铁道标准设计
Vol. 62 No. 4 Apr. 2018
RAILWAY STANDARD DESIGN
文章编号：1004
2954 (2018 )04 0092 04
大跨度双线铁路混凝土桥极限跨径的研究
赵会东
(
中国铁路总公司工程设计鉴定中心，北京100844)
摘要：混凝土桥是我国大跨度铁路桥梁广泛应用的结构形式，但长期以来缺少对不同桥型跨越能力和适用范围
的系统研究。大跨度混凝土桥的设计实践表明，支点截面混凝土的抗剪通常是控制其跨越能力的主要因素，以荷 栽作用下的剪应力达到混凝土容许剪应力为标准，分析得到了双线预应力混凝土连续梁（刚构）桥的理论极限跨 径。在此基础上，通过分析主梁与加劲拱、拉索的荷栽分配关系，进一步研究得到了连续梁（刚构）-拱桥、部分斜拉 桥的理论极限跨径，分析结论与实际工程基本相符。同时在理论值基础上，结合设计经验给出工程实用极限跨径 的建议值，对大跨度混凝土桥的桥式方案选择和投资控制具有一定价值。关键词：铁路桥；预应力混凝土桥；梁式桥；梁-拱组合桥；部分斜拉桥；极限跨径中图分类号：U448. 13; U448. 35; U448. 38 文献标识码：A DOI ： 10. 13238/j. issn. 1004-2954. 201710100004
Research on Ultimate Span of Concrete Railway
Bridges on Double-track Railways
ZHAO Hui-dong
(The Appraisal Center for Railway Engineering Design of China Railw-ay Corporation，Beijing 100844，China)
Abstract: Pre-stressed concrete bridges are widely used in the construction of long span railway bridges in China，but few researches have been conducted on the spanning capacity and reasonable application range of different bridge types. According to design practices， the spanning capacity is generally controlled by the shear strength of the section near the pier. The theoretical ultimate span of railway PC girder bridges is analyzed when the shear stress generated by load is equal to the allowable shear stress of concrete. Based on the analysis results of girder bridges and load distribution between the girder and the stiffen structure，the theoretical ultimate span of girder-arch hybrid bridges and extradosed bridges are obtained. The results are approximately conformed to the actual engineering. Practical engineering ultimate spans are proposed according to the theoretical values， and the results are applicable for the technical and economic comparison of different bridge types.
Key words： Railway bridges； Pre-stressed concrete bridge; Girder bridge; Girder-arch hybrid bridge; Extradosed bridge; Ultimate span
1概述
我国幅员辽阔、地形环境复杂，同时高速铁路建设
混凝土结构刚度大、噪声小、成本低、维修养护方 便，能很好地满足高速铁路对平顺性、稳定性、可靠性 的要求，针对我国的国情，即使需要修建大跨度桥梁 时,混凝土桥仍是优先考虑的桥式之一。在这个背景 下,我国高速铁路建设中出现了数量较多的大跨度混 凝土结构桥梁，在后期变形控制、刚度控制标准、施工 成套技术等方面积累了一定的成果和经验。
我国高速铁路混凝土结构桥梁常用桥式主要有预 应力混凝土梁式桥、梁-拱组合结构等桥式，在高速铁路 的建设中对其力学特性等进行了较为深人的研究，但上
时序上滞后于公路等其他交通方式，因此高速铁路建 设不可避免的跨越高等级公路、道路和通航河流，需要 采用大量的大跨度桥梁结构。
收稿日期：2017 10 10;修回日期：2017 10 16
基金项目：中国铁路总公司科技研究计划开发项目（2016G002-1)作者简介：赵会东（1972—），男，教授级高级工程师，1998年毕业于兰 州铁道学院桥梁与隧道工程专业，工学硕士，研究方向：为大跨度桥梁 的设计和减隔震,E-mail:QSZHD@ 163. com。
第4期赵会东一大跨度双线铁路混凝土桥极限跨径的研究93
述研究多是针对某种特定桥型和工点的,国内尚缺乏对 不同桥型跨越能力和适用范围进行较为系统的研究。
因此结合工程经验和理论分析，研究每种桥型的 最大跨越能力，即理论的极限跨径，在此基础上结合工 程经验，确定每种桥型的适用范围，对于桥式方案的合 理选择、投资和工程风险控制都具有十分重要的意义。2
研究思路
虽然铁路桥纵向一般均设计为全预应力结构，但 由于剪应力的存在，在正应力与剪应力组合后仍会产 生斜方向的主拉应力，由于混凝土的抗拉能力弱，对大 跨度连续梁、刚构桥而言,主拉应力的控制是设计重点 关注的技术问题;而主拉应力的数值很大程度上依赖 于剪应力的大小，以往的设计经验也表明，支点断面的 剪应力往往成为设计的控制因素。
支点截面剪应力与桥梁的跨度成正比，因此总能 找到一个合适的跨度，使得自重作用下截面的最大剪 应力等于混凝土的容许剪应力，就能得到自重作用下 梁式桥的极限跨径;而由于极限跨径与外荷载成反比， 之后根据既有大跨度桥后期荷载（二期恒载和活载） 与自重的关系，就能得到具有工程意义的梁式桥极限 跨径。连续梁-拱组合桥、部分斜拉桥等结构虽然有 拱或拉索作为加劲，但总体而言其仍是以梁受力为主 的结构，因此可同理分析得到其极限跨径。3
大跨度混凝土桥容许剪应力的分析和研究
3.1铁路规范混凝土容许剪应力的分析
我国《铁路混凝土结构设计规范》（TB10092— 2017)[|]中规定，当忽略竖向预应力筋的作用时，我国 设计规范预应力混凝土结构的最大剪应力为
[子■]=〇• 17/(.
