郑州黄河公铁两用桥技术创新.pdf

郑州黄河公铁两用桥技术创新 高宗余 3 文章编 号 1003 4722 2010 05 0003 04 郑州黄河公铁 两用桥技术创新 高 宗余 中铁 大桥 勘测 设计 院有 限公 司 湖北 武汉 430050 摘 要 郑 州黄 河公铁 两 用桥 在 桥 式 结 构及 施 工方 法 方 面进 行 了诸 多创 新 该桥 主桥 分 2 联 布置 第 1 联 为 120 5 168 120 m的六塔 连续 钢桁 结合 梁斜拉 桥 第 2 联 为 5 120 m的连 续钢桁 结合 梁桥 主桥上 层桥 面为 6 车 道公 路 下层 为 双 线 高速 铁 路 上 下层桥 面 宽度 相 差 悬 殊 主桥上 部 结构采 用新 型斜桁 结构 三 片主桁 边桁斜 置 公路 桥 面采 用预 制 混凝 土板与 钢主桁 直接 结合 无纵横 梁 无平联 铁路 桥 面首 次采 用 多横 梁 无纵 梁 正 交异 性整 体 钢桥 面 桥 塔 采 用 钢 结构 塔 梁 固结 单 索面斜拉 索锚 固在主 桁 的上 弦杆 内 该桥 采 用顶推 法施 工钢桁 梁 关键 词 公 路铁路 两用桥 斜 拉桥 结 合 梁 桥 塔 顶推 法 架桥 技 术创新 中 图分 类号 U 448 121 文 献标 志码 A T ec h n i c a l In n o vati on s of Z h en gzh o u H ua n gh e R i ver R a i l c um R oa d B ri d ge G A OZ o n g y u Chi na R ai l w ay M ajor Bri dge R ec onnai ssanc e D esi gn Insti tute Co Ltd W uhan 430050 C hi na A bstrac t A n um ber of tec h ni c al i n no vati on s i n c on n ec ti on w i th the bri d ge type b ri dge stru c tu re an d c on stru c ti o n m eth od s h ave been m ad e for Z h en gzh o u H u an gh e R i ver R ai l CU re R oad B ri dg e T h e m ai n b ri dge o f the B ri dg e i s arran ged i n 2 c o nti nu ou s un i ts o f w hi c h th e 1 st u ni t i s a 6 p yl on c on ti n uo us steel truss c om posi te g i rder c ab l e stayed bri dg e h avi ng span arran gem ent 120 5 168 120 m and th e 2n d u ni t i s a c o nti n uou s steel tru ss c om p osi te g i rder bri dg e h av i ng sp an arran gem en t 5 1 20 m T h e u pp er dec k of the m ai n bri d ge ac c om m odates si x l ane roadw ay w h i l e the l ow er dec k ac c om m odates do u bl e trac k s h i gh speed rai l w ay B ec au se th e d e si gn ed w i dth of the u pp er an d l ow er dec k s di ffers d ram ati c al l y th e new type of th e i n c l i n ed tru ss stru c ture m ade u p of three m ai n tru sses w i th si de on es set i n i nc l i ned po si ti o ns i s used for th e sup erstru c ture of the m ai n b ri d ge T he road w ay dec k i s a struc ture on w h i c h th e p rec ast c on c rete sl abs are di rec tl y c om po si ted w i th th e steel m ai n tru sses that do not have stri n gers c rOss beam s and l ateral brac i ng s T he rai l w ay dec k i s for th e fi rst ti m e desi gn ed as an i ntegra l orth otropi c steel dec k th at em pl o ys m u l ti p l e c ross b eam s an d does n ot em p l oy stri ng ers T h e py1o n8 are th e steel stru c tu res that