彭敏

（深圳高速工程顾问有限公司，广东深圳 5180034）

1 工程概述

该64 m简支钢桁梁桥为跨子牙河上的一座铁路桥，位于半径为1 400 m的曲线上，桁架桥起终点平分曲线中矢。主桁间距8.17 m，桁架计算跨径64 m，上下弦杆中心距11 m。

2 主要技术标准

2.1 设计标准

设计速度160 km/h，预留时速200 km/h客货共线铁路。

2.2 线路情况

单线,位于R=1 400 m平曲线上，轨底至挡砟墙内侧桥面板顶700 mm。

2.3 桥梁限界

按《200 km/h客货共线铁路双层集装箱运输建筑限界（暂行）》中电力牵引的双层集装箱运输桥梁建筑限界SJX-QD图执行，轨面以上净高不小于7.96 m。

2.4 结构设计使用年限

主体结构在正常使用条件下为100 a。

2.5 设计荷载

2.5.1 主力

（1）恒载

结构自重：钢结构=78.3 kN/m；混凝土桥面板=65.8 kN/m。

（2）桥面二期恒载

包括人行道、挡砟墙、线路设施和管线、活动检查车轨道等桥面二期恒载，其重量按112.9 kN/m计列；考虑由于超高的影响引起二期恒载在纵梁上荷载的不同。

（3）混凝土收缩和徐变影响

混凝土的收缩应变和徐变系数终极值按《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》（TB10002·3—2005）中表 6.3.4-3办理。

2.5.2 活载

列车活载:ZK－活载，桥面板横桥向计算采用特种活载，顺桥向采用ZK活载。考虑轨道曲线半径为1 400 m的影响，活载按实际轨道中心加载。

列车竖向动力作用、长钢轨纵向水平力、横向摇摆力、横向离心力、人行道人行荷载按照《新建时速200 km客货共线铁路设计暂行规定》（2005年4月）相关规定办理。

2.5.3 附加力

列车制动力和风力按《铁路桥涵设计基本规范》（TB 10002·1—2005）相关规定办理。

（1）温度影响力

a.日照温度：上平联、上弦杆、腹杆的温度为20℃，混凝土桥面板的温度按5℃～0℃（混凝土板温度沿板厚方向线性变化）。

b.骤然降温：混凝土板的温度为0℃，钢构件（上平联、上弦杆、下弦杆、腹杆和纵横梁）的温度为-15℃。

c.骤然升温：混凝土板的温度为0℃，钢构件（上平联、上弦杆、下弦杆、腹杆和纵横梁）的温度为15℃。

d.体系升温、降温（计算支座伸缩量采用，支座安装时需要设预偏量）

体系升温：按整体升温35℃；体系降温：按整体降温35℃；

（2）地震力：设计地震动峰值取0.2g。

3 结构计算要点

3.1 结构计算

采用桥梁空间分析程序《midas/civil2006》分别对施工过程及成桥后结构内力进行了计算。分别就不考虑混凝土桥面板参与受力与考虑混凝土桥面板参与受力两种情况进行了计算（见图1、图 2）。

图1 Midas计算模型（不考虑桥面板参与受力）

图2 Midas计算模型（考虑桥面板参与受力）

不考虑混凝土桥面板参与结构受力分为两种情况：第一种为整个结构按刚接考虑；第二种腹杆和上下弦杆之间铰接（除了端斜腹杆和上下弦杆刚接），其他构件之间按刚接考虑。通过对两个模拟的内力分析比较，三者内力相差较小，整个结构按刚接来考虑。

考虑混凝土桥面板参与受力，将桥面板划分成纵横梁格，下弦杆、纵横梁和混凝土之间用刚臂连接，混凝土质量都集中于纵向构件，严格按施工顺序模拟施工过程。车道用虚拟梁模拟曲线半径为1400 m轨道的中心。

3.2 结构形式

3.2.1 钢桁梁

主桁采用无竖杆三角桁，桁高11.0 m，节间长度12 m及10 m，主桁中心距8.17 m。上、下弦杆采用箱形截面，上弦杆高728 mm，下弦杆高1 000～1 008 mm，上、下弦杆腹板内宽均为460 mm。腹板高分别为700 mm和980 mm；上弦杆上翼板、下弦杆下翼板宽均为600 mm。

3.2.2 桥面系

除端横梁外，纵、横梁均采用焊接工形截面，端横梁为焊接箱形截面。在纵梁、横梁及下弦杆上翼缘焊有剪力钉与混凝土桥面连接。在下弦节点处及节点中部设置横梁，其间距为6 m或5 m，梁高与主桁平齐。

单线桥梁设2片纵梁，间距2.3 m；纵梁与横梁等高，翼缘板宽540 mm。纵梁连续设置，不设伸缩纵梁。

为了降低桥面板自重和使其受力更加合理，桥面板采用变高度。混凝土桥面板挡渣墙内侧采用2%双向排水坡，挡渣墙外侧下弦杆顶部为平坡，桥面板在下弦杆顶部厚28 cm，在桥梁中心线处厚33.3 cm。

3.2.3 上平纵联

上平纵联采用交叉式的腹杆体系，横撑及斜杆均采用工字型截面，与平联拼接板为对接形式连接，采用M22高强度螺栓（Φ24 mm孔）连接。上平纵联系统线中心距为7.71 m。

3.2.4 桥门架及横联

钢桁梁端斜杆上设斜向桥门架，在上弦跨中区节点设中间横联，桥门架及横联均采用板式结构。

4 强度和刚度验算

构件进行了强度和稳定性验算（限于篇幅只列出起控制作用的主力组合，主力+附加力的未列出），计算结果如表1所示。

由表1可以得出，杆件的强度σmax=174.4＜[σ0]=210 MPa,强度满足要求。无论拉杆或压杆的长细比都满足规范要求。压杆的应力小于容许应力，满足稳定性要求。

从内外杆件的轴力和应力可以看出，由于桁架位于曲线上，外侧杆件的受力比内侧杆件的大，曲线桁架桥应考虑曲率对杆件受力的影响。

计入桥面板刚度，对于下弦杆的受力影响最大，由于计入桥面板刚度，下弦杆内力明显减少。其他杆件有影响，但是总体不大。

由表2可以看出，桁架梁桥的刚度满足规范的要求，计入桥面板的刚度与否，对桁架桥梁竖向刚度影响较小，横向刚度影响较大。采用混凝土桥面板能大大提高桁架梁桥的横向刚度。

5 结论

下承式钢桁梁结合梁结构形式，可以偏安全地采用不考虑桥面板刚度对结构的影响来进行主桁结构的设计，桥面系的设计按考虑桥面板刚度对结构的影响进行设计。

曲率对于钢桁梁内外侧构件的内力有影响，具体设计中应考虑曲率对于结构的影响。

表1 桁架杆件控制内力及截面选择

表2 桁架刚度计算

[1]TB 10002·1—2005，铁路桥涵设计基本规范[S].

[2]TB 10002·3—2005,铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范[S].

[3]TB 10002·2—2005，铁路桥梁钢结构设计规范[S].

[4]TBJ 24—89,铁路结合梁设计规定[S].

[5]李凤芹，刘凯，杨欣然.96 m简支钢桁梁设计[J].桥梁建设,2006（增刊 2）：106-110.