淺談鐵路鋼桁梁橋

淺談鐵路鋼桁梁梁橋摘要：本文通過過過查閱整整理國(guó)國(guó)內(nèi)外相相關(guān)資資料，總總結(jié)闡闡述了鋼鋼桁梁梁橋的特特點(diǎn)、發(fā)發(fā)展情況況、施施工方法法及未未來發(fā)展展趨勢(shì)勢(shì)，并對(duì)對(duì)現(xiàn)今今用在鋼鋼桁梁梁橋中的的整體體式節(jié)點(diǎn)點(diǎn)和正正交異性性板進(jìn)進(jìn)行了探探索。關(guān)鍵字：鐵路鋼鋼鋼桁梁橋發(fā)展情況整體式節(jié)節(jié)點(diǎn)正交異性性板板前言鋼橋由于其材料料料高強(qiáng)度度、高高彈性模模量而而構(gòu)件相相對(duì)較較輕,施工比預(yù)預(yù)應(yīng)應(yīng)力混凝凝土橋橋輕盈和和方便便等特點(diǎn)點(diǎn)，大大量使用用在大大中跨度度的橋橋梁上。其其中中，鋼桁梁梁橋橋由桁架架桿件件組成，盡盡管管整體上上看鋼鋼桁梁橋橋以受受彎和受受剪為為主，但但具體體到每根根桁架架桿件則則主要要承受軸軸向力力。與實(shí)實(shí)腹梁梁相比是是用稀稀疏的腹腹桿代代替整體體的腹腹板，從從而節(jié)節(jié)省鋼材材和減減輕結(jié)構(gòu)構(gòu)自重重，又由由于腹腹桿鋼材材用量量比實(shí)腹腹梁的的腹板有有所減減少，鋼鋼桁梁梁可做成成較大大高度，從從而而具有較較大的的剛度及及更大大的跨越越能力力。本文文通過過查閱整整理國(guó)國(guó)內(nèi)外相相關(guān)資資料，總總結(jié)闡闡述了鋼鋼桁梁梁橋的特特點(diǎn)、發(fā)發(fā)展情況況、施施工方法法及未未來發(fā)展展趨勢(shì)勢(shì)，并對(duì)對(duì)現(xiàn)今今用在鋼鋼桁梁梁橋中的的整體體式節(jié)點(diǎn)點(diǎn)和正正交異性性板進(jìn)進(jìn)行了探探索。鋼桁梁橋的特點(diǎn)點(diǎn)點(diǎn)鋼桁梁梁梁橋綜合合了鋼鋼材和桁桁架結(jié)結(jié)構(gòu)的特特點(diǎn)：：（1）跨越能力力大大。由于鋼鋼鋼材強(qiáng)度度大，在在相同的的承載載能力條條件下下，與混混凝土土橋梁相相比，鋼鋼橋構(gòu)件件的截截面較小小，所所以鋼橋橋自重重輕，加加大橋橋梁的跨跨越能能力。（2）易于修復(fù)復(fù)和和更換。（3）鋼桁梁的的桿件件和節(jié)點(diǎn)點(diǎn)較多，構(gòu)構(gòu)造造較為復(fù)復(fù)雜，制制造較為為費(fèi)工工。（4）鋼材易銹銹蝕蝕，需要定定定期檢查查和維維護(hù)，故故養(yǎng)護(hù)護(hù)費(fèi)用高高。（5）造價(jià)較高高。（6）抗壓能力力強(qiáng)強(qiáng)，整體性性性好。三、鋼桁梁橋的的的發(fā)展情情況1894年，我我我國(guó)第一一次主主持修建建鋼桁桁梁橋——灤河大橋橋，由由我國(guó)工工程師師詹天佑佑主持持完成。其其上上部結(jié)構(gòu)構(gòu)由多多孔鋼桁桁梁和和鋼板梁梁組成成。建國(guó)國(guó)以前前所建的的鋼桁桁梁橋跨跨度較較小，所所用的的鋼材都都是進(jìn)進(jìn)口的，結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)都采用用鉚釘釘，工藝藝簡(jiǎn)陋陋，建國(guó)國(guó)后，鋼鋼桁梁橋橋技術(shù)術(shù)發(fā)展很很快。