are ri g i d l y fi x ed w i th th e steel tru ss g i rd ers th e si ng l e p l an e stay c abl es are an c h ored i n th e u pp er c h ord s of the m ai n tru ss struc tu re and th e steel truss gi rders of the B ri dg e are erec ted b y the i n c rem ental l a un c h i ng m etho d K ey w ords rai l c ure road bri d ge c ab l e stayed b ri dg e c om po si te g i rd er py l o n i n c rem enta1 l au nc h i n g m eth od tec h ni c al i nn ovati o n 收稿 日期 2O1O一07 21 作 妻 介 高 妻 余 1964一 男 教 授 级 高 工 1985年 毕 业 于 西 南 交 通 大 学 铁 道 桥 梁 专 业 工 学 学 士 2007年 毕 业于 华中 科 技 大 学 桥梁 与 隧 道 工 程 专 业 工学博士 gaoz brdi c om c n 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 4 桥梁建设 2010 年第 5 期 1 概述 郑州黄河公铁两用桥 以下简称郑黄桥 是京广 高速铁路和郑州一新乡城际公路跨越黄河的共用桥 梁 距下 游郑州 黄河公 路二 桥约 6 km m 公 铁合 建 段长 9 177 km 上层桥面通行双 向 6 车道 1 级公 路 设计时速 100 km h 下层桥面通行双线铁路 设 计 时速 350 km h 针 对 桥 址处 的建 桥 条件 和 桥 梁 的使用特点 该桥在方案构思和结构设计方面进行 了诸 多创新 2 技 术创新 2 1 桥式创新 黄 河主槽 冲淤 改道及 变迁 频繁 根 据统计 及试 验资料 桥址处主桥长度需覆盖 1 7 km 长的范围 郑黄桥主桥全长 1 684 35 m 分 2 联布置 图 1 第 1 联为 120 5 168 120 m 的六塔连续钢桁 结合梁斜拉桥 第 2 联为 5 120 m 的连续钢桁结合 梁桥 其中第 1 联基本覆盖了现状河道 桥式布置 既满 足 了防洪要求 又 突出重 点 主次 分 明 为克服 长联结构的温度力效应对基础 的影响 支承体系采 用塔 梁固结 塔 墩分离 主梁采用钢桁结合梁 铁 路桥面采用正交异性钢桥 面 公路桥面采用预制混 凝 土板 第 1 联采用 斜拉索 加劲 主梁具 有竖 向刚度 大 梁端转角小 整体性好 利于高速行车 公路桥面 铺装易于维护的特点 为了不增加桥面宽度 便于 与主梁连接 桥塔采用钢结构 设置于 中央分隔带 斜拉索为单索面扇形布置 2 2 结构创新 图 1 郑 州 黄 河公 铁 两 用 桥 主 桥 桥 式 布 置 2 2 1主桁及杆件 我国已建成的公铁两用桥如武汉长江大桥 南 京长江大桥都为两线铁路与四线公路的组合 也存 在公路桥面 比铁路桥面宽 的问题 当时的设计 主 桁均采用 竖直布置 主桁外 采用钢 挑臂支 撑公路 桥面 郑黄桥 上层 通行 六 线 公 路 桥 面 宽 32 5 m 下 层 通行 双线客 运 专线 线 间距 5 m 公 路 铁 路 桥 面 宽相差 约 15 5 m 方案研究 时进 行 了多 方案 比较 沿袭传统的设计采用直桁外加挑臂 的构造形式 如图 2 所 示 挑 臂长 达 7 75 m 该 方案 设计 难度 大 构造 复杂 经济性及景观效果均较差 采用直 桁 减小挑臂 桁宽增加到 24 rn 该方案造成铁路桥 面浪费 钢料增加约 3 5 t m 经济性差 经过详细的技术经济比较 最终决定采用三片 主桁 边桁斜置方案 图 3 中桁减小 了公路桥面的 计算跨度并可与钢桥塔直接拼接 公路桥面悬臂长 4 25 m 无需设置托架 上弦桁宽 2 12 m 下弦桁 宽 2 8 5 In 边桁倾斜 14 036 相应地边桁杆件 均 采 用 平 行 四边 形 截 面 图 4 上 弦 杆 高 1 200 m m 宽 940 m m 板厚 20 50 m m 下弦杆高 1 400 m m 宽 940 m m 板厚 16 50 m m 2 2 2 2公 路桥 面 7 7 50 8 500 8 50 0 7 l l I l I l Il一 u H 一 量 l 盏 i I 厂 r l 1 r r r l l 8 500 I 8 500 I 单位 圈 2直桁 结构横 断面布置 4 2 50 12 000 12 000 4 250 图 3 斜 桁 结 构 横 断 面 布 置 早 期 公 铁 两 用 桥 的 公 路混 凝 土 板 不 与 主 桁结 合 上弦 平面 内设 置纵 横 梁 及 平面 联 结 系 混 凝 土 板不参与总体受力 只起桥面系 的功能 如 图 5 所 示 桥面板纵向设置若干断缝 整体性差 桥面后期 养护 工作 量较大 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 郑 州黄河公铁两用桥技术创新 高宗余 5 图 4 上弦杆横断面 100 24 0 95 50 9 5 240 105 