中国高速客运专线铁路大跨度钢桥介绍

2009武汉国际桥梁科技论坛中国高速客运专线铁路大跨度钢桥高宗余

中铁大桥勘测设计院有限公司2009.10武汉中国高速客运专线铁路大跨度钢桥目

录一、前言二、几座高速客专大跨度钢桥工程三、大跨度钢桥技术发展中铁大桥勘测设计院有限公司中国高速客运专线铁路大跨度钢桥一、前

言中铁大桥勘测设计院有限公司中国高速客运专线铁路大跨度钢桥一、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。中铁大桥勘测设计院有限公司中国高速客运专线铁路大跨度钢桥一、前言桥梁是铁路客运专线重要工程结构，对于客运专线列车运行的平稳性、旅客乘坐舒适性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、刚度要求外，首要考虑的是需要更好的旅客舒适性和更高的耐久性。中铁大桥勘测设计院有限公司中国高速客运专线铁路大跨度钢桥二、几座高速客专大跨度钢桥工程中铁大桥勘测设计院有限公司中国高速客运专线铁路大跨度钢桥二、大跨度钢桥简介主要介绍跨越长江、黄河的几座客运专线大桥，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，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。中铁大桥勘测设计院有限公司中国高速客运专线铁路大跨度钢桥二、大跨度钢桥简介1、武汉天兴洲公铁两用长江大桥武

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。大桥位于武汉长江二桥下游9.5公里的天兴洲江段

。中铁大桥勘测设计院有限公司中国高速客运专线铁路大跨度钢桥二、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。中铁大桥勘测设计院有限公司中国高速客运专线铁路大跨度钢桥二、大跨度钢桥简介主桥采用主跨504m的双塔斜拉桥，全长1092m。斜拉索按扇形索布置。加劲梁采用钢桁梁。中铁大桥勘测设计院有限公司中国高速客运专线铁路大跨度钢桥二、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。桁高15.2m、节间长度14m。中铁大桥勘测设计院有限公司中国高速客运专线铁路大跨度钢桥二、大跨度钢桥简介主桁杆件钢材：Q370q-E，最大板厚50mm。主桁采用焊接整体节点结构形式，主桁杆件弦杆均采用带加劲肋的箱形截面，斜杆和竖杆采用箱形或工字型截面。中铁大桥勘测设计院有限公司中国高速客运专线铁路大跨度钢桥二、大跨度钢桥简介上层公路桥面在桥梁两端各168m范围内设计为混凝土板，中间756m长范围内为钢正交异性板结构，混凝土板和钢正交异性板均和钢桁架的上弦杆顶板连接而共同受力。边跨设计为较重的混凝土桥面板的目的是平衡活载作用下边墩及辅助墩的负反力。中铁大桥勘测设计院有限公司中国高速客运专线铁路大跨度钢桥二、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。明桥面示意中铁大桥勘测设计院有限公司中国高速客运专线铁路大跨度钢桥二、大跨度钢桥简介主塔:采用钢筋混凝土结构，倒Y形,承台以上高度为190米；中铁大桥勘测设计院有限公司中国高速客运专线铁路大跨度钢桥二、大跨度钢桥简介在两主塔下横梁顶面与桁梁之间设置阻尼装置，以传递并减小列车制动及地震时产生的顺桥向作用力和位移，同时不能阻碍温度变化时产生的位移变化，实现多种作用效应下结构位移-力响应的综合控制。采用流体阻尼器和磁流变液阻尼器相结合的混合控制方案。中铁大桥勘测设计院有限公司中国高速客运专线铁路大跨度钢桥二、大跨度钢桥简介斜拉索：平行高强钢丝索体系，钢丝采用抗拉强度为1670MPa的φ7mm镀锌钢丝。在主塔两侧各布置16根，全桥共192根，斜拉索截面设计类型共分8种，最大为

451-φ7mm。中铁大桥勘测设计院有限公司中国高速客运专线铁路大跨度钢桥二、大跨度钢桥简介主塔基础：均采用φ3.4m钻孔灌注桩，2号墩为柱桩，32根，桩长约60m，3号墩为摩擦桩，40根，桩长80m；承台厚6m，塔座厚5m。承台采用双壁钢吊箱围堰施工。中铁大桥勘测设计院有限公司中国高速客运专线铁路大跨度钢桥二、大跨度钢桥简介主要施工方案：１.

主塔墩基础采用双壁钢吊箱围堰法施工。钢围堰定位：3#墩围堰采用定位船的方法定位。2#墩锚墩预施拉力方法定位。中铁大桥勘测设计院有限公司中国高速客运专线铁路大跨度钢桥二、大跨度钢桥简介2.

主桥钢梁架设法:采用整节段拼装。一个节间最大吊重为700吨。中铁大桥勘测设计院有限公司中国高速客运专线铁路大跨度钢桥二、大跨度钢桥简介2、南京大胜关长江大桥南京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。距南京长江大桥约20公里。南京长江三桥大胜关长江大桥中铁大桥勘测设计院有限公司中国高速客运专线铁路大跨度钢桥二、大跨度钢桥简介大桥全长9.273公里，其中两岸长江大堤之间正桥与南岸引桥共3.674公里按六线设计（即：高速双线、沪汉蓉双线、南京地铁双线），北岸5.599公里引桥按高速双线、沪汉蓉双线铁路设计。京沪高速铁路设计速度目标值300公里/小时.南引桥北引桥正桥5.599km3.674km四

线六

线全长9.273km中铁大桥勘测设计院有限公司中国高速客运专线铁路大跨度钢桥二、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。中铁大桥勘测设计院有限公司中国高速客运专线铁路大跨度钢桥二、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。南京地南京地铁京沪高速铁路沪汉蓉铁路15m铁15m中铁大桥勘测设计院有限公司中国高速客运专线铁路大跨度钢桥二、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Q420qEQ370qEQ345qD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:

