东平水道特大桥（85+286+85）m双拱肋钢桁拱设计张文华【摘要】东平水道特大桥主桥为(85+286+85) m双拱肋钢桁拱桥，该桥式上拱肋延伸至边墩支承，下拱肋支承在主墩上，上下拱肋用桁架联接，边跨不是梁，仍是拱，通过拱上立柱支撑桥面，边中跨比仅为0.3。
桥面系采用带水平K撑的正交异性板结构。
该桥式结构和带水平K撑的钢桥面系在国内均是首次应用，丰富了铁路桥梁结构类型，拓宽了桥梁结构设计思路，整个体系受力层次分明、简单明确。
%The main bridge of Dongping grand railway bridge is a( 85+286+85 ) m-span with double arch rib connected by steel truss arch bridge. The upper arch rib of the main bridge extends to the side pier bearings and the lower arch rib is supported on the middle piers. The upper and the lower arch ribs are connected by truss structures. The side spans of the main bridge are arch structures, which support bridge deck system with arch columns. The ratio of side span to middle span is only 0.3. The bridge deck system is an orthotropic plate structure with horizontal K-shape supports. The bridge structure and the bridge deck system are the first application in China, which add more choices to railway bridge structure and design. The structure is well designed, simple and clear in force bearing.【期刊名称】《铁道标准设计》【年(卷),期】2015(000)012【总页数】5页(P40-44)【关键词】铁路桥;双拱肋;钢桁拱;水平K撑;桥面系;设计【作者】张文华【作者单位】中铁第四勘察设计院集团有限公司，武汉 430063【正文语种】中文【中图分类】U448.22+2东平水道特大桥位于贵广、南广铁路广州枢纽，是贵广、南广铁路的重点控制工程之一，主桥跨越Ⅱ级航道东平水道。
桥址处东平水道河流正宽约191 m，线路法线与水流方向夹角约为23°，与既有武广高铁东平水道特大桥(99+242+99) m四线连续钢桁拱桥相邻并行，两桥相邻两线铁路线间距为18 m。
结合地形、地貌，行洪安全，通航顺畅，同时考虑到经济、施工、美观等因素，新设计主桥的总长度、总高度应与既有主桥基本一致，以保持两主桥相互协调，节省工程投资。
经比选分析，确定贵广、南广铁路跨东平水道特大桥主桥采用(85+286+85) m双拱肋钢桁架拱桥方案进行设计(图1)。
为保证拱桥顺利合龙，边跨采用支架法施工，中跨采用拱上吊机悬拼法施工[1-3]。
钢桁拱节点的杆件最大质量达55 t，用钢量总计14 070 t。
主要技术标准：客货共线；中-活载；客车行车速度200 km/h；双线有砟轨道；线间距5.3 m；桥上平坡；直线。
与传统连续钢桁拱不同，本桥式为曲弦刚性拱和柔性系杆的新型钢桁拱结构，上拱肋延伸至边墩支承，下拱肋支承在主墩上，上下拱肋通过桁架联接，边跨不是梁仍是拱，通过拱上立柱支撑桥面，边中跨比仅为0.3。
该方案桥式新颖，体系受力层次分明、简单明确，优点在于：(1)边跨短，边跨刚度好，梁端转角小，更能适应高速铁路高速行车的要求；(2)桥长短，全桥经济性好，并且能与既有武广客运专线东平桥相互协调。
与初步设计边跨采用平弦钢桁梁的传统连续钢桁拱相比，桥长缩短约0.16 km，节约桥梁结构用钢2 300多t。
初步设计与施工设计桥式布置分别见图2、图3。
初步设计方案与施工设计方案具体计算结果分别见表1、表2。
钢桁拱桥孔跨为(85+286+85) m，桁宽15 m，轨面至主桁下弦中心高度1.656 m，轨面至边支座顶高度26.168 m，轨面至中支座顶高度21.415 m，除边跨第一个节间8.25 m外，其余节间长度11 m，边跨8个节间，中跨26个节间，全长457.5 m。
边跨梁端为钢结构门式墩，由两根高为24 m的立柱与横梁构成，立柱之间、立柱与横梁体内均灌注压重混凝土；主桥拱上立柱及其两立柱之间提供了大量的压重空间，与钢梁相连的24 m预应力混凝土简支T梁架在门式墩横梁上，从而解决了边支座负反力与施工期间抗倾覆稳定的问题。
拱顶桁高9 m，拱顶至桥面高度54 m，内拱肋矢高64 m，矢跨比1∶4.47；外拱肋矢高78 m，矢跨比1∶5.85。
拱肋上、下弦杆分别采用不同的圆曲线。
