德大鐵路黃河特大橋主橋鋼梁結(jié)構(gòu)設(shè)計

楊永明

(中鐵工程設(shè)計咨詢集團有限公司，北京 100055)

1 概述

德大鐵路黃河特大橋是新建鐵路德龍煙線德州至大家洼段上的一座重要橋梁，橋梁跨越黃河，橋址位于山東省東營市利津縣麻灣村。橋梁全長8 092.74 m。主橋為1-(120+4×180+120)m下承式變高度連續(xù)鋼桁梁，跨堤引橋為1-106 m簡支組合拱，堤內(nèi)引橋為16-56 m預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁，兩側(cè)堤外引橋為32、24 m簡支T梁。

本橋考慮近、遠期要求，黃河大堤內(nèi)及跨堤部分橋梁，雙線橋單線鋪軌，并考慮雙線工況，同時考慮結(jié)構(gòu)受力變形等因素，要求一次性鋪設(shè)雙線道砟;兩側(cè)堤外引橋雙線基礎(chǔ)，單線架梁，并考慮雙線工況。橋梁設(shè)計活載為雙線中－活載，設(shè)計時速200 km，線間距5.0 m。

2 主橋總體布置

主橋(120+4×180+120)m下承式變高度連續(xù)鋼桁梁，全長961.4 m，橋面系采用密布橫梁正交異性鋼橋面板體系，有砟橋面。采用球型鋼支座，固定支座設(shè)置在4號橋墩墩頂。主橋橋式布置見圖1。

圖1 主橋橋式布置圖(單位:m)

主桁及橋面系等主體結(jié)構(gòu)鋼材材質(zhì)為Q370qE，聯(lián)結(jié)系鋼結(jié)構(gòu)材質(zhì)為Q345qE。

3 關(guān)鍵構(gòu)造與細節(jié)設(shè)計

3.1 主桁

主桁采用N形桁上弦變高桁式，雙桁結(jié)構(gòu)。邊支點桁高14 m，中支點桁高32 m，桁高變化方程為:y=18x2/842+14(0≤x≤84)。主桁桁寬12.4 m，節(jié)間12 m。主橋橫斷面布置見圖2。

圖2 主橋橫斷面布置(單位:m)

主桁弦桿均采用箱形截面，上弦桿內(nèi)高1 400 mm，內(nèi)寬1 000 mm;下弦桿內(nèi)高1 600 mm，內(nèi)寬1 000 mm。腹桿均采用箱形截面，桿件外寬1 000 mm，高700～1 100 mm。如圖3所示。

圖3 主桁上、下弦桿截面(單位:mm)

主桁上、下弦桿節(jié)點均采用整體節(jié)點形式，僅中支點附近連接各腹桿的節(jié)點采用散拼節(jié)點形式。上、下弦桿均采用四面拼接，除端斜桿外其余腹桿均插入節(jié)點板內(nèi)拼接。主桁拼接采用M30高強度螺栓。橋面板與下弦桿件的連接采用弦桿頂板加寬伸出弦桿豎板、與鋼橋面板工地對接焊，節(jié)點板范圍內(nèi)橋面板開槽以便節(jié)點板穿過。弦桿豎板上焊接橫梁腹板接頭，在對應(yīng)橫梁位置弦桿底板加寬形成橫梁底板接頭。

為保證線路在運營狀態(tài)下的平順性，鋼梁應(yīng)設(shè)置預(yù)拱度。主桁預(yù)拱度的設(shè)置是通過調(diào)整上弦桿和部分中支點腹桿節(jié)點間長度來實現(xiàn)的。

3.2 鐵路鋼橋面

橋面板為密布橫梁正交異性整體鋼橋面板，道砟橋面。所有橫梁上緣擋砟墻范圍內(nèi)均設(shè)置2%的人字坡，所有橫梁梁端腹板高均為1 600 mm。

節(jié)點處設(shè)置節(jié)點橫梁，間距12 m。除支點位置外，節(jié)點橫梁采用倒T形結(jié)構(gòu)，腹板厚16 mm，翼板寬480 mm，板厚24 mm。支點位置節(jié)點橫梁截面加強，采用箱形結(jié)構(gòu)，腹板厚16 mm，兩腹板間距700 mm，翼板寬800 mm，板厚24 mm。相臨節(jié)點橫梁間設(shè)置3片節(jié)間橫梁，間距3 m。節(jié)間橫梁為倒T形截面，腹板厚16 mm，翼板寬400 mm，板厚24 mm。

