3×168 m连续钢桁柔性拱结构分析

戴 江 波

(中国铁建大桥工程局集团有限公司，天津 300300)



3×168 m连续钢桁柔性拱结构分析

戴 江 波

(中国铁建大桥工程局集团有限公司，天津 300300)

介绍了银西铁路银川机场黄河特大桥的设计荷载，根据该桥梁的构造形式，建立了该桥的梁单元有限元模型，并从挠度、主桁杆件内力、拱肋及吊杆内力等方面，对桥梁的结构进行了分析，以满足安全性的要求。

桥梁，柔性拱，主桁杆件，应力

0 引言

银西铁路银川机场黄河特大桥主桥为双线连续钢桁柔性拱，跨径布置为两联3×168 m。主桁采用有竖杆三角形桁式，计算跨度3×168 m，全长506 m，桁高12.8 m，上下弦节间长度11 m，12 m。拱肋采用二次抛物线线形，矢高(上弦以上)28 m，矢跨比1/4.714。主桁桁宽13.8 m，桥面板宽12.7 m，桥面系采用正交异性板道砟桥面，纵向设置U型加劲肋及板式加劲肋，横向除端横梁采用箱型横梁外，其余均采用倒T型横梁及横肋。横桥向每隔22 m～24 m设置一道横向联接系。主桥立面布置及结构如图1，图2所示。

1 设计荷载

1)恒载：结构自重(含桥面板)取225 kN/m，二期恒载取175 kN/m，包括钢轨、道砟、轨枕、防水层、保护层、挡渣墙等。

2)活载：整体计算采用ZK活载；局部构件检算采用ZK特种活载。疲劳动力系数1+μ=1+18/(40+L),其中,L为杆件影响线长度。

3)温度力：主桁左右侧温差按升降温5 ℃，桥面系以上杆件日照温差15 ℃，体系温差按整体升温40 ℃计算。

4)附加力：制动力按高速铁路设计规范第7.2.13条计算；基本风压值W0=700 Pa。

2 桥梁构造

2.1 主桁

拱肋以及上、下弦杆均采用箱型截面，竖板及顶底板均设置加劲肋，各截面内宽均为1 000 mm，其中拱肋截面高1 300 mm，板厚20 mm～40 mm；上弦杆截面高1 100 mm，板厚20 mm～36 mm；下弦杆截面高1 300 mm，板厚24 mm～40 mm；腹杆截面采用箱型截面及工字型截面，其中箱型杆件的竖板及顶、底板均设置加劲肋，端腹杆宽1 300 mm，内高1 000 mm，翼缘板宽700 mm，板厚20 mm～40 mm；吊杆采用八角形截面，宽800 mm，高1 000 mm，板厚16 mm。

主桁连接采用焊接整体节点板，最大节点板厚48 mm，杆件采用φ33的M30高强度螺栓连接。主桁杆件示意图如图3所示。

2.2 桥面板

桥面板厚16 mm，直接承受桥面荷载，同时作为纵肋及横梁、横肋的上翼缘，与纵肋、横梁以及横肋焊连。纵肋横桥向共设置16道U肋及6道Ⅰ肋，U肋高260 mm，底宽207 mm，U肋板厚8 mm；Ⅰ肋高200 mm，板厚14 mm，U肋以及Ⅰ肋全桥连续，遇横梁、横肋腹板开孔穿过。端横梁采用箱型截面，腹板高1 300 mm，厚20 mm，底板宽1 200 mm，厚36 mm；节点横梁采用倒T型截面，腹板高1 300 mm，厚16 mm，下翼缘宽600 mm，厚32 mm。每个节间设置三道横肋，横肋腹板高1 300 mm，厚14 mm，下翼缘宽460 mm，厚26 mm。

2.3 纵向联结系

上平纵联斜撑采用工字型截面，腹板高388 mm，厚12 mm，翼缘板宽420 mm，厚16 mm；端横撑采用工字型截面，截面高420 mm，宽460 mm，顶、底板厚24 mm，腹板厚16 mm。

拱肋平纵联斜撑采用工字型截面，腹板高420 mm，厚14 mm，翼缘板宽420 mm，厚20 mm；横撑采用工字型截面，腹板高420 mm，厚14 mm，翼缘板宽460 mm，厚20 mm。