(1)
式中，子_为混凝土的容许最大剪应力;/.为混凝
土的轴心抗压极限强度。
对于矩形截面，最大剪应力与平均剪应力的关系 可表示如下
QS = 1.5 Q
bI = bh
1. 5子
(2)
式中,子„,„为混凝土最大剪应力；Q为截面的剪力；
S为对中性轴的静矩;I为截面的惯性矩;b为截面宽 度;h为截面的高度;子为截面的平均剪应力。
则有
[子]
[子mJ 0.17/.
抑 0. 11/c
(3)
对于C50混凝土，[子]=3.6 MPa,与通常的设计经验相符，证明其是合理的。
3. 2《混凝土结构设计规范》（GB50010—2010 )中 关于最大剪应力的分析《混凝土结构设计规范》[2]规定，当h/b逸6时（对
箱梁等构件显然是满足的）
V 臆 〇■ 2/：bh〇
(4)
式中，V为截面的剪力设计值;/.为混凝土的轴心 抗压设计强度，约为铁路规范规定的极限强度的
0. 7倍;h〇为截面的有效高度。由于《混凝土结构设计规范》采用分项系数法，恒 载组合系数为1. 2,活载为1. 4,对于常见的铁路混凝 土梁而言（活载比约为30% ),恒载+活载的组合系数 约为1.25。如果近似取h〇=h,则有
軈=V1 臆 0. 2/, = 0. 2 •0. 7/：
T _bh 臆 1.25 _ 1.250.11/： (5)
式中，V,为截面剪力的标准值;子为截面的平均剪 应力。
由此可见，《混凝土结构设计规范》的折算平均剪 应力容许值与铁路规范非常接近。3. 3
箱梁的平均剪应力容许值
对于工程中常用的箱形梁，由于仅考虑腹板作为 抗剪面积，其抗剪与矩形截面类似。由于铁路规范和 建筑规范控制值接近，因此截面的最大平均剪应力应 满足
子腿臆[子]=0.11/.