20世紀(jì)60年代中期期，為為加快鐵鐵路建建設(shè)，在在成昆昆鐵路修修建中中，系統(tǒng)統(tǒng)地研研究了栓栓焊鋼鋼桁梁橋橋新技技術(shù)，一一舉建建成各種種不同同結(jié)構(gòu)型型式的的栓焊鋼鋼桁梁梁橋四十十幾座座，結(jié)束束了在在我國(guó)使使用了了近100年的鉚接接鋼鋼桁梁橋橋的歷歷史，這這在我我國(guó)鋼桁桁梁橋橋發(fā)展史史上是是一個(gè)很很大的的進(jìn)步。其其中中1966年建成的的飲飲水河大大橋主主跨112米，為中中國(guó)國(guó)第一座座栓焊焊鋼橋。1995年建成成成通車的的孫口口黃河大大橋位位于京九九鐵路路線上，是是一一座跨越越黃河河的雙線線鐵路路橋，正正橋?yàn)闉橄鲁惺绞竭B續(xù)續(xù)鋼桁梁梁橋，主主桁采用用三角角形鋼桁桁架，標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)間間常12m，桁高13.66m，桁寬10m；上、下下弦弦桿和支支點(diǎn)處處斜桿采采用箱箱型截面面，其其余腹桿桿為工工字型截截面；；主桁與與節(jié)點(diǎn)點(diǎn)板焊接接成整整體在預(yù)預(yù)制廠廠進(jìn)行，該該橋橋系中國(guó)國(guó)首次次采用整整體節(jié)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造造。在在建成孫孫口黃黃河大橋橋的基基礎(chǔ)上，與與1999年在長(zhǎng)東東鐵鐵路一橋橋上游游（南）30m處，平行行建建成了長(zhǎng)長(zhǎng)東鐵鐵路二橋橋，該該橋采用用三角角桁架整整體節(jié)節(jié)點(diǎn)栓焊焊結(jié)構(gòu)構(gòu)，從設(shè)設(shè)計(jì)和和建造技技術(shù)上上較一橋橋都有有很大改改進(jìn)。2000年竣工工工通車的的蕪湖湖長(zhǎng)江大大橋?yàn)闉楣F兩兩用桁桁架低塔塔斜拉拉橋，其其主梁梁首次大大規(guī)模模采用預(yù)預(yù)應(yīng)力力鋼筋混混凝土土橋面板板和鋼鋼桁架共共同受受力的板板桁組組合結(jié)構(gòu)構(gòu)。蕪蕪湖長(zhǎng)江江大橋橋以其大大規(guī)模模，新技技術(shù)和和一流的的質(zhì)量量，成為為中國(guó)國(guó)橋梁史史上繼繼武漢、南南京京、九江江長(zhǎng)江江大橋之之后的的第四座座里程程碑。以上幾座橋在我我我國(guó)的經(jīng)經(jīng)濟(jì)建建設(shè)中發(fā)發(fā)揮著著巨大作作用，在在新中國(guó)國(guó)橋梁梁建設(shè)中中具有有里程碑碑式的的作用。近近年年來，為為滿足足鐵路運(yùn)運(yùn)輸?shù)牡男枨?，有有時(shí)時(shí)要求新新建鐵鐵路橋梁梁通行行能力從從雙線線發(fā)展到到四線線甚至六六線。在在我國(guó)一一些大大跨度鋼鋼桁體體系中開開始應(yīng)應(yīng)用四線線三桁桁或四線線雙桁桁的結(jié)構(gòu)構(gòu)形式式。加之之空間間有限元元分析析技術(shù)的的不斷斷完善和和施工工水平不不斷提提高，也也使設(shè)設(shè)計(jì)值對(duì)對(duì)大跨跨度結(jié)構(gòu)構(gòu)的空空間受力力特性性有了明明確的的認(rèn)識(shí)。四、鋼桁梁橋的的的施工方方法1、鋼桁梁橋的的的傳統(tǒng)施工工方方法和特特點(diǎn)1.1走行吊機(jī)機(jī)機(jī)施工法法將主梁部分在工工工廠或工工地附附近整孔孔拼裝裝,完成工地地連連接后,用走行吊吊機(jī)機(jī)將主梁梁逐孔孔起吊,架設(shè)在橋橋臺(tái)臺(tái)橋墩之之間,然后再依依次次安裝橋橋面系系、平縱縱聯(lián)等等。