第57卷第11期 铁道建 Vol.57 No 11 2017年11月 Railway Engineering November 2017 文章编号:1003-1995(2017)11-0001-06 我国铁路斜拉桥的实践与设计参数研究 陈良江 (中国铁路经济规划研究院,北京100081 摘要总结了近十多年我国铁路建设中斜拉桥的应用实践、设计创新、存在的问题和设计特点,提出 了各种斜拉桥结构形式的适用范围,分析了铁路荷载类型及加载规定、多线折减系数、疲劳取值、梁端转 角、轨面变形控制、动力性能等相关问題。结合国内外已建成的铁路斜拉桥相关参数,提岀了我国铁路 斜拉桥的刚度标准建议。对各类斜拉桥的结构创新、新材料的应用等方面进行了展望。研究结果为今 后铁路斜拉桥技术标准的确定及建设提供借鉴。 关键词铁路斜拉桥;设计参数;结构形式;荷载;疲劳;刚度;动力性能 中图分类号U442.51;U238文献标识码ADOI:10.3969/j.iss.1003-1995.2017.11.01 1铁路斜拉桥的发展与实践 桁的空间桁架新结构,减小了主桁杆件的内力和尺寸 有利于制造、运输和吊装。沪通铁路长江大桥采用的 1.1铁路斜拉桥的实践 新材料—Q500qE高性能钢(口,为更大跨度和荷载 斜拉桥在国外铁路的应用不多。20世纪90年代铁路桥梁的修建提供了强有力的技术支撑。 日本北陆新干线修建了3座跨度100m左右的斜拉 自从钢正交异性板整体桥面在南京大胜关长江大 桥;2000年,欧洲厄勒海峡建成了主跨490m的公铁桥首次应用以来,多座大跨度铁路斜拉桥采用了这种 两用斜拉桥;2008年,意大利米兰高速铁路修建了主新结构。铁路部门研制并成功应用了伸缩量800 跨192m的混凝土斜拉桥 1200mm的桥梁轨道温度调节器和梁端伸缩装置、近 20世纪80年代,我国铁路在广西红水河修建了2万t的大位移支座、200N的流体阻尼器和400kN 一座以混凝土梁作为加劲梁的铁路斜拉桥,并安全运的磁流变液阻尼器等新设备。武汉天兴洲长江大桥采 营至今。90年代初期,在芜湖公铁两用长江大桥主跨用了钢梁整节段架设工艺,郑州黄河公铁两用大桥采 312m斜拉桥的建设中,对可用于铁路的斜拉桥桥型 用了钢桁梁顶推法施工,铜陵长江大桥采用了钢梁桁 以及桥梁刚度限值的研究,为斜拉桥在国内铁路桥梁 片整体安装等新工艺 建设中的应用奠定了基础。从随后武汉天兴洲公铁两 随着一系列新材料、新结构、新设备、新工艺的应 用长江大桥主跨采用504m斜拉桥开始,斜拉桥桥型 用,我国铁路斜拉桥建设取得了重大突破,显著促进了 已成为大跨度公铁两用桥、铁路桥建设的选用桥型之 截至2016年底,我国铁路已建或在建的斜拉桥已铁路斜拉桥建造技术的发展。 经超过40座。其中,跨度500m以上的达10座,最大 1.3设计中存在的问题 跨度为1092m。斜拉桥应用跨度已从%6m发展到接 随着我国国民经济的持续发展,铁路建设获得了 近1100m,特别是天兴洲、黄冈、安庆、铜陵等长江大 新的发展机遇。斜拉桥作为一种具有较大跨越能力的 桥的建成,突破了高速铁路一般不采用柔性结构的桥型,在未来的铁路建设中必然占有一席之地。斜拉 禁区 桥的跨度已超过列车长度,而设计活载及加载长度、多 1.2铁路斜拉桥的设计创新 线铁路疲劳计算方法、主梁竖横向刚度选取、轨道变形 天兴洲、安庆、铜陵、沪通等长江大桥采用3片主控制等重要设计指标,在现行规范中没有充分和明确 的说明,新材料、新结构的使用缺乏遵循的原则,铁路 斜拉桥建设中尚存在着一桥一议、重复进行科研论证 收稿日期:2017-08-28;修回日期:2017-09-16 基金项目:中国铁路总公司科技研究开发计划(2016G002-1) 等问题。因此,尽快总结我国已建铁路斜拉桥的建设 作者简介:陈良江(196—),男,教授级高级工程师,硕士 经验和科研成果,制订国内有关规范和标准,显得十分 迫切
第 ５７ 卷 第 １１ 期 ２０１７ 年 １１ 月 铁 道 建 筑 Ｒａｉｌｗａｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｖｏｌ.５７ Ｎｏ.１１ Ｎｏｖｅｍｂｅｒ ２０１７ 文章编号:１００３￣１９９５(２０１７)１１￣０００１￣０６ 我国铁路斜拉桥的实践与设计参数研究 陈良江 (中国铁路经济规划研究院ꎬ北京 １０００８１) 摘 要 总结了近十多年我国铁路建设中斜拉桥的应用实践、设计创新、存在的问题和设计特点ꎬ提出 了各种斜拉桥结构形式的适用范围ꎬ分析了铁路荷载类型及加载规定、多线折减系数、疲劳取值、梁端转 角、轨面变形控制、动力性能等相关问题ꎮ 结合国内外已建成的铁路斜拉桥相关参数ꎬ提出了我国铁路 斜拉桥的刚度标准建议ꎮ 对各类斜拉桥的结构创新、新材料的应用等方面进行了展望ꎮ 研究结果为今 后铁路斜拉桥技术标准的确定及建设提供借鉴ꎮ 关键词 铁路斜拉桥ꎻ设计参数ꎻ结构形式ꎻ荷载ꎻ疲劳ꎻ刚度ꎻ动力性能 中图分类号 Ｕ４４２.５ ＋ １ꎻＵ２３８ 文献标识码 Ａ ＤＯＩ:１０.３９６９ / ｊ.ｉｓｓｎ.１００３￣１９９５.２０１７.１１.０１ 收稿日期:２０１７￣０８￣２８ꎻ修回日期:２０１７￣０９￣１６ 基金项目:中国铁路总公司科技研究开发计划(２０１６Ｇ００２￣Ｉ) 作者简介:陈良江(１９６６— )ꎬ男ꎬ教授级高级工程师ꎬ硕士ꎮ Ｅ￣ｍａｉｌ:ｃｈｅｎｌｉａｎｇｊｉａｎｇ６６＠ １２６.ｃｏｍ １ 铁路斜拉桥的发展与实践 １ １ 铁路斜拉桥的实践 斜拉桥在国外铁路的应用不多ꎮ ２０ 世纪 ９０ 年代 日本北陆新干线修建了 ３ 座跨度 １００ ｍ 左右的斜拉 桥ꎻ２０００ 年ꎬ欧洲厄勒海峡建成了主跨 ４９０ ｍ 的公铁 两用斜拉桥ꎻ２００８ 年ꎬ意大利米兰高速铁路修建了主 跨 １９２ ｍ 的混凝土斜拉桥ꎮ ２０ 世纪 ８０ 年代ꎬ我国铁路在广西红水河修建了 一座以混凝土梁作为加劲梁的铁路斜拉桥ꎬ并安全运 营至今ꎮ ９０ 年代初期ꎬ在芜湖公铁两用长江大桥主跨 ３１２ ｍ 斜拉桥的建设中ꎬ对可用于铁路的斜拉桥桥型 以及桥梁刚度限值的研究ꎬ为斜拉桥在国内铁路桥梁 建设中的应用奠定了基础ꎮ 从随后武汉天兴洲公铁两 用长江大桥主跨采用 ５０４ ｍ 斜拉桥开始ꎬ斜拉桥桥型 已成为大跨度公铁两用桥、铁路桥建设的选用桥型之 一ꎮ 截至 ２０１６ 年底ꎬ我国铁路已建或在建的斜拉桥已 经超过 ４０ 座ꎮ 其中ꎬ跨度 ５００ ｍ 以上的达 １０ 座ꎬ最大 跨度为１ ０９２ ｍꎮ 斜拉桥应用跨度已从 ９６ ｍ 发展到接 近１ １００ ｍꎬ特别是天兴洲、黄冈、安庆、铜陵等长江大 