徐宿淮鹽鐵路鹽城特大橋主橋鋼梁設(shè)計(jì)

高磊

（中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 102600）

徐宿淮鹽鐵路鹽城特大橋主橋鋼梁設(shè)計(jì)

高磊

（中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 102600）

鹽城特大橋主橋?yàn)椋?2+96+312+96+72）m五跨連續(xù)鋼桁斜拉橋，是徐宿淮鹽鐵路的關(guān)鍵工程。論文重點(diǎn)闡述鹽城特大橋方案選擇、靜力計(jì)算、結(jié)構(gòu)分析、結(jié)構(gòu)構(gòu)造細(xì)節(jié)、鋼梁防腐涂裝體系和鋼梁安裝等。設(shè)計(jì)表明，鹽城特大橋主橋結(jié)構(gòu)受力明確，安裝方案合理，具有較好的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性能。

斜拉橋；鋼桁梁；正交異性板整體橋面系；焊接整體節(jié)點(diǎn)；結(jié)構(gòu)計(jì)算

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.07.028

1 工程概述

徐宿淮鹽鐵路位于江蘇省北部地區(qū)，連接徐州、宿遷、淮安、鹽城四地市，沿線地區(qū)是江蘇省重要的工業(yè)、經(jīng)濟(jì)、文化、城市等發(fā)展水平較高的經(jīng)濟(jì)走廊。

橋位處河道順直，河槽寬闊。在鹽城市區(qū)境內(nèi)呈東西走向，通榆運(yùn)河呈南北走向，貫通方案線位正處于新洋港與通榆運(yùn)河交界的喇叭口處，線位與新洋港基本正交，位于既有新長線東側(cè)20m處，線位處河寬約190m。橋位處平坦開闊，邊灘開發(fā)為砂場、料場，河道兩側(cè)無明顯河堤，房屋密集。

目前,新洋港為規(guī)劃Ⅲ級航道，要求凈寬≥70m，凈高≥7.5m。橋梁跨越點(diǎn)河道水面寬240m左右，受新洋港航道通航凈空要求控制，確定主通航孔312m。

2 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[1]

鐵路等級：高速鐵路；

線路情況：雙線，線間距4.6m，直線；

設(shè)計(jì)行車速度：250km/h；

牽引種類：電力；

機(jī)車類型：CRH動車組；

設(shè)計(jì)活載：ZK活載；

設(shè)計(jì)洪水頻率：1/100；

地震動參數(shù)：地震動峰值加速度Ag=0.156g，Tg=0.80s，場

地為Ⅲ類場地。

3 橋式的比選

橋型選擇需結(jié)合橋址條件、環(huán)境，遵循合理、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、美觀的原則。

結(jié)合橋位處地形地質(zhì)條件較差，采用自重輕、跨越能力強(qiáng)、建筑高度低、施工工期短的鋼橋，以降低下部結(jié)構(gòu)工程量和引橋的高度，較為合理的橋式有：

（72+96+312+96+72）m連續(xù)鋼桁斜拉橋；

（144+312+144）m連續(xù)鋼桁拱橋；

（144+312+144）m連續(xù)鋼桁柔拱橋。

各方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較見表1。

表1 各方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

綜合分析比較以上結(jié)果，連續(xù)鋼桁拱方案景觀效果較為壯觀，但工程造價較高；連續(xù)鋼桁柔性拱方案線條優(yōu)美，景觀效果好，但施工過程體系轉(zhuǎn)換較多，施工復(fù)雜，工期長；連續(xù)鋼桁斜拉橋方案施工費(fèi)用相對不高，施工便捷，且技術(shù)成熟，安全可靠，經(jīng)綜合比較，確定方案一為推薦方案。

4 主橋總體設(shè)計(jì)