這個(gè)個(gè)方法法在城市市高架架橋的架架設(shè)中中得到廣廣泛應(yīng)應(yīng)用,而且在高高水水位的河河面上上架橋,使用這種種方方法也很很適宜宜。1.2門吊施工工工法在橋梁上方設(shè)置置置門吊,將組裝好好的的整孔主主梁逐逐孔起吊,放置在橋橋墩墩、臺(tái)間,然后依次次安安裝橋面面系和和平縱聯(lián)聯(lián)。1.3浮吊施工工工法在工廠岸邊或橋橋橋梁工地地附近近岸邊將將整孔孔橋梁組組拼好好,然后用浮浮吊吊將其吊吊起,并將浮吊吊拖拖曳航運(yùn)運(yùn)至橋橋位,將梁在橋橋臺(tái)臺(tái)、橋墩墩上架架設(shè)就位位。這這是在河河上或或海上架架設(shè)長(zhǎng)長(zhǎng)大橋時(shí)時(shí)經(jīng)常常使用的的一種種施工方方法。1.4懸臂施工工工法用移動(dòng)式剛腿轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臂起重重機(jī),一面拼裝,一面逐漸漸向向前推進(jìn)進(jìn)。懸懸臂法架架設(shè)鋼鋼梁是在在橋位位上不用用臨時(shí)時(shí)腳手架架支撐撐,而是將桿桿件件依次懸懸拼至至另一墩(臺(tái))上。懸拼拼一一孔中未未設(shè)臨臨時(shí)支墩墩的叫叫全懸臂臂拼裝裝。若在在橋孔孔中設(shè)置置一個(gè)個(gè)或一個(gè)個(gè)以上上的臨時(shí)時(shí)支墩墩的叫半半懸臂臂拼裝。近近年年來,懸臂拼裝裝工工藝逐步步完善善。其特特點(diǎn)是是不受橋橋渡水水文條件件、通通航、流流水、墩墩高和季季節(jié)的的限制,而且其專專用用輔助結(jié)結(jié)構(gòu)和和輔助設(shè)設(shè)備費(fèi)費(fèi)用較少少。在在懸臂拼拼裝期期間,橋梁施工工人人員對(duì)橋橋渡區(qū)區(qū)段自然然環(huán)境境的干擾擾也較較少。以以下情情況適宜宜采用用懸臂法法架設(shè)設(shè)鋼梁:跨徑大,橋高,通航河流流水水深流急;有流冰或或有有較多木木排的的河流;鋼梁的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)圖式有有利于于懸臂架架設(shè)的的,如連續(xù)桁桁梁梁、懸臂臂桁梁梁以及多多孔簡(jiǎn)簡(jiǎn)支桁梁梁等。傳統(tǒng)鋼桁梁架設(shè)設(shè)設(shè)方法在在橋梁梁施工中中的應(yīng)應(yīng)用改進(jìn)進(jìn)與發(fā)發(fā)展在實(shí)際的鋼桁梁梁梁架設(shè)過過程中中,僅僅采用用以以上所介介紹的的施工方方法中中的一種種是很很少見的,大多數(shù)鋼鋼桁桁梁的架架設(shè)至至少同時(shí)時(shí)采用用2種或2種以上的的施施工方法法。并并且在施施工工工藝上進(jìn)進(jìn)行了了更符合合實(shí)際際情況的的創(chuàng)新新與改進(jìn),進(jìn)而使得得社社會(huì)、經(jīng)經(jīng)濟(jì)效效益顯著著。2.111懸臂施工工法法目前,懸臂拼拼裝、半半懸臂臂拼裝和和雙向向?qū)ΨQ平平衡拼拼裝仍是是鋼桁桁橋建造造的主主要方法法之一一。近幾幾十年年來,國(guó)內(nèi)外許許多多特大橋橋都采采用這種種方法法建造。隨隨著著鋼橋結(jié)結(jié)構(gòu)的的發(fā)展,懸臂拼裝裝工工藝也在在逐步步完善。