郑州黄河公铁两用桥主桥结构设计

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铁 道 勘 察
2007 年增刊
图 7 上弦主塔及斜索锚固示意
桁梗 肋处厚 4612 cm ,梗肋处倒角 200 cm ×10 cm;中桁 梗肋处厚 7014 cm。梗肋处倒角 200 cm ×3215 cm。如 图 8所示 。
面钢材采用 Q370qE。 铁路为有碴桥面 ,道碴槽板采用预制板 , 12 m 节
( 3 )公路桥面板设计 公路桥面为混凝土板 ,宽 3215 m ,横向跨度为 12 m ,悬臂长 4125 m。桥面板双向设 2%横坡 ,悬臂端板 厚 18 cm ,跨中板厚 35 cm。上弦杆顶设梗肋加厚 ,边
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218 m ,采用 <7 mm 平行钢丝索 ,分为 241<7、253<7、 265<7三种规格 ,锚具采用冷铸锚 。
( 7 )下部结构 主桥 1～6号墩墩身采用板式墩 ,墩厚 5 m ,墩顶 宽 23 m ,墩底宽 19 m ,基础采用 24根直径 2 m 的钻 孔摩擦桩 ,桩长 95 m。承台长 2916 m ,宽 1912 m ,厚 5 m。如图 10所示 。
桥面板纵向采用 U 形肋加劲 ,肋高 400 mm ,板厚 10 mm ,桥面板厚 16 mm。铁路桥面板一个节段横向宽 611 m ,纵向 12 m 长 ,重 2316 t。顶板与下弦杆上翼缘 在现场对接焊 ,腹板和下翼缘板与主桁拼接 。铁路桥
图 9 主塔结构 (单位 : cm )
(6)斜拉索 单索面扇形布置 ,梁上间距为 12 m ,塔上索距为
图 5 主桁下弦断面 (单位 : cm )
腹杆采用箱形截面及 H形截面 。H形杆件宽 939
如图 3所示 。
mm ,高 700 mm、940 mm ,板厚 32 ～48 mm。箱形杆件
宽 940～1 400 mm , 高 900 ～1 400 mm , 板厚 28 ～48
mm。如图 6所示 。
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图 10 主桥中墩结构 (单位 : cm )
主塔在塔ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ交接处固结 。
412 荷载及荷载组合
( 1 )恒载 一恒 :结构自重 。 二恒 :公路桥面铺装 、桥面栏杆 、铁路有碴桥面等 重量 。 支座沉降 :中间墩 115 cm;边墩 110 cm。 ( 2 )活载 铁路活载 :双线 ZK活载 ; 公路活载 : 六线公路 —Ⅰ级 ,按河南地方标准提 高 113。 ( 3 )附加力 温度荷载 :体系温差为 ±20 ℃,局部温差为混凝 土结构 ±5 ℃、钢结构 ±10 ℃; 风荷载 : V10 = 2817 m / s。 ( 4 )荷载组合 ①强度组合 主力组合 :恒载 +活载 +支座沉降 ; 主 +附组合 :恒载 +活载 +支座沉降 +温度组合 (升 、降温 ) +横向风力 ; 主 +附组合 :恒载 +活载 +支座沉降 +温度组合 (升 、降温 ) +纵向风力 。 ②疲劳组合 恒载 +疲劳活载 (单线 ZK +六线公路一级活载 ) 。
3 主桥结构设计
311 总体布置
主桥 分 两 联 布 置 , 总 长 1 684 m。第 一 联 为
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间一段预制 。道碴槽板与整体桥面采用剪力钉联结 。 ( 5 )钢主塔 主塔设置于主桁 ,立面为“人 ”字形构造 ,采用钢箱
结构 ,塔梁固结 。塔高 37 m,每个主塔布置有 5对拉索 。 从塔顶的单箱截面向塔根渐变为双箱截面 ,塔横桥向宽 115 m。箱内隔板间距 4 m。塔根部双箱间距 12 m,与中 桁上弦节点连接 ,单箱尺寸为 115 m ×210 m。
