中國高速客運專線鐵路大跨度鋼橋介紹

2009武漢國際橋梁科技論壇中國高速客運專線鐵路大跨度鋼橋高宗余

中鐵大橋勘測設(shè)計院有限公司2009.10武漢中國高速客運專線鐵路大跨度鋼橋目

錄一、前言二、幾座高速客專大跨度鋼橋工程三、大跨度鋼橋技術(shù)發(fā)展中鐵大橋勘測設(shè)計院有限公司中國高速客運專線鐵路大跨度鋼橋一、前

言中鐵大橋勘測設(shè)計院有限公司中國高速客運專線鐵路大跨度鋼橋一、前言隨著我國“中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃”和“十一五”規(guī)劃的陸續(xù)實施，目前有一大批高速客運專線鐵路正在建設(shè)中。我國幅員遼闊，大江大河眾多，隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，水上航運也越來越繁忙，因此，橋梁跨度也越來越大。上世紀90年代以來，我國一直在進行高速客運專線鐵路大跨度鋼橋的研究設(shè)計工作。中鐵大橋勘測設(shè)計院有限公司中國高速客運專線鐵路大跨度鋼橋一、前言橋梁是鐵路客運專線重要工程結(jié)構(gòu)，對于客運專線列車運行的平穩(wěn)性、旅客乘坐舒適性和安全性具有重要影響。目前，客運專線大跨度橋梁，除必須滿足傳統(tǒng)的強度、剛度要求外，首要考慮的是需要更好的旅客舒適性和更高的耐久性。中鐵大橋勘測設(shè)計院有限公司中國高速客運專線鐵路大跨度鋼橋二、幾座高速客專大跨度鋼橋工程中鐵大橋勘測設(shè)計院有限公司中國高速客運專線鐵路大跨度鋼橋二、大跨度鋼橋簡介主要介紹跨越長江、黃河的幾座客運專線大橋，包括武漢天興洲長江大橋、南京大勝關(guān)長江大橋、鄭州黃河公鐵兩用大橋、京滬高速鐵路濟南黃河大橋、安慶鐵路長江大橋等。經(jīng)過技術(shù)及經(jīng)濟性比選，上述幾座大橋均采用了能夠提供良好剛度條件的鋼桁梁結(jié)構(gòu)。鋼桁梁結(jié)構(gòu)是鐵路大跨度橋梁最常采用的結(jié)構(gòu)形式，為了滿足大跨、重載、高速行車的要求，在幾座大橋的設(shè)計、施工中采用了大量的新材料、新結(jié)構(gòu)、新工藝和新設(shè)備。中鐵大橋勘測設(shè)計院有限公司中國高速客運專線鐵路大跨度鋼橋二、大跨度鋼橋簡介1、武漢天興洲公鐵兩用長江大橋武

漢

天

興洲長江大橋是公鐵兩用橋，它是武漢鐵路樞紐內(nèi)的第二過江通道，同時也是武漢市城市三環(huán)線的過江通道。大橋位于武漢長江二橋下游9.5公里的天興洲江段

