- 鐵路鋼箱混合組合梁斜拉橋
- 羅世東 劉振標(biāo)
- 6952字
- 2020-06-24 17:39:32
第1章 緒論
1.1 概論
1.1.1 鐵路混合組合梁斜拉橋的提出
斜拉橋是一種以斜拉纜索作為主要承力的橋式結(jié)構(gòu),橋梁的柔性較大,跨越能力強(qiáng),橋面至加勁梁底的建筑高度低,橋型輕巧美觀,而且綜合工程造價(jià)相對(duì)較低。這樣一種比較柔性的橋梁結(jié)構(gòu),應(yīng)用到鐵路橋梁中,由于斜拉橋整體剛度相對(duì)較小,全世界范圍鐵路斜拉橋工程實(shí)例相對(duì)來說比較少,特別是鐵路專用斜拉橋就更少了。其實(shí)不然,斜拉橋加勁梁由于有斜拉索的支承而橋面位移曲線連續(xù)、變化小、曲率半徑大等特點(diǎn),有利于鐵路行車對(duì)軌道的線形要求,只是需要我們合理地控制好鐵路斜拉橋的整體剛度來適應(yīng)橋上鐵路列車運(yùn)行要求。
鐵路斜拉橋須注意控制在列車荷載下的搖擺力及其與橫向風(fēng)力共同作用時(shí),主跨加勁梁豎向、橫向撓度及邊跨梁端角變位等剛度條件,須注意列車行走車橋耦合振動(dòng)響應(yīng),影響橋上列車運(yùn)行的安全性、平穩(wěn)性和乘客乘坐的舒適性。鐵路列車荷載比重較大,集度高,鐵路橋梁在與公路橋梁同等跨度條件下,鐵路的雙線列車荷載集度是公路6車道汽車荷載集度4倍以上。鐵路列車運(yùn)行車橋耦合振動(dòng)響應(yīng)明顯,會(huì)對(duì)斜拉橋的橋面加勁梁構(gòu)件、斜拉索及其與加勁梁連接錨固處的疲勞破壞產(chǎn)生影響。此外,雙線鐵路或多線鐵路列車偏載及其與列車搖擺力、橫向風(fēng)力共同作用,所產(chǎn)生對(duì)鐵路斜拉橋扭轉(zhuǎn)等問題,也是需要給予高度重視的。
正是由于鐵路列車荷載應(yīng)力占總荷載應(yīng)力比重較大,疲勞問題突出,采用鐵路專用斜拉橋比較少,在需要建造鐵路斜拉橋的情況下,較多見的一般都會(huì)盡量采用公路與鐵路合建的鋼桁梁斜拉橋,一方面是為了節(jié)約橋位資源、節(jié)省工程造價(jià),另一方面是為了增加恒載重量,以減少鐵路列車荷載所占比重。
鐵路斜拉橋采用公鐵合建雖然是一個(gè)適應(yīng)于鐵路橋梁特點(diǎn)的途徑,但是,人們還是在尋求如何采取提高鐵路斜拉橋梁整體剛度的其他途徑。比如:
其一,采用具有較高梁高的鋼桁梁斜拉橋,這就是為什么鐵路斜拉橋一般較多采用鋼桁加勁梁的原因,這也許對(duì)于公鐵兩用分層斜拉橋是一個(gè)比較好的布置方案。
其二,適當(dāng)延長邊跨增設(shè)無索區(qū)橋跨,并可以使得鐵路列車荷載下梁端轉(zhuǎn)角滿足橋上軌道的限制要求。
其三,有時(shí)對(duì)加勁梁采取必要的填充材質(zhì)或增加橋面結(jié)構(gòu)材質(zhì)密度和改變結(jié)構(gòu)布置,以增加邊跨加勁梁結(jié)構(gòu)的重量,起到對(duì)斜拉索的錨固作用,以平衡主跨列車荷載作用,力求提高鐵路斜拉橋的整體剛度。除此之外,適當(dāng)調(diào)整加大斜拉索的直徑規(guī)格措施,以獲取斜拉橋較大的剛度,也是一種行之有效的方法。
在鐵路斜拉橋的設(shè)計(jì)實(shí)踐中,鋼桁斜拉橋加勁梁如果采用較小的梁高時(shí),比如在鋼桁梁高度10m范圍內(nèi),增加鋼桁梁高度雖然對(duì)斜拉橋整體剛度有所貢獻(xiàn),但是斜拉橋鋼桁加勁梁高度是要受到鐵路列車運(yùn)行建筑限界要求限制的。超出建筑限界要求必要的最少高度時(shí),增加鋼桁加勁梁高度對(duì)斜拉橋整體剛度貢獻(xiàn)就已經(jīng)很小了,反而會(huì)因增加梁高顯出不經(jīng)濟(jì)。能不能不受建筑限界限制在一個(gè)較少范圍內(nèi)適當(dāng)增加加勁梁的高度來提高斜拉橋的整體剛度?斜拉橋邊跨梁端增加無索區(qū)橋跨即為了解決邊跨壓重也是為了解決梁端轉(zhuǎn)角的問題,邊跨加勁梁增加重量?jī)H僅是使邊跨起到對(duì)斜拉索的錨固作用。混合梁斜拉橋的概念能夠很好地解決上述三個(gè)技術(shù)問題,主跨采用更輕巧、更柔性、更節(jié)省的鋼箱加勁梁,邊跨采用比主跨重幾倍、跨度較小的混凝土梁。提出采用鐵路鋼箱混合梁斜拉橋創(chuàng)新技術(shù),以更為經(jīng)濟(jì)的目標(biāo)達(dá)到鐵路列車運(yùn)行對(duì)鐵路斜拉橋的整體剛度條件、車橋耦合動(dòng)力響應(yīng)及橋梁構(gòu)件疲勞性能要求。在適當(dāng)?shù)慕驐l件下,建造適當(dāng)?shù)臉蛄骸?/p>