鹽城特大橋主橋采用雙塔雙索面鋼桁斜拉橋，跨度布置為(72+96+312+96+72)m，立面布置見圖1。主橋立面位于線路平坡上，平面位于直線段。主橋全長650m，為半漂浮體系，塔梁間設(shè)置縱向阻尼器。主塔采用花瓶形橋塔；斜拉索采用7mm鍍鋅平行鋼絲，抗拉強(qiáng)度σb=1670MPa，動載應(yīng)力幅限值200MPa，扇形斜索面布置；主梁采用鋼桁梁，主桁采用三角形桁式；鐵路橋面采用正交異性鋼橋面板。

圖1 主橋桁式

5 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

5.1 主桁[1]

主梁采用鋼桁梁，兩片主桁，主桁采用三角形桁式，節(jié)間距12m，全橋共54個節(jié)間；主桁高度14m；兩主桁中心距15m。

主桁上、下弦及拱肋桿件均為箱型截面；腹桿桿力大的采用箱型，桿力較小者采用H型。主桁桿件和橋面系等構(gòu)件均采用Q370qE。主桁采用M30高強(qiáng)螺栓拼接。

主桁采用整體節(jié)點(diǎn)，在工廠將桿件和節(jié)點(diǎn)板焊接成整體，工地架設(shè)時在節(jié)點(diǎn)外采用高強(qiáng)度螺栓拼接，便于施工安裝。

5.2 橋面[2]

本橋采用由縱、橫肋組成的正交異性鋼橋面板，它和主桁的下弦桿焊接成一體。鋼橋面板在9.5m道砟槽板范圍內(nèi)采用不銹鋼復(fù)合鋼板（熱軋），其基材為16mm厚的Q370qE鋼板，面板為厚3mm的不銹鋼鋼板。鋼橋面板下橫橋向設(shè)置18道U形肋，兩側(cè)及橫梁中部設(shè)置4道I形肋。在每條軌道下設(shè)置一道縱梁，縱梁中心距1.5m，全梁共設(shè)置4道；縱梁采用倒T形截面，高500mm。沿橋縱向每隔3m設(shè)置1道橫梁，節(jié)點(diǎn)橫梁與節(jié)間橫梁高均為1.4m。橫梁采用倒T形截面，橫梁上翼板與主桁伸出肢焊接，腹板及底板與主桁伸出肢栓接，邊墩及輔助墩相鄰的兩個節(jié)間處設(shè)壓重。橋面布置見圖2。

圖2 橋面布置圖

5.3 斜拉索錨固構(gòu)造[3]

針對本橋桁式布置及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，索梁錨固構(gòu)造采用外置式拉索鋼錨箱錨固方式，錨固構(gòu)造置于鋼梁桿件節(jié)點(diǎn)外部，斜拉索與鋼梁主桁通過錨箱連接，錨箱構(gòu)造見圖3、圖4。

圖3 鋼錨箱構(gòu)造

圖4 鋼梁節(jié)點(diǎn)以及鋼錨箱構(gòu)造三維示意圖

在主桁上弦節(jié)點(diǎn)沿斜拉索受力方向焊接整體節(jié)點(diǎn)板，采用高強(qiáng)螺栓與鋼錨箱連接。鋼錨箱由2塊錨固鋼板間焊接2塊隔板而成，呈井字形結(jié)構(gòu)；錨墊板焊接于井字形結(jié)構(gòu)端部形成鋼錨箱，通過錨固螺母將斜拉索錨固在鋼錨箱錨墊板上，形成索梁錨固區(qū)。外置式鋼錨箱與主梁融為一體，構(gòu)造簡單、傳力路線明確、受力合理，索梁錨固區(qū)可在工廠制造，施工現(xiàn)場只需采用高強(qiáng)螺栓與主桁上弦節(jié)點(diǎn)板對拼，同時便于后期質(zhì)量控制、錨固區(qū)檢修更換。