两拱趾之间设钢箱系杆，以承受拱肋产生的巨大水平推力。
拱肋与系杆之间采用吊杆连接，最长吊杆45 m。
主桁采用整体节点，三角形桁式[4-7]。
4.1 主桁上拱肋采用箱形截面，内高1 200 mm，内宽1 000 mm，杆件板厚16～40 mm，腹板、翼板均在中部设置加劲肋。
下弦及系梁采用箱形截面，内高1 600 mm，内宽1 000 mm，杆件板厚16～44 mm，翼板在中部设置加劲肋，腹板设置2个加劲肋，截面总共6个加劲肋。
下拱肋采用箱形截面，内宽1 000 mm，边跨部分下拱肋内高800 mm，中跨部分内高由拱顶至拱脚1 000～1 800 mm，杆件板厚16～52 mm，翼板在中部设置加劲肋，腹板设置2个加劲肋，截面总共6个加劲肋。
吊杆采用八边形截面，内宽1 000 mm，内高根据吊杆由短到长800～1 200 mm，板厚16 mm，箱形吊杆与主桁节点采用四面对接的方式连接；边吊杆由于长度短，面外弯矩引起的应力较大，板厚加大至32 mm，采用内宽、内高均为1 000 mm 的箱形截面。
腹杆采用H型截面与箱形截面，为节约材料及改善杆件的局部稳定，压杆采用箱形截面，拉杆采用H形截面；H形截面与主桁节点采用三面拼接，箱形截面采用四面对接的方式连接；腹杆内宽1 000 mm，内高800 mm。
4.2 桥面[8-10]4.2.1 总体布置钢桥面由桥面板、横梁、横肋、纵梁、纵肋、横梁端头及水平K撑7个部分组成，其中钢桥面板全桥纵向连续，横向与主桁下弦不直接连接，桥面板焊接在两横向中心距为9.4 m的纵梁上，纵向基本3、8 m分段焊接；一个节间长度范围内，在两道横梁支点上伸出4个横梁端头，将桥面与主桁节点相连；为减小横梁端头面外弯矩以及分担其竖向传力，每个横梁端头左右两边各设置1个工字形斜杆-水平K撑，连接主桁节点与横肋与纵梁的交点；钢桥面顶板配置MMA防水体系。
桥面结构采用两片主桁，桁间距15 m，线间距5.3 m，如图4、图5所示。
4.2.2 横梁及横肋边跨第一节间横梁间距8.25 m外，其余横梁间距11 m。
采用倒T形截面，内高1 600～1 683 mm，腹板厚16 mm，底板宽740 mm，厚24 mm，腹板与纵梁腹板焊接，底板与纵梁底板焊接。
两道横梁之间设3道横肋，间距2 750 mm，采用倒T形截面，内高1 600～1 683 mm，腹板厚14 mm，底板宽580 mm，厚20 mm，腹板与纵梁腹板焊接，底板与纵梁底板焊接。
4.2.3 纵梁及纵肋两片主桁内侧沿纵向各设置1道纵梁，横向中心距9.4 m。
纵梁采用箱形截面，内高1 600 mm，腹板厚14 mm，顶底板厚28 mm、宽900 mm，大于腹板中心距340 mm，便于与桥面其他杆件相连。
两道纵梁之间，钢桥面板下设置了14道U肋和2道I肋，其中I肋设置在跨中位置。
U肋高度300 mm，厚8 mm，间距600 mm，I肋高度150 mm，厚16 mm。
纵肋全桥连续，遇横梁、横肋腹板则开孔穿过。
4.2.4 横梁端头及水平K撑横梁端头采用变高度的工字形截面，与桥面相连一端腹板高度1 600 mm，与主桁节点相连一端腹板高度2 100 mm，腹板厚28 mm，上下翼板宽740 mm，厚28 mm；为减小桥面纵向变形，主桁下弦节点处设置水平K撑，水平K撑也采用变高度工字形截面，与纵梁与横肋交点相连的一端腹板高度1 600 mm，与主桁节点相连一端腹板高度2 100 mm，腹板厚14 mm，上下翼板宽420 mm，厚28 mm。
4.3 纵向联结系纵向平联采用交叉式结构，包括上拱肋平联及下拱肋平联，为保证列车通过上、下拱肋桥面以上的第一个节间不设平联。
纵向平联采用H形截面的杆件，基本尺寸为翼板宽420 mm，总高420 mm，翼板厚16～32 mm，腹板厚12～24 mm；中支座处拱肋平联采用翼板宽600 mm，总高为600 mm的H形截面，翼板厚36 mm，腹板厚28 mm。
4.4 横联本桥隔节间设置横联，其中横联包括3部分：(1)边跨桥面以下部分上弦与上、下拱肋满布横联；(2)边跨桥面以上部分下弦与上拱肋间及部分中跨半框横联；(3)中跨上、下拱肋间满布横联。
横联采用桁式结构，形式受通车净空要求以及构造的影响，第(2)部分布置成半框式，第(1)、(3)部分布置满框式，横联的基本截面为H形截面，外高420 mm，翼板宽400 mm，腹板厚12 mm，翼板厚16 mm，局部加厚腹板和翼板，特别位置加宽翼板与加高腹板。
4.5 梁端部门式墩两边跨梁端各设置1道门式墩结构，每道门式墩由两根立柱、立柱之间横梁及压重混凝土构成，与钢梁相连的双线混凝土T梁架在门式墩横梁上。
立柱中心线高24 m，横向15 m，箱形截面，内宽×内高3 000 mm×3 000 mm，板厚24 mm，竖向设置环向加劲肋，16 mm加劲隔板将立柱分成9个腔体。
横梁采用箱形截面，内宽×内高3 000 mm×2 000 mm，板厚24 mm，16 mm加劲隔板将横梁分成3个腔体，每个腔体内均设置环向加劲肋；立柱与横梁体内灌注压重混凝土，横梁上下立柱间区域也灌注压重混凝土。
5.1 焊接本桥采用的整体节点和钢桥面板有焊接工作量大，焊接接头类型多，焊接变形大的特点。
焊接的质量与杆件的组装精度是控制工程质量的关键点。