Q420qE

表示其屈服强度为

420MPa.红线表示

Q420中铁大桥勘测设计院有限公司中国高速客运专线铁路大跨度钢桥二、大跨度钢桥简介吊杆

横截面为切角矩形。•

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。中铁大桥勘测设计院有限公司中国高速客运专线铁路大跨度钢桥二、大跨度钢桥简介钢梁安装•

钢桁拱：采用墩旁托架固定双伸臂施工，墩顶吊索塔架辅助安装，爬行吊机吊装桁拱构件，整体桥面采用水上船舶运输，垂直吊装。•

平弦钢桁梁：采用临时墩辅助安装，全伸臂架设。中铁大桥勘测设计院有限公司中国高速客运专线铁路大跨度钢桥二、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京广客专铁路、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。中铁大桥勘测设计院有限公司中国高速客运专线铁路大跨度钢桥二、大跨度钢桥简介全长：铁路桥：14886m。公路桥：11575m。中铁大桥勘测设计院有限公司中国高速客运专线铁路大跨度钢桥二、大跨度钢桥简介主桥:•布置方式：上下双层，公路在上层，铁路在下层。•设计速度：铁路350

km/h，公路100

km/h。•分两联布置，总长1684

m。第一联：

120+5×168+120

m六塔部分斜拉连续钢桁结合梁方案。第二联：

5×120

m连续钢桁结合梁方案。中铁大桥勘测设计院有限公司中国高速客运专线铁路大跨度钢桥二、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。横向：下弦桁间距8.5m，上弦桁间距12m。中铁大桥勘测设计院有限公司中国高速客运专线铁路大跨度钢桥二、大跨度钢桥简介钢桁梁施工：第一联采用顶推法施工。中铁大桥勘测设计院有限公司中国高速客运专线铁路大跨度钢桥二、大跨度钢桥简介4、京沪高速铁路济南黄河大桥中铁大桥勘测设计院有限公司中国高速客运专线铁路大跨度钢桥二、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+112

m。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。中铁大桥勘测设计院有限公司中国高速客运专线铁路大跨度钢桥二、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。中铁大桥勘测设计院有限公司中国高速客运专线铁路大跨度钢桥二、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。中铁大桥勘测设计院有限公司中国高速客运专线铁路大跨度钢桥二、大跨度钢桥简介总体布置方案全长2996.8m主桥主跨

580m中铁大桥勘测设计院有限公司中国高速客运专线铁路大跨度钢桥二、大跨度钢桥简介¾主桥主梁采用三桁构造，桁宽28m。中铁大桥勘测设计院有限公司中国高速客运专线铁路大跨度钢桥索梁锚固：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。中铁大桥勘测设计院有限公司中国高速客运专线铁路大跨度钢桥二、大跨度钢桥简介主塔：钢筋混凝土结构,高210m。主塔基础：36根Ф3.0m钻孔桩，长108m。承台为圆形，直径53m。中铁大桥勘测设计院有限公司中国高速客运专线铁路大跨度钢桥三、大跨度钢桥技术发展中铁大桥勘测设计院有限公司中国高速客运专线铁路大跨度钢桥三、大跨度钢桥技术发展京沪高速铁路、京广客运专线设计速度目标值均为350km/h，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天兴洲大桥

大胜关大桥

郑州黄河桥

济南黄河桥200

300

350

350设计速度目标值（km/

h）中铁大桥勘测设计院有限公司中国高速客运专线铁路大跨度钢桥三、大跨度钢桥技术发展设计活荷载项目天兴洲大桥大胜关大桥郑州黄河桥济南黄河桥主跨(m)5043361681682

线客运专线

2

线高速铁路

2

线客运专线

2

线高速铁路铁路公路2

线I级铁路

2

线I级铁路2

线I级铁路6车道/6车道/轻轨/2

线轻轨34.7//活载值(t/m)35.119.128.8中铁大桥勘测设计院有限公司中国高速客运专线铁路大跨度钢桥三、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，在几座大桥的设计中，采用了多项新技术。中铁大桥勘测设计院有限公司中国高速客运专线铁路大跨度钢桥三、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

片主跨（m）1281602163125042004.092009336开工日期

1955.09通车日期

1957.101960.01

1973.12

1997.031968.12

1996.09

2000.092006.07已合拢钢材种类运营荷载钢材(万t)A3q2铁4公2.1416Mnq2铁4公6.6515MnVN2铁4公5.6814MnNb2铁4公9.60Q370Q370+Q4204铁6公12.154铁2轨20.12中铁大桥勘测设计院有限公司中国高速客运专线铁路大跨度钢桥三、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。中铁大桥勘测设计院有限公司中国高速客运专线铁路大跨度钢桥三、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。中铁大桥勘测设计院有限公司中国高速客运专线铁路大跨度钢桥三、大跨度钢桥技术发展2.2

钢正交异性板整体桥桥面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200km/h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。中铁大桥勘测设计院有限公司中国高速客运专线铁路大跨度钢桥三、大跨度钢桥技术发展2.3

组合钢桁梁新结构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。中铁大桥勘测设计院有限公司中国高速客运专线铁路大跨度钢桥三、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。轨道温度调节器中铁大桥勘测设计院有限公司中国高速客运专线铁路大跨度钢桥三、大跨度钢桥技术发展2.5

大吨位铸钢球形支座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。中铁大桥勘测设计院有限公司中国高速客运专线铁路大跨度钢桥三、大跨度钢桥技术发展2.6

大吨位阻尼器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4