的雙線簡支梁；對于單跨雙線簡支梁、 2 跨雙線簡支或連續(xù)梁， L/δ 可乘以 系數(shù)；對于 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 ， 考慮我國與 國外規(guī)范 關(guān)于活載撓度定義的區(qū)別 （說明表 ） ，對比分析歐盟規(guī)范撓跨比限值與我國原 “設(shè)計暫規(guī) ”規(guī)定值差別。 說明 表 國內(nèi)外規(guī)范雙線橋梁活載撓度定義 國別 定 義 備注 歐盟 單線設(shè)計活載（ UIC 活載） 考慮動力系數(shù) 1+Ф Ф 為設(shè)計動力系數(shù) 日本 單線運營活載 考慮動力系數(shù)（ 1+ia）（ 1+ic） ia 為速度效應(yīng)動力系數(shù) ic 為車輛搖擺效應(yīng)動力系數(shù) 中國 雙線設(shè)計活載（ ZK 活載） 不計動力系數(shù) 如 對于雙線橋梁，具體計算方法如下： 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)計荷載下動力系數(shù)： 1+Ф 雙線 ZK 靜活載產(chǎn)生的撓度： fc 橋梁跨度： L ?。? 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，研究中針對連續(xù)箱梁、簡支箱梁和簡支 T 梁分別進(jìn)行計算分析?？紤]我國客運專線跨度 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支 T 梁，提出的 K2 取值如下： L≤20m， K2= 20L≤40m， K2= 40L≤96m， K2= 對比 分析我國設(shè)計時速 200~250km、 300~350km“設(shè)計暫規(guī)”規(guī)定與根據(jù)歐盟換算撓跨比（說明圖 ）可知，我國“設(shè)計暫規(guī)” 對于跨度 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原 “設(shè)計暫規(guī) ”對比 本規(guī)范制定時 ，在總結(jié)既有研究成果和參考國外規(guī)范相關(guān)規(guī)定的基礎(chǔ)上， 對我國客運專線橋梁的撓跨比 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， 根據(jù)“ 客運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)會產(chǎn)生變形，并與活載撓度進(jìn)行疊加，結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)予以考慮。 鐵科院在 “客運專線無砟軌道預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋變形觀測試驗研究 ”課題在系統(tǒng)總結(jié)國內(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，針對京津城際鐵路、石太客運專線預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁的豎向溫度梯度分布及其對連續(xù)梁 變形的影響進(jìn)行了研究，并對主跨 100m 的大跨度連續(xù)梁的溫度變形進(jìn)行 了連續(xù)觀測。 理論和試驗均表明， 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，對常用 32m 跨度的簡支梁溫度變形進(jìn)行了理論分析和實測驗證 ， 日照條件下簡支箱梁產(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， 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)溫度變形計算時應(yīng)考慮整體升降溫、不同部位溫差及溫度梯度作用；對于混凝土梁溫度梯度分布，在缺乏實測資料時，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)計規(guī)范》相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。 3 對于預(yù)應(yīng)力 混凝土梁，特別是預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁，截面長期處于偏心受壓狀態(tài)，上下緣預(yù)壓應(yīng)力差較大。隨著時間的增長，梁體會逐漸產(chǎn)生較大的徐變變形 ，即徐變上拱。梁體徐變上拱會導(dǎo)致線路的附加不平順，影響行車安全性和乘坐舒適性。 我國既有普通鐵路橋大多采用有砟橋面，梁體長期變形可以通過調(diào)整道砟厚度來保證線路的正常運行；但仍有部分橋梁由于變形過大對運營期間線路養(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)力混凝土簡支梁發(fā)生上拱 的現(xiàn)象。由于客運專線對線路平順性要求遠(yuǎn)高于普通鐵路，客運專線橋梁須具有長期變形小的 特征，特別是鋪設(shè)無砟軌道的橋梁，運營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)格限制梁體的長期殘余變形，以保證橋上線路平順。 