徐宿淮盐铁路盐城特大桥主桥钢梁设计

高磊

（中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京 102600）

徐宿淮盐铁路盐城特大桥主桥钢梁设计

高磊

（中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京 102600）

盐城特大桥主桥为（72+96+312+96+72）m五跨连续钢桁斜拉桥，是徐宿淮盐铁路的关键工程。论文重点阐述盐城特大桥方案选择、静力计算、结构分析、结构构造细节、钢梁防腐涂装体系和钢梁安装等。设计表明，盐城特大桥主桥结构受力明确，安装方案合理，具有较好的稳定性和经济性能。

斜拉桥；钢桁梁；正交异性板整体桥面系；焊接整体节点；结构计算

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

1 工程概述

徐宿淮盐铁路位于江苏省北部地区，连接徐州、宿迁、淮安、盐城四地市，沿线地区是江苏省重要的工业、经济、文化、城市等发展水平较高的经济走廊。

桥位处河道顺直，河槽宽阔。在盐城市区境内呈东西走向，通榆运河呈南北走向，贯通方案线位正处于新洋港与通榆运河交界的喇叭口处，线位与新洋港基本正交，位于既有新长线东侧20m处，线位处河宽约190m。桥位处平坦开阔，边滩开发为砂场、料场，河道两侧无明显河堤，房屋密集。

目前,新洋港为规划Ⅲ级航道，要求净宽≥70m，净高≥7.5m。桥梁跨越点河道水面宽240m左右，受新洋港航道通航净空要求控制，确定主通航孔312m。

2 主要技术标准[1]

铁路等级：高速铁路；

线路情况：双线，线间距4.6m，直线；

设计行车速度：250km/h；

牵引种类：电力；

机车类型：CRH动车组；

设计活载：ZK活载；

设计洪水频率：1/100；

地震动参数：地震动峰值加速度Ag=0.156g，Tg=0.80s，场

地为Ⅲ类场地。

3 桥式的比选

桥型选择需结合桥址条件、环境，遵循合理、实用、经济、美观的原则。

结合桥位处地形地质条件较差，采用自重轻、跨越能力强、建筑高度低、施工工期短的钢桥，以降低下部结构工程量和引桥的高度，较为合理的桥式有：

（72+96+312+96+72）m连续钢桁斜拉桥；

（144+312+144）m连续钢桁拱桥；

（144+312+144）m连续钢桁柔拱桥。

各方案技术经济比较见表1。

表1 各方案技术经济比较

综合分析比较以上结果，连续钢桁拱方案景观效果较为壮观，但工程造价较高；连续钢桁柔性拱方案线条优美，景观效果好，但施工过程体系转换较多，施工复杂，工期长；连续钢桁斜拉桥方案施工费用相对不高，施工便捷，且技术成熟，安全可靠，经综合比较，确定方案一为推荐方案。

4 主桥总体设计

盐城特大桥主桥采用双塔双索面钢桁斜拉桥，跨度布置为(72+96+312+96+72)m，立面布置见图1。主桥立面位于线路平坡上，平面位于直线段。主桥全长650m，为半漂浮体系，塔梁间设置纵向阻尼器。主塔采用花瓶形桥塔；斜拉索采用7mm镀锌平行钢丝，抗拉强度σb=1670MPa，动载应力幅限值200MPa，扇形斜索面布置；主梁采用钢桁梁，主桁采用三角形桁式；铁路桥面采用正交异性钢桥面板。

图1 主桥桁式

5 结构设计

5.1 主桁[1]

主梁采用钢桁梁，两片主桁，主桁采用三角形桁式，节间距12m，全桥共54个节间；主桁高度14m；两主桁中心距15m。

主桁上、下弦及拱肋杆件均为箱型截面；腹杆杆力大的采用箱型，杆力较小者采用H型。主桁杆件和桥面系等构件均采用Q370qE。主桁采用M30高强螺栓拼接。

主桁采用整体节点，在工厂将杆件和节点板焊接成整体，工地架设时在节点外采用高强度螺栓拼接，便于施工安装。

5.2 桥面[2]

本桥采用由纵、横肋组成的正交异性钢桥面板，它和主桁的下弦杆焊接成一体。钢桥面板在9.5m道砟槽板范围内采用不锈钢复合钢板（热轧），其基材为16mm厚的Q370qE钢板，面板为厚3mm的不锈钢钢板。钢桥面板下横桥向设置18道U形肋，两侧及横梁中部设置4道I形肋。在每条轨道下设置一道纵梁，纵梁中心距1.5m，全梁共设置4道；纵梁采用倒T形截面，高500mm。沿桥纵向每隔3m设置1道横梁，节点横梁与节间横梁高均为1.4m。横梁采用倒T形截面，横梁上翼板与主桁伸出肢焊接，腹板及底板与主桁伸出肢栓接，边墩及辅助墩相邻的两个节间处设压重。桥面布置见图2。

图2 桥面布置图

5.3 斜拉索锚固构造[3]

针对本桥桁式布置及结构特点，索梁锚固构造采用外置式拉索钢锚箱锚固方式，锚固构造置于钢梁杆件节点外部，斜拉索与钢梁主桁通过锚箱连接，锚箱构造见图3、图4。

图3 钢锚箱构造

图4 钢梁节点以及钢锚箱构造三维示意图

在主桁上弦节点沿斜拉索受力方向焊接整体节点板，采用高强螺栓与钢锚箱连接。钢锚箱由2块锚固钢板间焊接2块隔板而成，呈井字形结构；锚垫板焊接于井字形结构端部形成钢锚箱，通过锚固螺母将斜拉索锚固在钢锚箱锚垫板上，形成索梁锚固区。外置式钢锚箱与主梁融为一体，构造简单、传力路线明确、受力合理，索梁锚固区可在工厂制造，施工现场只需采用高强螺栓与主桁上弦节点板对拼，同时便于后期质量控制、锚固区检修更换。