桥的建成ꎬ突破了高速铁路一般不采用柔性结构的 禁区ꎮ １ ２ 铁路斜拉桥的设计创新 天兴洲、安庆、铜陵、沪通等长江大桥采用 ３ 片主 桁的空间桁架新结构ꎬ减小了主桁杆件的内力和尺寸ꎬ 有利于制造、运输和吊装ꎮ 沪通铁路长江大桥采用的 新材料———Ｑ５００ｑＥ 高性能钢[１] ꎬ为更大跨度和荷载 铁路桥梁的修建提供了强有力的技术支撑ꎮ 自从钢正交异性板整体桥面在南京大胜关长江大 桥首次应用以来ꎬ多座大跨度铁路斜拉桥采用了这种 新结构ꎮ 铁路部门研制并成功应用了伸缩量 ８００ ~ １ ２００ ｍｍ的桥梁轨道温度调节器和梁端伸缩装置、近 ２ 万 ｔ 的大位移支座、２ ０００ ｋＮ的流体阻尼器和 ４００ ｋＮ 的磁流变液阻尼器等新设备ꎮ 武汉天兴洲长江大桥采 用了钢梁整节段架设工艺ꎬ郑州黄河公铁两用大桥采 用了钢桁梁顶推法施工ꎬ铜陵长江大桥采用了钢梁桁 片整体安装等新工艺ꎮ 随着一系列新材料、新结构、新设备、新工艺的应 用ꎬ我国铁路斜拉桥建设取得了重大突破ꎬ显著促进了 铁路斜拉桥建造技术的发展ꎮ １ ３ 设计中存在的问题 随着我国国民经济的持续发展ꎬ铁路建设获得了 新的发展机遇ꎮ 斜拉桥作为一种具有较大跨越能力的 桥型ꎬ在未来的铁路建设中必然占有一席之地ꎮ 斜拉 桥的跨度已超过列车长度ꎬ而设计活载及加载长度、多 线铁路疲劳计算方法、主梁竖横向刚度选取、轨道变形 控制等重要设计指标ꎬ在现行规范中没有充分和明确 的说明ꎬ新材料、新结构的使用缺乏遵循的原则ꎬ铁路 斜拉桥建设中尚存在着一桥一议、重复进行科研论证 等问题ꎮ 因此ꎬ尽快总结我国已建铁路斜拉桥的建设 经验和科研成果ꎬ制订国内有关规范和标准ꎬ显得十分 迫切ꎮ
铁道建筑 第57卷 2铁路斜拉桥的设计特点 靠性,满足桥梁刚度好、噪声小、成本低、便于维修养护 等方面具有突出优点,在修建大跨度桥梁时应优先考 由于列车荷载大,运行安全性和平稳性要求高,铁虑混凝土桥梁结构。我国已建和在建的混凝土梁斜拉 路斜拉桥往往是由疲劳和结构刚度控制其设计。国外桥已达13座。2011年国内首座铁路混凝土矮塔斜拉 已建成的轨道交通斜拉桥的荷载大部分是不足4υ/m桥京沪高速铁路津沪联络线特大桥建成,跨度为 的客运轻载,往往不足我国中活载、K荷载的1/2。(64.6+2×115+64.6)m。2012年广珠城际西江特大桥 而我国铁路活载的加载强度是采用设计活载图式,特建成,为跨度(100+2×2l0+100)m独塔刚构斜拉桥。 别是客货共线单线铁路斜拉桥,如天门至潜江铁路岳在建的福州至平潭铁路跨乌龙江特大桥为跨度(144+- 口汉江跨度260m的独塔斜拉桥,活载占比更大,恒活288+144)m混凝土刚构斜拉桥,是目前国内最大跨度的 载比小,疲劳问题突岀。对于高速铁路或客运专线斜混凝土梁斜拉桥。杭长髙铁长沙枢纽西北上行线上跨 拉桥而言,虽然运营活载与客货共线铁路相比降低较武广高铁(32+80+11)m独塔斜拉桥,主梁采用混凝土 多,但桥上线路的平顺性要求更高,因此,提高主梁刚槽形梁以减小主梁高度,并采用了转体施工以减少对既 度和减小梁端转角等局部变位显得更为重要。 有高铁的影响,是真正意义上的混凝土梁斜拉桥。 铁路斜拉桥在体系处理上要提高结构整体刚度, 研究表明,混凝土箱梁斜拉桥若跨度超过300m, 就需要塔高偏大取用且有较大截面,加劲梁也应有较梁高约5m,则梁宽需增至17m,塔刚度及高度需加 大的截面刚度,尽可能设置辅助墩,提高桥梁刚度及约大。由于恒载较大,由斜拉索引入主梁的压应力较大 束主梁纵向位移等。铁路荷载大,在斜拉桥中跨满载塔墩处主梁断面压应力及跨中段主梁应力变幅都成为 时,边墩将产生很大的负反力,需采用较大的边跨,但控制条件,且主塔所承受的压应力及应力幅度也较大 却带来梁端转角过大的不利影响。为此,铁路斜拉桥随着跨度增加,混凝土收缩徐变引起的线形变化对行 往往釆用混凝土箱梁或边跨通过压重解决边墩负反力车性能的影响随之变大,更大跨度的混凝土斜拉桥将 问题。边跨配重与斜拉索张拉时机有关,如果配重后失去技术、经济上的优势 反复调整张拉力,则会将压重转变为内力,对解决负反3.2钢箱主梁斜拉桥 力问题没有帮助。 宁波铁路枢纽北环线甬江大桥的建成开创了铁路 铁路斜拉桥索、梁、塔三者之中,梁、塔自身刚度加采用箱形混合梁斜拉桥的先河。贵广(南广)铁路跨 大对结构整体刚度影响相对迟缓,斜拉索刚度的增加广州穗盐路主跨15m独塔曲线斜拉桥、川南城际铁 对提高结构整体刚度更直接有效,但它必须具备足够路宜宾临港长江大桥主跨522m公铁两用混合箱梁斜 的初始应力才能发挥作用。从天兴洲长江大桥开始,拉桥方案以及京九客专九江长江大桥南汊主航道桥采 我国铁路斜拉桥均采用较大的恒载,以适应刚度的需用的主跨672m两塔八跨四线斜拉桥方案,均为主跨 要。此外,斜拉桥的尾索所受交变应力幅度较大,往往釆用较轻的钢箱梁,边跨采用混凝土箱梁形式。其主 是疲劳设计控制的重点。 要优点体现在:边跨混凝土梁自重和刚度大,可以增强 高速铁路大量采用无砟轨道,对结构的变形要求主跨的锚固作用,减小主跨梁体内力和变形;采用整体 更加严格。国内至今仍无铁路斜拉桥铺设无砟轨道的混凝土和钢箱桥面,结构整体稳定性好,横向刚度大 应用实例(昌赣客专跨赣江主跨300m斜拉桥无砟轨边跨混凝土梁良好的压重作用消除了边跨支座负反 道应用正在试验)。如何控制斜拉桥的线形和桥上轨力;混凝土边跨提供的稳固支撑降低了活载引起的主 道形位,满足桥上铺设无砟轨道的需要,尚需进一步的跨弯矩和斜拉索力变幅,显著减小了铁路钢桥的疲劳 研究和创新。 影响;边跨采用混凝土梁有利于节省投资。 3铁路斜拉桥结构形式和使用范围 3.3钢桁主梁斜拉桥 目前已建成的铁路斜拉桥大多数采用钢桁梁,跨 铁路斜拉桥主要有以梁式桥斜拉加劲为主的混凝度从南广铁路郁江特大桥主跨228m到在建沪通铁路 土矮塔斜拉桥跨度较小的混凝土斜拉桥,大跨度钢桁长江大桥主跨l0ηm。钢桁梁的桁高、桁宽可随跨 梁、钢箱梁斜拉桥,以结合梁、钢箱与混凝土箱梁组合度、受力变化较方便地调整,以满足强度及刚度要求。 的混合梁斜拉桥等形式。其结构种类繁多,总体处于由于钢梁自重较轻,随着跨度的増加梁部质量的增加 探索阶段。 是有限的,远小于混凝土梁梁高、桥宽变化引起质量变 3.1混凝土主梁斜拉桥 化的幅度。因此,钢桁梁斜拉桥比混凝土斜拉桥适用 混凝土桥在保证高速铁路的平顺性、稳定性和可范围更广。为了提高斜拉桥的刚度,钢桁梁斜拉桥往
