我国高速公路铁路大跨度钢桥-徐恭义

我国大跨度铁路钢桥的技术发展

中铁大桥勘测设计院有限公司

2010.06

我国大跨度铁路钢桥的技术发展

目

录

一、前言 二、正在建设中的大跨度铁路钢桥工程 三、大跨度铁路钢桥技术新发展

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一、前 b 言

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一、前言

随着我国“中长期铁路网规划”和“十一五”规划的陆续实施，目前 有一大批高速客运专线铁路正在建设中。 我国幅员辽阔，大江大河众多，随着经济的不断发展，水上航运也越 来越繁忙，因此，桥梁跨度也越来越大。 上世纪90年代以来，我国一直在进行高速客运专线铁路大跨度钢桥的 研究设计工作。

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一、前言

桥梁是铁路客运专线重要工程结构，对于客运专线和安全性具有重 要影响。目前，客运专线大跨度桥梁，除必须满足传统的强度、安全要求 外，还需考虑的是列车运行的平稳性、旅客乘坐舒适性。

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二、正在建设中的大跨度铁路钢桥工程

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二、大跨度钢桥简介

主要介绍跨越长江、黄河的几座铁路客运专线大桥，包括武汉天兴洲 长江大桥、南京大胜关长江大桥、郑州黄河公铁两用大桥、京沪高速铁路济 南黄河大桥、安庆铁路长江大桥、铜陵长江大桥等。 经过技术及经济性比选，上述几座大桥均采用了能够提供良好刚度条件 的钢桁梁结构。 钢桁梁结构是铁路大跨度桥梁最常采用的结构形式，为了满足大跨、重 载、高速行车的要求，必须进行技术创新，在几座大桥的设计、施工中采用 了大量的新材料、新结构、新工艺和新设备。

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二、大跨度钢桥简介

1、武汉天兴洲长江大桥

武汉天兴 洲长江大桥是公 铁两用桥，它是 武汉铁路枢纽内 的第二过江通 道，同时也是武 汉市城市三环线 的过江通道。大 桥位于武汉长江 公路桥下游9.5公 里的天兴洲江段 。

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二、大跨度钢桥简介

大桥通行4线铁路，6车道城 市公路。 4线铁路中，2线为京广客运 专线，桥上设计车速为200km/h以 上；另2线为I级铁路。

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二、大跨度钢桥简介

主桥采用主跨504m的双塔斜拉桥，全 长1092m。

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展

二、大跨度钢桥简介

加劲梁采用钢桁梁，双层桥面，上层为公路，下层为铁路。 主桁为公路桥面板与主桁相结合的板－桁结合梁新结构，桁宽30m。 主桁设计为三片桁结构。由于桥面较宽，荷载大，为了减小杆件内力、 简化横联结构，提高横梁刚度。

