德大铁路黄河特大桥主桥钢梁结构设计

杨永明

(中铁工程设计咨询集团有限公司，北京 100055)

1 概述

德大铁路黄河特大桥是新建铁路德龙烟线德州至大家洼段上的一座重要桥梁，桥梁跨越黄河，桥址位于山东省东营市利津县麻湾村。桥梁全长8 092.74 m。主桥为1-(120+4×180+120)m下承式变高度连续钢桁梁，跨堤引桥为1-106 m简支组合拱，堤内引桥为16-56 m预应力混凝土简支箱梁，两侧堤外引桥为32、24 m简支T梁。

本桥考虑近、远期要求，黄河大堤内及跨堤部分桥梁，双线桥单线铺轨，并考虑双线工况，同时考虑结构受力变形等因素，要求一次性铺设双线道砟;两侧堤外引桥双线基础，单线架梁，并考虑双线工况。桥梁设计活载为双线中－活载，设计时速200 km，线间距5.0 m。

2 主桥总体布置

主桥(120+4×180+120)m下承式变高度连续钢桁梁，全长961.4 m，桥面系采用密布横梁正交异性钢桥面板体系，有砟桥面。采用球型钢支座，固定支座设置在4号桥墩墩顶。主桥桥式布置见图1。

图1 主桥桥式布置图(单位:m)

主桁及桥面系等主体结构钢材材质为Q370qE，联结系钢结构材质为Q345qE。

3 关键构造与细节设计

3.1 主桁

主桁采用N形桁上弦变高桁式，双桁结构。边支点桁高14 m，中支点桁高32 m，桁高变化方程为:y=18x2/842+14(0≤x≤84)。主桁桁宽12.4 m，节间12 m。主桥横断面布置见图2。

图2 主桥横断面布置(单位:m)

主桁弦杆均采用箱形截面，上弦杆内高1 400 mm，内宽1 000 mm;下弦杆内高1 600 mm，内宽1 000 mm。腹杆均采用箱形截面，杆件外宽1 000 mm，高700～1 100 mm。如图3所示。

图3 主桁上、下弦杆截面(单位:mm)

主桁上、下弦杆节点均采用整体节点形式，仅中支点附近连接各腹杆的节点采用散拼节点形式。上、下弦杆均采用四面拼接，除端斜杆外其余腹杆均插入节点板内拼接。主桁拼接采用M30高强度螺栓。桥面板与下弦杆件的连接采用弦杆顶板加宽伸出弦杆竖板、与钢桥面板工地对接焊，节点板范围内桥面板开槽以便节点板穿过。弦杆竖板上焊接横梁腹板接头，在对应横梁位置弦杆底板加宽形成横梁底板接头。

为保证线路在运营状态下的平顺性，钢梁应设置预拱度。主桁预拱度的设置是通过调整上弦杆和部分中支点腹杆节点间长度来实现的。

3.2 铁路钢桥面

桥面板为密布横梁正交异性整体钢桥面板，道砟桥面。所有横梁上缘挡砟墙范围内均设置2%的人字坡，所有横梁梁端腹板高均为1 600 mm。

节点处设置节点横梁，间距12 m。除支点位置外，节点横梁采用倒T形结构，腹板厚16 mm，翼板宽480 mm，板厚24 mm。支点位置节点横梁截面加强，采用箱形结构，腹板厚16 mm，两腹板间距700 mm，翼板宽800 mm，板厚24 mm。相临节点横梁间设置3片节间横梁，间距3 m。节间横梁为倒T形截面，腹板厚16 mm，翼板宽400 mm，板厚24 mm。

每线铁路下设2道小纵梁，间距2 m。纵梁采用倒T形截面，腹板高980 mm，板厚12 mm，翼板宽240 mm，板厚20 mm，中支点两侧各1个节间纵梁翼板厚度加强至32 mm。

桥面板纵向采用U形加劲肋和板式加劲肋，U形加劲肋横向间距650 mm，顶宽280 mm，底宽180 mm，高250 mm，板厚10 mm，板式加劲肋肋高160 mm，厚16 mm，桥面板厚16 mm。桥面横断面如图4所示。

图4 桥面横断面布置(单位:mm)

钢桥面板标准节段横向宽10.2 m，纵向长6.0 m，桥面板与主桁的连接在工地现场完成。桥面板顶板连接采用焊接，纵横梁腹板、底板和桥面板纵肋连接采用M24高强度螺栓连接。

在钢桥面板上缘两侧挡砟墙位置焊接带孔的钢板和剪力钉，用于工地现浇挡砟墙与钢桥面板的连接，钢板焊接于挡砟墙内侧，剪力钉焊接于挡砟墙外侧。如图5所示。

图5 挡砟墙与钢桥面板连接断面图(单位:mm)

3.3 联结系

联结系由上平纵联、桥门架及横向联结系共同构成。上平纵联由斜杆、支杆组成，截面为焊接工字形截面，截面高度为480 mm或500 mm，上、下翼板宽度480 mm。由于主桥钢梁为变高度结构，上平纵联呈空间布置，设计通过弯折平联节点板、调整其角度的方法实现整体顺接上平纵联。

