浅谈林织铁路纳界河大桥主体钢结构设计

戴晓春, 徐 勇, 陈 列, 何庭国, 许 敏

(中铁二院工程集团有限责任公司，四川成都 610031)

1 工程概况

新建林歹(南)至织金铁路是川贵铁路的重要连接线，连接贵州省清镇市与织金县，是一条客货共线单线铁路。纳界河特大桥在清镇市与织金县交界处跨越纳界河谷，桥址处溶蚀、侵蚀深切河谷地貌，两岸地形高陡，河谷呈“V”型峡谷。沟谷地带河底最低标高为910 m左右，两边山体最大标高1 243 m，相对高差10～330 m，桥高约320 m，桥址区无便道相通，交通极为不便。图1为大桥建成照片。

主要技术标准：

(1)铁路等级：Ⅱ级。(2)桥上线路：单线，有砟轨道。(3)设计活载：中—活载。(4)旅客列车设计行车速度：120 km/h。(5)牵引种类：电力。(6)地震烈度：地震动峰值加速度0.05g，反应谱特征周期0.35 s。

2 大桥总体布置

2.1 桥跨布置

纳界河大桥主桥采用352 m上承式钢桁拱，引桥及拱上梁跨布置为3×24 m+32 m简支梁+2×48 m预应力混凝土T构+(11×24.7 m)钢-混结合连续梁+2×48 mT构+7×

图1 纳界河特大桥

32 m简支梁，桥梁全长810.1 m。

主桥拱圈采用为变桁宽、变桁高的提篮式钢桁结构，拱上建筑由12个钢箱桁式结构立柱和一联11×24.7 m钢—混结合连续梁组成，两端采用2×48 m预应力混凝T构与引桥简支梁衔接。图2为大桥立面布置图。

图2 大桥立面布置(单位:m)

2.2 建筑材料

主拱圈拱桁采用材质为Q370qE级钢材，拱上立柱、拱上梁及主拱圈平纵联及横向连接系采用材质为Q345qE级钢材。

3 主桥钢结构设计

大桥为主跨352 m的单线铁路桥，桥面宽度仅为7.0 m，为保证列车通过大桥时运行安全性和乘坐舒适性，需要桥梁具有较大的横向刚度。设计中采用了大倾角变桁宽提篮拱式构造，拱上立柱按照相同的角度内倾，拱上钢—混组合梁通过外伸式横梁与拱上立柱连接。

3.1 主拱圈设计

主拱圈为提篮钢桁拱结构，由左右两片钢拱桁结构和平联及横联组成。拱圈拱趾处中心跨度为352 m，拱桁竖直面内矢高为64.5 m，矢跨比为1/5.457，拱轴线立面投影为悬链线[1]，拱轴系数m=1.5。拱桁内倾角为8.378 67°，拱趾处拱桁横向中心距为27.0 m，拱顶处拱桁横向中心距8.0 m。拱桁为变高度N型桁架，拱桁平面内拱趾处拱桁平面内桁高13.0 m，拱顶处桁高为8.0 m，节间水平投影长度8.233 3 m。图3为主拱圈结构图。

图3 主拱圈结构(单位:m)

3.1.1 拱桁设计

拱桁弦杆采用焊接箱型截面，截面内宽1 600 mm，内高1 200 mm，板厚28～50 mm，为满足板件局部稳定性要求，截面内侧设纵向加劲肋，加劲肋宽250 mm。

拱桁腹杆采用焊接H形截面，由于弦杆宽度达1 600 mm，与之相连接的H型腹杆的水平板难以满足局部稳定性要求，腹杆与主节点连接端采用变宽构造，主桁节点板内腹杆截面宽度为1 598 mm，主桁节点外腹杆截面宽度为1 152 mm，变宽处设2道横向隔板[2]，翼缘板高度为720 mm，板厚度有28～32 mm。

拱桁弦杆节点均采用整体节点形式，弦杆均采用四面对拼拼接，腹杆采用插入节点板内拼接，拱桁拼接采用M30高强螺栓。上弦典型杆件构造见图4。

图4 上弦杆件构造(单位:m)

3.1.2 联接系设计

由于主拱圈为提篮式变桁高结构，平纵联、横联与拱桁间空间关系非常复杂，设计中根据相应的弦杆角度将平联节点板进行弯折，并结合弦杆的内倾角度调整上下节点板的尺寸实现其连接。

拱桁上弦和下弦平面内均设平纵联，保证截面的整体性与拱圈的稳定[3]。平纵联在拱桁横向中心距较大的上弦A1～A13和下弦E2～E13节点间为“K”型布置，其余为“X”型布置。平纵联斜杆采用焊接箱形截面，截面外高560 mm，外宽500 mm，板厚20 mm；平联横撑在“K”型布置区采用箱型截面，外高592 mm，宽420～580 mm，板厚16～28 mm。

拱圈每三个节间设两处“V”型横联，增加截面的抗扭转刚度。全桥共设28处。横联杆件采用焊接箱形截面，截面外高380 mm，外宽284～444 mm，板厚12～16 mm。

3.2 拱上立柱设计

拱上立柱采用钢结构桁架式桥墩，墩柱与拱桁上弦整体节点采用四面对拼拼接方式，墩柱间设“X”形横向连接系以增加拱上墩的横向刚度。全桥共设12个拱上立柱，其中拱上①立柱最高为36.944 6 m。