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二、大跨度钢桥简介

由于运行高速客运专线列车，铁路桥面采 用道碴桥面，预制混凝土道砟槽，并通过剪力 钉与纵梁结合。

明桥面示意

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二、大跨度钢桥简介

主要施工方案：

主桥钢梁采用整节段拼装架设法:整节段 架设的节间由上下弦杆，斜杆，竖杆、铁 路纵横梁及平联、公路正交异性钢桥面板 和临时杆件组成。一个节间最大吊重为 700吨。

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二、大跨度钢桥简介

南京长江大桥

2、南京大胜关长江大桥

南京大胜关长 江大桥是京沪高速 铁路的控制工程， 也是沪汉蓉铁路的 越江通道，同时通 行南京市双线地铁。

大胜关长江大桥

南京长江三桥

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二、大跨度钢桥简介

大桥主桥采用（108+192+336+336+192+108）m六跨连续钢桁梁拱桥， 北岸浅水区采用2联2×84m连续钢桁梁结构布置。

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二、大跨度钢桥简介

钢桁梁采用三片主桁结构，主桁间距为15m，四线铁路合建于桁 内，沪汉蓉和京沪客运专线分置于中桁上下游侧，南京地铁外挂主桁 于横梁悬臂上。

南 京 地 铁

京沪高速铁路

沪汉蓉铁路

南 京 地 铁

15m 中铁大桥勘测设计院有限公

15m

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二、大跨度钢桥简介

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二、大跨度钢桥简介

杆件最大轴力约9330吨，选用Q420qE等级钢材，最大板厚选用 60mm，杆件最大重量116吨。

钢材种类 Q420qE Q370qE Q345qD 位置 轴力超过40MN的受压拱肋杆件及节点板 其它主桁杆件、桥面系 联结系及轻轨纵梁、托架 Note: Q420 qE 表示其屈服强度为 420MPa. 红线表示 Q420

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我国大跨度铁路钢桥的技术发展 吊杆

横截面为切角矩形。

二、大跨度钢桥简介

• 最长的吊杆 52m，工厂分3段制造，工地栓接。 • 为抑制风振，采取了3个措施： 1) 箱形截面: 增大刚度和自振频率。 2)气动外形: 横截面切去4角，提高涡振的临界风速。 3)预留安装阻尼器的位置：根据需要安装附加阻尼器。

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二、大跨度钢桥简介

3、郑州黄河公铁两用大桥

郑州黄河公铁两用桥是石武铁路客运专线及河 南郑州-新乡城际公路跨越黄河的特大公铁两用桥， 桥位距下游京珠高速公路郑州黄河大桥约6公里。

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全长：铁路桥：14886m。 公路桥：11575m。

二、大跨度钢桥简介

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二、大跨度钢桥简介

主桥: 采用上下层布置方式，公路在上层，公路设计速度100公里/小时；铁路 在下层，铁路设计速度350公里/小时。 分两联布置，总长1684m。 第一联采用 120+5×168+120m 六塔部分斜拉连续钢桁结合梁方案。 第二联采用 5×120m 连续钢桁结合梁方案。

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二、大跨度钢桥简介

主桥上层设双向六车道；下层为双线客运专线铁路

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二、大跨度钢桥简介

主桥上层公路桥面宽32.5m，下层双线客运专线的线间距7m。横向布置为 三片桁，中桁垂直，边桁倾斜。 公路桥面为混凝土板，铁路桥面为正交异性整体钢桥面板。

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钢桁梁施工：第一联采用顶推法施工。

二、大跨度钢桥简介

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二、大跨度钢桥简介

4、京沪高速铁路济南黄河大桥

京沪高速铁路济南黄河桥是京沪高速在济南跨越黄河的重要通道， 桥位上距济德高速公路黄河大桥约3km，下距洛口铁路老桥约11km。

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二、大跨度钢桥简介

主桥采用等高度的刚性梁柔性拱方案，跨度布置为 112+3×168+112m。大桥按高速双线设计，两岸临黄大堤淤背区之间（含 河道）部分为京沪高速和太青客运专线四线共建。

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二、大跨度钢桥简介

大桥刚性主梁采用带竖杆的等高度三角形桁架，柔性拱肋按圆曲线 布置主桥横向采用两片主桁，为改善横梁及竖杆的受力状态，主桁竖杆 设计为带“K”撑的结构，桥面采用正交异性整体钢桥面板。