6 主橋計(jì)算

主橋采用程序Midas建模。除橋面板采用板單元外其余桿件均用梁單元模擬，全橋共5 633個梁單元，2160個板單元，全橋計(jì)算模型見圖5。

圖5 計(jì)算模型

6.1 支座反力

為避免出現(xiàn)負(fù)反力，交接墩壓重橋面板兩個節(jié)間（每個節(jié)間300t），輔助墩壓重四個節(jié)間（每個節(jié)間250t），全橋共3200t壓重。考慮壓重后主橋在各工況下的反力見表2。

表2 支座豎向反力（每支座）

6.2 運(yùn)營階段桿件強(qiáng)度檢算

對桿件進(jìn)行強(qiáng)度檢算時，拉彎桿件按凈截面特性檢算強(qiáng)度，壓彎桿件按毛截面特性檢算穩(wěn)定，且同時考慮了雙向受彎的情況。主要控制桿件應(yīng)力見表3。

表3 桿件應(yīng)力表

6.3 運(yùn)營階段桿件疲勞強(qiáng)度檢算

桿件的疲勞檢算按《鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB 10002.2—2005）中第4.3條相關(guān)規(guī)定進(jìn)行。疲勞計(jì)算時，只對拉-拉構(gòu)件、以拉為主的拉-壓構(gòu)件、以壓為主的拉-壓構(gòu)件這三種情況進(jìn)行疲勞檢算，疲勞應(yīng)力均為壓應(yīng)力時，不檢算疲勞。主要控制桿件疲勞應(yīng)力幅見表4。

表4 桿件疲勞應(yīng)力幅表

6.4 主橋的豎向剛度

主橋在靜活載作用下的變形見表5。

表5 活載作用下變形

6.5 主橋的橫向剛度

橫向最大位移為77mm，為跨度的1/4052，滿足＜L/4000的規(guī)范要求。

6.6 主桁預(yù)拱度

恒載+1/2靜活載撓度曲線值反向設(shè)置。在主桁平弦的上弦節(jié)點(diǎn)設(shè)置不同的伸縮值，迫使下弦節(jié)點(diǎn)起拱。

6.7 風(fēng)車橋耦合動力分析

6.7.1 橋梁自振特性分析

本橋縱向振動、橫向彎曲、豎向彎曲振動的基頻分別為0.211Hz、0.376Hz、0.623Hz。

6.7.2 車-線-橋耦合振動分析

主跨312m鋼桁斜拉橋，在設(shè)計(jì)成橋線形、降溫組合線形、升溫組合線形一、升溫組合線形二和線路坡度影響下，當(dāng)CRH2、CRH3動車組以車速160～300km/h運(yùn)行時，橋梁的動力性能均滿足要求，列車的運(yùn)行安全性有保證，乘坐舒適性均達(dá)到“優(yōu)”或“良”。

6.7.3 風(fēng)-車-線-橋耦合振動分析

當(dāng)橋面瞬時風(fēng)速不超過23.2m/s時，動車組可按設(shè)計(jì)車速250km/h運(yùn)行；當(dāng)橋面瞬時風(fēng)速大于23.2m/s且不超過29.0m/s時，車輛應(yīng)限速在200km/h；當(dāng)橋面瞬時風(fēng)速大于29.0m/s且不超過34.8m/s時，車輛應(yīng)限速在160km/h；當(dāng)橋面瞬時風(fēng)速超過34.8m/s時，應(yīng)封閉交通。

7 鋼梁制造與安裝[4]

本橋鋼梁制造應(yīng)嚴(yán)格按照《鐵路鋼橋制造規(guī)則》（Q/CR 9211—2015）執(zhí)行。

鋼梁安裝應(yīng)按照《客貨共線鐵路橋梁工程施工技術(shù)指南》（TZ 203—2008）的規(guī)定執(zhí)行，鋼梁桿件的運(yùn)輸、存放及安裝時必須保證鋼板摩擦面的清潔，不被污染。高強(qiáng)度螺栓施工時應(yīng)遵照《鐵路鋼橋高強(qiáng)度螺栓連接施工規(guī)定》（TBJ 214—92）的規(guī)定。

