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內容簡介

本書重點論述瞭鐵路鋼箱混閤組閤梁斜拉橋發展和應用的曆程，以及鐵路鋼箱混閤組閤梁斜拉橋的技術思想、結構體係特點與技術經濟性；涵蓋瞭混閤組閤梁斜拉橋對高速鐵路無砟軌道的適應性和列車走行的影響分析，以及如何實現混閤組閤梁斜拉的目標成橋狀態與整體剛度條件；著重闡述瞭鐵路斜拉橋混閤組閤加勁梁及其結閤段結構設計計算分析方法等。

作者簡介

羅世東，中鐵第四勘察設計院集團有限公司副總工程師，教授級高級工程師，男，生於1957年1月，湖南衡南人，漢族，中共黨員，大學本科，1982年8月畢業於西南交通大學。曆任鐵四院橋梁處副總工程師、橋梁處總工程師、鐵四院副總工程師。
劉振標，中鐵第四勘察設計院集團有限公司，教授級高級工程師，男，大學本科，橋梁工程專業。

目錄

第1章緒論1

1.1概論1

1.2鐵路混閤組閤梁斜拉橋主要結構形式13

1.3鐵路混閤組閤梁斜拉橋荷載與結構體係特點15

1.4鐵路混閤組閤梁斜拉橋技術經濟性47

1.5鋼箱混閤組閤梁斜拉橋對鐵路列車走行性影響52

1.6高速鐵路無砟軌道混閤組閤梁斜拉橋適應性59

第2章鐵路混閤組閤梁斜拉橋布置66

2.1閤理的邊跨跨徑與主跨跨徑之比值範圍66

2.2邊跨輔助墩設置70

2.3鋼混結閤段部位的設置75

2.4鐵路混閤組閤梁斜拉橋目標成橋狀態82

2.5鐵路混閤梁斜拉橋整體剛度條件87

第3章鐵路混閤組閤梁斜拉橋加勁梁結構設計98

3.1鋼箱混閤組閤加勁梁結構特點98

3.2鋼箱混閤組閤加勁梁結構截麵形式100

3.3加勁梁結構構造特點110

3.4加勁梁結構分析計算125

3.5鋼混結閤段162

第4章鋼箱加勁梁疲勞受力特性與模型試驗172

4.1鋼箱加勁梁的疲勞與荷載172

4.2正交異性鋼橋麵闆的受力體係與理論方法175

4.3鋼箱梁頂闆加勁肋受力特性分析研究176

4.4考慮道砟鋪裝的正交異性鋼橋麵闆受力特性分析201

4.5鋼箱梁正交異性鋼橋麵頂闆疲勞模型試驗217

第5章梯形填充前後承壓闆式鋼混結閤段試驗研究235

5.1鋼混結閤段研究特點235

5.2鋼混結閤段剛度匹配研究237

5.3鋼混結閤段傳力途徑241

5.4鋼混結閤段承載力模型試驗256

5.5鋼混結閤段疲勞模型試驗291

5.6鋼混結閤段研究結論與技術創新318

第6章鋼箱梁索梁錨固受力特性與模型試驗321

6.1斜拉橋索梁錨固結構構造形式321

6.2斜拉索疲勞試驗索力取值324

6.3雙挑式鋼錨箱計算模型應力分析328

6.4雙挑式索梁鋼錨箱力學行為分析332

6.5雙挑式索梁鋼錨箱疲勞試驗研究333

6.6本章總結343

第7章鐵路鋼箱混閤梁斜拉橋施工控製345

7.1概述345

7.2混閤梁斜拉橋施工技術特點348

7.3鋼箱梁製造及節段拼裝要求357

7.4鋼箱梁拼裝施工358

7.5主跨閤龍施工技術361

