大跨度钢桥设计及典型案例连载六：钢桁梁斜拉桥的技术创新

编者按：
        大跨度钢桥设计及典型案例连载系列来源于中铁大桥院技术报告PPT，所有内容均可以在本站免费阅读，如您需要下载完整版PDF请在本帖末尾处下载。

内容共包括以下共7篇（点击可直接打开帖子）

大跨度钢桥设计及典型案例连载一：大跨度钢桥工程实例

大跨度钢桥设计及典型案例连载二：钢桁梁及整体节点设计

大跨度钢桥设计及典型案例连载三：钢箱梁及板结构设计

: s" n3 ~) w' P! n- U/ I4 P. s( r

大跨度钢桥设计及典型案例连载四：系列高性能结构钢

大跨度钢桥设计及典型案例连载五：板桁组合结构新技术

; M# q! N7 i! u4 C% L9 V; @  \

大跨度钢桥设计及典型案例连载六：钢桁梁斜拉桥的技术创新

大跨度钢桥设计及典型案例连载七：钢拱桥建造关键技术

0 l% u& t4 L1 ^1 u$ O

铁路斜拉桥与一般公路斜拉桥相比，为减小列车通过时产生的振动，要求更大的刚度、抑振质量与阻尼。
在斜拉桥，塔、梁、索几个主要部件中，铁路斜拉桥主梁往往采用刚度较大的钢桁梁或钢桁结合梁。
大跨度斜拉桥从受力需要往往采用板桁组合结构，增加主梁的承压面积。
1 f3 E5 {/ m/ ^2 a# p高速铁路斜拉桥，为增强结构横向刚度与结构整体性也需要采用板（或箱）桁组合结构。
) L, W7 U- `- m5 p: E  ^1.铁路斜拉桥工程实例－几种施工方法
: w9 |  u0 t4 i# D% A
其一，逐根构件悬臂架设
其二，逐段桁片悬臂架设
第三，逐段桁段吊装施工
9 Z/ H  q+ o) D6 t

  M- B$ M8 v$ @! b, \3 x* e芜湖桥－逐根构件悬臂拼装

; V, X/ T" ], u+ A7 n
铜陵桥－逐段桁片悬臂拼装

2 m5 c% E3 ^  M! m5 V

1 F# A# ?- p6 {5 S5 j厄勒海峡桥－大节段吊装施工

+ L& K; z' y( O) g2 z5 S5 f' l
5 G$ D* |; @4 w0 {5 F3 G2 V
天兴洲大桥—整节段吊装施工

& U5 [* y" B6 X% d4 g- q8 i
- \: {7 n3 B" o' a  d$ S2.钢桁梁斜拉桥设计施工上的难题－设计第一，钢桁梁用作斜拉桥主梁时，以承压为主，受力是不合理的。
3 j$ ]2 b8 K" Y4 W9 R1－腹杆杆端弯矩大且控制截面设计
, |, L8 W! l1 t; Q! v! j钢桁梁构件分布于截面轮廓的外围，承弯作用的效率最高。但是，当钢桁梁被用作斜拉桥主梁时，以轴向受压作用为主，而斜拉索只能偏上下弦一侧锚固，腹杆因上下弦压缩量不一致而产生较大的弯矩，腹杆因次弯矩控制截面设计；
2－腹杆轴力不大但截面受弦杆尺寸控制
! O4 P( P  N& @# i  Q斜拉桥主梁以受压为主，主梁剪力与跨度关系不大，即腹杆轴力小而弦杆轴力大，选择了合适的弦杆截面尺寸往往导致腹杆截面宽度太大，腹杆王字形截面是典型的事例。

# G% N$ p0 A4 g) g  k" L: d8 z
第二，斜拉索直接锚固于上弦节点，也是不尽合理的方案。
. S9 e2 Z! G3 g* ^" W2 r: G斜拉索直接锚固于钢桁梁的上弦是最为便捷的方式，但会给本来应力集中程度高的节点又增加了需要传递斜拉索水平分力额外的负担。
0 z& M* }( _" L* p因此，斜拉索锚固与于主梁时，应首先传递给截面面积最大、最为集中的桥面板结构或钢箱结构。

0 r- O* c3 @( p5 T) F# w- K$ k9 ~第三，受力不合理导致设计、制造与施工的异常困难。
1－焊缝熔深大、材料的性能要求高，制造难度大、风险高；
2－板厚大、构件重量大，吊装运输难度大，现场对位矫正困难；
2 i* o& I" ]( Y# `1 J
" f( a: i" P* Y% h

" }+ L5 _8 M' E# T8 F3 |

' Z0 A1 i" T) L, k3.钢桁梁斜拉桥设计施工上的难题－施工

+ p- J: Z5 P2 X* f& _8 x) R8 ]
; Z6 l3 j& q" z2 v* ?- O3 q施工上的难点：钢桁梁节段体量大而重、构件散而多；采用逐根构件架设的方法，其效率低，高空作业量大，危险性因素多；

