中俄同江黑龍江鐵路特大橋108 m鋼桁梁檢修通道設(shè)計(jì)

李恩良

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司橋梁處，天津　300142)

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中俄同江黑龍江鐵路特大橋108 m鋼桁梁檢修通道設(shè)計(jì)

李恩良

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司橋梁處，天津300142)

摘要：檢修通道是鋼桁梁橋的重要組成部分，對(duì)橋梁鋼結(jié)構(gòu)的日常運(yùn)營(yíng)維護(hù)和病害檢查起著至關(guān)重要的作用。結(jié)合中俄同江黑龍江鐵路特大橋108 m鋼桁梁的檢修通道設(shè)計(jì)，介紹該橋人行檢修通道的平面布置設(shè)計(jì)、托架立面布置設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)中考慮俄羅斯方面“主桁內(nèi)外側(cè)均設(shè)置檢修通道”的需求，提出主桁內(nèi)外側(cè)通道采用整體托架的設(shè)計(jì)理念，并將整體托架通過螺栓與下弦桿結(jié)合在一起，成功解決該橋人行檢修通道的設(shè)置問題。

關(guān)鍵詞：鐵路橋；鋼桁梁；檢修通道；整體托架；受力分析

1概述

同江黑龍江鐵路特大橋位于黑龍江省同江市哈魚島至俄羅斯聯(lián)邦猶太自治州下列寧斯闊耶之間，連通向陽(yáng)川—哈魚島鐵路與俄羅斯西伯利亞鐵路列寧斯闊耶支線鐵路。該橋是第一座跨越中、俄界河(黑龍江)的鐵路大橋[1]。為了滿足中俄兩國(guó)的接軌條件和運(yùn)營(yíng)要求，同江黑龍江鐵路特大橋采用無(wú)砟軌道板套軌技術(shù)，俄羅斯軌距為1 520 mm，我國(guó)軌距為1 435 mm，大橋采用了16孔108 m鋼桁梁，且需要在鋼桁梁主桁架內(nèi)側(cè)和外側(cè)均設(shè)置人行檢修通道。

我國(guó)鋼桁梁傳統(tǒng)的檢修通道設(shè)置形式一般是單側(cè)的。設(shè)置在主桁架的內(nèi)側(cè)時(shí)，整體橋面板時(shí)直接設(shè)置在橋面板上，非整體橋面板或明橋面時(shí)采用三角托架與縱梁加勁肋板栓接在一起；設(shè)置在主桁架外側(cè)時(shí)，采用三角鋼板托架或角鋼托架與下弦桿栓接在一起[2-5]。但本工程比較特殊，橋上人行檢修通道設(shè)計(jì)需要同時(shí)考慮俄羅斯方面的規(guī)范需求，在主桁架內(nèi)外側(cè)均設(shè)置檢修通道。

2108 m鋼桁梁設(shè)計(jì)概況

同江橋108 m鋼桁梁主桁采用帶豎桿的三角形桁架，桁高15 m，主桁中心距為8 m。上、下弦桿均采用箱形截面，截面高度均為850 mm。橋面系采用縱橫梁結(jié)構(gòu)，橋面系下設(shè)置交叉腹桿體系的下平縱聯(lián)，預(yù)應(yīng)力混凝土軌道板直接與縱梁上翼緣螺栓連接。橋面系縱梁為連續(xù)結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)中考慮縱、橫梁橋面系參與主桁共同作用。只在下弦節(jié)點(diǎn)處設(shè)置橫梁，端節(jié)間長(zhǎng)10.5 m，其余節(jié)間長(zhǎng)11 m?？v橫梁為等高的工字形截面，端橫梁高為1 580 mm，其余橫梁及縱梁全高1 600 mm。為減小縱梁與下弦桿的變形差，在端節(jié)間內(nèi)下弦桿與橫梁之間設(shè)置撐架結(jié)構(gòu)。上平縱聯(lián)采用交叉式腹桿體系，對(duì)應(yīng)橫聯(lián)處設(shè)置橫撐。該橋地處東北嚴(yán)寒地區(qū)，整體節(jié)點(diǎn)的焊縫疲勞應(yīng)力幅較為控制，因此本鋼梁所有節(jié)點(diǎn)均采用散拼節(jié)點(diǎn)，高強(qiáng)螺栓連接。鋼桁梁概圖如圖1所示。

圖1　跨度108 m鋼桁梁概圖(單位：mm)

為使檢修人員對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)檢查便捷及保證檢修人員人身安全，在主桁內(nèi)、外側(cè)均設(shè)置檢修通道。主桁每隔一個(gè)節(jié)間設(shè)置一處內(nèi)、外側(cè)人行道之間的連接過道，兩片主桁的過道交錯(cuò)布置[6，7]。