鐵路鋼箱混合梁斜拉橋就是邊跨加勁梁采用較重的預(yù)應(yīng)力混凝土箱形截面梁,主跨加勁梁采用較輕的鋼箱梁或鋼桁梁,多塔斜拉橋也是如此。實(shí)際上,一般的鋼桁梁斜拉橋,由于結(jié)構(gòu)受力方面的原因,邊跨采用混凝土預(yù)制道砟槽板與鋼桁橋面縱橫鋼系梁結(jié)合,或者利用上層公路橋面混凝土板與鋼桁梁上弦桿結(jié)合,既起到橋面結(jié)構(gòu)承載的作用,又起到邊跨壓重的作用。也有鋼桁混合梁斜拉橋,如香港昂船洲公鐵兩用鋼桁混合梁斜拉橋。
組合梁斜拉橋是指橋面加勁梁在同一個(gè)梁體橫截面內(nèi),采用不同材質(zhì)的結(jié)構(gòu)部件組成。一般來說,梁體截面頂板采用較重的混凝土板,腹板、底板采用較輕的鋼結(jié)構(gòu),稱為鋼箱結(jié)合梁,或者梁體頂、底板均采用混凝土板,腹板采用波折鋼板材料,稱為波形鋼腹板混凝土箱梁。也有組合梁為鋼桁梁中混凝土板與桁架上下弦桿或橋面系鋼縱橫梁結(jié)合的加勁梁,稱為鋼桁結(jié)合梁。
鐵路混合組合梁斜拉橋是在混合梁斜拉橋的基礎(chǔ)上,將混合梁斜拉橋中的主跨采用組合截面加勁梁,既利用混合梁斜拉橋預(yù)加在結(jié)構(gòu)上的力來提高鐵路斜拉橋的整體剛度,又利用組合梁增加重力剛度來提高斜拉橋的整體剛度。特別是高速鐵路斜拉橋,為了使橋上高速列車行駛滿足車橋振動(dòng)動(dòng)力響應(yīng)安全性、舒適性的要求,為了使梁軌相互作用變形所產(chǎn)生的橋上高速鐵路無砟軌道線形滿足高速行車的要求,必須減少梁軌相互作用的變形、位移的影響,必須在一定范圍內(nèi)整體提高橋梁剛度。
鐵路混合梁斜拉橋與其他混合梁斜拉橋一樣,通過加重邊跨梁體重量,增加了邊跨梁對(duì)斜拉索的錨固作用。同時(shí),張拉斜拉索調(diào)整張拉力對(duì)結(jié)構(gòu)施加預(yù)加力,以使得在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生預(yù)存應(yīng)力并產(chǎn)生相應(yīng)的位移,使橋塔增加往邊跨側(cè)的彎矩(塔頂往邊跨方向偏移)改善結(jié)構(gòu)受力,增加斜拉索結(jié)構(gòu)的有效應(yīng)力,減少結(jié)構(gòu)非線性影響,即對(duì)斜拉索、橋塔、橋面加勁梁均起到預(yù)加力的作用,使橋面加勁梁上拱,斜拉橋整體剛度得以提高,這是鐵路與其他混合梁斜拉橋的不同之處。混合組合梁中組合截面由于橋面加勁梁重量增加,增加梁體的重力剛度、改善了橋面加勁梁在列車作用下梁頂面豎向變形曲線的曲率,進(jìn)一步達(dá)到了橋上高速列車行駛安全性和旅客乘坐舒適性的目的。
1.1.2 混合梁斜拉橋的發(fā)展歷程
1972年德國建成主跨達(dá)287m的Kurt-Schvmacher獨(dú)塔混合梁斜拉橋,這是世界上首座混合梁斜拉橋,也是源于德國1963年Leverkussen混合梁斜拉橋設(shè)計(jì)方案的構(gòu)思。此后,德國于1979年建成了主跨達(dá)368m的Dusseldorf-Flehe獨(dú)塔混合梁斜拉橋,瑞典于1981年建成了主跨達(dá)386m的Tjorn雙塔混合梁斜拉橋。
近二十年來,世界超大跨斜拉橋大部分均采用混合梁斜拉橋,在法國,諾曼底大橋建成于1995年,主跨達(dá)856m的混合梁斜拉橋。諾曼底大橋位于法國西北部諾曼底半島的Honfleur南部和Le Havre北部之間的塞納河河口上。加勁梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁和鋼箱梁組成的混合梁斜拉橋,邊跨和靠近橋塔的部分中跨是預(yù)應(yīng)力混凝土,采用三室單箱梁,主跨中間624m是扁平鋼箱梁。橋塔采用倒Y形,這對(duì)抵抗橫向風(fēng)荷載是非常有效的,橋塔和斜拉索的錨固采用鋼錨箱。邊跨引橋采用預(yù)應(yīng)力混凝土梁頂推法施工;邊跨混凝土梁伸入主跨116m,既節(jié)約了造價(jià)又增加了主跨的抗風(fēng)穩(wěn)定性、提高了斜拉橋的整體剛度,采用懸臂澆筑法施工;主跨為鋼箱梁,節(jié)段采用懸拼法施工。該橋是混合梁斜拉橋的典范,引進(jìn)了許多新技術(shù),標(biāo)志著這一橋型從當(dāng)時(shí)既有的斜拉橋跨徑比以往邁出了很大一步。建成后的諾曼底大橋如圖1-1所示,是一座與當(dāng)?shù)鼐坝^完美協(xié)調(diào)的斜拉橋,以其細(xì)長的結(jié)構(gòu)和典雅的造型而著稱。諾曼底大橋被授予“20世紀(jì)世界最美的橋梁”。