图 4 主桁上弦断面 (单位 : cm )
下 弦杆高 1 400 mm ,宽 940 mm ,板厚 16～50 mm。 中桁杆件在支点处宽度从 940 mm 宽过渡为 1 400 mm。 下弦杆顶板加宽与整体桥面板连接 ,边桁内侧加宽 400 mm ,中桁两侧各加宽 400 mm。如图 5所示 。
郑州黄河公铁两用桥合建段包括主桥及滩地公铁 合建段引桥 ,桥梁长度为 9 1761548 m。
2 主要技术标准
( 1 )铁路主要技术标准 铁路等级 :客运专线 ; 正线数目 :双线 ; 设计速度 :线下部分 350 km / h; 线间距 : 510 m; 最小曲线半径 :一般 9 000 m ,困难 7 000 m; 最大坡度 :一般 12‰,局部地段不超过 20‰; 桥梁设计活载 : ZK活载 。 ( 2 )公路主要技术标准
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肖海珠 高宗余
(中铁大桥勘测设计院有限公司 , 湖北武汉 430050)
Structura l D esign on M a in Part of Y ellow R iver Ra il2Road Br idge in Zhengzhou
413 主要计算结果
主要支反力计算结果如表 1所示 。
表 1 主要支反力
kN
位置 墩号 恒载
活载 max m in
最不利组合 max m in
主力组合 max m in
0 7 726 3 826 - 1 103 12 548 5 438 11 751 6 456
1 37 028 9 619 - 1 938 47 708 32 981 47 017 34 666
郑州黄河公铁两用大桥为京广铁路客运专线及河 南省中原黄河公路大桥跨越黄河的共用桥梁 ,桥位距 下游京珠高速公路黄河大桥约 6 km。中原黄河公路 大桥北起河南省新乡市境内原阳县原武镇 ,接现国道 G107线 ,向南跨越黄河 ,与新建的 G107 辅道相接 ,全 长 221691 km。
郑州黄河公铁两用桥为京广客运专线 DK642 + 8001684～DK657 + 6851583段 ,铁路桥包括主桥 、公铁 合建段引桥及分建铁路引桥部分 ,线路长度为 141885 正线公里 ,桥梁长度为 14 8861687 m。
收稿日期 : 2007 - 06 - 20 第一作者简介 :肖海珠 (1970—) ,男 , 1992 年毕业于西南交通大学桥梁 与地下工程系 ,工程硕士 ,高级工程师 。
公路等级 :一级 ,双向六车道 ; 设计速度 : 100 km / h; 公路纵坡 :最大纵坡 3% ; 桥涵设计荷载 :公路 Ⅰ级 ,并满足河南省地方标准 的要求 。 公路 桥 梁 主 桥 总 宽 3215 m , 桥 面 布 置 如 图 1 所示 。
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(121105 + 5 ×168 + 121105 ) m 六塔连续钢桁结合梁 斜拉桥 ,联长 1 08211 m;第二联为 ( 120195 + 3 ×120 +
120195) m 连续钢桁结合梁桥 ,联长 60119 m。本文主 要介绍主桥第一联结构设计 (如图 2所示 ) 。
成桥状态结构各部位边界条件为 :纵向仅在 4 号 墩顶边 、中桁处设置纵向限位支座 ,其余为活动支座 ; 横向仅在中桁下设置横向限位支座 ,边桁为活动支座 ;
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图 3 主梁横断面布置 (单位 : cm )
下层铁路桥面为双线客运专线 ,线间距为 7 m。 主桁上下弦杆均为箱形截面 ,其中边桁弦杆采用 平行四边形截面 ,中桁采用矩形截面 。上弦杆高 1 200 mm ,宽 940 mm ,板厚 20～50 mm。与主塔连接节点处 将中桁上弦杆加宽至 1 400 mm。上弦杆顶面焊接 <22 mm 的剪力钉与混凝土桥面板结合 。如图 4所示 。