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二、大跨度钢桥简介

5、宁安城际铁路安庆长江大桥

桥位

桥位距上游已建成的安庆长江公路大桥约21km。

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我国大跨度铁路钢桥的技术发展 总体布置方案

全长2996.8m，

跨度布置：东引桥:16x32.7m 主桥:主

跨 580 m 滩地:6x64m 跨大堤:48.9+86+48.8m 西引桥:5x32.7+2x24.7+10x32.7m

二、大跨度钢桥简介

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主桥 主梁采用三桁构造，桁宽28m。

二、大跨度钢桥简介

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索梁锚固：

二、大跨度钢桥简介

主桁上弦节点两侧节点板向上延伸，之间焊接钢锚箱的拉板结构形式。 构造简洁传力直接，制造、检验和斜索安装操作都较方便。

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二、大跨度钢桥简介

6、铜陵长江大桥

铜陵长江大桥是 4线铁路（合肥至福州 客专、合肥经庐江至 铜陵铁路）6车道高速 公路的公铁两用大桥。 主跨630m钢桁梁 斜拉桥。

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主梁方案

二、大跨度钢桥简介

钢桁梁采用三片主桁布置，总桁宽34.2m，铁路、公路桥面均采用正交异性 钢板桥面。 桁片式安装：将主桁每两个节间（30米）为一个单元，分为若干个构件制 造、安装： 三片主桁： 3个构件 铁路桥面： 2个构件 公路桥面： 2个构件 公路横梁： 4个构件 小 计：11个构件（两个节间） 。的最大吊重约为330吨。

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三、大跨度铁路钢桥技术发展

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三、大跨度钢桥技术发展

京沪高速铁路、武广客运专线、石武客运专线设计速度目标值均为 350公里/小时，根据桥位处线路及行车条件，各桥设计速度目标值如下：

设计速度目标值

项目 设计速度目标值（km/h）

天兴洲大桥 大胜关大桥 郑州黄河桥 济南黄河桥 200 300 350 350

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三、大跨度钢桥技术发展

设计活荷载

项目 主跨(m) 铁路 公路 轻轨 活载值(t/m) 天兴洲大桥 504 2 线客运专线 2 线 I 级铁路 6 车道 / 35.1 大胜关大桥 336 2 线高速铁路 2 线 I 级铁路 / 2 线轻轨 34.7 郑州黄河桥 168 2 线客运专线 济南黄河桥 168 2 线高速铁路 2 线 I 级铁路 / / 28.8

6 车道 / 19.1

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三、大跨度钢桥技术发展

针对大跨度桥梁“大跨、高速、重载”的需求特点，在几 座大桥的设计、施工中，采用了多项新技术。

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三、大跨度钢桥技术发展

1、新材料

桥 名 武汉大桥 南京大桥 九江大桥 芜湖大桥 天兴洲大桥 大胜关桥

图

片

128 1955.09 1957.10 A3q 2铁4公 2.14 160 1960.01 1968.12 16Mnq 2铁4公 6

.65 216 1973.12 1996.09 15MnVN 2铁4公 5.68 312 1997.03 2000.09 14MnNb 2铁4公 9.60 504 2004.09 建设中 Q370 4铁6公 12 .15 336 2005 建设中 Q370+Q420 4铁2轨 20.12

主跨（m） 开工日期 通车日期 钢材种类 运营荷载 钢材(万t)

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三、大跨度钢桥技术发展

南京大胜关长江大桥根据主桁结构不同部位的受力状况，选用不同 强度等级的钢材。轴向压力较大的拱肋杆件采用高强度、高韧性、良好 焊 接 性 能 的 Q420qE钢 板 ，其 余主 桁杆 件以 及联结系、桥面结构采用 Q370qE材质的钢板。

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三、大跨度钢桥技术发展

2、新结构

2.1 三片主桁空间桁架结构

由于搭载多线铁路或公路荷载，南京大胜关大桥、武汉天兴洲大桥和 郑州黄河大桥均采用了三片主桁的空间桁架结构。 采用设置三片主桁的桁架结构减小了主桁杆件内力，有利于杆件的制造 和运输，克服了对钢材强度等级的更高要求。

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我国大跨度铁路钢桥的技术发展 2.2 钢正交异性板整体桥桥面

三、大跨度钢桥技术发展

桥面结构和轨道的平顺性是桥梁能否满足高速行车性能的关键因 素，传统的明桥面系统已不能满足时速200公里以上的高速行车要求。 南京大胜关长江大桥、郑州黄河大桥、济南黄河大桥均采用了钢正 交异性桥面板的结构。

