松花江公鐵兩用橋主橋方案設計

薛憲政

(中鐵第五勘察設計院，北京　102600)

1　工程概述

濱北線既有松花江公鐵兩用橋的改建工程在既有橋下游約50 m處，與既有濱北橋平行，主橋公鐵共用、分層布置，鐵路、公路引橋采用預應力混凝土簡支梁，新建公路橋面寬度按機動車雙向6車道標準設計，鐵路橋面雙線，線間距5.0 m，結合新建橋梁，改建既有濱北線及聯絡線，連接新建公路橋與既有道路。

2　主要技術標準

2.1　鐵路主要技術標準

鐵路等級：Ⅰ級；

正線數目：雙線；

線間距：5.0 m；

最小曲線半徑：一般1 200 m，困難800 m；

限制坡度：上行10‰，下行12.5‰；

橋梁設計活載：中-活載。

2.2　城市道路主要技術標準

主線：城市快速路，計算行車速度60 km/h；

匝道：計算行車速度40 km/h。

橋梁結構荷載標準：公路-Ⅰ級，行人荷載3.5 kN/m2。

3　橋梁結構形式的選擇

3.1　選擇橋型遵循的原則

合理：橋跨布置滿足通航、防洪等凈空要求的同時還要滿足結構受力要求。

實用：大橋應滿足公路(60 km/h)和鐵路(160 km/h)的功能要求，結構物的強度、剛度、穩定以及旅客乘車的舒適性必須滿足規范要求。滿足規劃通航孔布置及兩岸接線要求。

經濟：大橋方案經過綜合比選，經濟性能較好。

美觀：橋址區河槽寬淺、堤距達2.2 km，橋址區視野非常開闊，地形沒有大的起伏，橋型方案應當與地形地貌環境協調，橋式方案應當具有多通航孔，連續性、等跨布置，縱向應具有韻律感。

3.2　橋式方案

(1)連續鋼桁梁方案

該方案采用2孔96 m簡支鋼桁梁+(96+2×144+96) m連續鋼桁梁+7孔96 m簡支鋼桁梁結構，全長1 267.9 m。立面布置上結構造型連續，采用三角形帶豎桿桁式，結構簡潔、明快，富有韻律感，通航孔設置在144 m孔跨范圍內。主橋橋式布置如圖1所示。

圖1　連續平行弦鋼桁梁方案布置(單位：cm)

主梁布置兩片主桁，主桁均為有豎桿三角形桁架，節點間距12 m。主桁桁高15 m，中墩設加勁弦，加勁弦高9.0 m，兩側分別設置兩個節間；其余孔跨主桁為平行弦桁架，公路懸臂長7.0 m。上、下弦桁間距15.0 m，主桁采用焊接桿件，整體節點。在節點外以高強度螺栓拼接的結構形式，上下弦桿四面等強對接拼裝。H型腹桿采用插入式連接，箱型腹桿采用四面與主桁節點對拼的連接形式。

鐵路、公路橋面均采用正交異性板鋼整體橋面，此結構形式具有減輕結構自重，安裝架設便捷，工期易于保證等優點。橋面在節點處設大橫梁，間距12 m，橫梁高1.4 m，節點橫梁上下翼板同主桁下弦桿上下翼板連接。兩片橫梁中間設節間橫梁，節間橫梁間距3 m，高度1.4 m，節間橫梁連接在桿件上，頂板與下弦桿上翼板連接。

由于節間橫梁的設置減小了縱梁的跨度，可大幅度降低縱梁截面。縱梁高0.6 m，橋面板厚16 mm，縱向采用U形肋加勁。鐵路橋面混凝土耐磨層厚6 cm，擋墻厚20 cm，公路橋面混凝土鋪裝層厚度10 cm。公路混凝土鋪裝與鋼橋面板采用抗剪栓釘聯結，栓釘在工廠內與橋面板焊連，鋼梁架設完成后，綁扎鋼筋。鋼橋面板與混凝土鋪裝層之間設防水層；公路混凝土鋪裝上鋪設瀝青混凝土。

(2)連續鋼桁拱方案

采用2-96 m簡支鋼桁梁+(108+264+108) m連續鋼桁拱+6-96 m簡支鋼桁梁結構，全長1 267.9 m。連續鋼桁拱橋采用平弦鋼桁梁和變高度的桁拱組合結構橋。該方案的主要特點是結構剛度大，整體穩定性好，結構的景觀性較好，但由于桁寬加大，且制造、施工工藝較復雜，因此工程造價較高;該方案通航孔設置在264 m孔跨范圍內。主橋橋式布置如圖2所示。

圖2　連續鋼桁拱方案布置(單位：cm)