圖1-1 建成后諾曼底斜拉橋
日本多多羅大橋?yàn)橹骺?90m的混合梁斜拉橋,該橋引領(lǐng)世界超大跨徑斜拉橋10年。日本是一個(gè)多臺(tái)風(fēng)、多地震的國家。因此多多羅大橋在抗風(fēng)、抗震設(shè)計(jì)上要求很高。具體地說是抵抗像52m/s左右的暴風(fēng)及最大級(jí)地震所設(shè)計(jì)的。此外,由于該橋兩側(cè)的邊跨較短,分別為170m和270m,中間主跨跨度較大達(dá)到890m,故采用了邊跨為預(yù)應(yīng)力混凝土及中跨為鋼箱的混合形式,以取得橋梁自重的平衡。如圖1-2所示。
在中國,圖1-3為2010年建成的(3×67.5+72.5+926+72.5+3×67.5)m鄂東長江公路混合梁斜拉橋,主跨926m,邊跨275m,邊跨與主跨之比為0.297,邊跨設(shè)置三個(gè)輔助墩的雙塔半漂浮體系。主跨加勁梁采用分離式雙鋼箱梁,邊跨采用混凝土雙箱梁,鋼混結(jié)合段伸入主跨12.5m。邊跨混凝土梁采用支架現(xiàn)場(chǎng)混凝土澆筑施工,鋼混結(jié)合段采用大快件吊裝再澆筑混凝土,鋼箱梁采用節(jié)段懸臂拼裝施工。混凝土箱梁、鋼箱梁及鋼混結(jié)合段箱梁外部尺寸協(xié)調(diào)一致,箱梁橫向中心處高3.8m,全寬38m,梁高與跨徑之比為1/243.7,梁高與寬度之比為1/10。橋面以上塔高為204.82m,塔高與跨度之比為0.22。斜拉索索距15m,邊跨密索區(qū)間距為7.5m,全橋共240根斜拉索,最長索493.6m。