铁 道 建 筑 第 ５７ 卷 ２ 铁路斜拉桥的设计特点 由于列车荷载大ꎬ运行安全性和平稳性要求高ꎬ铁 路斜拉桥往往是由疲劳和结构刚度控制其设计ꎮ 国外 已建成的轨道交通斜拉桥的荷载大部分是不足 ４ ｔ / ｍ 的客运轻载ꎬ往往不足我国中￣活载、ＺＫ 荷载的 １ / ２ꎮ 而我国铁路活载的加载强度是采用设计活载图式ꎬ特 别是客货共线单线铁路斜拉桥ꎬ如天门至潜江铁路岳 口汉江跨度 ２６０ ｍ 的独塔斜拉桥ꎬ活载占比更大ꎬ恒活 载比小ꎬ疲劳问题突出ꎮ 对于高速铁路或客运专线斜 拉桥而言ꎬ虽然运营活载与客货共线铁路相比降低较 多ꎬ但桥上线路的平顺性要求更高ꎬ因此ꎬ提高主梁刚 度和减小梁端转角等局部变位显得更为重要ꎮ 铁路斜拉桥在体系处理上要提高结构整体刚度ꎬ 就需要塔高偏大取用且有较大截面ꎬ加劲梁也应有较 大的截面刚度ꎬ尽可能设置辅助墩ꎬ提高桥梁刚度及约 束主梁纵向位移等ꎮ 铁路荷载大ꎬ在斜拉桥中跨满载 时ꎬ边墩将产生很大的负反力ꎬ需采用较大的边跨ꎬ但 却带来梁端转角过大的不利影响ꎮ 为此ꎬ铁路斜拉桥 往往采用混凝土箱梁或边跨通过压重解决边墩负反力 问题ꎮ 边跨配重与斜拉索张拉时机有关ꎬ如果配重后 反复调整张拉力ꎬ则会将压重转变为内力ꎬ对解决负反 力问题没有帮助ꎮ 铁路斜拉桥索、梁、塔三者之中ꎬ梁、塔自身刚度加 大对结构整体刚度影响相对迟缓ꎬ斜拉索刚度的增加 对提高结构整体刚度更直接有效ꎬ但它必须具备足够 的初始应力才能发挥作用ꎮ 从天兴洲长江大桥开始ꎬ 我国铁路斜拉桥均采用较大的恒载ꎬ以适应刚度的需 要ꎮ 此外ꎬ斜拉桥的尾索所受交变应力幅度较大ꎬ往往 是疲劳设计控制的重点ꎮ 高速铁路大量采用无砟轨道ꎬ对结构的变形要求 更加严格ꎮ 国内至今仍无铁路斜拉桥铺设无砟轨道的 应用实例(昌赣客专跨赣江主跨 ３００ ｍ 斜拉桥无砟轨 道应用正在试验)ꎮ 如何控制斜拉桥的线形和桥上轨 道形位ꎬ满足桥上铺设无砟轨道的需要ꎬ尚需进一步的 研究和创新ꎮ ３ 铁路斜拉桥结构形式和使用范围 铁路斜拉桥主要有以梁式桥斜拉加劲为主的混凝 土矮塔斜拉桥ꎬ跨度较小的混凝土斜拉桥ꎬ大跨度钢桁 梁、钢箱梁斜拉桥ꎬ以结合梁、钢箱与混凝土箱梁组合 的混合梁斜拉桥等形式ꎮ 其结构种类繁多ꎬ总体处于 探索阶段ꎮ ３ １ 混凝土主梁斜拉桥 混凝土桥在保证高速铁路的平顺性、稳定性和可 靠性ꎬ满足桥梁刚度好、噪声小、成本低、便于维修养护 等方面具有突出优点ꎬ在修建大跨度桥梁时应优先考 虑混凝土桥梁结构ꎮ 我国已建和在建的混凝土梁斜拉 桥已达 １３ 座ꎮ ２０１１ 年国内首座铁路混凝土矮塔斜拉 桥京沪高速铁路津沪联络线特大桥建成ꎬ 跨度为 (６４ ６＋２×１１５＋６４ ６)ｍꎮ ２０１２ 年广珠城际西江特大桥 建成ꎬ为跨度(１００＋２×２１０＋１００) ｍ 独塔刚构斜拉桥ꎮ 在建的福州至平潭铁路跨乌龙江特大桥为跨度(１４４＋ ２８８＋１４４)ｍ 混凝土刚构斜拉桥ꎬ是目前国内最大跨度的 混凝土梁斜拉桥ꎮ 杭长高铁长沙枢纽西北上行线上跨 武广高铁(３２＋８０＋１１２)ｍ 独塔斜拉桥ꎬ主梁采用混凝土 槽形梁以减小主梁高度ꎬ并采用了转体施工以减少对既 有高铁的影响ꎬ是真正意义上的混凝土梁斜拉桥ꎮ 研究表明ꎬ混凝土箱梁斜拉桥若跨度超过３００ ｍꎬ 梁高约 ５ ｍꎬ则梁宽需增至 １７ ｍꎬ塔刚度及高度需加 大ꎮ 由于恒载较大ꎬ由斜拉索引入主梁的压应力较大ꎬ 塔墩处主梁断面压应力及跨中段主梁应力变幅都成为 控制条件ꎬ且主塔所承受的压应力及应力幅度也较大ꎮ 随着跨度增加ꎬ混凝土收缩徐变引起的线形变化对行 车性能的影响随之变大ꎬ更大跨度的混凝土斜拉桥将 失去技术、经济上的优势ꎮ ３ ２ 钢箱主梁斜拉桥 宁波铁路枢纽北环线甬江大桥的建成开创了铁路 采用箱形混合梁斜拉桥的先河ꎮ 贵广(南广) 铁路跨 广州穗盐路主跨 １７５ ｍ 独塔曲线斜拉桥、川南城际铁 路宜宾临港长江大桥主跨 ５２２ ｍ 公铁两用混合箱梁斜 拉桥方案以及京九客专九江长江大桥南汊主航道桥采 用的主跨 ６７２ ｍ 两塔八跨四线斜拉桥方案ꎬ均为主跨 采用较轻的钢箱梁ꎬ边跨采用混凝土箱梁形式ꎮ 其主 要优点体现在:边跨混凝土梁自重和刚度大ꎬ可以增强 主跨的锚固作用ꎬ减小主跨梁体内力和变形ꎻ采用整体 混凝土和钢箱桥面ꎬ结构整体稳定性好ꎬ横向刚度大ꎻ 边跨混凝土梁良好的压重作用消除了边跨支座负反 力ꎻ混凝土边跨提供的稳固支撑降低了活载引起的主 跨弯矩和斜拉索力变幅ꎬ显著减小了铁路钢桥的疲劳 影响ꎻ边跨采用混凝土梁有利于节省投资ꎮ ３ ３ 钢桁主梁斜拉桥 目前已建成的铁路斜拉桥大多数采用钢桁梁ꎬ跨 度从南广铁路郁江特大桥主跨 ２２８ ｍ 到在建沪通铁路 长江大桥主跨 １ ０９２ ｍꎮ 钢桁梁的桁高、桁宽可随跨 度、受力变化较方便地调整ꎬ以满足强度及刚度要求ꎮ 由于钢梁自重较轻ꎬ随着跨度的增加梁部质量的增加 是有限的ꎬ远小于混凝土梁梁高、桥宽变化引起质量变 化的幅度ꎮ 因此ꎬ钢桁梁斜拉桥比混凝土斜拉桥适用 范围更广ꎮ 为了提高斜拉桥的刚度ꎬ钢桁梁斜拉桥往 ２
第11期 陈良江:我国铁路斜拉桥的实践与设计参数研究 往采用较重的桥面系。典型的钢桁梁桥面系,一种为箱梁或钢桁梁等钢结构构件和钢筋混凝土行车道板结 纵横梁体系,在纵梁上铺设混凝土桥面板,在桥面板上合在一起,形成共同工作的钢-混凝土组合截面。根据 设置碎石道床轨道。另一种为正交异性钢桥面板,并结合后的截面形式可分为箱形钢-混凝土结合梁、主梁 与主桁结构共同受力,在正交异性钢桥面板上结合一分离式钢混凝土结合梁、板-钢桁梁结合梁等。施工时 层混凝土板,既可防止钢桥面板锈蚀,又可共同参与受主梁钢结构分段在工厂制造并在桥位拼装,混凝土板分 力。这样增加了主梁自身刚度,此外由于主梁质量増块预制吊装至桥上,现浇钢梁结构顶面的湿接缝,通过湿 加,斜拉索面积相应增加,对提高竖向刚度非常有效, 接缝处的剪力连接件和预留钢筋形成整体,共同作用。 公铁两用斜拉桥大多采用钢桁梁主梁。与单建铁 目前箱形钢-混凝土结合梁已应用于在建的昌赣 路相比,公铁两用桥因公路需要,主梁一般有较大的梁客专跨赣江主跨300m斜拉桥,以及已完成设计的新 宽或桁宽,如武汉天兴洲大桥公路桥面宽27m,因而福厦客专跨泉州湾主跨40m斜拉桥。 主梁具有较大的横向刚度,有利于减小挠度。这对满 足列车安全平稳运行至关重要,使得斜拉桥跨度可达4铁路斜拉桥的加载与疲劳 到500m甚至更大而无需专门增加桁宽或梁宽来满足4.1铁路活载类型及加载规定 横向刚度要求。 我国铁路根据线路类别分高速铁路(客运专线)、 3.4钢-混结合主梁斜拉桥 城际铁路、客货共线铁路和重载铁路。各种线路的列 钢混凝土结合梁是采用剪力连接件将钢板梁、钢车荷载图式2见表1。 