第一章 桥隧建筑物一般知识
本章主要介绍桥隧建筑物的组成、分类,桥隧限界,桥隧荷载。
第一节 桥隧建筑物的组成与分类
桥隧建筑物是桥梁、隧道、涵洞、明渠、天桥、地道、跨线桥、调节河流建筑物等的总称。
桥梁的组成与分类
(一)桥梁的组成桥梁由上部结构、下部结构、防护设备及调节河流建筑物组成(图1-1)。
图1—1桥梁结构图
上部结构:包括桥面、桥跨结构(梁拱)、支座。
下部结构:包括桥墩、桥台及基础。
防护设备及调节河流建筑物:包括桥涵限高防护架、护锥、护岸、护基、护底、导流堤、丁坝、梨形堤等。
(二)桥梁的分类
1.按桥梁长度分类
特大桥:桥长500m以上。
大桥:桥长100m以上至500m。
中桥:桥长20m以上至100m。
小桥:桥长20m及以下。
2.按梁拱材质分类
钢桥:以钢材作为桥跨结构主要建筑材料的桥。
钢筋混凝王桥:桥跨结构以包含受力钢筋的混士为主制造的桥顾应力混凝士桥:桥跨结构以用预应力钢材领施加应力的混凝土为主制造的桥。
石桥:桥跨结构用石料建造的桥。
木桥:以木材作为桥跨结构主要建筑材料的桥。
3.按桥面位置分类
(1)上承式桥:桥面位于桥跨结构上部的桥(图1-2(a))。
(2)中承式桥:桥面位于桥跨结构中部的桥(图1-2(b))。
(3)下承式桥:桥面位于桥跨结构下部的桥
下承式又分为穿式桥和半穿式桥。桥面上方有横向联结系者称为穿式桥(图1-3(a)),桥面上方无横向联结系者称为半穿式桥(图1-3(b))。
图1-3 下承式桥梁
4.按桥跨结构承受荷载的特征分类
(1)梁桥:用梁作为桥跨结构的桥。有简支梁桥连续梁桥、悬臂梁桥三种。
(2)拱桥:用拱圈或拱肋作为桥跨结构的桥。拱桥又可按结构形式分为无铰拱、双铰拱,三铰拱;按有无外推力分为推力拱、无推力拱。
(3)刚构桥:桥跨结构与桥墩或桥台刚性连接的桥。
(4)框架桥:桥梁为整体箱形框架的桥。(5)悬索桥:用桥塔支撑锚于两岸(端)的缆索,借助挂于缆索上的吊杆悬吊桥面和梁形成桥跨结构的桥。
(6)斜拉桥:以斜拉索连接索塔和主梁作为桥跨结构的桥。
(7)综合体系桥:桥跨同时有几个体系特征结构,相互联系结合而成,如钢桁拱桥等。
按梁的截面形式分类
(1)板形梁:适用于低高度梁,当桥梁高度受到限制时,采用此种形式。
钢板梁是由钢板或型钢组成工字形截面主梁,并由纵、横联结系连接的梁。混凝土板梁是宽腹板、跨度较小的普通钢筋混凝土梁。
(2)T形梁:T形梁是既有线混凝土桥梁最常见的截面形式。混凝土T梁是横截面为T形的混凝土梁。
(3)箱形梁:随着列车的提速,对桥梁的刚度要求越来越高,箱形梁在线路上使用也越来越多,如图1-4所示。钢箱梁是由纵、横向加劲肋加强的钢板所组成的单室或多室箱形截面梁。混凝土箱梁是横截面呈一个或几个封闭箱形的混凝土梁。
图1-4 箱形梁
(三)各部尺寸的规定各部尺寸的示意如图1-5所示。
图1-5 桥梁的尺寸示意图
1.跨度(计算跨度)
(1)简支梁、连续梁、悬臂梁、斜拉桥、悬索桥和双铰拱为各孔两端支座中心之间距离。
(2)无铰拱桥、刚构桥和箱形桥为其净孔。
2.梁的全长
梁两端面之间的长度。
3.梁的净跨度(净孔)
沿计算水位量出的相邻墩桥梁全长台边缘之间的距离。
4.桥梁长度(桥长)
(1)梁桥系指桥台挡砟前墙之间的长度。
(2)拱桥系指拱上侧墙与桥台侧墙间两伸缩缝外端之间的长度。
(3)刚架桥(或框构桥)系指刚架(或框构)顺跨度方向外侧间的长度。
5.桥全长
桥全长指桥梁轴线上两桥台尾部之间的距离。
6.桥孔总长
指桥梁排水宽度,即桥梁各孔净跨度的总和。斜桥为各两墩(台)间垂直距离之和;拱桥为各孔起拱线处净长之和。当锥体填土突出桥台之外时,则改沿计算水位与低水位之间的中线来量度。
7.桥梁高度
由桥面的轨底至河床最凹点的垂直距离。
8.桥下净空高度