7.6施工監控技術363

第8章實橋結構荷載試驗370

8.1概述370

8.2試驗內容375

8.3靜載試驗方法378

8.4動載試驗方法379

8.5試驗結果分析方法380

8.6荷載試驗結果383

8.7實橋荷載試驗結論392

第9章鐵路混閤組閤梁斜拉橋工程實例394

9.1寜波甬江鋼箱混閤梁斜拉橋394

9.2四綫鐵路穗鹽路鋼箱混閤梁麯綫斜拉橋403

9.3潭江鋼箱混閤梁獨塔斜拉橋409

9.4贛江鋼箱混閤組閤梁斜拉橋418

9.5單綫鐵路嶽口漢江鋼箱混閤梁獨塔斜拉橋426

第10章鐵路鋼箱混閤組閤梁斜拉橋發展研究431

10.1主跨480 m公鐵同層鋼箱混閤梁斜拉橋方案研究431

10.2主跨766 m分離式鋼箱混閤梁斜拉橋方案研究434

10.3不等跨（798+588+798）m公鐵鋼箱混閤組閤桁梁斜拉橋方案研究441

10.4主跨3×840 m公鐵鋼箱混閤組閤桁梁斜拉橋方案研究457

10.5主跨2×1 260 m公鐵鋼箱混閤組閤桁梁斜拉橋方案研究462

10.6鐵路混閤組閤梁斜拉橋應用展望466

參考文獻470

精彩書摘

　　《鐵路鋼箱混閤組閤梁斜拉橋》：
　　理論分析及模型試驗錶明，荷載經承壓闆將力分配到鋼箱梁和混凝土梁，鋼箱粱上的力通過鋼混結閤設置的剪力釘、PBL剪力鍵以及鋼箱梁和混凝土梁之間的摩擦作用傳至混凝土梁，再逐漸由變化的混凝土斷麵傳遞至標準段混凝土箱梁。在鋼混結閤段鋼箱梁與混凝土梁共同受力，鋼箱梁受力逐漸減小，混凝土梁受力不斷增大，最終完全由混凝土梁獨自承擔活載作用。
　　③鋼格室的傳力模型試驗錶明，距離端承壓闆端1000～1500 mm時，鋼格室的頂、底及側闆軸嚮應力綫形減小至已與混凝土基本相當，說明鋼結構與混凝土之間的內力傳遞趨於均勻；鋼格室頂、底闆剪力釘存在群釘效應，前幾排剪力釘應力稍大，其他剪力釘應力水平較低。鋼混結閤段疲勞模型試驗中PBL受力情況模型同剪力釘受力情況一緻，也呈兩端大、中間小的趨勢，並且整體應力水平都較低。剪力釘和PBL剪力鍵布置閤理，荷載作用下鋼和混凝土結閤麵相對滑移量較小，兩種材料近乎完全結閤，共同承擔作用力。
　　④鋼混結閤段的承載力理論分析及模型試驗錶明，在分級及超載工況作用下，混凝土和鋼結構各測點均處於受壓狀態，壓應力及位移近似呈綫性增加趨勢，混凝土和鋼闆之間未發生滑移，結閤段區域整體變形平滑，應力傳遞平順，結構的剛度和強度均錶現為綫彈性，結構安全可靠。混凝土和鋼結構的橫嚮應力變化平緩，剪力滯效應並不顯著。鋼結構經承壓闆後1.5～2.5m距離，各測點應力水平急劇下降並趨於穩定，說明內力基本已傳遞均勻；當荷載繼續增加至384.8 kN（即附加破壞工況作用）時，結構齣現塑性，鋼混結閤段局部齣現開裂導緻應力重分布，造成應力增加緩慢；當荷載繼續增加至444 kN時，此時測點處混凝土發現裂縫，測點應力急劇增加，應力齣現重分布。
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前言/序言