鋼桁梁在懸臂架架架設(shè)中,隨著懸臂臂長(zhǎng)長(zhǎng)度的增增大,伸臂端的的下下?lián)隙群秃蛻冶郾壑翁幪幐浇臈U件件應(yīng)力力將達(dá)到到最大大值,甚至超過過允允許范圍,所以降低低鋼鋼梁架設(shè)設(shè)應(yīng)力力和伸臂臂端撓撓度,保證鋼梁梁架架設(shè)時(shí)的的穩(wěn)定定性,是懸臂架架設(shè)設(shè)法中的的主要要問題。為為了了減少桁桁架內(nèi)內(nèi)力和伸伸臂端端撓度,在伸臂前前方方橋墩處處伸出出支撐托托架(或稱墩旁旁托托架),使伸臂接接近近前方橋橋墩時(shí)時(shí),提前得到到支支撐。2.2浮托施工工工法半浮半拖的架設(shè)設(shè)設(shè)方法,此法取浮浮運(yùn)運(yùn)施工法法和縱縱向拖拉拉施工工法2種施工方方法法的優(yōu)點(diǎn),針對(duì)工程程實(shí)實(shí)際情況,經(jīng)過變通通的的行之有有效的的施工方方法。半半浮半拖拖施工工法是在在浮船船上建立立臨時(shí)時(shí)支墩,用卷?yè)P(yáng)機(jī)機(jī)和和導(dǎo)鏈牽牽引拖拖拉架梁,主要適合合水水深速緩緩、通通航情況況一般般的情形,并且可以以避避免鋼梁梁懸臂臂太長(zhǎng)和和危險(xiǎn)險(xiǎn)性大。與與拖拖拉架設(shè)設(shè)相比比,浮拖架設(shè)設(shè)只只需增加1個(gè)浮墩,使鋼梁兩兩支支點(diǎn)受力力既保保證鋼梁梁的穩(wěn)穩(wěn)定性,又易控制制撓撓度和應(yīng)應(yīng)力變變化,而浮拖所所用用的器材材易拼拼裝、易易控制制、占用用河道道面積小小、時(shí)時(shí)間短、操操作作起來安安全便便捷。在鋼桁梁橋架設(shè)設(shè)設(shè)過程中,越來越多多的的架設(shè)方方法可可供人們們選擇擇。通過過查閱閱參考國(guó)國(guó)內(nèi)外外有關(guān)文文獻(xiàn),對(duì)鋼桁梁梁架架設(shè)施工工方法法及其發(fā)發(fā)展情情況做以以總結(jié)結(jié),可以預(yù)見,現(xiàn)代鋼桁桁梁梁橋的施施工,在傳統(tǒng)施施工工方法的的基礎(chǔ)礎(chǔ)上,力求新工工藝藝和新技技術(shù),不斷進(jìn)行行優(yōu)優(yōu)化改進(jìn),使得鋼桁桁梁梁橋的架架設(shè)施施工方法法不斷斷進(jìn)步發(fā)發(fā)展。五、整體節(jié)點(diǎn)5.111整體節(jié)點(diǎn)點(diǎn)在在鋼橋中中的應(yīng)應(yīng)用鋼橋整體節(jié)點(diǎn)作作作為近年年來出出現(xiàn)的新新型構(gòu)構(gòu)造，在在大跨跨度橋梁梁中得得到了廣廣泛的的應(yīng)用。整整體體節(jié)點(diǎn)是是以栓栓為主向向以焊焊為主，繼繼而而向全焊焊接發(fā)發(fā)展的重重要技技術(shù)過渡渡，它它一改從從前利利用大量量螺栓栓連接鋼鋼梁的的做法，而而是是改用焊焊接技技術(shù)來連連接鋼鋼節(jié)點(diǎn)，提提高高了鋼梁梁工業(yè)業(yè)化制造造過程程，方便便了工工地安裝裝，改改善了工工地工工作條件件。它它有整體體性好好，節(jié)省省鋼材材和高強(qiáng)強(qiáng)度、造造型美觀觀、方方便工地地安裝裝、提高高鋼梁梁工廠化化制造造程度等等優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)，在我我國(guó)近近年來修修建的的很多大大橋中中得到了了應(yīng)用用。據(jù)統(tǒng)統(tǒng)計(jì)，采采用整體體節(jié)點(diǎn)點(diǎn)較普通通栓焊焊結(jié)構(gòu)鋼鋼梁節(jié)節(jié)省高強(qiáng)強(qiáng)度螺螺栓達(dá)34%，從而獲獲得得了較好好的經(jīng)經(jīng)濟(jì)效益益，使使我國(guó)的的鋼橋橋建造技技術(shù)提提高到一一個(gè)新新的水平平。