表1铁路列车荷载图式 荷载图式 线路类型 图式名称 普通荷载 特种荷载 64kN/m20020020020064kN/m 250250250250 高速铁路 任意长度 48kN/m15015015015048kNm 190190190190 任意长度卩816161608任意长度 85kNm25025025025085kN/m 250250250250 客货共线铁路 ZKH 任意长度981616169任意长度 141414 852 kN/m 0225022502250285zkN/m 280z2802802280x 重载铁路 任意长度0816161608任意长度 在为图式中重做峻系距以计,10 需要加载的结构(影响线)长度超过运营列车最大加活载;异符号影响线区段长度大于15m时,可按空 编组长度时,可采用列车最大编组长度:铁路设计列车车活载10kN/m加载。用空车检算桥梁各部分构件 活载采用丕K(ZC)活载最大加载长度为550m;铁路设时,竖向活载应按10kN/m计算。疲劳验算时异符号影 计列车活载采用ZKH活载最大加载长度为970m;铁路响线区段长度内均应按活载图式中的均布荷载加载。 设计列车活载采用ZH活载最大加载长度为2700m。4.2多线折减系数 对于多符号影响线,可在同符号影响线各区段进 采用κKH或ZH活载时,双线桥梁结构活载按2 行加载。异符号影响线区段长度不大于15m时可不条线路在最不利位置承受90%活载计算;三线、四线
第 １１ 期 陈良江:我国铁路斜拉桥的实践与设计参数研究 往采用较重的桥面系ꎮ 典型的钢桁梁桥面系ꎬ一种为 纵横梁体系ꎬ在纵梁上铺设混凝土桥面板ꎬ在桥面板上 设置碎石道床轨道ꎮ 另一种为正交异性钢桥面板ꎬ并 与主桁结构共同受力ꎬ在正交异性钢桥面板上结合一 层混凝土板ꎬ既可防止钢桥面板锈蚀ꎬ又可共同参与受 力ꎮ 这样增加了主梁自身刚度ꎬ此外由于主梁质量增 加ꎬ斜拉索面积相应增加ꎬ对提高竖向刚度非常有效ꎮ 公铁两用斜拉桥大多采用钢桁梁主梁ꎮ 与单建铁 路相比ꎬ公铁两用桥因公路需要ꎬ主梁一般有较大的梁 宽或桁宽ꎬ如武汉天兴洲大桥公路桥面宽 ２７ ｍꎬ因而 主梁具有较大的横向刚度ꎬ有利于减小挠度ꎮ 这对满 足列车安全平稳运行至关重要ꎬ使得斜拉桥跨度可达 到 ５００ ｍ 甚至更大而无需专门增加桁宽或梁宽来满足 横向刚度要求ꎮ ３ ４ 钢￣混结合主梁斜拉桥 钢￣混凝土结合梁是采用剪力连接件将钢板梁、钢 箱梁或钢桁梁等钢结构构件和钢筋混凝土行车道板结 合在一起ꎬ形成共同工作的钢￣混凝土组合截面ꎮ 根据 结合后的截面形式可分为箱形钢￣混凝土结合梁、主梁 分离式钢￣混凝土结合梁、板￣钢桁梁结合梁等ꎮ 施工时 主梁钢结构分段在工厂制造并在桥位拼装ꎬ混凝土板分 块预制吊装至桥上ꎬ现浇钢梁结构顶面的湿接缝ꎬ通过湿 接缝处的剪力连接件和预留钢筋形成整体ꎬ共同作用ꎮ 目前箱形钢￣混凝土结合梁已应用于在建的昌赣 客专跨赣江主跨 ３００ ｍ 斜拉桥ꎬ以及已完成设计的新 福厦客专跨泉州湾主跨 ４００ ｍ 斜拉桥ꎮ ４ 铁路斜拉桥的加载与疲劳 ４ １ 铁路活载类型及加载规定 我国铁路根据线路类别分高速铁路(客运专线)、 城际铁路、客货共线铁路和重载铁路ꎮ 各种线路的列 车荷载图式[２]见表 １ꎮ 表 １ 铁路列车荷载图式 需要加载的结构(影响线)长度超过运营列车最大 编组长度时ꎬ可采用列车最大编组长度:铁路设计列车 活载采用 ＺＫ(ＺＣ)活载ꎬ最大加载长度为 ５５０ ｍꎻ铁路设 计列车活载采用 ＺＫＨ 活载ꎬ最大加载长度为 ９７０ ｍꎻ铁路 设计列车活载采用 ＺＨ 活载ꎬ最大加载长度为２ ７００ ｍꎮ 对于多符号影响线ꎬ可在同符号影响线各区段进 行加载ꎮ 异符号影响线区段长度不大于 １５ ｍ 时可不 加活载ꎻ异符号影响线区段长度大于 １５ ｍ 时ꎬ可按空 车活载 １０ ｋＮ/ ｍ 加载ꎮ 用空车检算桥梁各部分构件 时ꎬ竖向活载应按 １０ ｋＮ/ ｍ 计算ꎮ 疲劳验算时异符号影 响线区段长度内均应按活载图式中的均布荷载加载ꎮ ４ ２ 多线折减系数 采用 ＺＫＨ 或 ＺＨ 活载时ꎬ双线桥梁结构活载按 ２ 条线路在最不利位置承受 ９０％活载计算ꎻ三线、四线 ３
铁道建筑 第57卷 桥梁结构活载按所有线路在最不利位置承受80%活表4国内外已建成的部分大跨铁路(公铁或公轨)桥梁挠跨比 载计算;四线以上桥梁结构活载按所有线路在最不利 位置承受75%活载计算 桥名 大桥特征主跨/最大活载 竖向挠度竖向 挠跨比 采用丕K或ZC活载时,双线桥梁结构按2条线路 在最不利位置承受100%的活载计算。多于2线的桥 巴拉拿河桥阿根廷主梁钢箱梁3009401/350 梁结构应按以下2种情况最不利者考虑:按2条线路在 塞弗林桥德国双线独塔钢3020.6701/450 最不利位置承受100%的ZK或ZC活载,其余线路不承 箱斜拉桥 受列车活载;所有线路在最不利位置承受75%的活载 萨瓦河桥南斯拉夫双线铁路2540501/500 4.3疲劳计算 疲劳加载原则上按照《铁路桥涵设计基本规范》 岩黑岛桥 公铁两用 日本桁梁斜拉桥420 0.970 1/435 (TB10002--2017)和《铁路桥梁钢结构设计规范》 柜石岛桥日本公铁两用钢4201001396 (TB10002.2-2005)进行,有关系数取值见表2及表3。 公轨共用, 但在实践中也可作些调整,对于多线公铁两用斜拉桥,上长江中国双幅钢箱梁7301.37150 疲劳加载铁路计两线,公路仅计单车道。疲劳荷载组 芜湖长江 公铁两 合包括恒载和活载,公路疲劳荷载在组合时可取0.75 搭斜拉桥3120560150 的折减系数。 线铁路 表2双线铁路不同列车下钢梁双线系数%a 长江大桥 钢桁斜拉桥 0.5411/799 椒江特大桥中国 四线高铁 钢桁斜拉桥480 (客货共线/高速/城际铁路列车) (重载铁路列车) 2/5374/8593/52/53/74/85/93/5 1.008 1.121.131.161.191.211.211.231.271.311.34 宁安安庆 中国 两线中-活 580 注:δ1/62为一线加载时,按杠杆原理计算,2片主桁(或主梁)各自 长江桥 两线城铁 承受的荷载比 沪通公铁两 用长江大桥 中国两线中活 1.5401/709 表3多线铁路不同列车下钢梁多线系数y 桥梁的横向刚度,一般以宽跨比(B/L)来表示 线路数量 客货共线/高速/城际铁路列车 重载铁 般选用B/L≥1/20,日本新干线规定橫向刚度取竖向 三线 刚度的1/2,表5列出了国内外已建成的几座大跨度 四线 2.15~2.30① 铁路或公铁两用桥横向挠跨比指标 表5铁路斜拉桥(公铁两用斜拉桥)设计的横向挠跨比 桥名 跨度组成/m 横向挠跨比 2.80 岩 黑岛桥 公铁 185+420+185 注:①下限为全部高速/城际铁路,上限为全部客货共线铁路,中间 柜石岛桥 185+420+185 l/1273 部分可内插。