每線鐵路下設(shè)2道小縱梁，間距2 m?？v梁采用倒T形截面，腹板高980 mm，板厚12 mm，翼板寬240 mm，板厚20 mm，中支點兩側(cè)各1個節(jié)間縱梁翼板厚度加強至32 mm。

橋面板縱向采用U形加勁肋和板式加勁肋，U形加勁肋橫向間距650 mm，頂寬280 mm，底寬180 mm，高250 mm，板厚10 mm，板式加勁肋肋高160 mm，厚16 mm，橋面板厚16 mm。橋面橫斷面如圖4所示。

圖4 橋面橫斷面布置(單位:mm)

鋼橋面板標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段橫向?qū)?0.2 m，縱向長6.0 m，橋面板與主桁的連接在工地現(xiàn)場完成。橋面板頂板連接采用焊接，縱橫梁腹板、底板和橋面板縱肋連接采用M24高強度螺栓連接。

在鋼橋面板上緣兩側(cè)擋砟墻位置焊接帶孔的鋼板和剪力釘，用于工地現(xiàn)澆擋砟墻與鋼橋面板的連接，鋼板焊接于擋砟墻內(nèi)側(cè)，剪力釘焊接于擋砟墻外側(cè)。如圖5所示。

圖5 擋砟墻與鋼橋面板連接斷面圖(單位:mm)

3.3 聯(lián)結(jié)系

聯(lián)結(jié)系由上平縱聯(lián)、橋門架及橫向聯(lián)結(jié)系共同構(gòu)成。上平縱聯(lián)由斜桿、支桿組成，截面為焊接工字形截面，截面高度為480 mm或500 mm，上、下翼板寬度480 mm。由于主橋鋼梁為變高度結(jié)構(gòu)，上平縱聯(lián)呈空間布置，設(shè)計通過彎折平聯(lián)節(jié)點板、調(diào)整其角度的方法實現(xiàn)整體順接上平縱聯(lián)。

主桁在端斜桿位置設(shè)置橋門架，每間隔兩個節(jié)間在豎直腹桿上設(shè)置中間橫聯(lián)。橋門架和橫聯(lián)均采用工字形截面，截面高度為500 mm，上、下翼板寬度300～600 mm。

3.4 阻尼器

根據(jù)北京中震創(chuàng)業(yè)工程科技研究院、濟南市地震安評工程研究院《新建鐵路德龍煙線德大段工程場地地震安全性評價報告》，工程區(qū)設(shè)計基本地震加速度值為0.09g。根據(jù)《新建鐵路德龍煙線德州至大家洼段施工圖黃河特大橋工程地質(zhì)勘察報告》，地震動反應(yīng)譜特征周期為0.55 s，相應(yīng)抗震設(shè)防烈度為Ⅶ度。

主橋為連續(xù)結(jié)構(gòu)，全長較長，地震荷載較大。主橋4號橋墩為制動墩，在3、5號橋墩墩頂各設(shè)置2套縱向阻尼器，3、4、5號橋墩共同承受縱向地震力、列車制動力等沖擊荷載作用，全橋共設(shè)置縱向阻尼器4套。主橋采用的阻尼器技術(shù)參數(shù)見表1，阻尼器連接如圖6所示。

表1 阻尼器技術(shù)參數(shù)

圖6 阻尼器連接示意

3.5 柔性防水保護層

主橋擋砟墻內(nèi)側(cè)范圍鋼橋面板防腐采用柔性防水保護層，見圖7。其主材環(huán)氧瀝青混凝土抗裂性能好，能有效減少低溫裂縫，并具有較好的抗?jié)B、抗凍、耐摩性能，其抗疲勞性能和抗老化性能遠優(yōu)于剛性保護層材料。見圖7。

圖7 鋼橋面柔性防水保護層

3.6 鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器

為較好解決梁軌相互作用，達到減小軌道附加力和釋放位移的作用，在主橋兩側(cè)輔跨上設(shè)2組SYH60雙向±500 mm鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器(研線TF9922)，布置見圖8。

圖8 鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器布置示意(單位:m)