圖1-2 建成后的多多羅斜拉橋

圖1-3 建成后的鄂東長江斜拉橋
2009年建成主跨達(dá)1018m的香港昂船洲混合梁斜拉橋,兩對(duì)稱邊跨跨徑組合為(79.5+70+70+69.25)m,主跨加勁梁為流線型分離式雙鋼箱梁結(jié)構(gòu),并延伸至邊跨49.75m,其余部分為預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁。如圖1-4所示。

圖1-4 香港昂船洲混合梁斜拉橋
如圖1-5所示,2012年,海參崴俄羅斯島跨海大橋更是將混合梁斜拉橋的跨徑大幅度提高到1104m,主跨鋼箱梁長度為1220m,其余邊跨為預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁,該橋亦為目前世界上最大跨度的斜拉橋。

圖1-5 俄羅斯海參崴跨混合梁斜拉橋
據(jù)統(tǒng)計(jì)在世界范圍內(nèi),目前已經(jīng)建成的混合梁斜拉橋達(dá)到三十幾座,可見,混合梁斜拉橋已經(jīng)在世界范圍內(nèi)得以更加廣泛的應(yīng)用,特別是近些年世界超大跨度的斜拉橋大部分采用混合梁斜拉橋。可以說,混合梁斜拉橋?qū)⑹鞘澜绯罂鐝叫崩瓨虻囊粋€(gè)發(fā)展方向。
1.1.3 鐵路混合組合梁斜拉橋的應(yīng)用現(xiàn)狀
1.鐵路鋼桁混合梁的思想
目前的鐵路斜拉橋加勁梁比較常見的是采用鋼桁梁,為了平衡斜拉橋主跨的荷載,一般是采取加大或加長邊跨形成多跨連續(xù)梁結(jié)構(gòu),當(dāng)在不需要斜拉橋的邊跨具有通航、防洪功能或斜拉橋的邊跨處于灘地岸線的情況下,如果使得鋼桁梁斜拉橋的邊跨鋼桁加勁梁去平衡主跨鋼桁梁的重量,必然要加大邊跨鋼桁加勁梁的長度,相對(duì)而言就顯得不是很經(jīng)濟(jì)了。因此,人們?cè)谠O(shè)計(jì)鋼桁梁斜拉橋時(shí),往往也是根據(jù)橋址所處具體地形、地質(zhì)、航道和水文等自然條件的不同特點(diǎn),尋求著改變鋼桁梁斜拉橋邊跨結(jié)構(gòu)重量的措施,或者干脆將邊跨以鋼桁加勁梁的截面尺寸采用混凝土箱形梁,以獲得最佳的經(jīng)濟(jì)效益。一般會(huì)采取以下三種措施:
其一,邊跨鋼桁梁橋面系將縱橫鋼梁與混凝土鐵路道砟槽橋面板結(jié)合形成組合截面。如圖1-6所示,南廣、貴廣鐵路的思賢窖和北江大橋,四線鐵路雙主桁,邊跨鋼桁梁道砟槽橋面板自梁端69m采用鋼筋混凝土,其余均采用鋼橋面加勁肋板。

