[发明专利]一种高速铁路大跨度拱桥的竖向位移控制方法

说明书

一种高速铁路大跨度拱桥的竖向位移控制方法，以解决大跨度混凝土拱桥竖向位移控制的难题，使该类桥梁的结构设计更为科学合理。该方法的特征是：以高速铁路设计规范所规定的线路允许最小竖曲线半径R₀作为桥面平顺度的控制指标，来控制桥面竖向变形；将大跨度混凝土拱桥在活载、系统温度变化及主拱收缩徐变联合作用下的桥面竖向下挠变形曲线作为变形控制工况；使桥梁段线路实际线型S(x)上任意一点处的曲线半径极小值R≥线路允许最小竖曲线半径R₀，竖向变形即满足列车高速行驶的安全性和舒适性的控制要求。

技术领域

本发明涉及桥梁工程，特别涉及一种高速铁路大跨度混凝土拱桥的竖向位移控制方法。

背景技术

高速公路、高速铁路和航空运输是我国快速交通网的三大组成部分，当前三种运输方式都在迅速地建设发展中。高速铁路的设计速度均在200km/h以上，多数为250～350km/h。

当列车通过桥梁时，运行速度不同，产生的影响也不同。当行车速度达到200Km/h以上时，由于动力学问题产生的影响将控制桥梁设计，直接影响行车的安全性和旅客乘坐的舒适性。因此，在高速铁路桥梁设计中，如何保证桥梁达到与设计速度目标值相应的安全性和舒适性，是桥梁设计必须考虑的核心问题。

高速铁路是一个综合性系统工程，保证桥梁在高速条件下的安全性和舒适性，需要考虑各种相关因素，例如必须严格控制桥梁结构的变形，保持轨道持续稳定和高平顺性。高速铁路桥梁在各种荷载工况下的变形，将直接导致桥上轨道结构的变形，从而影响高速列车运行的安全与乘坐的舒适。因此必须对桥梁墩台的水平刚度、基础的沉降变形、梁体竖向位移、梁端转角、预应力混凝土梁的后期残余徐变变形等，作严格的限定与控制，才能使线路轨道的平顺性保持在允许范围内。

在高山峡谷地区修建高速铁路，上承式大跨度混凝土拱桥常常是经济合理的跨越桥型。在此类桥梁设计中，桥梁在温度、收缩徐变及车辆荷载作用下桥梁不可避免的会发生竖向位移，设计中如何控制桥面的竖向变形，对保证列车高速平稳通行至关重要。

我国现行《高速铁路设计规范》(TB10621-2014)对桥梁竖向位移控制的规定主要有两个方面。第一，当跨度≥80m时，在活载作用下桥梁竖向挠度必须小于L/1500，该规定实质上是对桥梁整体竖向刚度的控制，所有高速铁路桥梁设计都必须遵守。第二，对于预应力混凝土梁桥，当跨度大于50m时，梁体残余徐变引起的竖向变形不应大于L/5000且不应大于20mm，该规定通过控制桥梁不可恢复的塑性变形量，实质上是控制桥面的平顺度。在高速铁路大跨度桥梁设计中，对桥梁竖向刚度方面的要求不难满足，困难的是如何控制桥梁的塑性变形量(主要包括收缩徐变变形和温度变形)，由于上述的第二条规定是仅针对预应力混凝土梁设计提出的要求，无法延伸到其它类型大跨度桥梁中使用执行，所以需要找到科学合理的控制或评价方法。

在高速铁路特大跨度拱桥(跨度超过300米)设计中，对于桥梁必然会发生的竖向变形如何评价，是一项关键技术问题。本发明以高速铁路对线路平顺性要求为切入点，结合大跨度拱桥竖向变形的特点，采用数值的方法，提出一种适用于大跨度上承式拱桥的竖向变形评价方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高速铁路大跨度拱桥的竖向位移控制方法，以解决大跨度混凝土拱桥竖向位移控制的难题，使该类桥梁的结构设计更为科学合理。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

本发明的一种高速铁路大跨度拱桥的竖向位移控制方法，拱上为全连续结构，其特征是：以高速铁路设计规范所规定的线路允许最小竖曲线半径R₀作为桥面平顺度的控制指标，来控制桥面竖向变形；将大跨度混凝土拱桥在活载、系统温度变化及主拱收缩徐变联合作用下的桥面竖向下挠变形曲线作为变形控制工况；使桥梁段线路实际线型S(x)上任意一点处的曲线半径极小值R≥线路允许最小竖曲线半径R₀，竖向变形即满足列车高速行驶的安全性和舒适性的控制要求。