主桁分主梁平行弦和主拱變高度拱桁兩部分，主梁桁高14 m，拱頂桁高8 m，主墩頂處桁高34 m，拱肋矢高74 m，桁寬26.6 m，節間長12.0 m。

主桁采用焊接桿件，整體節點，在節點外以高強度螺栓拼接的結構形式，上下弦桿四面等強對接拼裝。H型腹桿采用插入式連接，箱型腹桿采用四面與主桁節點對拼的連接形式，主桁拼接采用M30高強螺栓。

(3)組合拱橋方案

非主通航孔1-94 m簡支組合拱橋鐵路橋面系梁按整體箱梁布置，采用單箱三室預應力混凝土箱形截面，底寬13.4～15.6 m，梁高2.2 m。底板厚度為30 cm，頂板厚度為30 cm，邊腹板跨中厚度為45 cm，拱腳處加厚至185 cm，中腹板厚度為30 cm。主橋橋式布置如圖3所示。

圖3　簡支鋼管混凝土組合系桿拱橋(單位：cm)

拱肋采用鋼管混凝土圓管截面，圓管直徑1.8 m，管壁厚28 mm，拱腳附近加厚至32 mm。拱軸線采用二次拋物線，拱肋矢高13.4 m，矢跨比1/7。拱管內灌注C50補償收縮混凝土。兩拱肋中心距12.5 m，拱肋之間設一字橫撐。梁上吊點間距6 m，全橋共設13對吊桿。

各橋式方案比選如表1。

表1　各方案技術經濟比較

分析比較結果，連續鋼桁拱方案景觀效果較為壯觀，但工程造價較高；鋼管混凝土組合系桿拱方案線形流暢，景觀效果好，但施工復雜，工期長；連續鋼桁梁方案施工費用相對不高，施工速度快，且技術成熟，安全可靠，經綜合比較，確定方案一為推薦方案。

3.3　公路橋面系方案比選

(1)橋面系結構方案一：整體鋼橋面+10 cm混凝土+9 cm瀝青混凝土

采用鋼橋面板與主桁上弦桿聯結的板-桁整體組合結構。鋼橋面采用正交異性板，頂板車行道范圍內采用U形肋加勁。橋面鋪裝：先鋪10 cm混凝土，然后再鋪5+4 cm的瀝青混凝土鋪裝，在鋪裝與混凝土橋鋪裝層間設防水層，在混凝土鋪裝層與鋼橋面之間設剪力釘連接(如圖4所示)。

圖4　公路橋面系結構方案一示意

(2)橋面系結構方案二：整體鋼橋面+7 cm高性能瀝青混凝土

采用鋼橋面板與主桁上弦桿聯結的板-桁整體組合結構。鋼橋面采用正交異性板，頂板車道范圍內采用U形肋加勁。橋面鋪裝采用7 cm厚的高性能瀝青混凝土鋪裝，瀝青澆筑前，在經防銹處理的鋼橋面頂面敷設防水黏結層(如圖5所示)。

圖5　公路橋面系結構方案二示意

(3)橋面系結構方案三：鋼-混結構橋面系

該方案上層公路橋面采用混凝土橋面板與縱、橫梁及主桁上弦桿結合的板-桁結合結構。

公路混凝土橋面板由縱梁、橫梁及主桁上弦桿支承，兩主桁間設三道縱梁，縱梁間距3.5 m，由于懸臂較長，為減小混凝土橋面板的橫向跨度，在挑臂上設二道縱梁。橋面板通過剪力釘與縱梁、橫梁及主桁結合。為減小橋面板支點負彎矩區縱向拉應力，需在橋面板中設置縱向預應力。

橋面鋪裝采用5 cm+4 cm的瀝青混凝土，在鋪裝與混凝土橋面板間設防水層(見圖6)。

圖6　公路結合橋面橫斷面(單位：m)

橋面系結構方案比選如表2所示。

根據上表分析：三個方案工程造價相差不大，根據橋址區嚴寒氣候條件下同類橋梁橋面鋪裝應用情況，本設計推薦采用鋼橋面板+10 cm混凝土鋪裝層+9 cm普通瀝青混凝土鋪裝方案。

表2　公路橋面系結構方案綜合比較

4　結論

通過對濱北線松花江公鐵兩用橋三個方案技術及經濟的合理性、設計和施工周期以及美觀等方面的比較分析，濱北線松花江公鐵兩用橋初步選定平行弦連續鋼桁梁方案，該方案具有較高的橫向、豎向剛度，以及足夠的抑振質量、平順的軌道支承結構，為列車的運行提供了更平穩、安全的保障。現為初步設計研究階段，施工圖階段應對鋼梁的關鍵整體節點的構造、整正交異性鋼橋面制造和安裝、桿件的疲勞設計、新材料及新工藝作進一步的研討。

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