桥跨结构底面至水面、路面或轨面之间可用于交通的自由高度。
9.温度跨度
指梁跨受温度影响而伸长和缩短的区段长度(图1-6)。
图1-6 温度跨度
二、隧道的组成与分类
(一)隧道的组成
隧道的组成包括主体建筑物和附属设备两部分。主体建筑物由洞身和洞门组成;附属设备包括避车洞和防排水设施,长大隧道还有专门的通风及照明设备。
(二)隧道按长度的分类
特长隧道:全长10000m以上;
长隧道:全长3000m以上至10000m;
中隧道:全长500m以上至3000m；
短隧道:全长500m及以下。
隧道长度系指进出口洞门端墙墙面之间的距离,即以端墙面与内轨顶面的交线同线路中线的交点计算。计算时,双线隧道以下行线为准;位于车站上的隧道以正线为准。
三、涵渠组成与分类
涵洞、明渠、渡槽、倒虹吸管统称为涵渠。
涵洞由洞身、基础、进出口入口建筑物(即端墙、翼墙等)以及洞身出口挡墙附属设备组成(图1-7)。
图1—7 温度跨度
(一)涵洞的分类
按结构形式分有拱涵、圆涵、框构涵、盖板涵等;
按水力特性分有压涵、无压涵;
按孔数分有单孔、双孔、多孔等。
排洪涵洞的最小孔径不应小于1.25m,且全长不超过25m。当全长超过25m时,为便于养护,孔径应相应加大。无淤积的灌溉涵孔径应不小于0.75m。当孔径为0.75m,且净高h<1.0m时,长度不宜超过10m;净高h≥1.0m时,长度不宜超过15m。城市或车站范围内涵洞的孔径,需酌情加大。
现有涵洞不符合上述规定者,应结合具体情况逐步改造。
(二)涵洞有关尺寸的规定
1.涵洞的净孔
(1)拱涵为起拱线间的水平距离。
(2)框构涵为涵内水平距离。
(3)圆涵为内径(卵形或扁圆形的为水平方向最大距离)。
(4)盖板涵为墩台间净距。
2.涵洞的全长
(1)涵洞的全长即涵洞的轴长,包括端墙在内。
(2)框构涵和盖板涵的全长为边墙间横向宽度,以长边计。
第二节 限界
限界是铁路建筑物及其他任何设备不得侵入的国家规定的轮廓尺寸线,目的在于确保铁路机车车辆和超限装载货物安全运行。
一、建筑限界
建筑限界是一个与线路中心线垂直的横断面
(一)基本建筑限界基本建筑限界(图1-8)的高度由钢轨顶面算起,横向尺寸由线路中心线算起。
单线直线基本建筑限界半宽为2440m。这是由于最大级超限货物装载限界的半宽为2225mm,加上货物横向移动量170.5mm,再加44.5mm的安全量而得出,即:
基本建筑限界半宽=2225+170.5+44.5=2440mm
(a) 基本建筑限界(ν≤160km/h)
图1—8 客货共线铁路基本建筑限界(单位:mm)
基本建筑限界高度为5500mm,这是由于最大级超限货物装载限界高度为5300m,加上货物向上振动偏移量46.5m,再加安全量153.5mm而得出的,即:
建筑限界高度=5300+46.5+153.5=5500mm。
进行桥隧维修时,施工机械和脚手架等均不得侵入基本建筑限界(曲线上为按规定加宽后限界),以保证行车和人员安全。(二)曲线上的建筑限界
在曲线上建筑限界内外侧都需要进行加宽。其加宽值计算公式如下:
式中R—曲线半径(m);
H—计算点自轨面算起的高度(mm);
h-外轨超高(mm)。
二、超限货物装载限界
超限货物装载限界如图1-9所示。
图1-9 最大级超限货物装载限界(单位mm)
三、桥梁建筑限界
桥梁建筑限界交较建筑限界稍大，如图 1-10~1-12所示。在两者之间可以安装照明、通讯及信号设备。新建及修复、改建桥梁的净空均应满足桥梁建筑限界的要求。
图1—10
图1—10 客货共线(ν≤160km/h)桥梁建筑限界(单位mm)
图1—11客货共线(160
图1—12双层集装箱运输桥隧建筑限界(单位:mm)
注:图中h为接触网结构高度。采用弹性悬挂时，200km/h地段为1100mm、160km/h及以下地段为700mm;采用刚性悬挂时，结构高度另定。