因因此，采采用整整體節(jié)點(diǎn)點(diǎn)已成成為大跨跨度鋼鋼桁梁橋橋的發(fā)發(fā)展趨勢(shì)勢(shì)。5.2鋼橋整體體體節(jié)點(diǎn)的的強(qiáng)度度問題鋼橋的整體節(jié)點(diǎn)點(diǎn)點(diǎn)匯交的的桿件件眾多、構(gòu)構(gòu)造造復(fù)雜、受受力力很大，處處于于典型的的空間間復(fù)雜受受力狀狀態(tài)，節(jié)節(jié)點(diǎn)的的承載安安全性性是橋梁梁結(jié)構(gòu)構(gòu)整體安安全性性的關(guān)鍵鍵。目目前常規(guī)規(guī)的鋼鋼橋節(jié)點(diǎn)點(diǎn)設(shè)計(jì)計(jì)規(guī)范對(duì)對(duì)于這這種大型型復(fù)雜雜的整體體節(jié)點(diǎn)點(diǎn)并不適適用，對(duì)對(duì)于這種種大型型節(jié)點(diǎn)的的疲勞勞和靜力力承載載力分析析設(shè)計(jì)計(jì)規(guī)范也也沒有有規(guī)定。更更重重要的是是，鋼鋼橋的整整體節(jié)節(jié)點(diǎn)為焊焊接結(jié)結(jié)構(gòu)，焊焊縫密密集，既既有對(duì)對(duì)接焊縫縫，又又有棱角角焊縫縫和角焊焊縫。對(duì)對(duì)于采用用整體體節(jié)點(diǎn)的的大跨跨度鋼桁桁梁橋橋，因其其承受受較大的的動(dòng)荷荷載作用用，與與整體節(jié)節(jié)點(diǎn)密密切相關(guān)關(guān)的焊焊接材料料、焊焊接工藝藝、各各種焊接接接頭頭、交叉叉焊縫縫、桿件件節(jié)點(diǎn)點(diǎn)外拼接接接頭頭等細(xì)節(jié)節(jié)的疲疲勞強(qiáng)度度，以以及整體體節(jié)點(diǎn)點(diǎn)的疲勞勞強(qiáng)度度控制結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計(jì)。對(duì)對(duì)于它它的疲勞勞性能能的研究究目前前還處于于起步步階段，由由于于引起節(jié)節(jié)點(diǎn)疲疲勞破壞壞的因因素很多多，而而空間有有限元元等理論論分析析難以準(zhǔn)準(zhǔn)確把把握節(jié)點(diǎn)點(diǎn)的實(shí)實(shí)際受力力情況況和它的的疲勞勞承載力力。故故目前在在工程程中，為為了保保證大橋橋運(yùn)營(yíng)營(yíng)安全可可靠，結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)經(jīng)濟(jì)濟(jì)合理，對(duì)對(duì)于于這種整整體節(jié)節(jié)點(diǎn)大多多都要要結(jié)合實(shí)實(shí)際情情況進(jìn)行行驗(yàn)證證性的靜靜載和和疲勞性性能的的試驗(yàn)研研究。此此外，對(duì)對(duì)這一一新型構(gòu)構(gòu)造的的靜載和和疲勞勞性能也也有必必要做深深入的的研究。5.3整體節(jié)點(diǎn)點(diǎn)點(diǎn)的靜力力承載載力和疲疲勞承承載力國(guó)內(nèi)對(duì)整體節(jié)點(diǎn)點(diǎn)點(diǎn)的靜力力和疲疲勞承載載力正正處于發(fā)發(fā)展階階段，從從目前前的試驗(yàn)驗(yàn)研究究來看，只只要要整體節(jié)節(jié)點(diǎn)的的構(gòu)造設(shè)設(shè)計(jì)地地合理，一一般般能滿足足靜力力和疲勞勞承載載力要求求。