薛憲政

(中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院，北京　102600)

1　工程概述

濱北線既有松花江公鐵兩用橋的改建工程在既有橋下游約50 m處，與既有濱北橋平行，主橋公鐵共用、分層布置，鐵路、公路引橋采用預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支梁，新建公路橋面寬度按機(jī)動(dòng)車雙向6車道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，鐵路橋面雙線，線間距5.0 m，結(jié)合新建橋梁，改建既有濱北線及聯(lián)絡(luò)線，連接新建公路橋與既有道路。

2　主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

2.1　鐵路主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

鐵路等級(jí)：Ⅰ級(jí)；

正線數(shù)目：雙線；

線間距：5.0 m；

最小曲線半徑：一般1 200 m，困難800 m；

限制坡度：上行10‰，下行12.5‰；

橋梁設(shè)計(jì)活載：中-活載。

2.2　城市道路主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

主線：城市快速路，計(jì)算行車速度60 km/h；

匝道：計(jì)算行車速度40 km/h。

橋梁結(jié)構(gòu)荷載標(biāo)準(zhǔn)：公路-Ⅰ級(jí)，行人荷載3.5 kN/m2。

3　橋梁結(jié)構(gòu)形式的選擇

3.1　選擇橋型遵循的原則

合理：橋跨布置滿足通航、防洪等凈空要求的同時(shí)還要滿足結(jié)構(gòu)受力要求。

實(shí)用：大橋應(yīng)滿足公路(60 km/h)和鐵路(160 km/h)的功能要求，結(jié)構(gòu)物的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定以及旅客乘車的舒適性必須滿足規(guī)范要求。滿足規(guī)劃通航孔布置及兩岸接線要求。

經(jīng)濟(jì)：大橋方案經(jīng)過(guò)綜合比選，經(jīng)濟(jì)性能較好。

美觀：橋址區(qū)河槽寬淺、堤距達(dá)2.2 km，橋址區(qū)視野非常開闊，地形沒有大的起伏，橋型方案應(yīng)當(dāng)與地形地貌環(huán)境協(xié)調(diào)，橋式方案應(yīng)當(dāng)具有多通航孔，連續(xù)性、等跨布置，縱向應(yīng)具有韻律感。

3.2　橋式方案

(1)連續(xù)鋼桁梁方案

該方案采用2孔96 m簡(jiǎn)支鋼桁梁+(96+2×144+96) m連續(xù)鋼桁梁+7孔96 m簡(jiǎn)支鋼桁梁結(jié)構(gòu)，全長(zhǎng)1 267.9 m。立面布置上結(jié)構(gòu)造型連續(xù)，采用三角形帶豎桿桁式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、明快，富有韻律感，通航孔設(shè)置在144 m孔跨范圍內(nèi)。主橋橋式布置如圖1所示。

圖1　連續(xù)平行弦鋼桁梁方案布置(單位：cm)

主梁布置兩片主桁，主桁均為有豎桿三角形桁架，節(jié)點(diǎn)間距12 m。主桁桁高15 m，中墩設(shè)加勁弦，加勁弦高9.0 m，兩側(cè)分別設(shè)置兩個(gè)節(jié)間；其余孔跨主桁為平行弦桁架，公路懸臂長(zhǎng)7.0 m。上、下弦桁間距15.0 m，主桁采用焊接桿件，整體節(jié)點(diǎn)。在節(jié)點(diǎn)外以高強(qiáng)度螺栓拼接的結(jié)構(gòu)形式，上下弦桿四面等強(qiáng)對(duì)接拼裝。H型腹桿采用插入式連接，箱型腹桿采用四面與主桁節(jié)點(diǎn)對(duì)拼的連接形式。