(6)
式中，子max为截面的最大平均剪应力；b,为腹板厚 度的 2 倍。4
大跨度连续梁、刚构桥适用范围的研究
4.1自重作用下大跨度连续梁（刚构桥）极限跨径的 分析
对于主跨为1的连续梁、刚构桥而言，由于大跨度 桥一般均采用平衡悬灌施工，因此主跨范围内的结构 自重均由中支座承担。由简单的结构力学分析可知， 等截面连续梁在满跨对称荷载作用下，当边中跨之比 为0.55〜0.6时，中支座反力为0.97ql〜0.99q1,变截 面连续梁与此类似。综上所述,连续梁、刚构桥的中支 座反力可近似表述为
R = q • I
(7)
式中,R为中支点的支座反力;q为荷载集度;1为 桥梁的主跨跨度。
贝IJ剪力
Q抑2
当跨度达到极限跨度时，混凝土自重作用下,
94铁道标准设计第62卷
截面的最大平均剪应力为
酌• A • Imax2b, h
(8)
重;Imax为桥梁的极限跨度
根据设计经验和国内大跨度桥的统计资料（表 1),跨中截面的面积约为支点截面的0. 36倍,腹板面 积约为支点截面面积的0. 69倍。
式中,A为截面的平均截面面积;酌为混凝土的容
表1我国大跨度铁路连续梁（刚构）桥几何参数统计
桥梁名称
大理-临沧线澜沧江大桥襄渝线牛角坪特大桥玉磨线阿墨江特大桥广珠城际容桂水道特大桥南三龙联络线闽江特大桥南三龙铁路闽江特大桥
主跨跨度/m
188192216185216216
A支点/m2
A跨中/m2
A腹板/m2
A跨中/A支点
A腹板/A支点
50.047.362. 147. 058. 758. 4
20.920. 223. 016. 919. 719. 7
32. 432. 440. 830. 842. 942. 9
0. 420. 430. 370. 360. 340. 34
0. 650. 680. 660. 660. 730. 73
注:A支点为支点截面面积;A跨中为跨中截面面积;A腹板为腹板面积
将上述大跨度桥梁的几何参数的统计资料代人,则有
_ 酌• A • Imax 抑酌^^^支^^乂支)-^ =
Tmax _ 2b, h 抑 2.0.69A 支 _
0. 49酌• Imax
容许剪应力时，即
子max _ 0. 49酌• Imax _ [子] 则自重作用下桥梁的极限跨度为
[軈 _ 0. 11/,.抑 0. 22/,.0.49酌 0.49酌 酌
(10)(9)
此时,结构自重产生的最大剪应力等于混凝土的
计结果[3],梁体混凝土用量为30〜38 m3/m,则可将不 同类型双线铁路桥的荷载关系分析如表3所示。
表3双线大跨度连续梁（刚构）桥的荷载关系
项目自重/(kN/m)后期荷载/(kN/m)琢=后期荷载/自重极限跨径分析
建议采用的琢*
客货共线铁路800 ~ 1 000
无砟轨道
高速铁路800 ~ 1 000
有砟轨道
高速铁路800 ~ 1 000
二期恒载180二期恒载140 二期恒载180
活载160 活载128活载1280.34 〜0.425 0. 268 〜0. 3350.308 〜0.385
0. 34
0. 27
0. 31
(11)
注：*考虑随着跨度加大，活载和二期恒载所占比重会有所下降, 因此建议取统计值的下限。
可以看出，极限跨径的分析不依赖于桥梁的截面 面积等参数,只和混凝土的容重和极限抗压强度有关。 预应力混凝土容重酌=26. 5 kN/m3,则可以计算出自 重作用下不同强度等级混凝土对应的极限跨度（表2)。
表2
混凝土强度等级自重作用下极限跨度/m
根据上述统计资料,计算出梁体采用不同强度等
级混凝土时桥梁的极限跨径，见表4。表4双线铁路连续刚构桥全部荷载作用下的极限跨径
混凝土强
度等级
无砟轨道 高速铁路220242261
有砟轨道 高速铁路213234253
自重作用下梁式桥的极限跨径
C50
C55
C60
客货共线铁路
208229248
C50C55C60
279307332
上述极限跨度的分析是针对自重而言的,对实际 工程而言，由于桥梁仍需承担二期恒载和活载等附加 荷载，需要根据桥梁的使用功能和附加荷载的数值对 其进行修正后才能得到对工程有意义的极限跨度。4.2双线铁路桥的分析
实际设计中，由于铁路桥还需承担二期恒载和活 载,如果根据铁路的性质分析出总荷载与自重的关系， 则可得出对实际工程有意义的极限跨径如下
1_/7琢
（12)
4. 3
从对实际工程的验证来说,上述的分析结果也基 本是合理的。
梁式桥极限跨径的分析结论(1) (2)
本文关于极限跨径的分析不依赖于跨度和具
体的截面特性，因此其分析具有一定的普遍性。
C60时，双线铁路梁式桥的极限跨度约为213、234、
梁体混凝土强度等级分别为C50、C55、
253 m。从与实际工程的验证而言，该结论是可信的。
(3)
式中,Cx为全部荷载作用下的极限跨径;琢为后 期荷载与自重之比。
根据我国大跨度双线铁路桥（180〜216 m)的统
的,并未考虑混凝土收缩、徐变的控制，施工便利性等 因素的影响。结合工程经验，从实际工程应留有一定