。中鐵大橋勘測設(shè)計院有限公司中國高速客運專線鐵路大跨度鋼橋二、大跨度鋼橋簡介大橋通行4線鐵路，6車道城市公路。4線鐵路中，2線為京廣客運專線，橋上設(shè)計車速為200km/h以上；另2線為I級鐵路。中鐵大橋勘測設(shè)計院有限公司中國高速客運專線鐵路大跨度鋼橋二、大跨度鋼橋簡介主橋采用主跨504m的雙塔斜拉橋，全長1092m。斜拉索按扇形索布置。加勁梁采用鋼桁梁。中鐵大橋勘測設(shè)計院有限公司中國高速客運專線鐵路大跨度鋼橋二、大跨度鋼橋簡介加勁梁采用鋼桁梁，雙層橋面，上層為公路，下層為鐵路。主桁為公路橋面板與主桁相結(jié)合的板－桁結(jié)合梁新結(jié)構(gòu)，桁寬30m。主桁設(shè)計為三片桁結(jié)構(gòu)。由于橋面較寬，荷載大，為了減小桿件內(nèi)力、簡化橫聯(lián)結(jié)構(gòu)，提高橫梁剛度。桁高15.2m、節(jié)間長度14m。中鐵大橋勘測設(shè)計院有限公司中國高速客運專線鐵路大跨度鋼橋二、大跨度鋼橋簡介主桁桿件鋼材：Q370q-E，最大板厚50mm。主桁采用焊接整體節(jié)點結(jié)構(gòu)形式，主桁桿件弦桿均采用帶加勁肋的箱形截面，斜桿和豎桿采用箱形或工字型截面。中鐵大橋勘測設(shè)計院有限公司中國高速客運專線鐵路大跨度鋼橋二、大跨度鋼橋簡介上層公路橋面在橋梁兩端各168m范圍內(nèi)設(shè)計為混凝土板，中間756m長范圍內(nèi)為鋼正交異性板結(jié)構(gòu)，混凝土板和鋼正交異性板均和鋼桁架的上弦桿頂板連接而共同受力。邊跨設(shè)計為較重的混凝土橋面板的目的是平衡活載作用下邊墩及輔助墩的負反力。中鐵大橋勘測設(shè)計院有限公司中國高速客運專線鐵路大跨度鋼橋二、大跨度鋼橋簡介由于運行高速客運專線列車，鐵路橋面采用道碴橋面，預(yù)制混凝土道砟槽，并通過剪力釘與縱梁結(jié)合。明橋面示意中鐵大橋勘測設(shè)計院有限公司中國高速客運專線鐵路大跨度鋼橋二、大跨度鋼橋簡介主塔:采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，倒Y形,承臺以上高度為190米；中鐵大橋勘測設(shè)計院有限公司中國高速客運專線鐵路大跨度鋼橋二、大跨度鋼橋簡介在兩主塔下橫梁頂面與桁梁之間設(shè)置阻尼裝置，以傳遞并減小列車制動及地震時產(chǎn)生的順橋向作用力和位移，同時不能阻礙溫度變化時產(chǎn)生的位移變化，實現(xiàn)多種作用效應(yīng)下結(jié)構(gòu)位移-力響應(yīng)的綜合控制。采用流體阻尼器和磁流變液阻尼器相結(jié)合的混合控制方案。中鐵大橋勘測設(shè)計院有限公司中國高速客運專線鐵路大跨度鋼橋二、大跨度鋼橋簡介斜拉索：平行高強鋼絲索體系，鋼絲采用抗拉強度為1670MPa的φ7mm鍍鋅鋼絲。在主塔兩側(cè)各布置16根，全橋共192根，斜拉索截面設(shè)計類型共分8種，最大為

451-φ7mm。中鐵大橋勘測設(shè)計院有限公司中國高速客運專線鐵路大跨度鋼橋二、大跨度鋼橋簡介主塔基礎(chǔ)：均采用φ3.4m鉆孔灌注樁，2號墩為柱樁，32根，樁長約60m，3號墩為摩擦樁，40根，樁長80m；承臺厚6m，塔座厚5m。承臺采用雙壁鋼吊箱圍堰施工。中鐵大橋勘測設(shè)計院有限公司中國高速客運專線鐵路大跨度鋼橋二、大跨度鋼橋簡介主要施工方案：１.

主塔墩基礎(chǔ)采用雙壁鋼吊箱圍堰法施工。鋼圍堰定位：3#墩圍堰采用定位船的方法定位。2#墩錨墩預(yù)施拉力方法定位。中鐵大橋勘測設(shè)計院有限公司中國高速客運專線鐵路大跨度鋼橋二、大跨度鋼橋簡介2.

主橋鋼梁架設(shè)法:采用整節(jié)段拼裝。一個節(jié)間最大吊重為700噸。中鐵大橋勘測設(shè)計院有限公司中國高速客運專線鐵路大跨度鋼橋二、大跨度鋼橋簡介2、南京大勝關(guān)長江大橋南京長江大橋南京大勝關(guān)長江大橋是京滬高速鐵路的控制工程，也是滬漢蓉鐵路的越江通道，同時通行南京市雙線地鐵。距南京長江大橋約20公里。南京長江三橋大勝關(guān)長江大橋中鐵大橋勘測設(shè)計院有限公司中國高速客運專線鐵路大跨度鋼橋二、大跨度鋼橋簡介大橋全長9.273公里，其中兩岸長江大堤之間正橋與南岸引橋共3.674公里按六線設(shè)計（即：高速雙線、滬漢蓉雙線、南京地鐵雙線），北岸5.599公里引橋按高速雙線、滬漢蓉雙線鐵路設(shè)計。京滬高速鐵路設(shè)計速度目標值300公里/小時.南引橋北引橋正橋5.599km3.674km四

