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中国起重机械设备网带你了解桥梁建设的复杂空间结构有哪些?
2018/11/29 16:25:03来源:中国起重机械设备网

中国起重机械设备网带你了解桥梁建设的复杂空间结构

三索面三主桁结构

中国客货共线铁路使用中-活载,用荷载集度为80 kN·m–1的匀布荷载模拟车辆,5个集中力模拟牵引机车,每个220 kN,间距1.5 m,重载铁路的荷载更大。高速铁路使用的ZK荷载,其荷载集度也有64 kN·m–1。可见, 一条单线铁路的活载集度即相当于一条6~8车道的公路。
所以铁路桥梁所承载的活载非常大,使得结构内力巨大。 近年建设的钢桁梁公铁两用桥,通常是上层为6~8
车道的高速公路,铁路通常为4线铁路甚至6线铁路, 桥梁的宽度较大,其横截面变形成为影响高速铁路运营速度的一个难题。变形是由于结构的柔性产生的,减小变形的唯一途径就是提高刚度,在材料种类确定后,提高刚度的途径有两个:一是加大梁的截面;二是减小梁的跨度。
在常规的两主桁的中间增加一个桁架组成三片主桁 的桁架结构,形成横向布置的两个净空框格,将4线铁 路两个一组分别置于一个框格内。采用三片主桁后,相 当于截面横向从简支梁变成了连续结构,受力更加合 理,变形减小,提高了轨道的平顺性。对应地,斜拉索 也设计成三个索面,这种三索面三主桁结构首先应用于武汉天兴洲长江大桥,此后,推广应用于铜陵大桥、沪通大桥、安庆铁路大桥等斜拉桥和大胜关大 桥的钢桁拱等工程。
为实现这样的空间结构,中铁大桥勘测设计院集团有限公司研发了专用的桥梁设计软件,可进行中-活载、ZK荷载、公路荷载等多种活载加载,并能进行公路铁路双层加载。
斜主桁结构

京广高铁郑新公铁两用黄河大桥上层通行6车道高速公路,下层通行双线京广高速铁路。上层公路面宽度大,下层铁路面宽度小,针对这种情况, 将钢桁梁设计成倒梯形结构。斜主桁钢桁梁结构可以显著节省钢材用量,武汉至黄冈城际铁路黄冈公铁两用长江大桥也采用了这种结构形式。


组合结构

中国高速铁路大跨度桥梁采用的组合结构大致有三种情形。其一为板桁组合结构,即钢桁梁的桥面板结构与桁架共同受力。早期的钢桁梁结构,公路桥面为纵横梁上搁置小块预制的公路桥面板,它们只负责将公路荷载传递给主桁节点,桥面结构不参与主桁受力,桥面板的作用未能充分发挥。其二为钢-混凝土组合结构,钢桁梁桥面采用正交异性钢板与混凝土板混合桥面。公路桥面采用混凝土结构,可以从根本上避免钢桥面带来的疲劳寿命和铺装寿命普遍存在的问题。

近年来,随着高铁桥梁的跨度越来越大,提高桥梁的刚度成为一个重要设计目标,使桥面板与主桁结合共同受力,形成板-桁组合结构是提高桥梁刚度的最为有效、最经济的途径。天兴洲公铁两用长江大桥的设计中即采用了这样的板-桁组合结构,主桥斜拉桥中跨及部分边跨共756 m区段采用公路面正交异性钢板与主桁架结合共同受力,两侧各168 m区段采用公路面混凝土桥面板与主桁架结合共同受力的组合结构。后续建设的黄冈公铁两用长江大桥、铜陵公铁两用长江大桥等项目中,不仅公路桥面板与主桁结合,而且铁路桥面板也与主桁结合,公路桥面板和铁路桥面板分别与桁梁的上下弦杆共同组成桁架梁的上下弦截面,共同承担结构的总体受力,极大增加了主梁结构的刚度,对高铁列车的运行十分有利。

郑新公铁两用黄河大桥的上层公路面采用分块预制的钢筋混凝土结构,并且通过剪力钉与钢主桁的上弦结合形成共同受力的组合结构。此外,沪通大桥、平潭海峡公铁大桥的多孔80~112 m简支钢桁梁的上层公路面和下层铁路面均采用了钢筋混凝土结构,形成了双层钢-混凝土组合结构。

另外一种组合结构是钢桁-混凝土组合拱桥。成贵铁路鸭池河大桥是跨度436 m的中承式拱桥,采用钢桁拱骨架,拱脚部分包覆混凝土,拱顶部分区段拱肋上翼缘填筑混凝土。


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