桥面板采用 C60 高性能混凝土 ,现场预制存放 , 待收缩徐变大部分完成后架设 。桥面铺设防水层 ,提 高桥面板的耐久性 。公路桥面铺装采用 SMA 表面层 (4 cm 厚 )加改性沥青混凝土下面层 (5 cm 厚 ) 。
( 4 )铁路桥面板设计 铁路桥面为正交异性整体钢桥面板 。节点处设节
点横梁 ,间距 12 m;节点横梁腹板高 1144 m ,板厚 12 mm;翼板宽 400 mm ,板厚 24 mm。节点之间设节间横 梁 ,间距 3 m ,腹板高 1144 m ,板厚 12 mm;翼板宽 300 mm ,板厚 16 mm。
图 6 主桁腹杆断面 (单位 : cm )
主桁采用整体节点 ,上下弦杆四面等强对接拼装 。 箱形腹杆与节点板对拼 , H 形腹杆采用插入式拼接 。 中桁上弦节点与主塔连接处 ,节点板向上延伸 ,与主塔 根部四面对拼 。斜拉索锚固于中桁上弦杆内 。如图 7 所示 。
上弦节点处设置钢横撑连接三片桁 ,横撑采用工 字形截面 ,高 400 mm ,宽 260 mm。在支点处设横向连 接系 。主桁钢材采用 Q370qE。
桥塔竖向分块 ,塔根部 715 m 长为一段 ,锚固区一 段长 315 m 左右 ,塔顶一块长 6 m。节段最大吊重 33 t,各节段工厂制造 ,现场栓接 。如图 9所示 。
图 8 公路桥面板示意 (单位 : cm )
桥面板内布置纵 、横预应力 ,横向沿全桥均匀布 置 。纵向预应力钢束采用 12 - <s 15124钢绞线 。横向 预应力钢束采用 5 - <s 15124钢绞线 ,间距 40 cm。
图 2 主桥立面布置 (单位 : m )
31 2 结构设计
( 1 )支撑体系
支撑体系为塔梁固结 ,墩梁分离 。 4 号墩处设置
纵向约束支座 , 3号 、5号墩设置纵向阻尼装置 ,与 4号
墩一起承担列车制动力及地震力 。 ( 2 )主桁设计 钢桁梁采用无竖杆的三角形桁式 ,桁高 14 m ,节
间距 12 m。横向布置为三片桁 ,中桁垂直 ,边桁倾斜 , 倾斜角度为 141036°。主桁下弦间距为 815 m ,桁宽 17 m;主桁上弦间距为 12 m ,桁宽 24 m。
图 1 路幅布置 (单位 : cm )
( 3 )地震动峰值加速度 0115 g。 ( 4 )通航标准 通航要求为 Ⅳ (2)级通航标准 ,净空高度为 8 m。 ( 5 )最高通航水位 采用 2056年水平 1 /10的洪水位 + 96106 m (黄海 高程 ) 。 ( 6 )设防水位 采用 2056年水平桥位处 22 000 m3 / s设计洪水位 + 96176 m (黄海高程 ) 。
上层公路桥面宽 3215 m ,路幅布置为 : 015 m (防
撞栏杆 ) + 215 m (硬路肩 ) + 3 ×3175 m (行车道 ) +
0175 m (路缘带 ) + 015 m (防撞栏杆 ) + 115 m (中间 带 ) + 015 m (防撞栏杆 ) + 0175 m (路缘带 ) + 3 ×3175 m (行车道 ) + 215 m (硬路肩 ) + 015 m (防撞栏杆 ) 。
X iao Haizhu Gao Zongyu
摘 要 对郑州黄河公铁两用桥的工程概况 、主要技术标准 ,主桥的结构设计 、静力计算 、施工安装 工艺进行了介绍 ,对大桥的主要技术特点进行了总结 。
关键词 公铁两用桥 三桁构造 斜主桁 钢桁结合梁 钢主塔 正交异性板铁路桥面
1 工程概况
4 静力计算
411 计算模型
采用空间有限元程序 3D 2bridge软件进行计算 ,公 路桥面板及铁路桥面按板单元模拟 ,杆件采用梁单元 。 全桥结构离散如下 :结点总数 23 701,梁单元 (含塔及 斜拉索 ) 5 168个 ,板单元 16 578个 。主从节点数 1 083 个 ,约束方程 34 656个 。