淺談林織鐵路納界河大橋主體鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

戴曉春, 徐 勇, 陳 列, 何庭國(guó), 許 敏

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川成都 610031)

1 工程概況

新建林歹(南)至織金鐵路是川貴鐵路的重要連接線，連接貴州省清鎮(zhèn)市與織金縣，是一條客貨共線單線鐵路。納界河特大橋在清鎮(zhèn)市與織金縣交界處跨越納界河谷，橋址處溶蝕、侵蝕深切河谷地貌，兩岸地形高陡，河谷呈“V”型峽谷。溝谷地帶河底最低標(biāo)高為910 m左右，兩邊山體最大標(biāo)高1 243 m，相對(duì)高差10～330 m，橋高約320 m，橋址區(qū)無便道相通，交通極為不便。圖1為大橋建成照片。

主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：

(1)鐵路等級(jí)：Ⅱ級(jí)。(2)橋上線路：?jiǎn)尉€，有砟軌道。(3)設(shè)計(jì)活載：中—活載。(4)旅客列車設(shè)計(jì)行車速度：120 km/h。(5)牽引種類：電力。(6)地震烈度：地震動(dòng)峰值加速度0.05g，反應(yīng)譜特征周期0.35 s。

2 大橋總體布置

2.1 橋跨布置

納界河大橋主橋采用352 m上承式鋼桁拱，引橋及拱上梁跨布置為3×24 m+32 m簡(jiǎn)支梁+2×48 m預(yù)應(yīng)力混凝土T構(gòu)+(11×24.7 m)鋼-混結(jié)合連續(xù)梁+2×48 mT構(gòu)+7×

圖1 納界河特大橋

32 m簡(jiǎn)支梁，橋梁全長(zhǎng)810.1 m。

主橋拱圈采用為變桁寬、變桁高的提籃式鋼桁結(jié)構(gòu)，拱上建筑由12個(gè)鋼箱桁式結(jié)構(gòu)立柱和一聯(lián)11×24.7 m鋼—混結(jié)合連續(xù)梁組成，兩端采用2×48 m預(yù)應(yīng)力混凝T構(gòu)與引橋簡(jiǎn)支梁銜接。圖2為大橋立面布置圖。

圖2 大橋立面布置(單位:m)

2.2 建筑材料

主拱圈拱桁采用材質(zhì)為Q370qE級(jí)鋼材，拱上立柱、拱上梁及主拱圈平縱聯(lián)及橫向連接系采用材質(zhì)為Q345qE級(jí)鋼材。

3 主橋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

大橋?yàn)橹骺?52 m的單線鐵路橋，橋面寬度僅為7.0 m，為保證列車通過大橋時(shí)運(yùn)行安全性和乘坐舒適性，需要橋梁具有較大的橫向剛度。設(shè)計(jì)中采用了大傾角變桁寬提籃拱式構(gòu)造，拱上立柱按照相同的角度內(nèi)傾，拱上鋼—混組合梁通過外伸式橫梁與拱上立柱連接。

3.1 主拱圈設(shè)計(jì)

主拱圈為提籃鋼桁拱結(jié)構(gòu)，由左右兩片鋼拱桁結(jié)構(gòu)和平聯(lián)及橫聯(lián)組成。拱圈拱趾處中心跨度為352 m，拱桁豎直面內(nèi)矢高為64.5 m，矢跨比為1/5.457，拱軸線立面投影為懸鏈線[1]，拱軸系數(shù)m=1.5。拱桁內(nèi)傾角為8.378 67°，拱趾處拱桁橫向中心距為27.0 m，拱頂處拱桁橫向中心距8.0 m。拱桁為變高度N型桁架，拱桁平面內(nèi)拱趾處拱桁平面內(nèi)桁高13.0 m，拱頂處桁高為8.0 m，節(jié)間水平投影長(zhǎng)度8.233 3 m。圖3為主拱圈結(jié)構(gòu)圖。

圖3 主拱圈結(jié)構(gòu)(單位:m)

3.1.1 拱桁設(shè)計(jì)

拱桁弦桿采用焊接箱型截面，截面內(nèi)寬1 600 mm，內(nèi)高1 200 mm，板厚28～50 mm，為滿足板件局部穩(wěn)定性要求，截面內(nèi)側(cè)設(shè)縱向加勁肋，加勁肋寬250 mm。

