京沪高速铁路济南黄河大桥主桥设计

文章编号:1003-4722(2006)S2-0094-03

京沪高速铁路济南黄河大桥主桥设计

张 强

(中铁大桥勘测设计院有限公司,湖北武汉430050)

摘 要:京沪高速铁路济南黄河大桥的主桥桥式方案选择时充分考虑了水文及高速行车对结构的要求,采用刚性梁柔性拱方案。重点介绍了新型带K 撑的主桁结构及正交异性整体式桥面在该桥的应用。

关键词:铁路桥;钢桥;桥式方案;正交异性板;桥面;桥梁设计中图分类号:U448.13;U448.36

文献标识码:A

Design of Main Bridge of Ji c nan Huanghe River Bridge

on Beijing 2Shanghai High Speed Railway

ZHANG Q iang

(China Zhongtie Major Br idge Reconnaissance &Design Institut e Co.,Ltd.,Wuhan 430050,China)

Abstr act:At the time the bridge type alternative for the main bridge of Ji'n an H uanghe River Bridge on Beijing 2Shanghai H igh Speed Railway was selected,the hydr ologic conditions at the Bridge site,the requirements for the structure accommodating to the high speed running trains were fully consider ed and the bridge type of r igid girder and flexible arch was finally chosen for the main bridge.In this paper,the application of the new type of main tr uss structure with K 2struts and monolithic orthotr opic deck to the bridge is mainly dealt with.

Key words:railway bridge;steel bridge;bridge type alternative;orthotropic plate;deck;bridge design 收稿日期:2006-10-11

作者简介:张 强(1976-),男,工程师,1998年毕业于西南交通大学桥梁工程专业,学士学位。

1 引 言

京沪高速铁路济南黄河大桥是京沪高速铁路跨越黄河的通道,可研阶段主桥按京沪双线桥开展研究。为节约有限的桥位资源,减小对黄河行洪排凌的影响,根据铁道部相关会议精神,初步设计阶段主桥按京沪高速和太青客运专线四线共建考虑。济南位于黄河下游河段,河道水少沙多、淤积严重。桥址处河道属弯曲性的河道,其特点是河道窄而弯曲多,弯曲半径小。工程修建后,对行洪排凌的影响、对河床形态的调整和洪水期水位的表现,以及河道的淤积等问题均需要开展研究。

京沪高速铁路是我国设计时速最高的客运铁路。本桥设计时速为350km/h 。为保证列车运营

安全和舒适,设计中对桥式方案、主桁结构及桥面形式等均进行了分析。2 主桥孔跨布置

在进行主桥孔跨布置之前,对桥址处的河势演变进行了分析。受两岸控导工程和险工控制,中水河槽和河势溜向已初步得到控制,因此河势变化研究时以近期河势及河道统测断面资料为主。

通过比较河段1980~2001年主溜线变迁图,选用了6个年份的汛末主溜线套绘河势图,确定桥位主溜宽度为250m 。桥址下游1.2km 的郑家店断面的河道边界条件与桥位处相似,借鉴郑家店断面的1980~2001年河道统测断面资料,确定桥位处主

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槽的摆动幅度为600m。

根据上述分析结果,初步拟定了(112+2@168 +112)m桥式布置进行河工模型试验。按河工模型试验结果,枯水期排凌要求主孔跨应紧靠北临黄大堤前以利排凌,因此主孔整体向北平移,以主桥边跨跨越北临黄大堤,同时为满足主孔总长不小于600m的防洪要求,桥式布置改进为(112+3@168 +112)m。按黄委会对济南河段的孔跨要求,南岸滩地采用不小于50m的孔跨。以改进后的桥式方案重新进行河工模型试验,试验结果表明:洪水过程中桥位断面有桥与无桥方案调整状况相差不大,有桥方案的排冰效果基本与无桥方案相同。

济南河段为堆积性河道,长期看主槽和滩地基本呈同步抬升趋势。为确保防洪安全,目前采用大堤加高培厚的方法。1999年底小浪底水库投入运用,其调节径流泥沙的运行方式将在一定年限范围内对下游河段的冲淤造成影响,使河道下切,减少了部分淤积。根据黄河水利科学研究院进行的水文泥沙分析,桥址处未来50年总的预计淤积高度为4.0 m,在不影响桥长及纵断面布置的条件下,按5.04 m预留此部分大堤加高后的建筑高度。

3主孔桥式方案比较

根据5京沪高速铁路设计暂行规定6(简称暂规)的要求,在ZK活载作用下,跨度大于80m的梁,采用有碴桥面时,梁端竖向折角不应大于2j,梁体的竖向挠跨比($/l p)限值为1/1000。预应力混凝土梁轨道铺设后,梁的徐变上拱不宜大于20mm。

可研阶段提出过预应力混凝土连续梁、预应力混凝土部分斜拉桥和连续钢桁梁方案。预应力混凝土连续梁方案结构变形均满足暂规要求,但因梁高较高,主孔轨底高程较钢桁梁方案高出5.1m,导致正桥两边的纵坡随之加大,增加了基础的工程数量,并且对长期运营能耗不利。同时,因梁体质量较重,对结构的抗震不利。而部分斜拉桥方案,梁体的收缩徐变对结构线形的影响较难控制,最终也予以舍弃。钢桁梁方案进行了变高度连续钢桁梁及等高度刚性梁柔性拱方案的对比,见图1、图2。

两方案主要计算结果比较见表1。

图1变高度连续钢桁梁方案

图2等高度刚性梁柔性拱方案

表1两方案主要计算结果

竖向挠跨比$/l p

中跨边跨

梁端转角/j 变高度连续钢桁梁方案1/15651/2060 1.576

等高度刚性梁柔性拱方案1/29221/2128 1.604较变高度连续钢桁梁方案,等高度刚性梁柔性拱方案不仅在提高钢梁竖向刚度上具有明显优势;由于桁高的降低使腹杆的长度减少,杆件受力更为合理;单根杆件的最大重量也较变高度连续钢桁梁方案为小;杆件的制造与安装更加方便。因此,桥式方案最终确定为等高度刚性梁柔性拱方案。

4主桁断面设计

根据可研阶段的研究结论,初步设计阶段未进行方案的比选,按刚性梁柔性拱方案开展四线桥的相关设计工作。刚性主梁采用带竖杆的等高度三角形桁架,桁高16.0m,节间14.0m。柔性拱肋按圆曲线布置,矢高30.0m,矢跨140.0m,矢跨比1/4.67,拱肋在拱脚与支点处斜杆通过节点相连。因主桁宽度大,初步设计时就30m总桁宽采用两桁和三桁进行计算分析,其断面布置见图3、图4。

主要静力计算分析结果见表2。

图3两桁方案主桁断面布置

图4三桁方案主桁断面布置

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