4 鋼梁涂裝

鋼結(jié)構(gòu)涂裝應(yīng)符合《鐵路鋼橋保護涂裝》(TB/T1527—2004)的有關(guān)規(guī)定，具體涂裝要求見表2。

表2 鋼梁涂裝要求

高強度螺栓孔部位采用電弧噴鋁，鋁層厚度為150±50μm或采用無機富鋅防銹防滑涂料，涂層厚度為(120±40)μm，涂層的抗滑移系數(shù)出廠時應(yīng)不小于0.55，安裝時應(yīng)不小于0.45。

氟碳面漆應(yīng)選用氟含量高，結(jié)構(gòu)單元交替性好，耐候性突出的四氟乙烯－乙烯基醚共聚型FEVE氟碳樹脂。為保證氟碳涂層的耐沾污性和自潔性，最后一道氟碳面涂層漆膜表面與水接觸角應(yīng)小于40°。

箱形桿件兩端設(shè)封端隔板，其內(nèi)部為氣密防腐。封端隔板四角及加勁肋隅角處留半徑30 mm的過焊孔，過焊孔需在桿件端隔板焊后及時用HM106聚硫型高強防水密封劑進行密封。

5 鋼梁安裝

基礎(chǔ)、墩身施工完成后，分別在1號至2號墩、6號至7號墩之間搭設(shè)邊跨臨時支墩，鋼梁架設(shè)按從東、西兩側(cè)向中間的順序進行。利用跨線龍門吊機架設(shè)前4個節(jié)間鋼梁，在鋼梁上拼裝700 kN固定式桅桿起重機，利用起重機繼續(xù)懸臂架設(shè)鋼梁。由于本橋中跨跨徑較大，且為變高度結(jié)構(gòu)，在中跨設(shè)置臨時支墩，利用棧橋運輸鋼梁、利用起重機懸臂架設(shè)鋼梁。通過支點頂、落鋼梁等措施，實現(xiàn)鋼梁跨中合龍。圖9為鋼梁架設(shè)實景。

圖9 鋼梁架設(shè)實景

主橋采用的700 kN固定式桅桿起重機是為本橋鋼梁架梁工作所專門設(shè)計的起重機，能夠在鋼梁上弦桿頂面的T鋼軌道上隨著上弦桿坡度的變化進行調(diào)平走行，可完成變高度鋼梁桿件的架設(shè)。具有提升、變幅、全回轉(zhuǎn)、底盤調(diào)平、整機前移及錨固的功能。起重機傳動方式為電-機械傳動，控制方便，維護簡單。本起重機可實現(xiàn)一次前移站位于節(jié)點處錨固，完成兩個節(jié)間架設(shè)的能力。

6 結(jié)語

德大鐵路黃河特大橋主橋鋼梁桁高高、聯(lián)長長、跨度大，結(jié)構(gòu)形式美觀新穎。目前，主橋下部結(jié)構(gòu)施工已完成，鋼梁正在緊張的懸臂安裝過程中，大橋預(yù)計于2012年12月合龍。

本橋在大跨度變高度鋼桁梁設(shè)計和施工等方面積累了經(jīng)驗，對以后同類型橋梁設(shè)計具有較好借鑒意義和參考價值。

［1］中華人民共和國鐵道部.鐵建設(shè)函［2005］285號 新建時速200公里客貨共線鐵路設(shè)計暫行規(guī)定［S］.北京:中國鐵道出版社，2005.

［2］中華人民共和國鐵道部.TB10002.1—2005 鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范［S］.北京:中國鐵道出版社，2005.

［3］中華人民共和國鐵道部.TB10002.2—2005 鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范［S］.北京:中國鐵道出版社，2005.

［4］中華人民共和國建設(shè)部.GB50111—2006 鐵路工程抗震設(shè)計規(guī)范(2009 年版)［S］.北京:中國計劃出版社，2009.

［5］中華人民共和國鐵道部.TB/T1527—2004 鐵路鋼橋保護涂裝［S］.北京:中國鐵道出版社，2004.

［6］郭子俊，肖海珠，徐偉.鄭州黃河公鐵兩用橋主橋鋼梁結(jié)構(gòu)設(shè)計［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2010(9):58-61.

［7］徐升橋，楊帆.包神線黃河特大橋關(guān)鍵技術(shù)研究［J］.鐵道勘察，2007(S):1-9.

［8］楊帆，徐升橋，劉永鋒.包神線黃河特大橋總體設(shè)計［J］.鐵道勘察，2007(S):10-13.