中俄同江黑龙江铁路特大桥108 m钢桁梁检修通道设计

李恩良

(铁道第三勘察设计院集团有限公司桥梁处，天津　300142)



中俄同江黑龙江铁路特大桥108 m钢桁梁检修通道设计

李恩良

(铁道第三勘察设计院集团有限公司桥梁处，天津300142)

摘要：检修通道是钢桁梁桥的重要组成部分，对桥梁钢结构的日常运营维护和病害检查起着至关重要的作用。结合中俄同江黑龙江铁路特大桥108 m钢桁梁的检修通道设计，介绍该桥人行检修通道的平面布置设计、托架立面布置设计。设计中考虑俄罗斯方面“主桁内外侧均设置检修通道”的需求，提出主桁内外侧通道采用整体托架的设计理念，并将整体托架通过螺栓与下弦杆结合在一起，成功解决该桥人行检修通道的设置问题。

关键词：铁路桥；钢桁梁；检修通道；整体托架；受力分析

1概述

同江黑龙江铁路特大桥位于黑龙江省同江市哈鱼岛至俄罗斯联邦犹太自治州下列宁斯阔耶之间，连通向阳川—哈鱼岛铁路与俄罗斯西伯利亚铁路列宁斯阔耶支线铁路。该桥是第一座跨越中、俄界河(黑龙江)的铁路大桥[1]。为了满足中俄两国的接轨条件和运营要求，同江黑龙江铁路特大桥采用无砟轨道板套轨技术，俄罗斯轨距为1 520 mm，我国轨距为1 435 mm，大桥采用了16孔108 m钢桁梁，且需要在钢桁梁主桁架内侧和外侧均设置人行检修通道。

我国钢桁梁传统的检修通道设置形式一般是单侧的。设置在主桁架的内侧时，整体桥面板时直接设置在桥面板上，非整体桥面板或明桥面时采用三角托架与纵梁加劲肋板栓接在一起；设置在主桁架外侧时，采用三角钢板托架或角钢托架与下弦杆栓接在一起[2-5]。但本工程比较特殊，桥上人行检修通道设计需要同时考虑俄罗斯方面的规范需求，在主桁架内外侧均设置检修通道。

2108 m钢桁梁设计概况

同江桥108 m钢桁梁主桁采用带竖杆的三角形桁架，桁高15 m，主桁中心距为8 m。上、下弦杆均采用箱形截面，截面高度均为850 mm。桥面系采用纵横梁结构，桥面系下设置交叉腹杆体系的下平纵联，预应力混凝土轨道板直接与纵梁上翼缘螺栓连接。桥面系纵梁为连续结构，设计中考虑纵、横梁桥面系参与主桁共同作用。只在下弦节点处设置横梁，端节间长10.5 m，其余节间长11 m。纵横梁为等高的工字形截面，端横梁高为1 580 mm，其余横梁及纵梁全高1 600 mm。为减小纵梁与下弦杆的变形差，在端节间内下弦杆与横梁之间设置撑架结构。上平纵联采用交叉式腹杆体系，对应横联处设置横撑。该桥地处东北严寒地区，整体节点的焊缝疲劳应力幅较为控制，因此本钢梁所有节点均采用散拼节点，高强螺栓连接。钢桁梁概图如图1所示。

图1　跨度108 m钢桁梁概图(单位：mm)

为使检修人员对桥梁结构检查便捷及保证检修人员人身安全，在主桁内、外侧均设置检修通道。主桁每隔一个节间设置一处内、外侧人行道之间的连接过道，两片主桁的过道交错布置[6，7]。

3检修通道布置形式

检修通道托架的结构形式取决于托架上检修通道的布置形式和桥梁主体结构的布置形式。托架结构形式的拟定应确保托架结构受力安全，外形美观，经济适用[3-9]。设计中综合考虑108 m钢桁梁主桁结构形式和检修通道的布置形式，对检修通道托架在平面、立面上布置形式介绍如下。

3.1　托架的平面布置

108 m钢桁梁端节间、次端节间长10.5 m，其余节间长11 m，且在端节间设置端部撑架，端部撑架为变截面工字形钢梁，一端与纵横梁相接处通过节点板连接，另一端与下弦杆节间中间通过节点板连接。每个节间中设置3个普通托架，节点处各设置1个托架。由于端部撑架的设置，使得在端节间设置检修通道托架变得十分困难。

托架上方设置检修通道，主桁内外侧通道宽度分别为1.2、1.0 m，为方便排除雨雪，人行道步板采用特制的钢格栅板，主桁内外侧检修通道在每个节间交错设置过道，过道宽度为5.5 m。检修通道钢格栅板下边设置通信、电力等槽道。根据钢桁梁各个杆件的空间位置关系，检修通道托架分为3种类型：普通托架、节点托架、撑架处托架，3种托架在节间中的平面布置如图2所示。

图2　托架平面布置(单位：mm)

3.2　托架的立面布置

108 m钢桁梁下弦杆与纵横梁桥面系结构底面在同一高度，下弦杆顶面与轨道板结构顶面高差约1.15 m。根据设计原则，检修通道步板顶面需与轨道板结构顶面持平，同时电力、通信、信号、给水等管道需布置在步板下边。

