64 m曲線鋼桁梁設計

彭敏

（深圳高速工程顧問有限公司，廣東深圳 5180034）

1 工程概述

該64 m簡支鋼桁梁橋為跨子牙河上的一座鐵路橋，位于半徑為1 400 m的曲線上，桁架橋起終點平分曲線中矢。主桁間距8.17 m，桁架計算跨徑64 m，上下弦桿中心距11 m。

2 主要技術標準

2.1 設計標準

設計速度160 km/h，預留時速200 km/h客貨共線鐵路。

2.2 線路情況

單線,位于R=1 400 m平曲線上，軌底至擋砟墻內側橋面板頂700 mm。

2.3 橋梁限界

按《200 km/h客貨共線鐵路雙層集裝箱運輸建筑限界（暫行）》中電力牽引的雙層集裝箱運輸橋梁建筑限界SJX-QD圖執行，軌面以上凈高不小于7.96 m。

2.4 結構設計使用年限

主體結構在正常使用條件下為100 a。

2.5 設計荷載

2.5.1 主力

（1）恒載

結構自重：鋼結構=78.3 kN/m；混凝土橋面板=65.8 kN/m。

（2）橋面二期恒載

包括人行道、擋砟墻、線路設施和管線、活動檢查車軌道等橋面二期恒載，其重量按112.9 kN/m計列；考慮由于超高的影響引起二期恒載在縱梁上荷載的不同。

（3）混凝土收縮和徐變影響

混凝土的收縮應變和徐變系數終極值按《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規范》（TB10002·3—2005）中表 6.3.4-3辦理。

2.5.2 活載

列車活載:ZK－活載，橋面板橫橋向計算采用特種活載，順橋向采用ZK活載。考慮軌道曲線半徑為1 400 m的影響，活載按實際軌道中心加載。

列車豎向動力作用、長鋼軌縱向水平力、橫向搖擺力、橫向離心力、人行道人行荷載按照《新建時速200 km客貨共線鐵路設計暫行規定》（2005年4月）相關規定辦理。

2.5.3 附加力

列車制動力和風力按《鐵路橋涵設計基本規范》（TB 10002·1—2005）相關規定辦理。

（1）溫度影響力

a.日照溫度：上平聯、上弦桿、腹桿的溫度為20℃，混凝土橋面板的溫度按5℃～0℃（混凝土板溫度沿板厚方向線性變化）。

b.驟然降溫：混凝土板的溫度為0℃，鋼構件（上平聯、上弦桿、下弦桿、腹桿和縱橫梁）的溫度為-15℃。

c.驟然升溫：混凝土板的溫度為0℃，鋼構件（上平聯、上弦桿、下弦桿、腹桿和縱橫梁）的溫度為15℃。

d.體系升溫、降溫（計算支座伸縮量采用，支座安裝時需要設預偏量）

體系升溫：按整體升溫35℃；體系降溫：按整體降溫35℃；

（2）地震力：設計地震動峰值取0.2g。

3 結構計算要點

3.1 結構計算

采用橋梁空間分析程序《midas/civil2006》分別對施工過程及成橋后結構內力進行了計算。分別就不考慮混凝土橋面板參與受力與考慮混凝土橋面板參與受力兩種情況進行了計算（見圖1、圖 2）。

圖1 Midas計算模型（不考慮橋面板參與受力）

圖2 Midas計算模型（考慮橋面板參與受力）

不考慮混凝土橋面板參與結構受力分為兩種情況：第一種為整個結構按剛接考慮；第二種腹桿和上下弦桿之間鉸接（除了端斜腹桿和上下弦桿剛接），其他構件之間按剛接考慮。通過對兩個模擬的內力分析比較，三者內力相差較小，整個結構按剛接來考慮。

考慮混凝土橋面板參與受力，將橋面板劃分成縱橫梁格，下弦桿、縱橫梁和混凝土之間用剛臂連接，混凝土質量都集中于縱向構件，嚴格按施工順序模擬施工過程。車道用虛擬梁模擬曲線半徑為1400 m軌道的中心。

3.2 結構形式

3.2.1 鋼桁梁

主桁采用無豎桿三角桁，桁高11.0 m，節間長度12 m及10 m，主桁中心距8.17 m。上、下弦桿采用箱形截面，上弦桿高728 mm，下弦桿高1 000～1 008 mm，上、下弦桿腹板內寬均為460 mm。腹板高分別為700 mm和980 mm；上弦桿上翼板、下弦桿下翼板寬均為600 mm。

3.2.2 橋面系

除端橫梁外，縱、橫梁均采用焊接工形截面，端橫梁為焊接箱形截面。在縱梁、橫梁及下弦桿上翼緣焊有剪力釘與混凝土橋面連接。在下弦節點處及節點中部設置橫梁，其間距為6 m或5 m，梁高與主桁平齊。

單線橋梁設2片縱梁，間距2.3 m；縱梁與橫梁等高，翼緣板寬540 mm。縱梁連續設置，不設伸縮縱梁。

為了降低橋面板自重和使其受力更加合理，橋面板采用變高度。混凝土橋面板擋渣墻內側采用2%雙向排水坡，擋渣墻外側下弦桿頂部為平坡，橋面板在下弦桿頂部厚28 cm，在橋梁中心線處厚33.3 cm。

3.2.3 上平縱聯

上平縱聯采用交叉式的腹桿體系，橫撐及斜桿均采用工字型截面，與平聯拼接板為對接形式連接，采用M22高強度螺栓（Φ24 mm孔）連接。上平縱聯系統線中心距為7.71 m。

3.2.4 橋門架及橫聯

鋼桁梁端斜桿上設斜向橋門架，在上弦跨中區節點設中間橫聯，橋門架及橫聯均采用板式結構。

4 強度和剛度驗算

構件進行了強度和穩定性驗算（限于篇幅只列出起控制作用的主力組合，主力+附加力的未列出），計算結果如表1所示。

由表1可以得出，桿件的強度σmax=174.4＜[σ0]=210 MPa,強度滿足要求。無論拉桿或壓桿的長細比都滿足規范要求。壓桿的應力小于容許應力，滿足穩定性要求。

從內外桿件的軸力和應力可以看出，由于桁架位于曲線上，外側桿件的受力比內側桿件的大，曲線桁架橋應考慮曲率對桿件受力的影響。

計入橋面板剛度，對于下弦桿的受力影響最大，由于計入橋面板剛度，下弦桿內力明顯減少。其他桿件有影響，但是總體不大。

由表2可以看出，桁架梁橋的剛度滿足規范的要求，計入橋面板的剛度與否，對桁架橋梁豎向剛度影響較小，橫向剛度影響較大。采用混凝土橋面板能大大提高桁架梁橋的橫向剛度。

5 結論

下承式鋼桁梁結合梁結構形式，可以偏安全地采用不考慮橋面板剛度對結構的影響來進行主桁結構的設計，橋面系的設計按考慮橋面板剛度對結構的影響進行設計。

曲率對于鋼桁梁內外側構件的內力有影響，具體設計中應考慮曲率對于結構的影響。

表1 桁架桿件控制內力及截面選擇

表2 桁架剛度計算

[1]TB 10002·1—2005，鐵路橋涵設計基本規范[S].

[2]TB 10002·3—2005,鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規范[S].

[3]TB 10002·2—2005，鐵路橋梁鋼結構設計規范[S].

[4]TBJ 24—89,鐵路結合梁設計規定[S].

[5]李鳳芹，劉凱，楊欣然.96 m簡支鋼桁梁設計[J].橋梁建設,2006（增刊 2）：106-110.