拱桁腹桿采用焊接H形截面，由于弦桿寬度達(dá)1 600 mm，與之相連接的H型腹桿的水平板難以滿足局部穩(wěn)定性要求，腹桿與主節(jié)點(diǎn)連接端采用變寬構(gòu)造，主桁節(jié)點(diǎn)板內(nèi)腹桿截面寬度為1 598 mm，主桁節(jié)點(diǎn)外腹桿截面寬度為1 152 mm，變寬處設(shè)2道橫向隔板[2]，翼緣板高度為720 mm，板厚度有28～32 mm。

拱桁弦桿節(jié)點(diǎn)均采用整體節(jié)點(diǎn)形式，弦桿均采用四面對(duì)拼拼接，腹桿采用插入節(jié)點(diǎn)板內(nèi)拼接，拱桁拼接采用M30高強(qiáng)螺栓。上弦典型桿件構(gòu)造見圖4。

圖4 上弦桿件構(gòu)造(單位:m)

3.1.2 聯(lián)接系設(shè)計(jì)

由于主拱圈為提籃式變桁高結(jié)構(gòu)，平縱聯(lián)、橫聯(lián)與拱桁間空間關(guān)系非常復(fù)雜，設(shè)計(jì)中根據(jù)相應(yīng)的弦桿角度將平聯(lián)節(jié)點(diǎn)板進(jìn)行彎折，并結(jié)合弦桿的內(nèi)傾角度調(diào)整上下節(jié)點(diǎn)板的尺寸實(shí)現(xiàn)其連接。

拱桁上弦和下弦平面內(nèi)均設(shè)平縱聯(lián)，保證截面的整體性與拱圈的穩(wěn)定[3]。平縱聯(lián)在拱桁橫向中心距較大的上弦A1～A13和下弦E2～E13節(jié)點(diǎn)間為“K”型布置，其余為“X”型布置。平縱聯(lián)斜桿采用焊接箱形截面，截面外高560 mm，外寬500 mm，板厚20 mm；平聯(lián)橫撐在“K”型布置區(qū)采用箱型截面，外高592 mm，寬420～580 mm，板厚16～28 mm。

拱圈每三個(gè)節(jié)間設(shè)兩處“V”型橫聯(lián)，增加截面的抗扭轉(zhuǎn)剛度。全橋共設(shè)28處。橫聯(lián)桿件采用焊接箱形截面，截面外高380 mm，外寬284～444 mm，板厚12～16 mm。

3.2 拱上立柱設(shè)計(jì)

拱上立柱采用鋼結(jié)構(gòu)桁架式橋墩，墩柱與拱桁上弦整體節(jié)點(diǎn)采用四面對(duì)拼拼接方式，墩柱間設(shè)“X”形橫向連接系以增加拱上墩的橫向剛度。全橋共設(shè)12個(gè)拱上立柱，其中拱上①立柱最高為36.944 6 m。

拱上立柱橫向與拱桁采用相同的角度內(nèi)傾，內(nèi)傾角度β=8.378 67°。

為便于桿件運(yùn)輸和架設(shè)，墩柱長(zhǎng)度控制在11.0 m以內(nèi)，墩柱階段間采用四面對(duì)拼拼接。圖5為拱上立柱構(gòu)造示意圖。

圖5 拱上立柱結(jié)構(gòu)示意(單位:mm)

立柱桿件采用焊接箱形截面，截面內(nèi)寬均為1 600 mm，①立柱截面內(nèi)高1 200 mm，②立柱截面內(nèi)高1 000 mm，其余立柱截面內(nèi)高900 mm，板厚24～32 mm，為滿足板件局部穩(wěn)定要求，截面內(nèi)側(cè)設(shè)縱向加勁肋，加勁肋寬240 mm，板厚24 mm。

拱上①～④立柱間設(shè)“X”型橫聯(lián)，橫聯(lián)桿件采用焊接H形截面，普通橫聯(lián)桿件截面外寬700 mm，翼緣寬520 mm，板厚24 mm。

3.3 拱上鋼混—組合梁設(shè)計(jì)

拱上梁采用一聯(lián)11×24.7 m鋼—混連續(xù)結(jié)合梁，全長(zhǎng)269.8 m，其梁端與引橋簡(jiǎn)支梁采用2×48 m預(yù)應(yīng)力混凝土T構(gòu)銜接。為提高整橋的橫向剛度并在拱上立柱中合理分配列車制動(dòng)力，除梁端設(shè)縱向活動(dòng)支座外，其余拱上梁與立柱間均設(shè)縱向固定支座。