3檢修通道布置形式

檢修通道托架的結(jié)構(gòu)形式取決于托架上檢修通道的布置形式和橋梁主體結(jié)構(gòu)的布置形式。托架結(jié)構(gòu)形式的擬定應(yīng)確保托架結(jié)構(gòu)受力安全，外形美觀，經(jīng)濟(jì)適用[3-9]。設(shè)計(jì)中綜合考慮108 m鋼桁梁主桁結(jié)構(gòu)形式和檢修通道的布置形式，對(duì)檢修通道托架在平面、立面上布置形式介紹如下。

3.1　托架的平面布置

108 m鋼桁梁端節(jié)間、次端節(jié)間長(zhǎng)10.5 m，其余節(jié)間長(zhǎng)11 m，且在端節(jié)間設(shè)置端部撐架，端部撐架為變截面工字形鋼梁，一端與縱橫梁相接處通過節(jié)點(diǎn)板連接，另一端與下弦桿節(jié)間中間通過節(jié)點(diǎn)板連接。每個(gè)節(jié)間中設(shè)置3個(gè)普通托架，節(jié)點(diǎn)處各設(shè)置1個(gè)托架。由于端部撐架的設(shè)置，使得在端節(jié)間設(shè)置檢修通道托架變得十分困難。

托架上方設(shè)置檢修通道，主桁內(nèi)外側(cè)通道寬度分別為1.2、1.0 m，為方便排除雨雪，人行道步板采用特制的鋼格柵板，主桁內(nèi)外側(cè)檢修通道在每個(gè)節(jié)間交錯(cuò)設(shè)置過道，過道寬度為5.5 m。檢修通道鋼格柵板下邊設(shè)置通信、電力等槽道。根據(jù)鋼桁梁各個(gè)桿件的空間位置關(guān)系，檢修通道托架分為3種類型：普通托架、節(jié)點(diǎn)托架、撐架處托架，3種托架在節(jié)間中的平面布置如圖2所示。

圖2　托架平面布置(單位：mm)

3.2　托架的立面布置

108 m鋼桁梁下弦桿與縱橫梁橋面系結(jié)構(gòu)底面在同一高度，下弦桿頂面與軌道板結(jié)構(gòu)頂面高差約1.15 m。根據(jù)設(shè)計(jì)原則，檢修通道步板頂面需與軌道板結(jié)構(gòu)頂面持平，同時(shí)電力、通信、信號(hào)、給水等管道需布置在步板下邊。

鑒于這種情況，設(shè)計(jì)過程中針對(duì)托架的布置形式討論了多種方案，包括分離式托架和整體式托架。分離式托架的設(shè)計(jì)理念為主桁內(nèi)外側(cè)檢修通道分別設(shè)置承重托架，內(nèi)側(cè)托架采用三角形桁架，與縱梁加勁肋栓接，外側(cè)托架與下弦桿焊接，如圖3所示。

圖3　分離式托架布置(單位：mm)

整體式托架的設(shè)計(jì)理念為內(nèi)外側(cè)通道共用一個(gè)整體托架，由于下弦桿采用密閉設(shè)計(jì)，整體托架通過螺栓與焊接在下弦桿上的角鋼節(jié)點(diǎn)板連接。針對(duì)本工點(diǎn)，這兩種托架的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比如表1所示。

表1　分離式托架與整體托架對(duì)比

綜合考慮表1中各方面因素，最終確定采用整體

式托架。1孔108 m鋼桁梁共布置56個(gè)普通托架、4個(gè)撐架處托架、22個(gè)節(jié)點(diǎn)托架，托架材質(zhì)采用Q345qE鋼材，各個(gè)桿件均采用角鋼構(gòu)件，各個(gè)構(gòu)件制作時(shí)先采用定位螺栓連接，然后焊接在一起，托架制作均在工廠完成，現(xiàn)場(chǎng)拼裝。

普通托架與焊接在下弦桿兩側(cè)腹板上的角鋼節(jié)點(diǎn)板進(jìn)行栓接，主桁內(nèi)側(cè)節(jié)點(diǎn)板采用4個(gè)M22螺栓，主桁外側(cè)綜合考慮檢查車吊軌連接的受力，采用6個(gè)M22螺栓。節(jié)點(diǎn)板角鋼與下弦桿腹板采用四面圍焊，為保證托架節(jié)點(diǎn)板焊縫不影響下弦桿腹板與頂板焊縫的受力，托架節(jié)點(diǎn)板上邊緣距離下弦桿上緣應(yīng)空出一定的高度。如圖4所示。

圖4　普通托架立面布置(單位：mm)

撐架處托架布置位置的特殊性決定了其布置形式的特殊性，該托架位于端節(jié)間中心，下弦桿中心處布置了端部撐架節(jié)點(diǎn)板，這就給撐架與下弦桿的連接帶來(lái)了不少的難度。設(shè)計(jì)時(shí)主桁外側(cè)采用與普通托架相同的節(jié)點(diǎn)連接方式，主桁內(nèi)側(cè)使角鋼節(jié)點(diǎn)板通過4個(gè)M22螺栓與撐架節(jié)點(diǎn)板頂面進(jìn)行栓接，同時(shí)分別采用2個(gè)M22螺栓連接N2-1、N3-1角鋼。如圖5所示。