拱上立柱横向与拱桁采用相同的角度内倾，内倾角度β=8.378 67°。

为便于杆件运输和架设，墩柱长度控制在11.0 m以内，墩柱阶段间采用四面对拼拼接。图5为拱上立柱构造示意图。

图5 拱上立柱结构示意(单位:mm)

立柱杆件采用焊接箱形截面，截面内宽均为1 600 mm，①立柱截面内高1 200 mm，②立柱截面内高1 000 mm，其余立柱截面内高900 mm，板厚24～32 mm，为满足板件局部稳定要求，截面内侧设纵向加劲肋，加劲肋宽240 mm，板厚24 mm。

拱上①～④立柱间设“X”型横联，横联杆件采用焊接H形截面，普通横联杆件截面外宽700 mm，翼缘宽520 mm，板厚24 mm。

3.3 拱上钢混—组合梁设计

拱上梁采用一联11×24.7 m钢—混连续结合梁，全长269.8 m，其梁端与引桥简支梁采用2×48 m预应力混凝土T构衔接。为提高整桥的横向刚度并在拱上立柱中合理分配列车制动力，除梁端设纵向活动支座外，其余拱上梁与立柱间均设纵向固定支座。

3.3.1 主梁断面形式

主梁采用钢主梁与钢筋混凝土桥面板共同受力的结合梁，传剪器为圆柱头焊钉。结合梁梁高2.3 m，钢梁高2.0 m，混凝土桥面板厚0.3 m，桥面设2 %的横向坡度，边跨结合梁支承于T构梁端悬臂伸出的牛腿上部分梁高1.4 m，钢梁高1.1 m。主梁构造见图6。

图6 主梁截面(单位:mm)

3.3.2 主梁钢结构设计

钢主梁采用单箱单室截面，跨中正弯矩区段设计为U型开口截面，支点附近负弯矩区内设计为箱形闭口截面。钢主梁梁高2.0 m，U型开口截面腹板中心距为3.0 m，腹板厚16 mm，边跨梁端处腹板加厚至24 mm；底板宽3 080 mm，板厚24 mm；上翼缘板宽600 mm，板厚36 mm；箱形闭口截面腹中心距为3.0 m，腹板厚16 mm。为满足腹板局部稳定性要求，开口截面腹板内侧每隔1.5 m左右设1道200 mm×20 mm的横向加劲肋，为限制截面的畸变和横向变形[4]每隔6 m左右设1道横梁，横梁腹板高1 940 mm。

3.3.3 混凝土桥面板及剪力钉

主梁桥面板采用C50现浇钢筋混凝土，桥面板施工时先浇筑每一跨跨中12.7 m范围内的混凝土，待其强度达到设计强度的95 %以上后再浇筑其余部位混凝土，以减少负弯矩区桥面板混凝土的拉应力，使得成桥后结构处于更好的受力状态。

混凝土桥面板通过焊接在U形截面主梁上及横梁上翼缘、箱型截面顶板上的剪力钉和钢梁共同受力，剪力钉采用φ22 mm的圆柱头焊钉。

4 钢结构防腐涂装

钢结构外露表面涂装按照TB/T 1527-2011《铁路钢桥保护涂装及涂料供货技术条件》要求的第7套体系的相关要求执行，底漆为3道40 μm的特质环氧富锌防锈底漆，中间漆为2道40 μm的环氧云铁漆，面漆为2道35 μm的氟碳漆，涂层总的干膜厚度为270 μm。

5 主桥钢结构施工方案

根据现场实际地形和桥梁结构设计特点，通过安全性和经济性的比选，将钢梁拼装及吊装场地设于织金岸侧，钢梁采用“缆索吊装、吊扣分离、散件拼装”的吊装方案[3-5]。临时架空索道系统由三跨二组承重缆索组成，索道中跨458 m，设有50 t主索道和5 t工作索道。扣索系统布置于48 m预应力混凝土T构0#段顶(交界墩顶)，设置7组双索面扣锚索。图7为主拱圈跨中合龙照片。

图7 主拱圈合龙

6 结束语

林织铁路纳界河特大桥是我国已建成第一座铁路上承式钢桁拱桥，也是目前世界最大跨度的单线铁路上承式钢桁拱桥，大桥设计合理、经济性好、外形优美，与当地独特的生态环境浑然一体[6]，是我国近年来山区铁路的代表性拱桥建筑。

[1] 康晋,段雪炜,徐伟.重庆朝天门长江大桥主桥钢梁安装设计[J].钢结构,2011(3):65-67.

[2] 赵廷衡.桥梁钢结构细节设计[M].成都:西南交通大学出版社,2011.

[3] 马庭林,徐勇,陈克坚,等.水柏铁路北盘江大桥设计[J].预应力技术,2006(6):10-14.

[4] 叶华文,管乐,卫星.运营阶段大跨斜拉桥扁平钢箱梁横隔板受力分析[J].重庆交通大学学报,2011(2):204-208.

[5] 徐升桥,彭岚平,张华.南广铁路西江特大桥的技术创新[J].铁道标准设计,2013(2):50-56.

[6] 周海龙,周水兴,杨佳洁.谈桥梁技术美[J].重庆交通学院学报,社科版,2005(1):23-25.