主桁在端斜杆位置设置桥门架，每间隔两个节间在竖直腹杆上设置中间横联。桥门架和横联均采用工字形截面，截面高度为500 mm，上、下翼板宽度300～600 mm。

3.4 阻尼器

根据北京中震创业工程科技研究院、济南市地震安评工程研究院《新建铁路德龙烟线德大段工程场地地震安全性评价报告》，工程区设计基本地震加速度值为0.09g。根据《新建铁路德龙烟线德州至大家洼段施工图黄河特大桥工程地质勘察报告》，地震动反应谱特征周期为0.55 s，相应抗震设防烈度为Ⅶ度。

主桥为连续结构，全长较长，地震荷载较大。主桥4号桥墩为制动墩，在3、5号桥墩墩顶各设置2套纵向阻尼器，3、4、5号桥墩共同承受纵向地震力、列车制动力等冲击荷载作用，全桥共设置纵向阻尼器4套。主桥采用的阻尼器技术参数见表1，阻尼器连接如图6所示。

表1 阻尼器技术参数

图6 阻尼器连接示意

3.5 柔性防水保护层

主桥挡砟墙内侧范围钢桥面板防腐采用柔性防水保护层，见图7。其主材环氧沥青混凝土抗裂性能好，能有效减少低温裂缝，并具有较好的抗渗、抗冻、耐摩性能，其抗疲劳性能和抗老化性能远优于刚性保护层材料。见图7。

图7 钢桥面柔性防水保护层

3.6 钢轨伸缩调节器

为较好解决梁轨相互作用，达到减小轨道附加力和释放位移的作用，在主桥两侧辅跨上设2组SYH60双向±500 mm钢轨伸缩调节器(研线TF9922)，布置见图8。

图8 钢轨伸缩调节器布置示意(单位:m)

4 钢梁涂装

钢结构涂装应符合《铁路钢桥保护涂装》(TB/T1527—2004)的有关规定，具体涂装要求见表2。

表2 钢梁涂装要求

高强度螺栓孔部位采用电弧喷铝，铝层厚度为150±50μm或采用无机富锌防锈防滑涂料，涂层厚度为(120±40)μm，涂层的抗滑移系数出厂时应不小于0.55，安装时应不小于0.45。

氟碳面漆应选用氟含量高，结构单元交替性好，耐候性突出的四氟乙烯－乙烯基醚共聚型FEVE氟碳树脂。为保证氟碳涂层的耐沾污性和自洁性，最后一道氟碳面涂层漆膜表面与水接触角应小于40°。

箱形杆件两端设封端隔板，其内部为气密防腐。封端隔板四角及加劲肋隅角处留半径30 mm的过焊孔，过焊孔需在杆件端隔板焊后及时用HM106聚硫型高强防水密封剂进行密封。

5 钢梁安装

基础、墩身施工完成后，分别在1号至2号墩、6号至7号墩之间搭设边跨临时支墩，钢梁架设按从东、西两侧向中间的顺序进行。利用跨线龙门吊机架设前4个节间钢梁，在钢梁上拼装700 kN固定式桅杆起重机，利用起重机继续悬臂架设钢梁。由于本桥中跨跨径较大，且为变高度结构，在中跨设置临时支墩，利用栈桥运输钢梁、利用起重机悬臂架设钢梁。通过支点顶、落钢梁等措施，实现钢梁跨中合龙。图9为钢梁架设实景。

图9 钢梁架设实景

主桥采用的700 kN固定式桅杆起重机是为本桥钢梁架梁工作所专门设计的起重机，能够在钢梁上弦杆顶面的T钢轨道上随着上弦杆坡度的变化进行调平走行，可完成变高度钢梁杆件的架设。具有提升、变幅、全回转、底盘调平、整机前移及锚固的功能。起重机传动方式为电-机械传动，控制方便，维护简单。本起重机可实现一次前移站位于节点处锚固，完成两个节间架设的能力。

6 结语

德大铁路黄河特大桥主桥钢梁桁高高、联长长、跨度大，结构形式美观新颖。目前，主桥下部结构施工已完成，钢梁正在紧张的悬臂安装过程中，大桥预计于2012年12月合龙。

本桥在大跨度变高度钢桁梁设计和施工等方面积累了经验，对以后同类型桥梁设计具有较好借鉴意义和参考价值。

［1］中华人民共和国铁道部.铁建设函［2005］285号 新建时速200公里客货共线铁路设计暂行规定［S］.北京:中国铁道出版社，2005.

［2］中华人民共和国铁道部.TB10002.1—2005 铁路桥涵设计基本规范［S］.北京:中国铁道出版社，2005.

［3］中华人民共和国铁道部.TB10002.2—2005 铁路桥梁钢结构设计规范［S］.北京:中国铁道出版社，2005.

［4］中华人民共和国建设部.GB50111—2006 铁路工程抗震设计规范(2009 年版)［S］.北京:中国计划出版社，2009.

［5］中华人民共和国铁道部.TB/T1527—2004 铁路钢桥保护涂装［S］.北京:中国铁道出版社，2004.

［6］郭子俊，肖海珠，徐伟.郑州黄河公铁两用桥主桥钢梁结构设计［J］.铁道标准设计，2010(9):58-61.

［7］徐升桥，杨帆.包神线黄河特大桥关键技术研究［J］.铁道勘察，2007(S):1-9.

［8］杨帆，徐升桥，刘永锋.包神线黄河特大桥总体设计［J］.铁道勘察，2007(S):10-13.