線六

線全長9.273km中鐵大橋勘測設(shè)計院有限公司中國高速客運專線鐵路大跨度鋼橋二、大跨度鋼橋簡介大橋主橋采用（108+192+336+336+192+108）m六跨連續(xù)鋼桁梁拱橋，北岸淺水區(qū)采用2聯(lián)2×84m連續(xù)鋼桁梁結(jié)構(gòu)布置。中鐵大橋勘測設(shè)計院有限公司中國高速客運專線鐵路大跨度鋼橋二、大跨度鋼橋簡介鋼桁梁采用三片主桁結(jié)構(gòu)，主桁間距為15m，四線鐵路合建于桁內(nèi)，滬漢蓉和京滬客運專線分置于中桁上下游側(cè)，南京地鐵外掛主桁于橫梁懸臂上。南京地南京地鐵京滬高速鐵路滬漢蓉鐵路15m鐵15m中鐵大橋勘測設(shè)計院有限公司中國高速客運專線鐵路大跨度鋼橋二、大跨度鋼橋簡介桿件最大軸力約9330噸，選用Q420qE等級鋼材，最大板厚選用60mm，桿件最大重量116噸。鋼材種類Q420qEQ370qEQ345qD位置軸力超過40MN的受壓拱肋桿件及節(jié)點板其它主桁桿件、橋面系聯(lián)結(jié)系及輕軌縱梁、托架Note:

Q420qE

表示其屈服強度為

420MPa.紅線表示

Q420中鐵大橋勘測設(shè)計院有限公司中國高速客運專線鐵路大跨度鋼橋二、大跨度鋼橋簡介吊桿

橫截面為切角矩形。?

最長的吊桿

52m，工廠分3段制造，工地栓接。?

為抑制風(fēng)振，采取了3個措施：1)

箱形截面:

增大剛度和自振頻率。2)氣動外形:

橫截面切去4角，提高渦振的臨界風(fēng)速。3)預(yù)留安裝阻尼器的位置：根據(jù)需要安裝附加阻尼器。中鐵大橋勘測設(shè)計院有限公司中國高速客運專線鐵路大跨度鋼橋二、大跨度鋼橋簡介鋼梁安裝?

鋼桁拱：采用墩旁托架固定雙伸臂施工，墩頂?shù)跛魉茌o助安裝，爬行吊機吊裝桁拱構(gòu)件，整體橋面采用水上船舶運輸，垂直吊裝。?

平弦鋼桁梁：采用臨時墩輔助安裝，全伸臂架設(shè)。中鐵大橋勘測設(shè)計院有限公司中國高速客運專線鐵路大跨度鋼橋二、大跨度鋼橋簡介3、鄭州黃河公鐵兩用大橋鄭州黃河公鐵兩用橋是京廣客專鐵路、鄭州-新鄉(xiāng)城際公路跨越黃河的特大公鐵兩用橋，橋位距下游京珠高速公路鄭州黃河大橋約6公里。中鐵大橋勘測設(shè)計院有限公司中國高速客運專線鐵路大跨度鋼橋二、大跨度鋼橋簡介全長：鐵路橋：14886m。公路橋：11575m。中鐵大橋勘測設(shè)計院有限公司中國高速客運專線鐵路大跨度鋼橋二、大跨度鋼橋簡介主橋:?布置方式：上下雙層，公路在上層，鐵路在下層。?設(shè)計速度：鐵路350

km/h，公路100

km/h。?分兩聯(lián)布置，總長1684

m。第一聯(lián)：

120+5×168+120

m六塔部分斜拉連續(xù)鋼桁結(jié)合梁方案。第二聯(lián)：

5×120

m連續(xù)鋼桁結(jié)合梁方案。中鐵大橋勘測設(shè)計院有限公司中國高速客運專線鐵路大跨度鋼橋二、大跨度鋼橋簡介主橋上層公路橋面寬32.5m，下層雙線客運專線的線間距7m。橫向布置為三片桁，中桁垂直，邊桁傾斜。公路橋面為混凝土板，鐵路橋面為正交異性整體鋼橋面板。橫向：下弦桁間距8.5m，上弦桁間距12m。中鐵大橋勘測設(shè)計院有限公司中國高速客運專線鐵路大跨度鋼橋二、大跨度鋼橋簡介鋼桁梁施工：第一聯(lián)采用頂推法施工。中鐵大橋勘測設(shè)計院有限公司中國高速客運專線鐵路大跨度鋼橋二、大跨度鋼橋簡介4、京滬高速鐵路濟南黃河大橋中鐵大橋勘測設(shè)計院有限公司中國高速客運專線鐵路大跨度鋼橋二、大跨度鋼橋簡介主橋采用等高度的剛性梁柔性拱方案，跨度布置為112+3×168+112