②n为桥上客货共线铁路的线路数量,N为桥上 椒江特大桥铁路 l/2400 线路总数 韩家沱长江大桥铁路98+196+504+196+ 天兴洲长江大桥公铁98+196+504+196+981/4000 5铁路斜拉桥变形和轨道形位控制 铜陵长江大桥公铁90+240+630+240+901/4960 5.1主梁刚度标准建议 长江大桥 铁路50+50+224672+174+1/435 50+50+50 铁路斜拉桥设计中,控制主梁竖、横向刚度与梁端 沪通公铁两用 长江大桥 公铁90+240+630+240+9 l/1932 转角非常重要。表4列出了国内外已建成的几座大跨 度铁路或公铁两用桥竖向挠跨比指标{4。 注:横向挠跨比对应的荷载组合为列车荷载+摇摆力+离心力+0.75 有车风力+0.6温度力。 从国内外已经建成的公铁两用桥情况看,斜拉桥 的挠跨比在1/350~1/800之间。这些桥梁的挠跨比 从表5可知,除日本岩黑岛桥外,其他的铁路斜拉 远远小于有关规范关于中小跨度铁路桥梁的规定值,桥横向挠跨比均小于1/1200。考虑到我国列车荷载 但这些桥梁的运营情况均很好,建议铁路斜拉桥竖向较大,建议我国铁路斜拉桥横向挠跨比以200 挠跨比采用1/600,公铁两用斜拉桥采用1/500 为宜
铁 道 建 筑 第 ５７ 卷 桥梁结构活载按所有线路在最不利位置承受 ８０％活 载计算ꎻ四线以上桥梁结构活载按所有线路在最不利 位置承受 ７５％活载计算ꎮ 采用 ＺＫ 或 ＺＣ 活载时ꎬ双线桥梁结构按 ２ 条线路 在最不利位置承受 １００％的活载计算ꎮ 多于 ２ 线的桥 梁结构应按以下 ２ 种情况最不利者考虑:按 ２ 条线路在 最不利位置承受 １００％的 ＺＫ 或 ＺＣ 活载ꎬ其余线路不承 受列车活载ꎻ所有线路在最不利位置承受 ７５％的活载ꎮ ４ ３ 疲劳计算 疲劳加载原则上按照«铁路桥涵设计基本规范» (ＴＢ １０００２—２０１７) 和 « 铁路桥梁钢结构设计规范» (ＴＢ １０００２ ２—２００５)进行ꎬ有关系数取值见表 ２ 及表 ３ꎮ 但在实践中也可作些调整ꎬ对于多线公铁两用斜拉桥ꎬ 疲劳加载铁路计两线ꎬ公路仅计单车道ꎮ 疲劳荷载组 合包括恒载和活载ꎬ公路疲劳荷载在组合时可取 ０ ７５ 的折减系数[３] ꎮ 表 ２ 双线铁路不同列车下钢梁双线系数 γｄ δ１ / δ２ (客货共线/ 高速/ 城际铁路列车) δ１ / δ２ (重载铁路列车) ２ / ５ ３ / ７ ４ / ８ ５ / ９ ３ / ５ ２ / ５ ３ / ７ ４ / ８ ５ / ９ ３ / ５ １ １２ １ １３ １ １６ １ １９ １ ２１ １ ２１ １ ２３ １ ２７ １ ３１ １ ３４ 注:δ１ / δ２ 为一线加载时ꎬ按杠杆原理计算ꎬ２ 片主桁(或主梁)各自 承受的荷载比ꎮ 表 ３ 多线铁路不同列车下钢梁多线系数 γｄ 线路数量 客货共线/ 高速/ 城际铁路列车 重载铁 路列车 三线 １ ８０~ １ ９０ ① ２ ２６ 四线 ２ １５~ ２ ３０ ① ２ ８５ ｎ / Ｎ ② 六线 ０ / ６ ２ / ６ ３ / ６ ４ / ６ ６ / ６ ２ ７５ ２ ６０ ２ ８０ ２ ９０ ３ ０５ 注:①下限为全部高速/ 城际铁路ꎬ上限为全部客货共线铁路ꎬ中间 部分可内插ꎮ ②ｎ 为桥上客货共线铁路的线路数量ꎬＮ 为桥上 线路总数ꎮ ５ 铁路斜拉桥变形和轨道形位控制 ５ １ 主梁刚度标准建议 铁路斜拉桥设计中ꎬ控制主梁竖、横向刚度与梁端 转角非常重要ꎮ 表 ４ 列出了国内外已建成的几座大跨 度铁路或公铁两用桥竖向挠跨比指标[４] ꎮ 从国内外已经建成的公铁两用桥情况看ꎬ斜拉桥 的挠跨比在 １ / ３５０ ~ １ / ８００ 之间ꎮ 这些桥梁的挠跨比 远远小于有关规范关于中小跨度铁路桥梁的规定值ꎬ 但这些桥梁的运营情况均很好ꎬ建议铁路斜拉桥竖向 挠跨比采用 １ / ６００ꎬ公铁两用斜拉桥采用 １ / ５００ꎮ 表 ４ 国内外已建成的部分大跨铁路(公铁或公轨)桥梁挠跨比 桥名 国家 大桥特征 主跨/ ｍ 最大活载 竖向挠度/ ｍ 竖向 挠跨比 巴拉拿河桥 阿根廷 公铁两用ꎬ 主梁钢箱梁 ３３０ ０ ９４０ １ / ３５０ 塞弗林桥 德国 双线独塔钢 箱斜拉桥 ３０２ ０ ６７０ １ / ４５０ 萨瓦河桥 南斯拉夫 双线铁路 钢斜拉桥 ２５４ ０ ５１０ １ / ５００ 岩黑岛桥 日本 公铁两用钢 桁梁斜拉桥 ４２０ ０ ９７０ １ / ４３５ 柜石岛桥 日本 公铁两用钢 桁梁斜拉桥 ４２０ １ ０６０ １ / ３９６ 上海长江 大桥 中国 公轨共用ꎬ 双幅钢箱梁 ７３０ １ ３７７ １ / ５００ 芜湖长江 大桥 中国 公铁两用低 塔斜拉桥 ３１２ ０ ５６０ １ / ５５０ 韩家沱 长江大桥 中国 双线铁路 钢桁斜拉桥 ４３２ ０ ５４１ １ / ７９９ 椒江特大桥 中国 四线高铁 钢桁斜拉桥 ４８０ ０ ６８３ １ / ７０３ 天兴洲 长江大桥 中国 公铁两用钢 桁梁斜拉桥 ５０４ １ ００８ １ / ５００ 宁安安庆 长江桥 中国 两线中￣活＋ 两线城铁 ５８０ ０ ８２０ １ / ７０７ 沪通公铁两 用长江大桥 中国 两线中￣活＋ 两线城铁 １ ０９２ １ ５４０ １ / ７０９ 桥梁的横向刚度ꎬ一般以宽跨比(Ｂ / Ｌ)来表示ꎬ一 般选用 Ｂ / Ｌ≥１ / ２０ꎬ日本新干线规定横向刚度取竖向 刚度的 １ / ２ꎬ表 ５ 列出了国内外已建成的几座大跨度 铁路或公铁两用桥横向挠跨比指标ꎮ 表 ５ 铁路斜拉桥(公铁两用斜拉桥)设计的横向挠跨比 桥名 功能 跨度组成/ ｍ 横向挠跨比 岩黑岛桥 公铁 １８５＋４２０＋１８５ １ / ９９７ 柜石岛桥 公铁 １８５＋４２０＋１８５ １ / １ ２７３ 椒江特大桥 铁路 ８４＋１５６＋４８０＋１５６＋８４ １ / ２ ４００ 韩家沱长江大桥 铁路 ９８＋１９６＋５０４＋１９６＋９８ １ / ４ ３００ 天兴洲长江大桥 公铁 ９８＋１９６＋５０４＋１９６＋９８ １ / ４ ０００ 铜陵长江大桥 公铁 ９０＋２４０＋６３０＋２４０＋９０ １ / ４ ９６０ 京九客专九江 长江大桥 铁路 ５０＋５０＋２２４＋６７２＋１７４＋ ５０＋５０＋５０ １ / ４ ３３５ 沪通公铁两用 长江大桥 公铁 ９０＋２４０＋６３０＋２４０＋９０ １ / １ ９３２ 注:横向挠跨比对应的荷载组合为列车荷载＋摇摆力＋离心力＋０ ７５ 有车风力＋０ ６ 温度力ꎮ 从表 ５ 可知ꎬ除日本岩黑岛桥外ꎬ其他的铁路斜拉 桥横向挠跨比均小于 １ / １ ２００ꎮ 考虑到我国列车荷载 较大ꎬ建议我国铁路斜拉桥横向挠跨比以 １ / １ ２００ 为宜ꎮ ４