余地的角度,建议当梁体分别采用C50、C55、C60等级
极限跨径的分析是仅针对桥梁跨越能力得到
第4期赵会东一大跨度双线铁路混凝土桥极限跨径的研究95
的混凝土时，桥梁的实用最大跨径分别控制在180、200、220 m。5
大跨度连续梁（刚构）-拱组合桥的适用范围研究
5.1大跨度连续梁（刚构）-拱组合桥极限跨径的 分析
连续梁（刚构）-拱组合桥是我国自主创新的一种 桥型，其受力特点是自重由梁体承担，而主跨的二期恒 载和活载(后期荷载）由梁和加劲拱共同承担，因此对 于自重而言，其剪力与梁式桥相同。
根据国内200 m及以上跨度的梁-拱组合结构的 设计和分析经验,对二期恒载和活载等后期荷载而言， 加劲拱承担中跨范围内后期荷载的40%〜50%[35]， 这样后期荷载产生的梁体剪力变为原来的50% ~ 60%。虽然加劲拱钢结构自重及施工附属设施的自重 会增加梁体剪力,但考虑施工阶段允许提高容许应力， 因此在分析中忽略其影响。
根据对国内连续梁（刚构）刚构-拱桥（200 ~ 300 m)的统计结果，圬工量为34〜40 m3/m，通过上面 的分析，可以将不同类型铁路的荷载关系分析如表 5所示。
表5双线连续梁（刚构）-拱桥的荷载分析
项目客货共线铁路
无砟轨道
有砟轨道
高速铁路 高速铁路 自重/(kN/m)900 ~ 1 060
900 ~ 1 060
900 ~ 1 060
后期荷载/(kN/m)二期恒载180二期恒载140二期恒载180
活载160 活载128 活载128梁承担的后期荷载/(kN/m)
136〜170 108 ~134 124 ~154琢=后期荷载/自重 0.128〜0.1880.102 〜0.148 0.116 〜0.172
极限跨径分析时建议琢*
0. 128
0.102
0.116
注：*考虑随着跨度加大，活载和二期恒载所占比重会有所下降, 因此建议取统计值的下限。
基于前述的梁式桥极限跨度分析的思路,分析得 出全部荷载作用下的连续梁（刚构）-拱组合桥极限跨 度（表6)。
表6双线铁路连续刚构-拱桥的极限跨径
混凝土强度等级
客货共线铁路
无砟轨道
有砟轨道 高速铁路高速铁路C50247253250C55272279275C60
294
301
297
从与实际工程的对比而言,上述分析的结论基本 是可信的。
5. 2大跨度连续梁（刚构）-拱组合桥极限跨径研究 的结论
(1)梁体混凝土强度等级分别为C50、C55、
C60时，连续梁（刚构）-拱桥的极限跨径分别约为
250、275 m和297 m，与工程实践基本相符。
(2)与梁式桥分析的结论类似，梁体混凝土强度等 级分别为C50、C55、C60时，实际工程中建议连续梁（刚 构）-拱桥的最大跨径控制在225、245、275 m以内。6
部分斜拉桥的极限跨径的分析6. 1
部分斜拉桥极限跨径分析
部分斜拉桥是介于梁式桥和斜拉桥中间的一种桥 型[6]。在自重作用下，由于拉索的主动索力可以平衡 大部分荷载，因此支点截面的剪力明显减小。
在二期恒载和活载等后期荷载由拉索和主梁共同 承担，由于主梁的刚度较常规斜拉桥显著增强，且拉索 的倾角相对较小，因此拉索承担的荷载较小，根据国内 几座部分斜拉桥的设计经验，一般而言对剪力的贡献 约为15%。
根据我国大跨度部分斜拉桥的统计资料（表7)， 恒载作用下拉索承担的竖向荷载为23. 5%〜37%，平 均约为32%，对大跨度混凝土桥而言，活载占恒载的 12% ~ 14%，平均为13%，则全部荷载中拉索承担的 竖向荷载平均为32%伊0. 87 + 13%伊0. 15 =29. 8%，国 外关于部分斜拉桥与传统斜拉桥的判定标准是拉索承 担竖向荷载的比例是否超过30%，我国的设计实践与
国外基本一致[7]。
表7
国内大跨度部分斜拉桥斜拉索承担的恒载比例
桥名
主跨/m拉索承担恒载比例/%
广佛环东平水道桥17626. 8京沈客专潮白河桥17834. 6大张智家堡御河桥18631. 3成昆线金沙江桥20829. 2黔张常阿蓬江大桥24037. 0蒙华三荆汉江大桥24834. 8福平乌龙江大桥
288
23. 5
因此分析极限跨径时采用30%，即梁体承担的剪 力为同跨径梁式桥的0. 7倍。则可以依据梁式桥分析 的结论，同理得出部分斜拉桥工程意义的极限跨径如 表8所示。
表8双线铁路部分斜拉桥的极限跨径
混凝土强度等级
客货共线铁路
无砟轨道 有砟轨道 高速铁路高速铁路C50297314304C55327345334C60
356
377
365
6. 2 分析结论
(1)当梁体混凝土强度等级分别采用C50、C55、
C60时,部分斜拉桥的极限跨径约为304、334、365 m。
第62卷第4期2018年4月
铁道标准设计
Vol. 62 No. 4 Apr. 2018
RAILWAY STANDARD DESIGN
文章编号：1004 2954 (2018 )04 0096 05
客运专线铁路非标准线间距简支箱梁设计研究
李方柯