m。大橋按高速雙線設(shè)計，兩岸臨黃大堤淤背區(qū)之間（含河道）部分為京滬高速和太青客運專線四線共建。中鐵大橋勘測設(shè)計院有限公司中國高速客運專線鐵路大跨度鋼橋二、大跨度鋼橋簡介大橋剛性主梁采用帶豎桿的等高度三角形桁架，柔性拱肋按圓曲線布置主橋橫向采用兩片主桁，為改善橫梁及豎桿的受力狀態(tài)，主桁豎桿設(shè)計為帶“K”撐的結(jié)構(gòu)，橋面采用正交異性整體鋼橋面板。中鐵大橋勘測設(shè)計院有限公司中國高速客運專線鐵路大跨度鋼橋二、大跨度鋼橋簡介5、寧安城際鐵路安慶長江大橋橋位橋位距上游已建成的安慶長江公路大橋約21km。中鐵大橋勘測設(shè)計院有限公司中國高速客運專線鐵路大跨度鋼橋二、大跨度鋼橋簡介總體布置方案全長2996.8m主橋主跨

580m中鐵大橋勘測設(shè)計院有限公司中國高速客運專線鐵路大跨度鋼橋二、大跨度鋼橋簡介?主橋主梁采用三桁構(gòu)造，桁寬28m。中鐵大橋勘測設(shè)計院有限公司中國高速客運專線鐵路大跨度鋼橋索梁錨固：二、大跨度鋼橋簡介主桁上弦節(jié)點兩側(cè)節(jié)點板向上延伸，之間焊接鋼錨箱的拉板結(jié)構(gòu)形式。構(gòu)造簡潔傳力直接，制造、檢驗和斜索安裝操作都

較方便。中鐵大橋勘測設(shè)計院有限公司中國高速客運專線鐵路大跨度鋼橋二、大跨度鋼橋簡介主塔：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),高210m。主塔基礎(chǔ)：36根Ф3.0m鉆孔樁，長108m。承臺為圓形，直徑53m。中鐵大橋勘測設(shè)計院有限公司中國高速客運專線鐵路大跨度鋼橋三、大跨度鋼橋技術(shù)發(fā)展中鐵大橋勘測設(shè)計院有限公司中國高速客運專線鐵路大跨度鋼橋三、大跨度鋼橋技術(shù)發(fā)展京滬高速鐵路、京廣客運專線設(shè)計速度目標值均為350km/h，根據(jù)橋位處線路及行車條件，各橋設(shè)計速度目標值如下：設(shè)計速度目標值項目天興洲大橋

大勝關(guān)大橋

鄭州黃河橋

濟南黃河橋200

300

350

350設(shè)計速度目標值（km/

h）中鐵大橋勘測設(shè)計院有限公司中國高速客運專線鐵路大跨度鋼橋三、大跨度鋼橋技術(shù)發(fā)展設(shè)計活荷載項目天興洲大橋大勝關(guān)大橋鄭州黃河橋濟南黃河橋主跨(m)5043361681682

線客運專線

2

線高速鐵路

2

線客運專線

2

線高速鐵路鐵路公路2

線I級鐵路

2

線I級鐵路2

線I級鐵路6車道/6車道/輕軌/2

線輕軌34.7//活載值(t/m)35.119.128.8中鐵大橋勘測設(shè)計院有限公司中國高速客運專線鐵路大跨度鋼橋三、大跨度鋼橋技術(shù)發(fā)展針對大跨度橋梁“大跨、高速、重載”的需求特點，在幾座大橋的設(shè)計中，采用了多項新技術(shù)。中鐵大橋勘測設(shè)計院有限公司中國高速客運專線鐵路大跨度鋼橋三、大跨度鋼橋技術(shù)發(fā)展1、新材料橋