圖1-6 建成后思賢窖四線雙片主桁鋼桁梁斜拉橋
其二,在公路與鐵路合建鋼桁梁斜拉橋中為滿足邊跨鋼桁梁壓重需要,將部分邊跨鋼桁梁上弦與公路混凝土橋面板結(jié)合。如圖1-7所示,武廣客運(yùn)專線天興洲長江大橋2009年12月建成通車,橋跨布置為(98+196+504+196+98)m,加勁梁采用三片主桁的板桁結(jié)合鋼桁梁,四線鐵路,6車道公路。公路橋面在鋼桁上弦兩端168m范圍采用預(yù)制混凝土橋面板,其余為正交異性鋼橋面板。
其三,主跨采用雙向鋼桁架與鋼筋混凝土橋面板組合式加勁箱梁,邊跨梁采用與主跨鋼桁梁外形尺寸相同的預(yù)應(yīng)力混凝土箱形加勁梁。香港汲水門大橋,加勁梁頂部及底部的鋼桁架橫梁均用鋼筋混凝土橋面板組成上下層公路行車道板,兩邊外緣為鋼腹板,位于下層中央為鐵路,由鋼橫梁承托。這也是一座典型的鋼桁混合組合梁斜拉橋,孔跨布置為(70+2×80+430+2×80)m,建成的香港汲水門大橋如圖1-8所示。
2.鐵路鋼箱梁斜拉橋的應(yīng)用歷程
目前來說,大多數(shù)鐵路斜拉橋都是采用鋼桁梁斜拉橋,鋼桁加勁梁桁高約14~16m,而鋼箱加勁梁約只有4~5m高,由于鋼箱加勁梁斜拉橋與鋼桁加勁梁斜拉橋相比較,橋梁剛度相對(duì)而言要小一些,所以,也許是人們已經(jīng)比較習(xí)慣了對(duì)鋼桁梁剛度大的認(rèn)識(shí),一直以來在世界范圍內(nèi),在鐵路斜拉橋中首先想到的是采用鋼桁加勁梁而很少去想采用鋼箱加勁梁。鐵路鋼箱梁斜拉橋屈指可數(shù),發(fā)展時(shí)期也比較晚,發(fā)展進(jìn)程也比較慢,國外鐵路(公鐵兩用)鋼箱梁斜拉橋統(tǒng)計(jì)見表1-1。

圖1-7 建成后天興洲四線鐵路三片主桁鋼桁梁公鐵斜拉橋

圖1-8 建成后香港汲水門公鐵兩用鋼桁混合組合梁斜拉橋
表1-1 國外鐵路(公鐵兩用)鋼箱梁斜拉橋

續(xù)上表

薩瓦河橋Sava River Bridge,位于前南斯拉夫首都貝爾格萊德市的一座跨越薩瓦河的雙線鐵路鋼斜拉橋。這座橋于1980年底完工,橋總長約2000m,正橋部分有6孔,長557.94m。其中主跨為3孔,主橋跨度為(50.15+253.7+50.15)m斜拉橋。加勁梁采用雙箱形梁分置,箱形梁輪廓尺寸為3.2m×4.45m,兩箱形梁間用寬8.1m的正交異性板連接,上面設(shè)置道砟橋面。正交異性板是由面板、縱肋和橫梁組成。橫梁間距為2.5m,每隔15m處設(shè)主橫梁。兩個(gè)分置的箱形梁連同正交異性板及主、次橫梁成為一個(gè)縱向和橫向具有很大剛度的整體結(jié)構(gòu)。如圖1-9所示。