六、正交異性板板板6.1正交異性性性板的發(fā)發(fā)展近年來，由于高高高速鐵路路發(fā)展展的需要要，出出現(xiàn)了多多種新新橋型，如如斜斜拉橋、鋼鋼桁桁拱橋、鋼鋼箱箱系桿拱拱橋，出出于減震震、降降噪、結(jié)結(jié)構(gòu)受受力和耐耐久性性的需要要，鋼鋼橋橋面面系也也開始采采用混混凝土面面板、正正交異性性板方方案。其其中，正正交異性性板鋼鋼橋面具具有整整體性能能好、結(jié)結(jié)構(gòu)高度度低、自自重輕、承承載載能力大大、施施工周期期短、行行車舒適適性能能好等優(yōu)優(yōu)點(diǎn)，半半個(gè)多世世紀(jì)以以來漸漸漸地被被廣泛地地應(yīng)用用于日本本、歐歐洲各國(guó)國(guó)及美美國(guó)等國(guó)國(guó)家中中大跨度度及超超大跨度度鋼結(jié)結(jié)構(gòu)橋梁梁的建建設(shè)。6.2正交異性性性板的受受力問問題正交異性板越來來來越多地地應(yīng)用用于我國(guó)國(guó)高速速鐵路橋橋梁上上，一系系列的的問題也也漸漸漸涌現(xiàn)出出來。正正交異性性板縱縱梁的設(shè)設(shè)置及及其與橫橫梁的的連接構(gòu)構(gòu)造細(xì)細(xì)節(jié)目前前業(yè)界界有較大大的爭(zhēng)爭(zhēng)議。部部分設(shè)設(shè)計(jì)人員員認(rèn)為為軌下設(shè)設(shè)置縱縱梁對(duì)橋橋面整整體受力力有幫幫助。部部分專專家認(rèn)為為縱梁梁宜小不不宜大大，甚至至可不不設(shè)縱梁梁，以以免縱、橫橫梁梁交界處處橫梁梁腹板產(chǎn)產(chǎn)生應(yīng)應(yīng)力集中中，引引起疲勞勞開裂裂。國(guó)內(nèi)為許多科研研研機(jī)構(gòu)和和學(xué)者者都對(duì)正正交性性板的受受力特特點(diǎn)、計(jì)計(jì)算方方法、結(jié)結(jié)構(gòu)形形式等做做了許許多的研研究，但但絕大多多都集集中在公公路橋橋梁上了了。高高速鐵路路橋梁梁不管是是行駛駛速度、列列車車荷載，還還是是對(duì)橋梁梁橋面面的沖擊擊力等等均遠(yuǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過過了公路路橋梁梁。因此此，對(duì)對(duì)于正交交異性性板的各各種性性能，高高速鐵鐵路橋梁梁有了了更多更更高的的要求。盡盡管管今年來來已建建和在建建或正正在設(shè)計(jì)計(jì)中的的正交異異性板板整體橋橋面的的鐵路橋橋梁較較多，但但總體體來說，還還缺缺少系統(tǒng)統(tǒng)的研研究，缺缺少時(shí)時(shí)間的考考研，橋橋面系的的結(jié)構(gòu)構(gòu)體系總總類較較多，構(gòu)構(gòu)造細(xì)細(xì)節(jié)差異異較大大，目前前尚無無標(biāo)準(zhǔn)。七、結(jié)語鋼桁梁橋結(jié)合了了了鋼材和和桁架架結(jié)構(gòu)的的優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)，廣泛泛應(yīng)用用于大中中跨橋橋梁及超超大跨跨橋梁中中。且且在鋼桁桁梁橋橋架設(shè)過過程中中,越來越多多的的架設(shè)方方法可可供人們們選擇擇。通過過查閱閱參考國(guó)國(guó)內(nèi)外外有關(guān)文文獻(xiàn),對(duì)鋼桁梁梁架架設(shè)施