加劲弦平纵联斜撑采用工字型截面，翼缘板宽56 mm，厚40 mm，腹板高560 mm，厚32 mm。

2.4 桥门架及横联

从端斜杆开始，每两个节间设一道桥门架或横联，全桥共设6道桥门架，19道横联。桥门架及横联均采用板式结构，其构成是在上平联工字型横撑下叠焊桥门架或横联构件。桥门架上下翼缘宽度均为500 mm，厚28 mm，腹板厚24 mm，中部高度为2 662.5 mm，端部高度8 224.4 mm；横联上下翼缘宽500 mm，厚24 mm，腹板厚20 mm。横联中部及端部的高度分别为2 000 mm，6 000 mm。

加劲弦竖杆及拱脚之间的横联采用桁式结构，横联斜杆翼板宽度440 mm，厚40 mm，腹板高340 mm，厚24 mm；拱脚横撑翼板宽600 mm，厚度40 mm，腹板高340 mm，厚度24 mm。

3 计算结果分析

3.1 模型的建立

采用MIDAS Civil按照3×168 m连续钢桁柔性拱的实际尺寸和材料特性建立该桥的梁单元有限元模型，其中弹性模量为206 000 MPa，容重为7 698 kN/m3，建立的有限元模型见图4。

3.2 挠度计算结果分析

根据《铁路桥梁钢结构设计规范》[3，4]，主桁在静活载作用下，梁体的竖向挠度不大于L/900=168 000/900=186.67 mm(平面模型),空间模型计算按L/1 000=168 mm控制，具体以平面模型的计算值作为控制标准，空间的结果进行校核，3×168 m连续钢桁柔性拱在恒载以及静活载作用下的最大竖向挠度如表1所示。

表1 挠度计算结果 mm

如表1所示，在两种荷载工况下，银川机场黄河特大桥的最大竖向挠度为139.844 mm，小于容许值，结构刚度满足规范要求。

3.3 主桁杆件内力及应力计算结果分析

在主力荷载作用下，主桁杆件最大内力及应力计算结果如表2所示，结构的应力计算结果可以满足《铁路桥梁钢结构设计规范》的要求。

表2 主桁杆件最大内力及应力计算结果

3.4 拱肋及吊杆内力及应力计算结果分析

如表3所示，在主力荷载作用下，拱肋的最大拉应力为9.1 MPa，最大压应力为33.7 MPa，计算结果满足《铁路桥梁钢结构设计规范》的要求。

表3 拱肋最大内力及应力计算结果

针对吊杆的内力及应力计算结果，吊杆的最大拉应力为26.9 MPa，最大压应力为15.2 MPa，满足规范[4]要求(见表4)。

表4 吊杆最大内力及应力计算结果

3.5 上平联内力及应力计算结果分析

上平联的最大内力及应力如表5所示，上平联的最大拉应力为22.4 MPa,最大压应力为21.5 MPa，满足《铁路桥梁钢结构设计规范》的要求。

表5 上平联的最大内力及应力计算结果

4 结语

通过对银川机场黄河特大桥的结构分析，得出如下结论：

1)针对该3×168 m连续钢桁柔性拱，恒载作用下的边跨中挠度最大，为139.844 mm，小于容许值186.67 mm，满足设计要求。

2)银川机场黄河特大桥主桁杆件的内力以及应力最大，边跨的内力以及应力计算结果大于中跨数值，说明边跨内力控制该桥的设计。

[1] 方秦汉,高宗余,李加武.中国铁路钢桥的发展历程及展望[J].建筑科学与工程学报，2008，25(4):1-5.

[2] 苏彦江.钢桥构造与设计[M].成都:西南交通大学出版社，2006.

[3] TB 10002.1,铁路桥涵设计基本规范[S].

[4] TB 10002.2,铁路桥梁钢结构设计规范[S].

[5] 郝云杉.客货共线1-156 m简支钢桁结构分析[J].西安科技大学学报，2012(5):377-381.

Analysis on 3×168 m continuous steel truss flexible arch structure

Dai Jiangbo

(China Railway Bridge Engineering Bureau Group Limited Company, Tianjin 300300, China)

This paper introduced the design load of Yellow River super bridge of Yinchuan airport of Yinxi railway, according to the structural form of the bridge, established the beam unit finite element model of the bridge, and from the deflection, main truss internal force, arch rib and hanger forces and other aspects, analyzed the bridge structure, in order to meet the requirements of safety.

bridge, flexible arch, main truss member, stress

1009-6825(2017)08-0170-03

2017-01-05

戴江波(1982- )，男，工程师

U448.213

A