圖1-9 薩瓦河鐵路斜拉橋結(jié)構(gòu)布置圖(單位:mm)
主跨部分每段長約50m的加勁梁,用4根斜纜懸吊。邊跨每段長50m的加勁梁,用兩根拉索集中錨固在承受負(fù)反力的邊墩上的加勁梁上。每根纜索由4束平行的鋼絲束組成,每束有ф7mm鋼絲240~290根,套在聚乙烯套管內(nèi)。錨具采用能承受高應(yīng)力幅度的冷鑄鋼索端錨,錨頭的填料為鋼球、鋅粉末和環(huán)氧樹脂。
加勁梁、索塔及所有主橋橋墩均為鋼結(jié)構(gòu)。索塔為門形,固結(jié)在箱形梁上,塔、梁均采用箱形截面的栓焊結(jié)構(gòu)。索塔基礎(chǔ)為沉箱,其他橋墩基礎(chǔ)均為鉆孔樁。建成后薩瓦河鐵路斜拉橋如圖1-10所示。

圖1-10 建成后薩瓦河鐵路斜拉橋
3.鐵路鋼箱混合組合梁斜拉橋發(fā)展現(xiàn)狀
利用混合組合梁斜拉橋結(jié)構(gòu)受力原理,通過采用預(yù)加力剛度法和重力剛度法,可以大大地提高鐵路鋼箱梁斜拉橋的整體剛度,這樣一來,就提供了鐵路鋼箱梁斜拉橋的一個(gè)發(fā)展機(jī)遇;同時(shí),鐵路鋼箱梁斜拉橋也提供了鐵路鋼箱混合組合梁斜拉橋一個(gè)施展應(yīng)用的平臺(tái),同時(shí)也提供了鐵路斜拉橋另一個(gè)技術(shù)發(fā)展方向。
在一定的條件下,鐵路鋼箱梁斜拉橋中的鋼箱加勁梁與鋼桁梁相比較,一方面,箱形梁的寬度不僅可以適應(yīng)橋面寬度變化和線路平面彎曲的需要,而且還可以能夠自由地適應(yīng)多線鐵路橋面布置或超大跨徑斜拉橋橋面加寬的需要。另一方面,鋼箱梁斜拉橋加勁梁的邊跨能較好地采用混凝土箱形梁以節(jié)省鋼材。從受力角度考慮鋼箱梁為薄板結(jié)構(gòu)面、線整體受應(yīng)力,而鋼桁梁主要是承受桿件力,應(yīng)力相對(duì)集中,使得鋼桁桿件板厚加厚而增加用鋼量。
在鐵路鋼箱梁斜拉橋的基礎(chǔ)上,將邊跨采用預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁,主跨仍采用鋼箱梁,發(fā)展成為鋼箱混合梁斜拉橋,以適應(yīng)普通鐵路斜拉橋的需要;在鐵路鋼箱混合梁斜拉橋的基礎(chǔ)上,將其主跨采用鋼箱混凝土板的鋼混組合截面,就發(fā)展成為鐵路鋼箱混合組合梁斜拉橋,以適應(yīng)高速鐵路無砟軌道斜拉橋或超大跨度鐵路斜拉橋的需要。
1993年烏克蘭建成第伯聶河南橋,主跨為271m的獨(dú)塔公鐵兩用斜拉橋,包含雙線鐵路、6車道公路在內(nèi)的活載集度約為246kN/m,是世界上首座公鐵兩用混合梁斜拉橋。以獨(dú)塔為分界點(diǎn),主跨采用鋼箱結(jié)構(gòu),工廠焊接、栓焊組合連接;邊跨為混凝土箱梁,節(jié)段施工。橋面寬度42m,雙線鐵路居中布置,兩側(cè)各布置3車道公路,另外尚布設(shè)4條大直徑水管過橋。建成的第伯聶河南橋如圖1-11所示。
新薩瓦河橋(The New Sava Bridge)跨越塞爾維亞貝爾格萊德市的薩瓦河,是一座獨(dú)塔公鐵兩用鋼箱混合梁斜拉橋,如圖1-12所示。該橋的A形混凝土橋塔高200m,鋼箱梁主跨長376m,由80根斜拉索支承;起平衡作用的背跨長200m,為后張預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu);邊跨為長338m的后張預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)。橋面寬45m,布置雙向6車道、雙線輕軌線及2條人行道和2條自行車道。