第11期 陈良江:我国铁路斜拉桥的实践与设计参数研究 5.2梁端转角变形控制 各国铁路规范对梁端转角均有明确的规定。大跨 度桥梁因其挠度变形曲线较和缓,挠跨比可不作为主 要关注的控制指标。而刚度突变区域是影响行车安全 和舒适的主要位置,如梁端、主塔、桥墩等。对于梁端 转角的控制,仍采用中小跨度的规定是适宜的,在竖向 图1梁端扭曲示意 静活载作用下,桥梁梁端竖向转角θ限值见表6。 表9不同速度轨面不平顺限值 表6高速铁路梁端转角限值 速度W(km/h) 变形t/(mm/3m) 轨道类型 位置 限值/rd梁端悬出长度l/m V≤120 有砟桥台与桥梁之间6≤2.0%e 120200 l≤0.55 桥台与桥梁之间 无砟 6≤1.0%e 0.55220km/h时,应进行动力分析以计算列 1+62≤3.0%e 车通过时的轨道最大变形。该变形应<1.2mm/3m。 l≤0.55 相邻2孔梁之间 61+62≤2.0%e0.55<l≤0.75 5)梁体扭转 活载、风荷载作用下主梁扭转角度、轨面高差的限 5.3轨道形位控制 值应符合表10的规定。 1)平面挠曲曲线半径 表10梁体扭转限值 活载、风荷载、横向摇摆力作用下主梁发生横向位 梁体扭转角度/rad 轨道高差 移,与桥上线路平面组合后,曲线半径不小于表7的 26%e 规定。 表7平面曲线半径 主梁由扭转角度为0变化到最大扭转角度,由轨 道欠超高换算的车轮竖向位移度不大于30mm/s,即 设计行车速度 ( km/h) 有砟轨道半径 最大线D/T≤30mm/s,式中D为主梁扭转最大处轨面高差; T为列车经历主梁扭转角度由0到最大需要的时间。 250/200 推荐4500~7000m,一般 12000 最小3500m,个别最小3000m 5.4风车-桥动力分析 斜拉桥与常用跨度桥梁不同,在温度、风等附加因 2)竖向挠曲曲线坡度 素影响下桥梁将产生比较明显的变形,导致轨面线形 活载作用下主梁挠曲后的竖向曲线最大坡度在区出现变化,而列车在桥上通行时间较长,使得这些附加 间正线不宜大于20%,困难条件下经技术经济比较不应因素的影响不容忽视。列车过桥时,由于列车的阻风 大于30%。动车组走行线的最大坡度不应大于35% 面积较大,在风荷载作用下结构的气动性能与无车时 3)竖向挠曲曲线半径 可能有较大的变化:①可能导致桥梁在一定的风速影 活载作用下主梁挠曲后的最小曲线半径应根据所响下发生明显的抖振响应;②影响列车过桥时的车桥 处区段设计行车速度按表8选用,最大曲线半径不应动力响应,列车过桥时由于风的脉动效应产生的车桥 大于30000m,最小竖曲线长度不应小于25m。 动力响应有可能起重要作用。因此,大跨度斜拉桥必 4)梁端扭曲 须进行风洞试验和抗风分析,研究、测试在有车和无车 静活载作用下梁端扭曲(如图1)引起的轨面不平情况下结构的气动参数(包括桥梁与列车),并进行考 顺限值,以一段3m长的线路为基准,一线两根钢虑车辆、桥梁与风荷载三者共同作用下的动力理论分 轨的竖向相对变形量不应大于表9所列值。 析与计算,为结构的合理设计提供参数,并给出大跨度 表8竖向挠曲曲线半径 斜拉桥列车行车的预报风速与封闭风速。 中国铁路科研部门在风-车-桥耦合振动领域进行 设计行车速度/(km/h) 最小竖曲线半径/m 了深入系统的研究,建立了完善的机车车辆分析模型 25000 和精确的轮对运动方程,提出了车桥系统运动方程的 25000 分离迭代技术和相应的数值解法,编制了相应的计算 机仿真分析软件。在计算中将设计速度的1.2倍用于
第 １１ 期 陈良江:我国铁路斜拉桥的实践与设计参数研究 ５ ２ 梁端转角变形控制 各国铁路规范对梁端转角均有明确的规定ꎮ 大跨 度桥梁因其挠度变形曲线较和缓ꎬ挠跨比可不作为主 要关注的控制指标ꎮ 而刚度突变区域是影响行车安全 和舒适的主要位置ꎬ如梁端、主塔、桥墩等ꎮ 对于梁端 转角的控制ꎬ仍采用中小跨度的规定是适宜的ꎬ在竖向 静活载作用下ꎬ桥梁梁端竖向转角 θ 限值[５]见表 ６ꎮ 表 ６ 高速铁路梁端转角限值 轨道类型 位置 θ 限值/ ｒａｄ 梁端悬出长度 ｌ / ｍ 有砟 轨道 桥台与桥梁之间 θ≤２ ０‰ 相邻 ２ 孔梁之间 θ１ ＋θ２≤４ ０‰ 桥台与桥梁之间 θ≤１ ５‰ ｌ≤０ ５５ 无砟 θ≤１ ０‰ ０ ５５２００ １ ５ 当速度>２２０ ｋｍ / ｈ 时ꎬ应进行动力分析以计算列 车通过时的轨道最大变形ꎮ 该变形应<１ ２ ｍｍ / ３ ｍꎮ ５)梁体扭转 活载、风荷载作用下主梁扭转角度、轨面高差的限 值应符合表 １０ 的规定ꎮ 表 １０ 梁体扭转限值 梁体扭转角度/ ｒａｄ 轨道高差 ２６‰ ≤４０ ｍｍ 主梁由扭转角度为 ０ 变化到最大扭转角度ꎬ由轨 道欠超高换算的车轮竖向位移度不大于 ３０ ｍｍ / ｓꎬ即 Ｄ/ Ｔ≤３０ ｍｍ / ｓꎬ式中 Ｄ 为主梁扭转最大处轨面高差ꎻ Ｔ 为列车经历主梁扭转角度由 ０ 到最大需要的时间ꎮ ５ ４ 风￣车￣桥动力分析 斜拉桥与常用跨度桥梁不同ꎬ在温度、风等附加因 素影响下桥梁将产生比较明显的变形ꎬ导致轨面线形 出现变化ꎬ而列车在桥上通行时间较长ꎬ使得这些附加 因素的影响不容忽视ꎮ 列车过桥时ꎬ由于列车的阻风 面积较大ꎬ在风荷载作用下结构的气动性能与无车时 可能有较大的变化:①可能导致桥梁在一定的风速影 响下发生明显的抖振响应ꎻ②影响列车过桥时的车桥 动力响应ꎬ列车过桥时由于风的脉动效应产生的车桥 动力响应有可能起重要作用ꎮ 因此ꎬ大跨度斜拉桥必 须进行风洞试验和抗风分析ꎬ研究、测试在有车和无车 情况下结构的气动参数(包括桥梁与列车)ꎬ并进行考 虑车辆、桥梁与风荷载三者共同作用下的动力理论分 析与计算ꎬ为结构的合理设计提供参数ꎬ并给出大跨度 斜拉桥列车行车的预报风速与封闭风速ꎮ 中国铁路科研部门在风￣车￣桥耦合振动领域进行 了深入系统的研究ꎬ建立了完善的机车车辆分析模型 和精确的轮对运动方程ꎬ提出了车桥系统运动方程的 分离迭代技术和相应的数值解法ꎬ编制了相应的计算 机仿真分析软件ꎮ 在计算中将设计速度的 １ ２ 倍用于 ５