/ _& u; n3 T' g; ~2 O1 t) `
& G4 ?: Q) c/ P8 [! f
采用整体节段架设方法，效率高，但对运输、架设设备以及预拼装场地要求高。


采用桁片架设方法，效率与机具设备要求介于两者之间，没有根本的变化。

4.新的主梁结构及施工新技术

大跨度斜拉桥的板－桁组合结构主梁，由整体性好的扁平桥面板系统与离散化的钢桁梁结构构成。

两种不同性质与不同受力特性的结构，应采用各自适应的施工方法。

; n* n! ~' S# M! J! r

0 P3 H8 m! q$ @+ q6 k6 M: v

正交异性钢桥面板可采用边箱或边主梁的结构，与大跨度公路斜拉桥的扁平钢箱梁结构相似、为扁平结构，方便大节段制造、运输及吊装。该板结构，整体性好，整体制造、运输与吊装，效率高、精度高、平顺性好。

* e6 J% U, C0 P% e8 m

) n( i& D* y! Y. k8 H" m/ W

钢桁梁为离散化结构，适合逐根架设拼装。在桥面板结构系统架设之后，将它作为工作面，在其上拼装钢桁梁构件，变高空施工为地面施工，拼装的安全与效率极大提高。

实施步骤

1 {& I* i0 X1 {4 H! \

1)下弦杆与桥面板系统形成分离边箱的结构、高度2.5m，分离边箱的结构采用大节段吊装，先行成桥；

8 W( j  K$ ^1 U

2)而后，在其上逐根架设钢桁构件；        

5 t" L3 L( ?7 p. s

3)拼装正三角主桁；

) [% T( t7 b! c3 k! g8 B$ x

4)分段合拢上弦；

& R) i, P- t; w  P5 P" m

5)逐个合拢上弦合龙口。

7 V; R0 T% V* m( p0 F! c. D
# k( r" i- j) _; Q

7 p+ r! L. p0 F) H

% {9 i5 B6 f- Q; C

5.关键技术与措施

% p& D1 n9 R/ S: }3 |3 r

1)整体受力状况

. n, |; q% E0 x" m
" G' I' W1 @  j6 B6 f

钢桁与桥面钢箱分次成桥，全部一期恒载由分离边箱结构承受，钢桁梁仅承受部分恒载与活载，受力合理。

8 S+ Z* D8 T( i1 T

边钢箱与桥面系统，板厚均在28mm以下，局部36mm；钢桁构件，最大设计承载力1200t，板厚均在28mm以下，局部42mm。

" ~3 C0 N! m4 ]/ Q' ]+ w

用钢量大为降低，17.5t/m。

/ I% y8 x# e' m3 K  [

2 x  e# {% r+ A! C

2)上弦杆疲劳检算

: c8 \6 C+ R( A$ S6 p# U3 C

钢桁仅承受部分恒载，其恒载内力小，需进行疲劳检算。检算结果研究表明：

仅辅助墩附近节段的上弦杆为疲劳控制设计；

其余的上弦杆，以受压为主，受拉状态下的应力幅为受压状态下的应力的0.3-0.5；

* K' o6 S8 G/ r9 ]
  z: T& |& b9 q! P% @# ]. I0 Y

3)板与桁分步受力，不同步变形对安装过程中拼装的影响？

研究表明：

分步架设的板与桁，上下弦节点的水平位移差，跨中合拢段为38mm，其余均在2.3mm以下；

& M$ p* u8 l5 j! ~6 a

一般节段，钢桁梁构件利用上弦栓孔的错位，或适当加大栓孔即可安装；

1 Y% @$ M+ w: `0 T/ I

合拢段，采用预留余量结合监控结果特制的方法。

3 w+ o( A" S* L2 |9 ?5 Z8 {

# Y, ?9 C8 p+ a0 }

4)分离钢箱架设完成后，桥面线形不好时钢桁梁安装问题？

首先，可全面调整索力调整桥面线形，改善桥面线形；

: i1 {% y8 B6 X+ s  I& U

第二，所有钢桁梁构件在桥面上安装成正三角，正三角的安装属于自由拼装，容易成形；

3 o# ]8 g" V* r0 k5 G% o' p5 f7 S. m1 @

第三，视桥面线形，分段（2～4个节间）安装上弦杆，计算表明上弦杆合拢口施加10-30t拉力即可满足上弦杆合拢要求；

5 g: f# t; I, |# T% G

第四，分段之间上弦杆也可采用现场工地焊接，现场工地焊接的上弦杆若为疲劳控制设计，按现场工地焊接的疲劳等级进行检算适当增加构件截面的难度也不大。

  d. F0 ?' N* |
3 v! s, R, v1 r, U5 @0 o
, p7 w6 L# H" g  S7 R
8 g7 U" M5 }; e+ U5 N& Z3 D
, V; p# c, K4 i% p  B' N  R3 D