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1、外文翻译译文中日联合研讨会和综合桥梁钢上海闵浦二桥主跨斜拉桥钢板桁组合梁设计学者彭 W.L. 邓玮琳，周良，鲁先(上海城市建设设计研究院，上海200011 ，中国)摘要:闵浦二桥是一座公路与铁路两用一体化双层特大桥,主桥为独塔双索面双斜拉桥。主要介绍主跨斜拉桥主梁设计的比选经过, 最终采用钢板桁组合梁结构。该方案结构可靠、功能适用、构造简洁。关健词：斜拉桥；公铁两用双层桥；闵浦二桥；钢板桁组合梁1.工程描述闵浦二桥是一座公轨两用一体化双层特大桥，位于上海市黄浦江上游闵行-奉贤段，距下游奉浦大桥约1.7km。主桥为独塔双索面双层斜拉桥，主跨251m，上层为二级公路，双向4车道，桥面宽度18m；下
2、层为双线轻轨（上海轨道交通5号线闵奉段)，最小轨道宽度10m。图1：桥梁主体部分2.主梁设计方案比选从已建成的桥梁来看, 大跨度双层桥梁除极少数特殊个例外, 主梁一般均采用钢桁梁形式。就结构性能、施工可行两方面而言, 钢桁梁是较为合理的优势方案。桁梁因杆件布置形式的变化会产生不同的效果, 选择一个与桥型相匹配的优选方案是设计的关键。阂浦二桥主跨斜拉桥主桁梁设计就桁型、桁架横断面和桥面板这三方面进行了比较研究。2.1 桁型目前桁梁的桁型主要有纯华仑桁架三角桁、华仑桁架和普拉特桁架形桁。这几种桁型的区别只是在于腹杆的布置方式, 结构性能方面没有很大的优劣差别, 技术上都是可行的。三角形桁架和形桁架
3、有更简洁的线条外形, 在现代桁梁桥中应用比较广泛而且, 桁架节点所接杆件最少只有根, 这对简化桁架制作提供了有利条件。当然, 对于三角形桁架由于缺少了竖杆, 要布置横向斜撑就会引起复杂性。这种三角桁多用于矩形断面的桁架梁。桁型与斜拉桥索面布置形式也有着造型匹配和受力合理的关系。对于竖琴索面配型桁架, 斜腹杆与拉索接近直线是最优的匹配造型, 节点制作也几乎标准化, 如瑞典厄勒淞桥然其桁架节间长度较常规的大, 腹杆受力也相应增大, 选择该形式需要慎重。三角桁与常规的型桁和扇形索面或竖琴索面配合, 造型上却无本质差别, 节点复杂性也难分高下但三角桁是钢桁梁外形发展的趋势。2.2 桁架横断面桁架横断面
4、布置形式有矩形和倒梯形两种, 见图。在桁架桥中, 矩形断面是使用得最普遍的一种形式, 双层桥梁也不例外。常规情况下, 公铁或公轨双层桥梁的上层公路桥面宽度一般均大于下层铁路或轻轨桥面宽度, 所以单就桥梁横断面布置的匹配性和经济性而言, 倒梯形断面是最合适的。然而, 桁架断面与桥型组合, 其优劣形势就较为明显。对于拱桥和悬索桥, 由于其吊杆都是竖向的, 不存在纵桥向水平分力, 所以采用倒梯形断面是最为合适的, 受力和构造上不会因此产生额外的复杂性。斜拉桥若采用矩形断面, 其索和主桁基本在一个面内,拉索水平分力直接传递给主弦杆, 受力明确, 索桁连接构造也属常规而倒梯形断面, 因索与主桁不在同一竖
5、直面内, 需通过额外的副桁来传递索力, 其中的难点在于索力的水平分力传递构造。厄勒淞桥和芜湖长江大桥在这方面都做了有益的尝试。经比较,由于额外强大的副桁材料用量足以大部抵消因下层桥面缩小而减少的材料用量, 所以倒梯形断面的经济优势反而减弱, 相反甲索桁连接构造的复杂而增加制作成本。因此, 对于斜拉桥而言, 采用矩形桁架断面是合适的。表2.1桁架剖面的对比矩形倒梯形平面图优点1.适应任何类型的桁架，简单处理的节点，同时该体系直接和明确的受力。1.下层短比上一个实现更紧凑的结构布局和节省材料缺点1.下层宽比上一倒梯形结构布局不太经济和较低的材料承担更大的荷载。1.为桁架的普拉特或沃伦类型，比较容易
6、处理的节点作为对角杆和垂直网处于同一垂直平面，但很难在施工中保证桁架的稳定;2.桁架之间还有应力适用条件1.这种结构简单，任何类型的桥梁都可以使用，同时结构受力明确，可靠的1拱桥和吊桥，这种结构简单，受力更明确，但对斜拉桥，它使更为复杂的桁架必须承担横向部分荷载。2.3 桥面板上层桥面板有钢正交异性板和混凝土板两种。其与桁架结合相应地分成正交异性钢板桁组合体系和混凝土叠合板桁组合体系两种。混凝土板还分成混凝土桥面板只与上弦杆连接形式、混凝土桥面板与上弦杆和上横梁一起连接形式两种。其优缺点见表。（1）上层桥面板表2.2上层桥面板形式比较表钢正交异性板混凝土板（形式一）混凝土板（形式二）受力特点共