名武漢大橋

南京大橋

九江大橋

蕪湖大橋

天興洲大橋

大勝關(guān)橋圖

片主跨（m）1281602163125042004.092009336開工日期

1955.09通車日期

1957.101960.01

1973.12

1997.031968.12

1996.09

2000.092006.07已合攏鋼材種類運營荷載鋼材(萬t)A3q2鐵4公2.1416Mnq2鐵4公6.6515MnVN2鐵4公5.6814MnNb2鐵4公9.60Q370Q370+Q4204鐵6公12.154鐵2軌20.12中鐵大橋勘測設(shè)計院有限公司中國高速客運專線鐵路大跨度鋼橋三、大跨度鋼橋技術(shù)發(fā)展南京大勝關(guān)長江大橋根據(jù)主桁結(jié)構(gòu)不同部位的受力狀況，選用不同強度等級的鋼材。軸向壓力較大的拱肋桿件采用高強度、高韌性、良好焊接性能的Q420qE鋼板，其余主桁桿件以及聯(lián)結(jié)系、橋面結(jié)構(gòu)采用Q370qE材質(zhì)的鋼板。中鐵大橋勘測設(shè)計院有限公司中國高速客運專線鐵路大跨度鋼橋三、大跨度鋼橋技術(shù)發(fā)展2、新結(jié)構(gòu)2.1

三片主桁空間桁架結(jié)構(gòu)由于搭載多線鐵路或公路荷載，南京大勝關(guān)大橋、武漢天興洲大橋和鄭州黃河大橋均采用了三片主桁的空間桁架結(jié)構(gòu)。采用設(shè)置三片主桁的桁架結(jié)構(gòu)減小了主桁桿件內(nèi)力，有利于桿件的制造和運輸，克服了對鋼材強度等級的更高要求。中鐵大橋勘測設(shè)計院有限公司中國高速客運專線鐵路大跨度鋼橋三、大跨度鋼橋技術(shù)發(fā)展2.2

鋼正交異性板整體橋橋面橋面結(jié)構(gòu)和軌道的平順性是橋梁能否滿足高速行車性能的關(guān)鍵因素，傳統(tǒng)的明橋面系統(tǒng)已不能滿足200km/h以上的高速行車要求。南京大勝關(guān)長江大橋、鄭州黃河大橋、濟南黃河大橋均采用了鋼正交異性橋面板的結(jié)構(gòu)。中鐵大橋勘測設(shè)計院有限公司中國高速客運專線鐵路大跨度鋼橋三、大跨度鋼橋技術(shù)發(fā)展2.3

組合鋼桁梁新結(jié)構(gòu)天興洲大橋公路橋面兩端168m為預(yù)制混凝土板，目的是克服邊墩及錨墩的負反力。其余為鋼正交異性板橋面。在鋼桁梁橋中采用正交異性鋼板與混凝土板混合橋面的新結(jié)構(gòu)。鄭州黃河公鐵大橋公路橋面采用預(yù)制混凝土板，鐵路橋面采用鋼正交異性板，與鋼桁梁形成組合結(jié)構(gòu)共同受力。中鐵大橋勘測設(shè)計院有限公司中國高速客運專線鐵路大跨度鋼橋三、大跨度鋼橋技術(shù)發(fā)展２.4

橋上大位移軌道溫度調(diào)節(jié)器和梁端伸縮裝置橋梁上軌道及梁端伸縮調(diào)節(jié)裝置直接關(guān)系到高速列車通過橋梁時的行車性能和舒適度。武漢天興洲長江大橋、南京大勝關(guān)長江大橋和鄭州黃河大橋均采用了伸縮量800-1000毫米的橋梁軌道溫度調(diào)節(jié)器和梁端伸縮裝置。軌道溫度調(diào)節(jié)器中鐵大橋勘測設(shè)計院有限公司中國高速客運專線鐵路大跨度鋼橋三、大跨度鋼橋技術(shù)發(fā)展2.5

大噸位鑄鋼球形支座多線鐵路大跨度橋梁恒、活載重量大，支座反力大。列車過橋時速高，支座除滿足承載力要求外，應(yīng)具有良好的位移和轉(zhuǎn)動性能。以南京大勝關(guān)長江大橋為例，該橋主跨中桁下支座采用了承載力18000t的大噸位球型支座。中鐵大橋勘測設(shè)計院有限公司中國高速客運專線鐵路大跨度鋼橋三、大跨度鋼橋技術(shù)發(fā)展2.6

大噸位阻尼器天興洲公鐵兩用長江大橋采用了大噸位流體阻尼器和磁流變液阻尼器的混合阻尼控制方案。其中，流體阻尼器的最大阻尼力為2000KN，磁流變液阻尼器的最大阻尼力為4