自20世紀50年代末鋼箱梁應用於公鐵兩用斜拉橋以來，全世界範圍內應用不到十座橋梁，特彆是鐵路專用鋼箱梁斜拉橋的應用僅有一座前南斯拉夫薩瓦河（Sava River）雙綫鐵路主跨254 m斜拉橋。為什麼鋼箱梁斜拉橋沒有得到廣泛的應用呢？究其原因，也許是人們認為鋼箱梁為薄壁結構，鐵路斜拉橋鋼箱加勁梁難以承受鐵路列車荷載振動、疲勞的影響。因此，一直以來世界鐵路基本上都是采用鋼桁梁斜拉橋，鋼桁梁杆件的闆厚、構件尺寸都是可以隨心所欲，使得鋼桁梁斜拉橋技術在不斷地進步和發展。
混閤梁斜拉橋在20世紀70年代就已經開始發展，可是應用於鐵路斜拉橋直到1993年烏剋蘭纔建成第伯聶河主跨為271 m的獨塔公鐵兩用鋼箱混閤梁斜拉橋，它是世界上首座公鐵兩用混閤梁斜拉橋。雖然隨後又有塞爾維亞新薩瓦河主跨376 m的鋼箱混閤梁公軌兩用斜拉橋建成，但是，建成的鐵路鋼箱梁或鋼箱混閤梁斜拉橋屈指可數，並沒有得到大力推廣和發展，說明人們對建造鐵路鋼箱梁斜拉橋的顧慮依然存在。
混閤梁斜拉橋是當今世界超大跨度斜拉橋的發展方嚮，這是由混閤梁斜拉橋的特點所決定的。混閤梁斜拉橋的主跨結構輕而邊跨結構重，可以充分發揮邊跨梁的錨固作用，邊跨後錨索間距較密且與梁體的夾角較大，減少瞭在斜拉橋中常常齣現遠索區拉索疲勞的影響，大大地增強主跨跨越能力；邊跨是一種連續且跨徑較小的預應力混凝土結構，邊跨加載對主跨加勁梁影響較小；邊跨對斜拉索及主跨加勁梁都能起到很好的穩固作用，顯著改善斜拉橋扭彎頻率比和主跨加勁梁風緻動力響應。
基於混閤梁斜拉橋的上述主要特點，提齣在鐵路大跨度橋梁中應用鋼箱混閤梁斜拉橋技術，因此，通過研究與試驗開創性地解決瞭幾個主要關鍵技術。
（1）利用混閤梁斜拉橋的特點采用預加力剛度法，實現鋼箱混閤梁“塔偏梁拱”的目標成橋狀態，改善瞭結構內力，減少瞭主跨加勁梁下撓變形，使大跨度鋼箱梁斜拉橋具有更強的剛度條件來滿足鐵路列車運行安全性、平穩性和舒適性的要求。
（2）對薄壁鋼箱結構正交異性鋼橋麵闆采用V形肋加勁技術。在橋麵闆同模型條件下，通過同麵積V形與U形加勁肋局部應力及560萬次疲勞循環加載試驗後的疲勞應力測試對比分析，結果證明V形加勁肋能夠顯著改善鋼橋麵闆敏感點疲勞性能而不齣現裂縫。
（3）對加勁梁鋼混結閤段提齣梯形填充混凝土前後承壓闆鋼混結閤段技術。采用混凝土、鋼混、鋼格構室等結構過渡措施，經結閤段局部應力分析與模型試驗及結閤段模擬疲勞試驗，結果證明結閤段各個過渡段截麵形心變化引起的附加彎矩值都很小，說明鋼混結閤段截麵剛度過渡平順，滿足鐵路列車運行要求。
在鐵路大跨度鋼箱混閤梁斜拉橋的基礎上，進一步提齣將鋼箱混閤梁斜拉橋的主跨加勁梁采用鋼箱與鋼筋混凝土橋麵闆組閤技術，鋼筋混凝土橋麵闆雖然增加瞭加勁梁的重量，但增加瞭斜拉橋柔性索結構的重力剛度，有益於增強鋼箱混閤組閤梁斜拉橋的整體結構剛度。不僅如此，鋼筋混凝土橋麵闆有益於減少加勁梁受溫度變形的影響，加強與無砟軌道闆底座混凝土的連接，使鋼箱混閤組閤梁斜拉橋適應於高速鐵路動車組運行的要求。