7、同受力共同受力共同受力优点板桁为同种材料，不存在连接的差异性；自重较轻板桁组合受力明确；上部结构造价小；主梁刚度较大，绕度小，尤其结构重力刚度增大，活载非线性变形小桥面板为双向板 ,板厚可以减小；上部结构造价略小； 主梁刚度较大,挠度小,尤其结构重力刚度增大,活载非线性变形小缺点钢材用量较多，上部结构造价增大；钢桥面沥青铺装技术要求较高，需特别处理，并会增加造价自重较大，需要喵跨较多的平衡重；混凝土收缩徐变导致内力重分布；施工工序增多自重较大，需要锚跨较多的平衡重 混凝土收缩徐变导致内力重分布 板的受力较复杂实例菜园坝大桥厄勒淞大桥芜湖长江大桥（2） 下层桥面板表2.3下层桥面板形式比较表明桥
8、面混凝土轨道梁正交异性板钢箱梁受力特点轨枕下设置小纵梁,上铺轨枕,只参与局部受力轨道梁纵桥向搁置在上横梁（固接或支座连接）共同受力优点构造简单；自重小 受力明确如参于总体受力 则增大主梁刚度 自重较小；增大桁梁竖向和平面刚度缺点轨道运营噪声大 养护困难自重较大；下横梁受力大复杂（弯、剪、扭）；后架混凝土梁需采用特殊机械钢材用量较大；用于轨道交通，钢桥面上需铺设道渣或另铺混凝土面层，增加额外自重 重实例铁路桥厄勒淞桥引桥厄勒淞桥主桥结果由于本桥水中主墩受航道布置的限制, 为了减小主墩基础的体量而要求尽可能地降低上部结构的恒载, 所以, 经比较最终采用全钢结构,上、下层桥面均为正交异性板。 2.4
9、 方案的比选结果目前, 钢桁梁的发展趋势之一是“ 外形简洁、结构耐久” 。其主要表现特征为三角桁箱形杆件大节间距整体节点板全焊接结构栓焊连接向全焊连接的过渡是基于结构耐久性考虑, 全焊结构可避免电镀腐蚀和裂隙腐蚀。综上所述, 阂浦二桥主梁方案最终采用钢板桁组合结构形式, 三角桁型,矩形横断面, 上、下层桥面为钢正交异性板和纵横梁体系。3桁梁设计方案比选 3.1主桁钢板桁组合结构, 三角型桁, 矩形横断面。桁高9.5m，, 标准节间长14.7m, 桁宽19.4m。主桁所有的弦杆和腹杆均采用箱形截面。弦杆截面尺寸1000mm（宽）*1200mm（高）；腹杆截面尺寸1000mm*700mm。表3.1
10、标准节主梁3.2桥面板上、下层桥面为钢正交异性板和纵横梁体系。上层桥面盖板厚度14mm, U形加劲。为了简化制作, 提高精度, 在满足桥面板局部刚度的前提下,采用了大规格U形加劲肋, 高300mm, 上口宽360mm, 下底宽200mm, 壁厚8mm, 间距700mm下层桥面盖板厚度12mm。上层桥面设4道小纵梁, 下层设6道小纵梁。在桁架节点处设一道主横梁, 为变高度工字梁, 跨中梁高1.8m, 节间设4道副横梁, 梁高800mm, 间距3.675m。为防杂散电流对钢结构的影响, 下层桥面承轨台与钢桥面板之间设置一层15cm厚的混凝土板,混凝土板和钢板之间采用焊钉连接, 沿纵桥向每个节间断开
11、, 只参与桥面板局部受弯。钢桥面板表层设置防水涂层。3.3锚箱由于索面和主桁在同一竖直平面内, 而且上弦杆为箱形杆件, 所以索桁连接方式采用钢锚箱形式是最合适的。弦杆的道腹板在锚索处伸出顶面,拉索的锚板和支承板布置在其中间。索力通过支承板与两侧腹板的焊缝传递至腹板, 最终加至桁架上。该构造较常规钢箱梁的单侧连接锚箱更为可靠。3.4桁架节点桁架节点采用整体节点板形式是桁架发展的趋势。栓接和焊接这两种方式在技术上均是可行的,也各有利弊。对于钢板桁组合结构斜拉桥, 上、下层正交异性板采用焊接是合理可行的, 比栓接在施工方面有较大的优势如果弦杆和腹杆采用栓接, 则两种连接形式在施工控制精度和结构接头性
12、能方面存在较大不确定因素。由于两种接头的变形差而导致局部应力分布突变, 因此经比较采用全焊连接。由于采用带肋加劲的箱形杆件组成的大节间距、全焊整体节点连接的钢桁架结构, 杆件刚度大、拘束度大, 将约束焊后的变形, 产生较大的拘束应力, 另外焊接残余应力的影响, 如果焊件的塑、韧性差, 应力重分布能力弱, 细节处理不当, 极易产生裂缝。所以, 节点处钢板采用冲击韧性更高的钢材,构造上采用大弧过渡, 以减少应力集中。 图3.2锚钿节点 图3.3整合联合桁架下弦节点4.结语公轨两用一体化桥梁有别于公路桥梁的荷载、行车安全性和舒适性要求等特点, 在向大跨度方向发展时将面临更大、更多的挑战, 设计者需面对各种技术问题。本桥因所处建设条件, 采用了主跨的独塔连续钢板桁组合梁斜拉桥, 是目前国内跨度最大的公轨两用独塔双层斜拉桥, 将为该领域桥梁发展提供一个新的起点。参考文献1中国铁路工程总公司芜湖长江大桥钢梁制造技术【M】北京科学出版社20012 Detailed Design Of The Cable-Stayed Bridge, LARS HAUGE DEPARTMENT HEAD MAJOBRIDGES COWI. - 20 -