圖5　撐架處托架立面布置(單位：mm)

節(jié)點(diǎn)托架布置在主桁節(jié)點(diǎn)處，采用單三角托架形式，主桁外側(cè)檢修通道荷載由三角托架承擔(dān)，主桁內(nèi)側(cè)檢修通道荷載直接作用在橋面系橫梁上。三角托架通過N3角鋼連接至主桁散拼節(jié)點(diǎn)處。如圖6所示。

圖6　節(jié)點(diǎn)處托架立面布置(單位：mm)

3.3　通道及電纜槽布置

托架的設(shè)置為電力、通信、信號(hào)等槽道及檢修通道的布置提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，通過在托架N1角鋼(或橫梁)上焊接基礎(chǔ)角鋼，并在該角鋼上栓接豎向角鋼，豎向角鋼的高度應(yīng)滿足電力、通信信號(hào)等槽道的設(shè)置要求，同時(shí)在豎向角鋼頂部再栓接1孔梁長(zhǎng)度范圍內(nèi)的縱向角鋼。該縱向角鋼一方面維持托架穩(wěn)定，另一方面為人行鋼格柵板[10-11]的鋪設(shè)提供基礎(chǔ)。這樣搭接完成后，各種管線槽道就布置在鋼格柵板下方的管線通道內(nèi)，具體的擺放順序需根據(jù)電力、通信、信號(hào)等專業(yè)需求來(lái)安排，詳細(xì)構(gòu)造如圖4～圖6所示。

4托架構(gòu)件受力檢算

托架均由角鋼桿件焊接或栓接而成，托架上承受的恒載主要為托架自重、鋼格柵板及其支撐結(jié)構(gòu)重力、各種槽道及檢修機(jī)具設(shè)備重力等，活載主要為人群荷載。設(shè)計(jì)時(shí)采用MIDAS civil 2012對(duì)各個(gè)托架進(jìn)行了受力檢算，結(jié)果表明截面強(qiáng)度均滿足設(shè)計(jì)要求，并根據(jù)《鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB 10002.2—2005)[12]對(duì)受壓桿件進(jìn)行了強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性檢算，均滿足要求。檢算結(jié)果如表2所示。

表2　托架桿件受力檢算結(jié)果

注：內(nèi)力、應(yīng)力負(fù)值表示受壓，正值表示受拉。

5結(jié)語(yǔ)

檢修通道是鋼桁梁橋的重要組成部分，對(duì)橋梁鋼結(jié)構(gòu)的日常運(yùn)營(yíng)維護(hù)和病害檢查起著至關(guān)重要的作用。我國(guó)設(shè)計(jì)的鋼桁梁檢修通道基本上都是只在主桁內(nèi)側(cè)或外側(cè)設(shè)置，但跟國(guó)際接軌時(shí)就需要結(jié)合接軌國(guó)家的需求進(jìn)行設(shè)計(jì)。在中俄同江特大橋108 m鋼桁梁檢修通道的設(shè)計(jì)中考慮了俄羅斯方面“主桁內(nèi)外側(cè)均設(shè)置檢修通道”的需求，提出了主桁內(nèi)外側(cè)通道采用整體托架的設(shè)計(jì)理念，并將整體托架通過螺栓與下弦桿結(jié)合在一起，成功解決了該橋人行檢修通道的設(shè)置問題，以期為同類橋梁的檢修通道設(shè)計(jì)和施工提供參考。

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The Design of Overhaul Passageway for 108 m Steel Truss Girder of Sino-Russian Tongjiang Bridge

LI En-liang

(Department of Bridge Engineering Design, The Third Railway Survey and Design Group Cooperation， Tianjin 300142, China)

Abstract：The overhaul passageway is an important part of the steel truss bridge， which plays a vital role in daily operation， inspection and maintenance. This paper introduces the process in the design of overhaul passageway and layout design of bracket elevation with reference to the design of overhaul passageway of 108mterssteel truss girder for Sino-Russian Tongjiang Bridge. According to the requirement raised by Russia that the overhaul passageway should be set on both inside and outside of the main steel truss， such design concept is put forward that the passageways of main truss use integrated bracket united with lower chord panel by bolts.

Key words：Railway bridge; Steel truss girder; Overhaul passageway; Integrated bracket; Mechanical analysis

作者簡(jiǎn)介：李恩良(1983—)，男，工程師，E-mail：289492406@qq.com。

收稿日期：2015-05-21； 修回日期：2015-07-01

中圖分類號(hào)：U448.36

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2016.01.015

文章編號(hào)：1004-2954(2016)01-0071-04