铁道建筑 第57卷 车桥耦合振动分析,以留有裕量,将桥梁上部结构、桥大大减小了大跨悬索桥中主缆拉力和地锚的工程量。 墩及地基基础刚度均纳入模型,以尽可能反映实际情 我国正在进行超千米铁路桥梁越江跨海工程研 况。通过综合考虑自振频率、变形、振动加速度、车辆究,正在建设的沪通公铁两用长江大桥跨度达 行车安全性和车体加速度、乘坐舒适度等指标来评价1092m,是至今世界上最大跨度的斜拉桥。研究中的 桥梁在高速行车条件下的动力性能。 宁波至舟山铁路、沿海高铁越杭州湾工程、琼州海峡工 6发展与展望 程桥梁方案,需要修建超千米跨度及多主跨的大跨度 桥梁和水深100m以下的深水基础。设计、建造世界 我国铁路斜拉桥的建设技术近年来取得了突飞猛级的超大跨度斜拉桥仍具有较大的技术难度,同时面 进的发展,建造了一批世界上设计荷载最大、运营速度临着机遇和挑战。 最快的斜拉桥。尽快开展铁路斜拉桥的技术总结,梳 理并形成一套独立、完整的铁路斜拉桥技术标准体系 十分必要。 [1]孔文亚,闫志刚沪通长江大桥科技创新管理[J]铁道建 斜拉索刚度的增大对提高体系刚度效果最为显 筑,2017,57(2):1-6. 著,增加梁重可使斜拉索承载后具有相应的应力水平 [习]国家铁路局TBT3466—2016铁路列车荷载图式[Z].北 根据主梁在斜拉桥中要承受巨大轴力和较大的弯矩但 京:中国铁道出版社,2017 剪力较小的力学特点,从充分发挥钢与混凝土各自优3]中铁大桥勘测设计院有限公司沪通铁路长江大桥设计暂 行规定[S]武汉:中铁大桥勘测设计院有限公司,2013 势出发,研究PC箱与钢桁叠合的主梁截面形式,具有[4]中铁第五勘察设计院集团有限公司杭州至绍兴至台州铁 较大的截面刚度及足够的重力,造价明显低于钢桁梁 路椒江特大桥初步设计研究报告[R].北京:中铁第五勘察 方案,跨度的适用范围应在350-650 计院集团有限公司,2017 需要更大跨越能力时,除前述钢梁斜拉桥及悬索[5]国家铁路局.TB1062l-2014高速铁路设计规范[S].北 桥之外,斜拉-悬吊协作体系是值得考虑的一种桥型结 京:中国铁道出版社,2014 构。该桥型结构能充分发挥2种桥型的优点,既克服[6]陈良江,乔健中国高速铁路大跨度桥梁发展与实践[J铁 了斜拉桥由于悬臂长度加大引起主梁压力过大问题,又 路经济研究,2010(6):46-50. Study on Practice and Design Parameters of Cable-stayed Bridges in China railway Engineering CHEn Liangjiang China Railway Economic and Planning Research Institute, Beijing 100081, China) Abstract The application practice, design innovation, existing problems and design characteristics of cable-stayed bridges in China railway construction in recent 10 years were summarized. The application scopes of various types of cable-stayed bridges were suggested. The related problems such as railway load types, loading regulation, multiple line reduction coefficient, fatigue value, beam angle, rail surface deformation control and dynamic performance and so on were analyzed. Based on the relevant parameters of railway cable-stayed bridges built at home and abroad, some suggestions on stiffness standards of China railway cable-stayed bridges were provided.The structure innovation and new materials application in different types of cable-stayed bridges were forecasted. The reseach results provide reference for the determination of technical standards and construction of railway cable-stayed bridges in the future Key words Railway cable-stayed bridges; Design parameters; Structural forms; Load; Fatigue; Stiffness; Dynam (责任审编李付
铁 道 建 筑 第 ５７ 卷 车桥耦合振动分析ꎬ以留有裕量ꎬ将桥梁上部结构、桥 墩及地基基础刚度均纳入模型ꎬ以尽可能反映实际情 况ꎮ 通过综合考虑自振频率、变形、振动加速度、车辆 行车安全性和车体加速度、乘坐舒适度等指标来评价 桥梁在高速行车条件下的动力性能ꎮ ６ 发展与展望 我国铁路斜拉桥的建设技术近年来取得了突飞猛 进的发展ꎬ建造了一批世界上设计荷载最大、运营速度 最快的斜拉桥ꎮ 尽快开展铁路斜拉桥的技术总结ꎬ梳 理并形成一套独立、完整的铁路斜拉桥技术标准体系 十分必要ꎮ 斜拉索刚度的增大对提高体系刚度效果最为显 著ꎬ增加梁重可使斜拉索承载后具有相应的应力水平ꎮ 根据主梁在斜拉桥中要承受巨大轴力和较大的弯矩但 剪力较小的力学特点ꎬ从充分发挥钢与混凝土各自优 势出发ꎬ研究 ＰＣ 箱与钢桁叠合的主梁截面形式ꎬ具有 较大的截面刚度及足够的重力ꎬ造价明显低于钢桁梁 方案ꎬ跨度的适用范围应在 ３５０~６５０ ｍꎮ 需要更大跨越能力时ꎬ除前述钢梁斜拉桥及悬索 桥之外ꎬ斜拉￣悬吊协作体系是值得考虑的一种桥型结 构ꎮ 该桥型结构能充分发挥 ２ 种桥型的优点ꎬ既克服 了斜拉桥由于悬臂长度加大引起主梁压力过大问题ꎬ又 大大减小了大跨悬索桥中主缆拉力和地锚的工程量ꎮ 我国正在进行超千米铁路桥梁越江跨海工程研 究ꎬ 正 在 建 设 的 沪 通 公 铁 两 用 长 江 大 桥 跨 度 达 １ ０９２ ｍꎬ是至今世界上最大跨度的斜拉桥ꎮ 研究中的 宁波至舟山铁路、沿海高铁越杭州湾工程、琼州海峡工 程桥梁方案ꎬ需要修建超千米跨度及多主跨的大跨度 桥梁和水深 １００ ｍ 以下的深水基础ꎮ 设计、建造世界 级的超大跨度斜拉桥仍具有较大的技术难度ꎬ同时面 临着机遇和挑战ꎮ 参 考 文 献 [１]孔文亚ꎬ闫志刚.