(中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京102600)
摘要:客运专线铁路采用方向别引入引出车站时，桥梁设计将出现大量非标准线间距简支箱梁，其设计与批量预
制问题亟待研究。以连镇铁路线间距5. 3 m简支箱梁为例，简要介绍梁部的设计情况，重点分析线间距增大引起 的吊梁、架梁等一系列问题及解决措施，实现非标梁与线间距4. 6 m标准梁的统一设计与施工。研究结果表明：小 幅调整既有的设计图纸和施工设备，能够满足非标准线间距简支箱梁的使用需求。关键词：客运专线铁路；铁路桥梁；非标准梁；线间距；简支箱梁；设计；吊梁中图分类号:U448. 21 + 3; U448. 21 + 7 文献标识码:A DOI: 10. 13238/j. issn. 1004-2954.201705260001
Design and Research of Simply Supported Box Girders with
Nonstandard Line Space on Dedicated Passenger Railway Line
LI Fang-ke
(China Railway Fifth Sur^^ey and Design Institute Group Co.，Ltd.，Beijing 102600，China)
Abstract ： When direction schemes is used to allow dedicated passenger railway line to come into and get out of a station，a large number of imply supported box girders with nonstandard line space are required
in the bridge design and the issues involved in the
收稿日期:2017 05 26;修回日期:2017 06 08
基金项目：上海铁路局科技研发课题(2015085)作者简介:李方柯（1987—），男，工程师,2012年毕业于西南交通大学 桥梁与隧道工程专业，工学硕士，E-mail:717723223@qq.com。
|
.
令
|
.
令
i+
令
i+
令
I.，
design and batch prefabrication of the box girders are urgent to be studied. Based on simply supported box girders with 5. 3 m line space in
|
.
令
|
.
令
i+
令
i+
令
i.
(2)综合考虑徐变控制、施工便利性等因素，建议 实际工程中双线铁路部分斜拉桥的极限跨径分别控制 在 275、300、330 m 以内。7
结论(1)
C60时,部分斜拉桥的极限跨径约为304、334、365 m。
综合考虑徐变控制、施工便利性等因素,建议实际工程 中双线铁路部分斜拉桥的极限跨径分别控制275、 300、330 m 以内。参考文献：
[1基于混凝土最大剪应力控制的原则得出了常
] 国家铁路局.TB10092—2017铁路桥涵混凝土结构设计规范
用桥型的理论极限跨径,该分析是仅针对桥梁跨越能 力得到的,并未考虑混凝土收缩、徐变的控制、施工便 利性等因素的影响，对实际工程应留有一定余地。
(2)
C60时，双线铁路梁式桥的极限跨度约为213、234、
[S].北京：中国铁道出版社,2017.[2]
中华人民共和国住房和城乡建设部.GB50010—2010混凝土结
构设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社,2010.
[3] 中国铁路经济规划研究院，等.200〜450 m混凝土桥设计关键技
术研究[R].北京：中国铁路经济规划研究院,2017.
梁体混凝土强度等级分别为C50、C55、
[4] 谌启发.大跨度连续刚构柔性拱组合结构受力效应分析[」].铁道
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253 m。桥梁的实用最大跨径分别控制在180、200、220 m。
(3)
C60时，连续梁（刚构）-拱桥的极限跨径分别约为
梁体混凝土强度等级分别为C50、C55、 [6
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] 宋子威,王德志,薛兆钧，等.铁路混凝土部分斜拉桥设计综述及 发展方向[J].交通科技,2015(6):28 31.
250、275 m和297 m,实际工程中建议连续梁（刚构）- 拱桥的最大跨径控制在225、245、275 m以内。
(4) 当梁体混凝土强度等级分别采用C50、C55、
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