鉴于这种情况，设计过程中针对托架的布置形式讨论了多种方案，包括分离式托架和整体式托架。分离式托架的设计理念为主桁内外侧检修通道分别设置承重托架，内侧托架采用三角形桁架，与纵梁加劲肋栓接，外侧托架与下弦杆焊接，如图3所示。

图3　分离式托架布置(单位：mm)

整体式托架的设计理念为内外侧通道共用一个整体托架，由于下弦杆采用密闭设计，整体托架通过螺栓与焊接在下弦杆上的角钢节点板连接。针对本工点，这两种托架的优缺点对比如表1所示。

表1　分离式托架与整体托架对比

综合考虑表1中各方面因素，最终确定采用整体

式托架。1孔108 m钢桁梁共布置56个普通托架、4个撑架处托架、22个节点托架，托架材质采用Q345qE钢材，各个杆件均采用角钢构件，各个构件制作时先采用定位螺栓连接，然后焊接在一起，托架制作均在工厂完成，现场拼装。

普通托架与焊接在下弦杆两侧腹板上的角钢节点板进行栓接，主桁内侧节点板采用4个M22螺栓，主桁外侧综合考虑检查车吊轨连接的受力，采用6个M22螺栓。节点板角钢与下弦杆腹板采用四面围焊，为保证托架节点板焊缝不影响下弦杆腹板与顶板焊缝的受力，托架节点板上边缘距离下弦杆上缘应空出一定的高度。如图4所示。

图4　普通托架立面布置(单位：mm)

撑架处托架布置位置的特殊性决定了其布置形式的特殊性，该托架位于端节间中心，下弦杆中心处布置了端部撑架节点板，这就给撑架与下弦杆的连接带来了不少的难度。设计时主桁外侧采用与普通托架相同的节点连接方式，主桁内侧使角钢节点板通过4个M22螺栓与撑架节点板顶面进行栓接，同时分别采用2个M22螺栓连接N2-1、N3-1角钢。如图5所示。

图5　撑架处托架立面布置(单位：mm)

节点托架布置在主桁节点处，采用单三角托架形式，主桁外侧检修通道荷载由三角托架承担，主桁内侧检修通道荷载直接作用在桥面系横梁上。三角托架通过N3角钢连接至主桁散拼节点处。如图6所示。

图6　节点处托架立面布置(单位：mm)

3.3　通道及电缆槽布置

托架的设置为电力、通信、信号等槽道及检修通道的布置提供了坚实的基础，通过在托架N1角钢(或横梁)上焊接基础角钢，并在该角钢上栓接竖向角钢，竖向角钢的高度应满足电力、通信信号等槽道的设置要求，同时在竖向角钢顶部再栓接1孔梁长度范围内的纵向角钢。该纵向角钢一方面维持托架稳定，另一方面为人行钢格栅板[10-11]的铺设提供基础。这样搭接完成后，各种管线槽道就布置在钢格栅板下方的管线通道内，具体的摆放顺序需根据电力、通信、信号等专业需求来安排，详细构造如图4～图6所示。

4托架构件受力检算

托架均由角钢杆件焊接或栓接而成，托架上承受的恒载主要为托架自重、钢格栅板及其支撑结构重力、各种槽道及检修机具设备重力等，活载主要为人群荷载。设计时采用MIDAS civil 2012对各个托架进行了受力检算，结果表明截面强度均满足设计要求，并根据《铁路桥梁钢结构设计规范》(TB 10002.2—2005)[12]对受压杆件进行了强度、刚度、稳定性检算，均满足要求。检算结果如表2所示。

表2　托架杆件受力检算结果

注：内力、应力负值表示受压，正值表示受拉。

5结语

检修通道是钢桁梁桥的重要组成部分，对桥梁钢结构的日常运营维护和病害检查起着至关重要的作用。我国设计的钢桁梁检修通道基本上都是只在主桁内侧或外侧设置，但跟国际接轨时就需要结合接轨国家的需求进行设计。在中俄同江特大桥108 m钢桁梁检修通道的设计中考虑了俄罗斯方面“主桁内外侧均设置检修通道”的需求，提出了主桁内外侧通道采用整体托架的设计理念，并将整体托架通过螺栓与下弦杆结合在一起，成功解决了该桥人行检修通道的设置问题，以期为同类桥梁的检修通道设计和施工提供参考。

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The Design of Overhaul Passageway for 108 m Steel Truss Girder of Sino-Russian Tongjiang Bridge

LI En-liang

(Department of Bridge Engineering Design, The Third Railway Survey and Design Group Cooperation， Tianjin 300142, China)

Abstract：The overhaul passageway is an important part of the steel truss bridge， which plays a vital role in daily operation， inspection and maintenance. This paper introduces the process in the design of overhaul passageway and layout design of bracket elevation with reference to the design of overhaul passageway of 108mterssteel truss girder for Sino-Russian Tongjiang Bridge. According to the requirement raised by Russia that the overhaul passageway should be set on both inside and outside of the main steel truss， such design concept is put forward that the passageways of main truss use integrated bracket united with lower chord panel by bolts.

Key words：Railway bridge; Steel truss girder; Overhaul passageway; Integrated bracket; Mechanical analysis

作者简介：李恩良(1983—)，男，工程师，E-mail：289492406@qq.com。

收稿日期：2015-05-21； 修回日期：2015-07-01

中图分类号：U448.36

文献标识码：ADOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2016.01.015

文章编号：1004-2954(2016)01-0071-04