单 位 am 图 5 某桥断面示意 为充 分 发挥 混 凝 土桥 面 板 的作 用 提 高结 构 刚 度 郑 黄桥 主桥公 路 桥 面板 直 接 与 钢桁 梁 的上 弦杆 通过 剪力钉 结合在 一起 桥 面板下 不设 置纵 横梁桥 面 系 也不设 置平 面联 结系 只在上 弦节 点处 设置横 撑杆作 为 主桁 间的 连 接 见 图 6 这 种 桥 面设 计 的 显著优 点 刚度 大 整 体 性 好 构造 简 单 传 力直 接 施工便捷 易于检查 维修 结构简洁 节约钢材 364 92 1 24 4fi 单位 c m 图 6 公 路 混 凝 土 桥 面 板 断 面 示 意 桥面板 采用 C 60 高性 能混 凝 土 现场 预制 存 放 半年 以上 悬 臂端 板厚 18 CITI 跨 中板 厚 35 c m 上 弦杆顶 设梗胁 加厚 桥 面板 内布置 纵 横 向预应力 纵 向预 应力 钢束 采用 12一 声 15 24 钢 绞 线 横 向预应 力 钢束 采用 5 4 15 24 钢 绞线 2 2 3 铁路桥 面 早 期公 铁 两用 桥 的铁 路 桥 面均 采 用 明桥 面 自 京沪高速铁路南京大胜关长江大桥开始 我 国高速 铁路 钢桥开 始采 用 整体 性 好 刚度 大 的 正交 异 性板 整体钢桥面 1 郑 黄桥 的桥 面构造 在南京 大胜 关长 江大桥 的基 础上再 次进行 了优 化 取 消 了轨道 下纵梁 工 厂加工 制造更 加方便 传力 更加 直接 外观 更加 简洁 同时 加 强 了纵 向 U 形肋 的 设计 肋 高 由普 通 加劲 肋 260 m m 加 高到 400 m m 板 厚采用 10 m m 横 梁 间距 3 m 节 点 横 梁 腹 板 高 1 44 m 板 厚 12 m m 翼板 宽 400 m m 板 厚 24 ra m 节问横 梁腹板 高 1 44 m 板 厚 12 m m 翼 板 宽 300 m m 板 厚 16 m m 铁路 桥面道碴槽板 与整体桥面采 用剪力 钉联 结 铁路钢桥面断面示意见图 7 中 桁 中 心 线 图 7 铁 路 钢 桥 面 断 面 示 意 2 2 4 桥塔及斜索锚固 为 了不 增 加公 路 桥 面宽 度 桥 塔 设置 于 中央分 隔带 上 由于 尺寸所 限 须 采用 钢结 构 立面 为 人 字形 构造 图 8 采用 钢箱 结构 墩 顶 处 中桁 上 弦相 邻的 2 个节点的节点板向上延伸 与桥塔根部四面 对拼 图 9 a 塔高 37 m 每个 桥塔布置 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 1 5 m 箱 内 隔板 间距 4 m 塔 根 部双 箱 间距 12 m 单 箱 尺寸 为 1 5 m 2 0 121 茎握啦鲎匾 堑 回 固 1 7fi 1卜 I 一 2 j 单位 图 8 桥 塔 结 构 示 意 a 桥塔与上弦杆连接节点 b 斜索锚固节点 图 9 上弦桥塔及斜索锚 固示意 1 堂 晰 姒 桥 一 一T 引 上一 横 一 一 辫 一一 一凶 匿 撂 阻 器 一一茵 蛰 一 一 卜 叫 叶 吲 刽 十 上 0 吐 1 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 6 桥梁建设 2010 年第 5 期 桥 塔竖 向分块 塔 根部 7 5 m 长 为一 段 锚 固 区一段长 3 5 m 左右 塔顶一块长 6 m 节段最大 吊重 33 t 各节段 由工厂制造 在现场栓接 单索面斜拉索在主桁上的锚固细节也是设计面 临的一个难题 采用双侧拉板锚固必须分割混凝土 桥面板 这会造成结构耐久性的问题 锚管延伸至 节点下 方面 临着 张拉 空间 问题 经过详 细地分 析论 证 最后采用斜拉索锚 固在上弦杆 内的构造方式 图 9 b 2 2 5 主要计 算结果 活载作用下 竖向挠度及挠跨 比见表 1 活载作 用下梁端转角 rad 见表 2 计算分析表 明 主桥最 大挠跨 比为 1 2 557 最 大梁端 转角 为 1 219 rad 结构设计符合高速铁路 350 km h 的行车要求 表 1 活载作 用下竖 向挠度及挠跨比 3 施工 方法创 新 钢桁梁桥常见施工方法为梁上 吊机悬臂架设 郑 黄桥 主跨 168 Yn 经 计 算 跨 中须设 置 临时 墩 水 中临时 墩 的施 工 以及 成桥 后 拔 除难 度 较 大 对黄 河 的行洪 也不利 经 分 析研 究 最 后 决定 采 用 顶推 法 施 工 在 7 号 8 号墩之 间设置钢桁梁散拼施工平 台 支架 在 1 6 号墩旁设顶推托架及滑道梁 首 先用龙 门 吊机 在 支 架 上 散 拼 安 装 108 m 长 前导梁 再将导梁向 0 号墩方向顶推 然后在拼装平 台上散拼钢桁梁杆件形成钢梁节间 再整体顶推钢 梁节间 1 个循 环完成 7 或 8 个钢梁节间的拼装顶 推施工 钢梁顶推完成后 拆除墩旁托架分配梁 在支座 位置每 片桁 利用 4 台 500 t千斤 顶 1个墩共 计 12 台 将钢桁 梁顶起 拆 除支 撑 垫石 位 置处 滑 道 梁 安 装正式支座 将钢梁转换至正式支座 主桥顶推施 工 见 图 10 图 10 主桥 顶 推 施 工 随后架 设预制 混凝 土公路 桥面板 现浇湿 接缝 张拉 预应力 安装 钢桥塔 斜拉 索挂设 张拉 然后进 行公 路桥 面系和铁 路桥 面系 等施工 4 结 语 郑州黄 河公铁 两用 桥建设 规模大 设计 时速高 针对