充分結(jié)合鹽城特大橋建橋條件和鋼桁斜拉橋的特點(diǎn)，采用散拼法架設(shè)鋼梁，鐵路橋面板與主桁同步安裝。為降低安裝難度、節(jié)省施工臨時設(shè)施費(fèi)用，本橋施工建議橋塔墩墩頂6個節(jié)問的鋼梁在墩旁托架上進(jìn)行拼裝，其余節(jié)問的鋼梁利用架梁吊機(jī)由橋塔向兩邊雙懸臂對稱架設(shè)，最后在中跨跨中實(shí)現(xiàn)精確合龍。本鋼斜拉橋主梁結(jié)構(gòu)采用半漂浮體系，為了防止主梁在懸臂施工過程中因荷載不平衡而產(chǎn)生傾覆，應(yīng)注意在墩梁相交處的鋼梁梁底設(shè)置臨時固結(jié)裝置。

8 鋼梁涂裝

按照《鐵路鋼橋保護(hù)涂裝及涂料供貨技術(shù)條件》（TB/T1527-2011）中的第7套涂裝體系進(jìn)行。

9 結(jié)語

徐宿淮鹽鐵路鹽城特大橋跨新洋港主橋是一座跨度為（72+96+312+96+72）m的連續(xù)鋼桁斜拉橋，結(jié)構(gòu)受力合理、簡潔，線形流暢。其采用的新型整體鋼橋面，在吸收其他已建高速鐵路整體橋面優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，對鋼橋面細(xì)節(jié)構(gòu)造進(jìn)行優(yōu)化，鋼橋面板采用不銹鋼復(fù)合鋼板（熱軋），提高了鋼橋面的防腐與使用壽命。通過采用節(jié)點(diǎn)對接拼接、外置式鋼錨箱斜拉索錨固構(gòu)造、整體鋼橋面系等結(jié)構(gòu)形式，主橋設(shè)計(jì)合理，便于鋼梁制造、施工安裝以及后期質(zhì)量控制，可為今后類似橋梁設(shè)計(jì)提供借鑒。

【1】中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司．新建徐宿淮鹽鐵路鹽城特大橋施工圖[Z].北京：中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，2015.

【2】張寶剛，齊金朋.不銹鋼復(fù)合鋼板在鐵路鋼橋上的應(yīng)用技術(shù)[J].鋼結(jié)構(gòu),2013(1):51-55.

【3】文坡，楊光武，徐偉.黃岡公鐵兩用長江大橋主橋鋼梁設(shè)計(jì)[J].橋梁建設(shè),2014，44（3）：1-6.

【4】劉桂紅.灌河大橋連續(xù)鋼桁拱梁設(shè)計(jì)[J].鐵道勘察,2014（1）：95-97.

Design of Steel Girder in Main Bridge of Yancheng Extra-large Bridge in Xu-Su-Huai-YanRailway

GAO Lei
(China Railway Fifth Survey and Design Insitute GroupCo.Ltd.,Beijing102600，China)

YanchengExtra-largeBridgeisacontinuoussteeltrussedcable-stayedbridgewithfivespansof(72+96+312+96+72)m,which isthekeyprojectinXu-Su-Huai-YanRailway.Thisthesisisgoingtostresstheaspectsoftheproject includingtypechoosing,calculationof staticforce,analysisofstructures,analysisofconstructiondetails,coatingsystemforgirders'corrosionprevention,constructionofgirders,etc. The design of Yancheng Extra-large Bridge shows that this project has the structures with clear force-bearing and appropriate construction method,whichoffersthebridgegoodstabilityandeconomicfeatures.

cable-stayed bridge;steel trussed beam;integral deck system with orthotropic plate;welded integral node;structural calculation

U448.27

B

1007-9467（2016）07-0117-04

2016-02-26

高磊（1982～），男，河北望都人，工程師，從事橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與研究，（電子信箱）gaolei@t5y.cn。