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我国大跨度铁路钢桥的技术发展 2.3 组合钢桁梁新结构

三、大跨度钢桥技术发展

天兴洲大桥公路桥面两端168m为预制混凝土板，目的是克服边墩及锚 墩的负反力。其余为钢正交异性板桥面。在钢桁梁桥中采用正交异性钢板与 混凝土板混合桥面的新结构。 郑州黄河公铁大桥公路桥面采用预制混凝土板，铁路桥面采用钢正交异 性板，与钢桁梁形成组合结构共同受力。

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三、大跨度钢桥技术发展

２.4 桥上大位移轨道温度调节器和梁端伸缩装置

桥梁上轨道及梁端伸缩调节装置直接关系到高速列车通过桥梁时的行 车性能和舒适度。 武汉天兴洲长江大桥、南京大胜关长江大桥和郑州黄河大桥均采用了伸 缩量800-1000毫米的桥梁轨道温度调节器和梁端伸缩装置。

轨道温度调节器

球型支座图

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我国大跨度铁路钢桥的技术发展 2.5 大吨位铸钢球形支座

三、大跨度钢桥技术发展

多线铁路大跨度桥梁恒、活载重量大，支座反力大。列车过桥时速 高，支座除满足承载力要求外，应具有良好的位移和转动性能。 以南京大胜关长江大桥为

例，该桥主跨中桁下支座采用了承载力18000t 的大吨位球型支座。

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我国大跨度铁路钢桥的技术发展 2.6 大吨位阻尼器

三、大跨度钢桥技术发展

天兴洲公铁两用长江大桥采用了大吨位流体阻尼器和磁流变液阻尼器 的混合阻尼控制方案。其中，流体阻尼器的最大阻尼力为2000KN，磁流变液 阻尼器的最大阻尼力为400KN。 流体阻尼器能有效地抑制主梁的纵向地震反应，而由流体阻尼器和磁流 变液阻尼器组成的混合控制系统既可有效地抑制主梁的纵向地震反应，又能 有效地抑制因列车制动引起的主梁的纵向振动反应。

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我国大跨度铁路钢桥的技术发展 3、新工艺

三、大跨度钢桥技术发展

根据结构特点及地形、水文、运输条件，各桥的施工方案多有创新。 （1）天兴洲大桥： a) 钢梁整节段架设； b) 主塔墩基础钢围堰整体制造、浮运、锚墩定位、带载升降技术。

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三、大跨度钢桥技术发展

（2）大胜关长江大桥：

a) 钢围堰整体气囊法断缆下水技术。 b) 无导向船浮式围堰作施工平台。 c) 钢桁拱吊索塔架辅助安装技术。

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三、大跨度钢桥技术发展

（3）郑州黄河公铁两用大桥：主桥钢桁梁顶推法施工。

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我国大跨度铁路钢桥的技术发展 4．新设备

三、大跨度钢桥技术发展

（1）700吨梁上吊机：该吊机起吊重量达700吨，采用多点起吊方式，各点起吊、 位置拉力可调。用于武汉天兴洲公铁两用长江大桥桁梁整节段架设。 （2）KTY4000型钻机：该型钻机为动力头钻机（即钻头带动力），最大扭转力矩 300KN.m，最大钻孔直径4m。用于武汉天兴洲长江大桥和南京大胜关长江大桥大直径 钻孔桩施工。

整节段钢梁架设

KTY4000型钻机

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我国大跨度铁路钢桥的技术发展 目前工程进展情况：

三、大跨度钢桥技术发展

•天兴洲大桥铁路货运线、公路已开通。 •大胜关大桥已合拢。 •郑州黄河桥钢梁已顶推完成。 •济南黄河桥正在进行架设钢梁。 •安庆长江大桥正在进行基础施工。

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