淺談林織鐵路納界河大橋主體鋼結構設計

戴曉春, 徐 勇, 陳 列, 何庭國, 許 敏

(中鐵二院工程集團有限責任公司，四川成都 610031)

1 工程概況

新建林歹(南)至織金鐵路是川貴鐵路的重要連接線，連接貴州省清鎮市與織金縣，是一條客貨共線單線鐵路。納界河特大橋在清鎮市與織金縣交界處跨越納界河谷，橋址處溶蝕、侵蝕深切河谷地貌，兩岸地形高陡，河谷呈“V”型峽谷。溝谷地帶河底最低標高為910 m左右，兩邊山體最大標高1 243 m，相對高差10～330 m，橋高約320 m，橋址區無便道相通，交通極為不便。圖1為大橋建成照片。

主要技術標準：

(1)鐵路等級：Ⅱ級。(2)橋上線路：單線，有砟軌道。(3)設計活載：中—活載。(4)旅客列車設計行車速度：120 km/h。(5)牽引種類：電力。(6)地震烈度：地震動峰值加速度0.05g，反應譜特征周期0.35 s。

2 大橋總體布置

2.1 橋跨布置

納界河大橋主橋采用352 m上承式鋼桁拱，引橋及拱上梁跨布置為3×24 m+32 m簡支梁+2×48 m預應力混凝土T構+(11×24.7 m)鋼-混結合連續梁+2×48 mT構+7×

圖1 納界河特大橋

32 m簡支梁，橋梁全長810.1 m。

主橋拱圈采用為變桁寬、變桁高的提籃式鋼桁結構，拱上建筑由12個鋼箱桁式結構立柱和一聯11×24.7 m鋼—混結合連續梁組成，兩端采用2×48 m預應力混凝T構與引橋簡支梁銜接。圖2為大橋立面布置圖。

圖2 大橋立面布置(單位:m)

2.2 建筑材料

主拱圈拱桁采用材質為Q370qE級鋼材，拱上立柱、拱上梁及主拱圈平縱聯及橫向連接系采用材質為Q345qE級鋼材。

3 主橋鋼結構設計

大橋為主跨352 m的單線鐵路橋，橋面寬度僅為7.0 m，為保證列車通過大橋時運行安全性和乘坐舒適性，需要橋梁具有較大的橫向剛度。設計中采用了大傾角變桁寬提籃拱式構造，拱上立柱按照相同的角度內傾，拱上鋼—混組合梁通過外伸式橫梁與拱上立柱連接。

3.1 主拱圈設計

主拱圈為提籃鋼桁拱結構，由左右兩片鋼拱桁結構和平聯及橫聯組成。拱圈拱趾處中心跨度為352 m，拱桁豎直面內矢高為64.5 m，矢跨比為1/5.457，拱軸線立面投影為懸鏈線[1]，拱軸系數m=1.5。拱桁內傾角為8.378 67°，拱趾處拱桁橫向中心距為27.0 m，拱頂處拱桁橫向中心距8.0 m。拱桁為變高度N型桁架，拱桁平面內拱趾處拱桁平面內桁高13.0 m，拱頂處桁高為8.0 m，節間水平投影長度8.233 3 m。圖3為主拱圈結構圖。

圖3 主拱圈結構(單位:m)

3.1.1 拱桁設計

拱桁弦桿采用焊接箱型截面，截面內寬1 600 mm，內高1 200 mm，板厚28～50 mm，為滿足板件局部穩定性要求，截面內側設縱向加勁肋，加勁肋寬250 mm。

拱桁腹桿采用焊接H形截面，由于弦桿寬度達1 600 mm，與之相連接的H型腹桿的水平板難以滿足局部穩定性要求，腹桿與主節點連接端采用變寬構造，主桁節點板內腹桿截面寬度為1 598 mm，主桁節點外腹桿截面寬度為1 152 mm，變寬處設2道橫向隔板[2]，翼緣板高度為720 mm，板厚度有28～32 mm。

拱桁弦桿節點均采用整體節點形式，弦桿均采用四面對拼拼接，腹桿采用插入節點板內拼接，拱桁拼接采用M30高強螺栓。上弦典型桿件構造見圖4。

圖4 上弦桿件構造(單位:m)

3.1.2 聯接系設計

由于主拱圈為提籃式變桁高結構，平縱聯、橫聯與拱桁間空間關系非常復雜，設計中根據相應的弦桿角度將平聯節點板進行彎折，并結合弦桿的內傾角度調整上下節點板的尺寸實現其連接。

拱桁上弦和下弦平面內均設平縱聯，保證截面的整體性與拱圈的穩定[3]。平縱聯在拱桁橫向中心距較大的上弦A1～A13和下弦E2～E13節點間為“K”型布置，其余為“X”型布置。平縱聯斜桿采用焊接箱形截面，截面外高560 mm，外寬500 mm，板厚20 mm；平聯橫撐在“K”型布置區采用箱型截面，外高592 mm，寬420～580 mm，板厚16～28 mm。

拱圈每三個節間設兩處“V”型橫聯，增加截面的抗扭轉剛度。全橋共設28處。橫聯桿件采用焊接箱形截面，截面外高380 mm，外寬284～444 mm，板厚12～16 mm。

3.2 拱上立柱設計

拱上立柱采用鋼結構桁架式橋墩，墩柱與拱桁上弦整體節點采用四面對拼拼接方式，墩柱間設“X”形橫向連接系以增加拱上墩的橫向剛度。全橋共設12個拱上立柱，其中拱上①立柱最高為36.944 6 m。