沪通长江大桥科技创新管理[ Ｊ].铁道建 筑ꎬ２０１７ꎬ５７(２):１￣６. [２]国家铁路局.ＴＢ/ Ｔ ３４６６—２０１６ 铁路列车荷载图式[Ｚ].北 京:中国铁道出版社ꎬ２０１７. [３]中铁大桥勘测设计院有限公司.沪通铁路长江大桥设计暂 行规定[Ｓ].武汉:中铁大桥勘测设计院有限公司ꎬ２０１３. [４]中铁第五勘察设计院集团有限公司.杭州至绍兴至台州铁 路椒江特大桥初步设计研究报告[Ｒ].北京:中铁第五勘察 设计院集团有限公司ꎬ２０１７. [５]国家铁路局.ＴＢ １０６２１—２０１４ 高速铁路设计规范[ Ｓ].北 京:中国铁道出版社ꎬ２０１４. [６]陈良江ꎬ乔健.中国高速铁路大跨度桥梁发展与实践[ Ｊ].铁 路经济研究ꎬ２０１０(６):４６￣５０. Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｐｒａｃｔｉｃｅ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ Ｃａｂｌｅ￣ｓｔａｙｅｄ Ｂｒｉｄｇｅｓ ｉｎ Ｃｈｉｎａ Ｒａｉｌｗａｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ＣＨＥＮ Ｌｉａｎｇｊｉａｎｇ (Ｃｈｉｎａ Ｒａｉｌｗａｙ Ｅｃｏｎｏｍｉｃ ａｎｄ Ｐｌａｎｎｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ＩｎｓｔｉｔｕｔｅꎬＢｅｉｊｉｎｇ １０００８１ꎬＣｈｉｎａ) Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｐｒａｃｔｉｃｅꎬｄｅｓｉｇｎ ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎꎬｅｘｉｓｔｉｎｇ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｃａｂｌｅ￣ｓｔａｙｅｄ ｂｒｉｄｇｅｓ ｉｎ Ｃｈｉｎａ ｒａｉｌｗａｙ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｉｎ ｒｅｃｅｎｔ １０ ｙｅａｒｓ ｗｅｒｅ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ.Ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｃｏｐｅｓ ｏｆ ｖａｒｉｏｕｓ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｃａｂｌｅ￣ｓｔａｙｅｄ ｂｒｉｄｇｅｓ ｗｅｒｅ ｓｕｇｇｅｓｔｅｄ.Ｔｈｅ ｒｅｌａｔｅｄ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｒａｉｌｗａｙ ｌｏａｄ ｔｙｐｅｓꎬｌｏａｄｉｎｇ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎꎬｍｕｌｔｉｐｌｅ ｌｉｎｅ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔꎬｆａｔｉｇｕｅ ｖａｌｕｅꎬｂｅａｍ ａｎｇｌｅꎬｒａｉｌ ｓｕｒｆａｃｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｄｙｎａｍｉｃ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ ｓｏ ｏｎ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ. Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｒｅｌｅｖａｎｔ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｒａｉｌｗａｙ ｃａｂｌｅ￣ｓｔａｙｅｄ ｂｒｉｄｇｅｓ ｂｕｉｌｔ ａｔ ｈｏｍｅ ａｎｄ ａｂｒｏａｄꎬｓｏｍｅ ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ ｏｎ ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ ｓｔａｎｄａｒｄｓ ｏｆ Ｃｈｉｎａ ｒａｉｌｗａｙ ｃａｂｌｅ￣ｓｔａｙｅｄ ｂｒｉｄｇｅｓ ｗｅｒｅ ｐｒｏｖｉｄｅｄ.Ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ ａｎｄ ｎｅｗ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｃａｂｌｅ￣ｓｔａｙｅｄ ｂｒｉｄｇｅｓ ｗｅｒｅ ｆｏｒｅｃａｓｔｅｄ. Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｃｈ ｒｅｓｕｌｔｓ ｐｒｏｖｉｄｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｓｔａｎｄａｒｄｓ ａｎｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｒａｉｌｗａｙ ｃａｂｌｅ￣ｓｔａｙｅｄ ｂｒｉｄｇｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ. Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ Ｒａｉｌｗａｙ ｃａｂｌｅ￣ｓｔａｙｅｄ ｂｒｉｄｇｅｓꎻＤｅｓｉｇｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓꎻＳｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｆｏｒｍｓꎻＬｏａｄꎻＦａｔｉｇｕｅꎻＳｔｉｆｆｎｅｓｓꎻＤｙｎａｍｉｃ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ (责任审编 李付军) ６