鐵路、公路橋面均采用正交異性板鋼整體橋面，此結(jié)構(gòu)形式具有減輕結(jié)構(gòu)自重，安裝架設(shè)便捷，工期易于保證等優(yōu)點(diǎn)。橋面在節(jié)點(diǎn)處設(shè)大橫梁，間距12 m，橫梁高1.4 m，節(jié)點(diǎn)橫梁上下翼板同主桁下弦桿上下翼板連接。兩片橫梁中間設(shè)節(jié)間橫梁，節(jié)間橫梁間距3 m，高度1.4 m，節(jié)間橫梁連接在桿件上，頂板與下弦桿上翼板連接。

由于節(jié)間橫梁的設(shè)置減小了縱梁的跨度，可大幅度降低縱梁截面?？v梁高0.6 m，橋面板厚16 mm，縱向采用U形肋加勁。鐵路橋面混凝土耐磨層厚6 cm，擋墻厚20 cm，公路橋面混凝土鋪裝層厚度10 cm。公路混凝土鋪裝與鋼橋面板采用抗剪栓釘聯(lián)結(jié)，栓釘在工廠內(nèi)與橋面板焊連，鋼梁架設(shè)完成后，綁扎鋼筋。鋼橋面板與混凝土鋪裝層之間設(shè)防水層；公路混凝土鋪裝上鋪設(shè)瀝青混凝土。

(2)連續(xù)鋼桁拱方案

采用2-96 m簡(jiǎn)支鋼桁梁+(108+264+108) m連續(xù)鋼桁拱+6-96 m簡(jiǎn)支鋼桁梁結(jié)構(gòu)，全長(zhǎng)1 267.9 m。連續(xù)鋼桁拱橋采用平弦鋼桁梁和變高度的桁拱組合結(jié)構(gòu)橋。該方案的主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)剛度大，整體穩(wěn)定性好，結(jié)構(gòu)的景觀性較好，但由于桁寬加大，且制造、施工工藝較復(fù)雜，因此工程造價(jià)較高;該方案通航孔設(shè)置在264 m孔跨范圍內(nèi)。主橋橋式布置如圖2所示。

圖2　連續(xù)鋼桁拱方案布置(單位：cm)

主桁分主梁平行弦和主拱變高度拱桁兩部分，主梁桁高14 m，拱頂桁高8 m，主墩頂處桁高34 m，拱肋矢高74 m，桁寬26.6 m，節(jié)間長(zhǎng)12.0 m。

主桁采用焊接桿件，整體節(jié)點(diǎn)，在節(jié)點(diǎn)外以高強(qiáng)度螺栓拼接的結(jié)構(gòu)形式，上下弦桿四面等強(qiáng)對(duì)接拼裝。H型腹桿采用插入式連接，箱型腹桿采用四面與主桁節(jié)點(diǎn)對(duì)拼的連接形式，主桁拼接采用M30高強(qiáng)螺栓。

(3)組合拱橋方案

非主通航孔1-94 m簡(jiǎn)支組合拱橋鐵路橋面系梁按整體箱梁布置，采用單箱三室預(yù)應(yīng)力混凝土箱形截面，底寬13.4～15.6 m，梁高2.2 m。底板厚度為30 cm，頂板厚度為30 cm，邊腹板跨中厚度為45 cm，拱腳處加厚至185 cm，中腹板厚度為30 cm。主橋橋式布置如圖3所示。

圖3　簡(jiǎn)支鋼管混凝土組合系桿拱橋(單位：cm)

拱肋采用鋼管混凝土圓管截面，圓管直徑1.8 m，管壁厚28 mm，拱腳附近加厚至32 mm。拱軸線采用二次拋物線，拱肋矢高13.4 m，矢跨比1/7。拱管內(nèi)灌注C50補(bǔ)償收縮混凝土。兩拱肋中心距12.5 m，拱肋之間設(shè)一字橫撐。梁上吊點(diǎn)間距6 m，全橋共設(shè)13對(duì)吊桿。

各橋式方案比選如表1。

表1　各方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

分析比較結(jié)果，連續(xù)鋼桁拱方案景觀效果較為壯觀，但工程造價(jià)較高；鋼管混凝土組合系桿拱方案線形流暢，景觀效果好，但施工復(fù)雜，工期長(zhǎng)；連續(xù)鋼桁梁方案施工費(fèi)用相對(duì)不高，施工速度快，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。