3.3.1 主梁斷面形式

主梁采用鋼主梁與鋼筋混凝土橋面板共同受力的結(jié)合梁，傳剪器為圓柱頭焊釘。結(jié)合梁梁高2.3 m，鋼梁高2.0 m，混凝土橋面板厚0.3 m，橋面設(shè)2 %的橫向坡度，邊跨結(jié)合梁支承于T構(gòu)梁端懸臂伸出的牛腿上部分梁高1.4 m，鋼梁高1.1 m。主梁構(gòu)造見圖6。

圖6 主梁截面(單位:mm)

3.3.2 主梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

鋼主梁采用單箱單室截面，跨中正彎矩區(qū)段設(shè)計(jì)為U型開口截面，支點(diǎn)附近負(fù)彎矩區(qū)內(nèi)設(shè)計(jì)為箱形閉口截面。鋼主梁梁高2.0 m，U型開口截面腹板中心距為3.0 m，腹板厚16 mm，邊跨梁端處腹板加厚至24 mm；底板寬3 080 mm，板厚24 mm；上翼緣板寬600 mm，板厚36 mm；箱形閉口截面腹中心距為3.0 m，腹板厚16 mm。為滿足腹板局部穩(wěn)定性要求，開口截面腹板內(nèi)側(cè)每隔1.5 m左右設(shè)1道200 mm×20 mm的橫向加勁肋，為限制截面的畸變和橫向變形[4]每隔6 m左右設(shè)1道橫梁，橫梁腹板高1 940 mm。

3.3.3 混凝土橋面板及剪力釘

主梁橋面板采用C50現(xiàn)澆鋼筋混凝土，橋面板施工時(shí)先澆筑每一跨跨中12.7 m范圍內(nèi)的混凝土，待其強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的95 %以上后再澆筑其余部位混凝土，以減少負(fù)彎矩區(qū)橋面板混凝土的拉應(yīng)力，使得成橋后結(jié)構(gòu)處于更好的受力狀態(tài)。

混凝土橋面板通過焊接在U形截面主梁上及橫梁上翼緣、箱型截面頂板上的剪力釘和鋼梁共同受力，剪力釘采用φ22 mm的圓柱頭焊釘。

4 鋼結(jié)構(gòu)防腐涂裝

鋼結(jié)構(gòu)外露表面涂裝按照TB/T 1527-2011《鐵路鋼橋保護(hù)涂裝及涂料供貨技術(shù)條件》要求的第7套體系的相關(guān)要求執(zhí)行，底漆為3道40 μm的特質(zhì)環(huán)氧富鋅防銹底漆，中間漆為2道40 μm的環(huán)氧云鐵漆，面漆為2道35 μm的氟碳漆，涂層總的干膜厚度為270 μm。

5 主橋鋼結(jié)構(gòu)施工方案

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地形和橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)，通過安全性和經(jīng)濟(jì)性的比選，將鋼梁拼裝及吊裝場(chǎng)地設(shè)于織金岸側(cè)，鋼梁采用“纜索吊裝、吊扣分離、散件拼裝”的吊裝方案[3-5]。臨時(shí)架空索道系統(tǒng)由三跨二組承重纜索組成，索道中跨458 m，設(shè)有50 t主索道和5 t工作索道?？鬯飨到y(tǒng)布置于48 m預(yù)應(yīng)力混凝土T構(gòu)0#段頂(交界墩頂)，設(shè)置7組雙索面扣錨索。圖7為主拱圈跨中合龍照片。

圖7 主拱圈合龍

6 結(jié)束語

林織鐵路納界河特大橋是我國(guó)已建成第一座鐵路上承式鋼桁拱橋，也是目前世界最大跨度的單線鐵路上承式鋼桁拱橋，大橋設(shè)計(jì)合理、經(jīng)濟(jì)性好、外形優(yōu)美，與當(dāng)?shù)鬲?dú)特的生態(tài)環(huán)境渾然一體[6]，是我國(guó)近年來山區(qū)鐵路的代表性拱橋建筑。

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[2] 趙廷衡.橋梁鋼結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)[M].成都:西南交通大學(xué)出版社,2011.

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