我國鐵路科研院所針對既有普通鐵路預(yù)應(yīng)力混凝土簡支 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營荷載減小也使得客運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，這對于減小梁體徐變變形均是有利的。 實際工程中更為關(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)計入梁體殘余變形。 鐵科院完成的 “客運專線無砟 軌道預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋變形觀測試驗研究 ”課題理論和實測結(jié)果表明，在現(xiàn)有 設(shè)計時速 350km 客運專線連續(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)計二期恒載上橋時間（ 60 天），其梁體長期殘余變形可以控制在 177。10mm 以內(nèi)。在我國工程實踐的基礎(chǔ)上，提出了梁體殘余變形的限值。 4 對于設(shè)有縱坡的無砟軌道橋梁（說明圖 ），特別是溫度跨較長的連續(xù)梁，梁體的縱向伸縮引起的梁縫兩側(cè)鋼軌支承點豎向相對位移，造成鋼軌、扣件等局部受力。理論和試驗研究表明：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支座的水平位移等因素影響，產(chǎn)生豎向相對位移不應(yīng)超過 1mm，必要時活動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 各國鐵路橋梁設(shè)計規(guī)范都對橋梁的最大橫向變形（靜位移）進(jìn)行了限制。目的是為列車運行提供平直的軌道，如果水平位移過大，就會產(chǎn)生顯著的軌道的方向不平順，進(jìn)而影響車輛運行的安全性和乘坐舒適性。 德國規(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)橫向變形計算考慮下列荷載之和：考慮動力系數(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)小于或等于梁體計算跨度的 1/4000。 2 本條 文 沿用原 “設(shè)計暫規(guī) ”， 規(guī)定無砟軌道橋梁相鄰梁梁端兩側(cè)的鋼軌支點橫向相對位移不應(yīng)大于 1mm。 德國規(guī)范 DIN101 關(guān)于橋面扭轉(zhuǎn)變形的限值規(guī)定如下： （ 1）計算橋梁扭轉(zhuǎn)時采用考慮動力系數(shù)的 UIC71 荷載。 （ 2） 3m 的長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，考慮動力系數(shù)的實際運營荷載計算的扭曲變形 t ? mm/3m。 注：如果沒有進(jìn)一步規(guī)定，軌道自身幾何特點（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 定速度通過簡支梁橋時，對橋梁的作用類似于頻率固定的 激振源。 列車速度改變時， 相應(yīng)的激振 頻率就會發(fā)生變化。 當(dāng)結(jié)構(gòu)固有頻率與激振頻率接近時，將會產(chǎn)生較大的振動或者共振現(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。 國內(nèi)外大量針對簡支梁車橋動力研究結(jié)果表明，梁體豎向固有頻率、列車運行速度、車輛長度（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理時指出， 列車 移動荷載對橋梁的豎向激振頻率 fl主要 取決于車速 v（ m/s）和車長 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)，相對處于次要地位。即： 激振頻率 =速度 /車長。 我國在大量車橋耦合分析及試驗驗證中也得到了相同的結(jié)論。從京津城際聯(lián)調(diào)聯(lián)試中實測動車組以不同速度通過 32m 和 24m 箱梁時的激振頻率（說明圖 ）可以看出，對于常用跨度簡支梁，列車激振頻率 與其運行速度呈較好的線性關(guān)系，與梁體跨度無直接關(guān)系。 因此確定簡支梁合理自振頻率取值對保證列車的運營安全及舒適尤為重要。 [32m 箱梁 ] [24m 箱梁 ] 說明圖 動車組豎向強振頻率與行車速度關(guān)系圖（京津） 1 國際鐵路聯(lián)盟早期曾組織相關(guān)研究機構(gòu)針對各種運營列車，進(jìn)行大量的車橋動力計算分析 。研究表明梁體 固有頻率過低將導(dǎo)致高速列車通過時產(chǎn)生較大振動或共振，頻率過高時橋上軌道不平順引起的車輛動力響應(yīng)明顯增加， 因此確定了 不同跨度簡支梁豎向基頻 上、下 限值（說明圖） ；并規(guī)定當(dāng) 梁體基頻滿足 限值要求時 ，高速鐵路橋梁 設(shè)計 可按 UIC活載圖式、相應(yīng)的動力系數(shù)進(jìn)行靜力計算。 說 明圖 UIC 規(guī) 范規(guī)定的不同跨度簡支梁自振頻率限值 我國既有“設(shè)計暫規(guī)”關(guān)于簡支梁基頻下限值是參考 UIC 規(guī)范并根據(jù)我國高速鐵路橋梁設(shè)計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