3.3　公路橋面系方案比選

(1)橋面系結(jié)構(gòu)方案一：整體鋼橋面+10 cm混凝土+9 cm瀝青混凝土

采用鋼橋面板與主桁上弦桿聯(lián)結(jié)的板-桁整體組合結(jié)構(gòu)。鋼橋面采用正交異性板，頂板車行道范圍內(nèi)采用U形肋加勁。橋面鋪裝：先鋪10 cm混凝土，然后再鋪5+4 cm的瀝青混凝土鋪裝，在鋪裝與混凝土橋鋪裝層間設(shè)防水層，在混凝土鋪裝層與鋼橋面之間設(shè)剪力釘連接(如圖4所示)。

圖4　公路橋面系結(jié)構(gòu)方案一示意

(2)橋面系結(jié)構(gòu)方案二：整體鋼橋面+7 cm高性能瀝青混凝土

采用鋼橋面板與主桁上弦桿聯(lián)結(jié)的板-桁整體組合結(jié)構(gòu)。鋼橋面采用正交異性板，頂板車道范圍內(nèi)采用U形肋加勁。橋面鋪裝采用7 cm厚的高性能瀝青混凝土鋪裝，瀝青澆筑前，在經(jīng)防銹處理的鋼橋面頂面敷設(shè)防水黏結(jié)層(如圖5所示)。

圖5　公路橋面系結(jié)構(gòu)方案二示意

(3)橋面系結(jié)構(gòu)方案三：鋼-混結(jié)構(gòu)橋面系

該方案上層公路橋面采用混凝土橋面板與縱、橫梁及主桁上弦桿結(jié)合的板-桁結(jié)合結(jié)構(gòu)。

公路混凝土橋面板由縱梁、橫梁及主桁上弦桿支承，兩主桁間設(shè)三道縱梁，縱梁間距3.5 m，由于懸臂較長(zhǎng)，為減小混凝土橋面板的橫向跨度，在挑臂上設(shè)二道縱梁。橋面板通過(guò)剪力釘與縱梁、橫梁及主桁結(jié)合。為減小橋面板支點(diǎn)負(fù)彎矩區(qū)縱向拉應(yīng)力，需在橋面板中設(shè)置縱向預(yù)應(yīng)力。

橋面鋪裝采用5 cm+4 cm的瀝青混凝土，在鋪裝與混凝土橋面板間設(shè)防水層(見圖6)。

圖6　公路結(jié)合橋面橫斷面(單位：m)

橋面系結(jié)構(gòu)方案比選如表2所示。

根據(jù)上表分析：三個(gè)方案工程造價(jià)相差不大，根據(jù)橋址區(qū)嚴(yán)寒氣候條件下同類橋梁橋面鋪裝應(yīng)用情況，本設(shè)計(jì)推薦采用鋼橋面板+10 cm混凝土鋪裝層+9 cm普通瀝青混凝土鋪裝方案。

表2　公路橋面系結(jié)構(gòu)方案綜合比較

4　結(jié)論

通過(guò)對(duì)濱北線松花江公鐵兩用橋三個(gè)方案技術(shù)及經(jīng)濟(jì)的合理性、設(shè)計(jì)和施工周期以及美觀等方面的比較分析，濱北線松花江公鐵兩用橋初步選定平行弦連續(xù)鋼桁梁方案，該方案具有較高的橫向、豎向剛度，以及足夠的抑振質(zhì)量、平順的軌道支承結(jié)構(gòu)，為列車的運(yùn)行提供了更平穩(wěn)、安全的保障?，F(xiàn)為初步設(shè)計(jì)研究階段，施工圖階段應(yīng)對(duì)鋼梁的關(guān)鍵整體節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造、整正交異性鋼橋面制造和安裝、桿件的疲勞設(shè)計(jì)、新材料及新工藝作進(jìn)一步的研討。

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