6 主桥计算

主桥采用程序Midas建模。除桥面板采用板单元外其余杆件均用梁单元模拟，全桥共5 633个梁单元，2160个板单元，全桥计算模型见图5。

图5 计算模型

6.1 支座反力

为避免出现负反力，交接墩压重桥面板两个节间（每个节间300t），辅助墩压重四个节间（每个节间250t），全桥共3200t压重。考虑压重后主桥在各工况下的反力见表2。

表2 支座竖向反力（每支座）

6.2 运营阶段杆件强度检算

对杆件进行强度检算时，拉弯杆件按净截面特性检算强度，压弯杆件按毛截面特性检算稳定，且同时考虑了双向受弯的情况。主要控制杆件应力见表3。

表3 杆件应力表

6.3 运营阶段杆件疲劳强度检算

杆件的疲劳检算按《铁路桥梁钢结构设计规范》（TB 10002.2—2005）中第4.3条相关规定进行。疲劳计算时，只对拉-拉构件、以拉为主的拉-压构件、以压为主的拉-压构件这三种情况进行疲劳检算，疲劳应力均为压应力时，不检算疲劳。主要控制杆件疲劳应力幅见表4。

表4 杆件疲劳应力幅表

6.4 主桥的竖向刚度

主桥在静活载作用下的变形见表5。

表5 活载作用下变形

6.5 主桥的横向刚度

横向最大位移为77mm，为跨度的1/4052，满足＜L/4000的规范要求。

6.6 主桁预拱度

恒载+1/2静活载挠度曲线值反向设置。在主桁平弦的上弦节点设置不同的伸缩值，迫使下弦节点起拱。

6.7 风车桥耦合动力分析

6.7.1 桥梁自振特性分析

本桥纵向振动、横向弯曲、竖向弯曲振动的基频分别为0.211Hz、0.376Hz、0.623Hz。

6.7.2 车-线-桥耦合振动分析

主跨312m钢桁斜拉桥，在设计成桥线形、降温组合线形、升温组合线形一、升温组合线形二和线路坡度影响下，当CRH2、CRH3动车组以车速160～300km/h运行时，桥梁的动力性能均满足要求，列车的运行安全性有保证，乘坐舒适性均达到“优”或“良”。

6.7.3 风-车-线-桥耦合振动分析

当桥面瞬时风速不超过23.2m/s时，动车组可按设计车速250km/h运行；当桥面瞬时风速大于23.2m/s且不超过29.0m/s时，车辆应限速在200km/h；当桥面瞬时风速大于29.0m/s且不超过34.8m/s时，车辆应限速在160km/h；当桥面瞬时风速超过34.8m/s时，应封闭交通。

7 钢梁制造与安装[4]

本桥钢梁制造应严格按照《铁路钢桥制造规则》（Q/CR 9211—2015）执行。

钢梁安装应按照《客货共线铁路桥梁工程施工技术指南》（TZ 203—2008）的规定执行，钢梁杆件的运输、存放及安装时必须保证钢板摩擦面的清洁，不被污染。高强度螺栓施工时应遵照《铁路钢桥高强度螺栓连接施工规定》（TBJ 214—92）的规定。

充分结合盐城特大桥建桥条件和钢桁斜拉桥的特点，采用散拼法架设钢梁，铁路桥面板与主桁同步安装。为降低安装难度、节省施工临时设施费用，本桥施工建议桥塔墩墩顶6个节问的钢梁在墩旁托架上进行拼装，其余节问的钢梁利用架梁吊机由桥塔向两边双悬臂对称架设，最后在中跨跨中实现精确合龙。本钢斜拉桥主梁结构采用半漂浮体系，为了防止主梁在悬臂施工过程中因荷载不平衡而产生倾覆，应注意在墩梁相交处的钢梁梁底设置临时固结装置。

8 钢梁涂装

按照《铁路钢桥保护涂装及涂料供货技术条件》（TB/T1527-2011）中的第7套涂装体系进行。

9 结语

徐宿淮盐铁路盐城特大桥跨新洋港主桥是一座跨度为（72+96+312+96+72）m的连续钢桁斜拉桥，结构受力合理、简洁，线形流畅。其采用的新型整体钢桥面，在吸收其他已建高速铁路整体桥面优点的基础上，对钢桥面细节构造进行优化，钢桥面板采用不锈钢复合钢板（热轧），提高了钢桥面的防腐与使用寿命。通过采用节点对接拼接、外置式钢锚箱斜拉索锚固构造、整体钢桥面系等结构形式，主桥设计合理，便于钢梁制造、施工安装以及后期质量控制，可为今后类似桥梁设计提供借鉴。

【1】中铁第五勘察设计院集团有限公司．新建徐宿淮盐铁路盐城特大桥施工图[Z].北京：中铁第五勘察设计院集团有限公司，2015.

【2】张宝刚，齐金朋.不锈钢复合钢板在铁路钢桥上的应用技术[J].钢结构,2013(1):51-55.

【3】文坡，杨光武，徐伟.黄冈公铁两用长江大桥主桥钢梁设计[J].桥梁建设,2014，44（3）：1-6.

【4】刘桂红.灌河大桥连续钢桁拱梁设计[J].铁道勘察,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，工程师，从事桥梁结构设计与研究，（电子信箱）gaolei@t5y.cn。