拱上立柱橫向與拱桁采用相同的角度內傾，內傾角度β=8.378 67°。

為便于桿件運輸和架設，墩柱長度控制在11.0 m以內，墩柱階段間采用四面對拼拼接。圖5為拱上立柱構造示意圖。

圖5 拱上立柱結構示意(單位:mm)

立柱桿件采用焊接箱形截面，截面內寬均為1 600 mm，①立柱截面內高1 200 mm，②立柱截面內高1 000 mm，其余立柱截面內高900 mm，板厚24～32 mm，為滿足板件局部穩定要求，截面內側設縱向加勁肋，加勁肋寬240 mm，板厚24 mm。

拱上①～④立柱間設“X”型橫聯，橫聯桿件采用焊接H形截面，普通橫聯桿件截面外寬700 mm，翼緣寬520 mm，板厚24 mm。

3.3 拱上鋼混—組合梁設計

拱上梁采用一聯11×24.7 m鋼—混連續結合梁，全長269.8 m，其梁端與引橋簡支梁采用2×48 m預應力混凝土T構銜接。為提高整橋的橫向剛度并在拱上立柱中合理分配列車制動力，除梁端設縱向活動支座外，其余拱上梁與立柱間均設縱向固定支座。

3.3.1 主梁斷面形式

主梁采用鋼主梁與鋼筋混凝土橋面板共同受力的結合梁，傳剪器為圓柱頭焊釘。結合梁梁高2.3 m，鋼梁高2.0 m，混凝土橋面板厚0.3 m，橋面設2 %的橫向坡度，邊跨結合梁支承于T構梁端懸臂伸出的牛腿上部分梁高1.4 m，鋼梁高1.1 m。主梁構造見圖6。

圖6 主梁截面(單位:mm)

3.3.2 主梁鋼結構設計

鋼主梁采用單箱單室截面，跨中正彎矩區段設計為U型開口截面，支點附近負彎矩區內設計為箱形閉口截面。鋼主梁梁高2.0 m，U型開口截面腹板中心距為3.0 m，腹板厚16 mm，邊跨梁端處腹板加厚至24 mm；底板寬3 080 mm，板厚24 mm；上翼緣板寬600 mm，板厚36 mm；箱形閉口截面腹中心距為3.0 m，腹板厚16 mm。為滿足腹板局部穩定性要求，開口截面腹板內側每隔1.5 m左右設1道200 mm×20 mm的橫向加勁肋，為限制截面的畸變和橫向變形[4]每隔6 m左右設1道橫梁，橫梁腹板高1 940 mm。

3.3.3 混凝土橋面板及剪力釘

主梁橋面板采用C50現澆鋼筋混凝土，橋面板施工時先澆筑每一跨跨中12.7 m范圍內的混凝土，待其強度達到設計強度的95 %以上后再澆筑其余部位混凝土，以減少負彎矩區橋面板混凝土的拉應力，使得成橋后結構處于更好的受力狀態。

混凝土橋面板通過焊接在U形截面主梁上及橫梁上翼緣、箱型截面頂板上的剪力釘和鋼梁共同受力，剪力釘采用φ22 mm的圓柱頭焊釘。

4 鋼結構防腐涂裝

鋼結構外露表面涂裝按照TB/T 1527-2011《鐵路鋼橋保護涂裝及涂料供貨技術條件》要求的第7套體系的相關要求執行，底漆為3道40 μm的特質環氧富鋅防銹底漆，中間漆為2道40 μm的環氧云鐵漆，面漆為2道35 μm的氟碳漆，涂層總的干膜厚度為270 μm。

5 主橋鋼結構施工方案

根據現場實際地形和橋梁結構設計特點，通過安全性和經濟性的比選，將鋼梁拼裝及吊裝場地設于織金岸側，鋼梁采用“纜索吊裝、吊扣分離、散件拼裝”的吊裝方案[3-5]。臨時架空索道系統由三跨二組承重纜索組成，索道中跨458 m，設有50 t主索道和5 t工作索道。扣索系統布置于48 m預應力混凝土T構0#段頂(交界墩頂)，設置7組雙索面扣錨索。圖7為主拱圈跨中合龍照片。

圖7 主拱圈合龍

6 結束語

林織鐵路納界河特大橋是我國已建成第一座鐵路上承式鋼桁拱橋，也是目前世界最大跨度的單線鐵路上承式鋼桁拱橋，大橋設計合理、經濟性好、外形優美，與當地獨特的生態環境渾然一體[6]，是我國近年來山區鐵路的代表性拱橋建筑。

[1] 康晉,段雪煒,徐偉.重慶朝天門長江大橋主橋鋼梁安裝設計[J].鋼結構,2011(3):65-67.

[2] 趙廷衡.橋梁鋼結構細節設計[M].成都:西南交通大學出版社,2011.

[3] 馬庭林,徐勇,陳克堅,等.水柏鐵路北盤江大橋設計[J].預應力技術,2006(6):10-14.

[4] 葉華文,管樂,衛星.運營階段大跨斜拉橋扁平鋼箱梁橫隔板受力分析[J].重慶交通大學學報,2011(2):204-208.

[5] 徐升橋,彭嵐平,張華.南廣鐵路西江特大橋的技術創新[J].鐵道標準設計,2013(2):50-56.

[6] 周海龍,周水興,楊佳潔.談橋梁技術美[J].重慶交通學院學報,社科版,2005(1):23-25.