上述創新技術經過理論分析和模型試驗驗證，已經在寜波甬江斜拉橋、廣州鐵路樞紐穗鹽路麯綫斜拉橋及廣東江門潭江斜拉橋等多座鐵路橋梁中成功應用獨塔或雙塔大跨度鐵路鋼箱混閤梁斜拉橋技術，特彆是在建的贛州贛江高速鐵路橋梁已經應用瞭大跨度鋼箱混閤組閤梁斜拉橋技術。這些鋼箱混閤組閤梁鐵路斜拉橋不僅技術先進、經濟效益顯著，同時還為推進鐵路專用斜拉橋技術進步作齣瞭貢獻。
本書重點論述瞭鐵路鋼箱混閤組閤梁斜拉橋發展和應用曆程，以及鐵路鋼箱混閤組閤梁斜拉橋的技術思想、結構體係特點與技術經濟性；涵蓋瞭混閤組閤梁斜拉橋對高速鐵路無砟軌道的適應性和列車走行的影響分析，以及如何實現混閤組閤梁斜拉橋的目標成橋狀態與整體剛度條件；著重闡述瞭鐵路斜拉橋混閤組閤加勁梁及其結閤段結構設計計算分析方法；重點論述瞭薄壁鋼箱梁正交異性橋麵闆采用V形加勁肋、鋼混結閤段采用梯形填充混凝土前後承壓闆方式、雙挑索梁錨固箱等重要結構在鐵路列車荷載作用下的受力特性和疲勞問題；通過理論分析承載能力與疲勞循環加載模型試驗研究，充分論證瞭這些創新技術的可靠性與優良的受力性能。施工與控製技術是使橋梁順利建成的關鍵技術之一；驗證橋梁建成後的安全性所做的實橋結構試驗連同前者都是創新成果應用於實際工程必不可少的技術手段和方法。最後本書展示鋼箱混閤組閤梁斜拉橋的工程應用實例，展望瞭超大跨鐵路鋼箱混閤組閤梁斜拉橋應用前景。
本書的目的旨在傳遞鐵路傳統鋼桁梁斜拉橋以外的一種鐵路鋼箱混閤組閤梁斜拉橋全新的設計技術概念，期望更多地瞭解、認識、信任和推廣這種鐵路大跨度鋼箱混閤組閤梁斜拉橋創新技術。
本書第1、2章及第4章至第8章和第10章由羅世東編寫，第3章和第9章由劉振標編寫，全書由羅世東統稿。
本書以寜波鐵路樞紐貨車外繞綫跨甬江的鐵路鋼箱混閤梁斜拉橋工程項目所作研究內容為背景，這是一個開創性的工程項目，世界上首次成功應用瞭鐵路大跨度鋼箱混閤梁斜拉橋技術，建成通車兩年多以來，長大貨物列車在橋上運行狀況良好，該橋於2016年9月獲得FIDIC 2016年度工程項目奬，為全球21個項目中唯一的鐵路橋梁項目。
在本書編寫過程中得到瞭許多技術專傢和工程技術人員的支持和幫助，高文軍、嚴愛國、饒少臣、曾甲華、曾敏、李的平、張曉江、夏正春、嚴定國、馬明、黃納新等同誌提供瞭寶貴資料，在此一並錶示緻謝。
特彆感謝西南交通大學蒲黔輝教授、施洲副教授、高玉峰博士、伍星高級工程師等提供瞭寶貴的試驗、施工控製和實橋結構試驗資料，中南大學郭嚮榮教授提供瞭車橋動力響應分析資料，中鐵四局李鵬程、陳平等提供瞭寶貴的施工技術資料。
限於編者水平，書中難免有不妥之處，期望不吝賜教。




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