位于曲线上的下承桁梁及半穿式梁，其横断面的净空，需要加宽的数值，除与前述曲线半径、外轨超高和车辆长度有关外，尚与梁长有关。
(一)单线内外侧加宽量W内、W外
以电力牵引限界考虑时:
(二)复线中心距加宽量
四、隧道建筑限界
(一)区间直线隧道建筑界
区间直线隧道建筑界轮廓如图1-11~1-13所示。
(二)区间曲线上隧道限界加宽。
(1)单线曲线内外侧加宽办法与建筑限界相同。
(2)双线区间隧道,在曲线上的线间距加宽一般为
图1—13客货共线(ν≤160km/h)隧道建筑限界(单位:mm)
五、桥隧建筑限界的管理
有关部门应切实掌握管内桥隧、立交桥、天桥、渡槽及其他建筑物的精确实测断面和各部分距离线路中心线的尺寸。按照《铁路技术管理规程》的规定,重要线路的桥隧限界每5年其他线路的桥隧限界每10年检查一次。
(一)桥隧限界的检查方法
桥隧限界的检查方法常用的有检查翠法。检查架法是将检查架垂直装设在车辆前部转向架中心线上,对限界不足处量出其部位及具体尺寸。些外隧道限界检查也用摄影法,即车上装有固定摄影机,可以在行车条件下,对固定焦距处显示隧道内轮廓的光带,定时一个个的拍照,经过冲洗,判读换算出隧道断面的实际尺寸或找出区段的最小综合断面尺寸。
(二)绘制综合最小限界图
根据上述检査所测的数据绘制桥隧综合限界图,铁路局应绘制管内各区段桥隧综合最小限界图。
桥隧限界不足时,应有计划进行改善。如既有桥隧实际建筑限界尚能满足下列要求之时,可暂缓扩大:
(1)实际建筑限界超过最大级超限货物装载限界,并有100mm以上的净距时;
(2)复线区段,有一条线路桥隧限界能满足要求时。
第三节 荷载
桥涵承受的荷载分为主要荷载(主力)、附加荷载(附加力)和特殊荷载三类。
一、主力
主力是正常的、经常发生的或时常重复出现的,包括恒载和活载。
恒载一般指结构自重、土压力、静水压力及浮力、预加应力等,其大小和作用点一般是固定不变的,故称恒载。
活载主要指列车重量以及列车运动引起的荷载,一般指列车重量、冲击力、离心力、人行道荷载等。
我国铁路部门对各种机车车辆进行了综合研究,制订了全路通用的标准荷载。
1.中一活载
“中华人民共和国铁路标准活载”,即“中一活载”,包括普通活载和特种活载(图1-14)。
图1—14 中一活载
2.ZK活载
“中国客运专线标准活载”,即”zK活载”(图1-15)
图1—15 ZK活载
二、附加力
附加力是偶然作用的荷载,其最大值并不经常出现,而各种附加力同时出现最大值的机会就更少。包括列车的制动力或牵引力、横向摇摆力、风力、流水压力、冰压力、因温度变化而产生的附加力以及冻胀力等。
三、特殊荷载
特殊荷载是特殊情况下作用的荷载,往往是暂时的或灾害性的,如船只或排筏撞击力、地震力和施工荷载等。
运营桥涵的承载能力按《铁路桥梁检定规范》进行检算,以检定承载系数“K”表示。A为结构所能承受的活载相当于标准活载的倍数,应符合下列要求:
(1)桥涵结构应满足K≥1。
(2)临时性桥涵容许通过的运行活载,必须满足Q<K(Q为运行活载相当于标准活载的倍数)。
承载能力不足(即K<1)的桥涵,应根据其技术状态确定加固、更换或改建。加固、更换或改建后的承载能力必须达到K=1的要求。对尚能满足Q<K的桥涵是否暂缓加固,由铁路局根据情况确定。
改建桥涵的承载能力应满足《铁路桥涵设计基本规范》的规定。
？复习思考题
1.桥梁由哪些部分组成?
2.桥梁按长度如何分类?
3.什么是桥梁长度?
4.什么是桥梁高度?
5.隧道由哪些部分组成?
6.隧道的长度如何确定?
7.隧道接长度如何分类?
8.涵洞由哪些部分组成?
9.什么是限界?
10.桥梁荷载有哪些种类?
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