圖1-11 建成后第伯聶河南橋

圖1-12 貝爾格萊德新薩瓦河公鐵兩用斜拉橋
在中國,貴廣、南廣鐵路以曲線形式斜跨高速公路高架橋和廣州市區(qū)道路,構(gòu)成三層立體交叉的交通體系,為四線鐵路,曲線半徑約1148m,采用跨徑布置為(32+2×175+32)m獨(dú)塔彎曲的鋼箱混合梁斜拉橋,橋面寬24m,塔梁固結(jié)。彎曲的鋼箱混合梁斜拉橋如圖1-13和圖1-14所示。

圖1-13 廣州穗鹽路鋼箱混合梁彎斜拉橋立面

圖1-14 廣州穗鹽路鋼箱混合梁彎斜拉橋平面
如圖1-15所示,寧波鐵路樞紐北環(huán)雙線貨運(yùn)鐵路跨甬江大橋,世界上首次采用跨徑達(dá)468m的鋼箱混合梁鐵路斜拉橋,有砟軌道,主跨419m鋼箱,邊跨采用混凝土箱梁,并伸入主跨24.5m,鉆石形橋塔,樁基礎(chǔ),設(shè)計(jì)采用預(yù)加力剛度法盡量提高鋼箱梁部分的剛度,使得橋塔在恒載作用下往邊跨偏移、主跨鋼箱梁成曲線上拱,已于2014年建成通車。實(shí)橋各項(xiàng)測(cè)試及實(shí)橋試驗(yàn)結(jié)果證明,鐵路鋼箱混合梁斜拉橋可以滿足鐵路橋梁剛度、列車行車安全性和舒適性良好以上的指標(biāo)要求。

圖1-15 建成的甬江鐵路混合梁斜拉橋(左側(cè)為鐵路橋,右側(cè)為公路橋)
如圖1-16所示,南昌至贛州高速鐵路跨越贛江斜拉橋,是在建的世界上首次采用列車時(shí)速350km通過的混合組合梁斜拉橋,無砟軌道,橋面二期恒載為133kN/m。主跨300m,跨度布置為(35+40+60+300+60+40+35)m,邊跨過橋塔距塔中心20m采用預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁,其余主跨260m范圍采用鋼箱混凝土組合截面梁,橋面寬16.3m。鋼箱混凝土組合截面梁中心梁高4.5m,預(yù)制混凝土橋面板厚30cm,局部加厚至50cm。鋼梁采用帶弧形風(fēng)嘴的箱形截面,外輪廓與邊跨混凝土主梁基本一致。鋼梁截面為槽形,混凝土橋面板通過設(shè)置在翼板上的剪力釘與鋼梁結(jié)合。鋼梁翼板厚36mm,底板、腹板根據(jù)受力采用不同厚度:底板厚為16~20mm,中腹板厚為20~24mm,邊腹板厚分別為30mm(無索區(qū))、40mm(有索區(qū))。混凝土橋面板橫向分三塊預(yù)制,在鋼梁上翼緣帶狀區(qū)澆筑二次混凝土形成結(jié)合,現(xiàn)澆混凝土采用補(bǔ)償收縮(微膨脹)混凝土。橋塔采用人字形橋塔,橋面以上塔高88m,為主跨的1/3.409。

圖1-16 贛江斜拉橋效果圖
1.1.4 小結(jié)
鐵路混合組合梁斜拉橋能夠有效解決鐵路斜拉橋的整體剛度問題與鋼桁梁相比,還具有突出的經(jīng)濟(jì)性,推動(dòng)了鋼箱梁在鐵路斜拉橋中的應(yīng)用。技術(shù)上的突破,把組合梁引入混合梁斜拉橋中形成混合組合梁斜拉橋,不僅經(jīng)濟(jì)性優(yōu)良,而且使得在時(shí)速350km的高速鐵路斜拉橋中設(shè)計(jì)采用橋上鋪設(shè)無砟軌道的技術(shù)。顯而易見,鐵路混合組合梁斜拉橋技術(shù)思想的提出,開創(chuàng)了世界鐵路斜拉橋設(shè)計(jì)的一個(gè)新思路。我們相信鐵路混合組合鋼箱梁斜拉橋?qū)?huì)得到更好、更進(jìn)一步的發(fā)展,將更加突顯其優(yōu)越的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。
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