大跨度高铁桥梁设计创新53页

2015.09北京中铁大桥勘测设计院集团有限公司肖海珠中国大跨度高铁桥梁设计创新*中国大跨高铁桥梁建设概况南京大胜关长江大桥创新设计郑州黄河公铁两用桥创新设计中铁大桥勘测设计院集团有限公司中国大跨度高铁桥梁设计创新沪通铁路长江大桥设计结语*中国高铁桥梁建设概况中铁大桥勘测设计院集团有限公司中国大跨度高铁桥梁设计创新*中铁大桥勘测设计院集团有限公司中国大跨度高铁桥梁设计创新我国高速铁路建设虽然起步比较晚，但起点高，发展快，后发优势明显。近十几年以来，高铁建设取得了举世瞩目的成就。作为高速铁路的重要节点和控制性工程，我国高速铁路大跨度桥梁工程数量众多，工程技术人员结合工程实践对结构、材料、建造技术等持续开展研究，取得了一系列重大的技术创新。中国高铁桥梁建设概况我国部分建成大跨度高铁桥梁主要参数中铁大桥勘测设计院集团有限公司*中国大跨度高铁桥梁设计创新中国高铁桥梁建设概况 序号 桥名 跨度(m) 速度(km/h) 桥型 功能 建成日期 1 天兴洲长江大桥 504 250 钢桁梁斜拉桥 4R6H 2009 2 大胜关长江大桥 2X336 300 钢桁拱桥 6R 2011 3 郑州黄河公铁桥 5X168 350 钢桁梁斜拉桥 2R6H 2012 4 京沪高铁济南黄河桥 3X168 350 钢桁拱桥 4R 2011 5 合福铁路铜陵长江大桥 630 350 钢桁梁斜拉桥 4R6H 2015 6 宁安城际安庆长江大桥 580 250 钢桁梁斜拉桥 4R 2015 7 黄冈公铁大桥 567 250 钢桁梁斜拉桥 2R4H 2014 8 郑焦城际铁路黄河大桥 11×（2*100） 250 变高度钢桁梁 4R 2015我国部分在建大跨度高铁桥梁主要参数表中铁大桥勘测设计院集团有限公司*中国大跨度高铁桥梁设计创新中国高铁桥梁建设概况 序号 桥名 跨度(m) 速度(km/h) 桥型 功能 建成日期 1 沪通长江大桥 1092 250 钢桁梁斜拉桥 4R6H 建设中 2 五峰山长江大桥 1092 250 钢桁梁悬索桥 4R8H 设计中 3 芜湖公铁二桥 588 250 钢桁梁斜拉桥 4R6H 建设中 4 新白沙沱长江大桥 432 250 钢桁梁斜拉桥 6R 建设中 5 成贵铁路宜宾金沙江桥 336 250 钢箱拱桥 4R6H 建设中 6 贵州鸭池河大桥 436 250 钢桁拱桥 2R 建设中 7 福建平潭海峡公铁大桥 532 200 钢桁梁斜拉桥 4R6H 建设中国外部分大跨度高铁桥梁主要参数表中铁大桥勘测设计院集团有限公司*中国大跨度高铁桥梁设计创新 序号 桥名 跨度(m) 速度(km/h) 桥型 功能 建成日期 备注 1 厄勒海峡大桥 490 200 钢桁梁斜拉桥 2R4H 2000 瑞典 2 南滕巴赫美茵河桥 208 300 钢桁梁桥 2R 1993 德国 3 格米恩登高速铁路桥 135 250 预应力混凝土 2R 1984 德国 4 VEITSHOCHEIM桥 162 250 刚性梁柔性拱 2R 德国 5 莫尔那斯桥 118.7 300 系杆拱桥 2R 2001 法国 6 第二千曲川桥 2X135 260 PC斜拉桥 2R 1995 日本 7 奥里诺科河二桥 300 结合梁斜拉桥 1R4H 2005 委内瑞拉南京大胜关长江大桥创新设计中铁大桥勘测设计院集团有限公司中国大跨度高铁桥梁设计创新*中铁大桥勘测设计院集团有限公司中国大跨度高铁桥梁设计创新南京大胜关长江大桥 简介南京大胜关长江大桥为京沪高铁、沪汉蓉铁路、南京地铁共用过江通道。设计时速分别为：300km、250km、80km。中铁大桥勘测设计院集团有限公司中国大跨度高铁桥梁设计创新 主要创新点一：新材料我国桥梁钢发展历程：武汉长江大桥：A3,屈服强度235Mpa；南京长江大桥：16Mnq,屈服强度345Mpa；九江长江大桥：15MnVNq,屈服强度420Mpa；以上钢材均存在冲击韧性指标和焊接性能不理想，板厚效应明显等问题。南京大胜关长江大桥中铁大桥勘测设计院集团有限公司中国大跨度高铁桥梁设计创新 主要创新点一：新材料我国桥梁钢发展历程：芜湖长江大桥：大桥院和武钢联合开发14MnNbq,屈服强度370Mpa；通过降碳和硫、磷等有害元素，增加鈮等合金元素，辅以正火等热处理工艺，使其获得较高强度，较好的冲击韧性和焊接性能。是目前我国桥梁使用的主要钢种。南京大胜关长江大桥中铁大桥勘测设计院集团有限公司中国大跨度高铁桥梁设计创新 主要创新点一：新材料南京大胜关长江大桥的特点为：跨度大、荷载重、行车速度高。大桥杆件最大轴力近100000KN，需研制更高强度级别、更好的冲击韧性和焊接性能的新钢种。南京大胜关长江大桥中铁大桥勘测设计院集团有限公司中国大跨度高铁桥梁设计创新 主要创新点一：新材料大桥院和武钢集团联合攻关，采用TMCP工艺研制一种新的Q420qE钢种，该钢种为超低碳贝氏体组织，具有良好冲击韧性和焊接性能，板厚效应不明显。表3.2－1Q420q(WNQ570)钢主要化学成分(熔炼,%)Q420qE钢主要化学成分(熔炼分析,%)指标金相组织南京大胜关长江大桥 牌号 C Si Mn P S Cu Mo Nb B Q420q(WNQ570) ≤0.06 ≤0.50 ≤1.65 ≤0.020 ≤0.010 ≤0.50 ≤0.30 0.015～0.050 ≤0.0030中铁大桥勘测设计院集团有限公司中国大跨度高铁桥梁设计创新 主要创新点一：新材料表3.2－1Q420q(WNQ570)钢主要化学成分(熔炼分析,%)拱上弦、下弦部分杆件内力超过40MN的杆件及节点板采用Q420qE高强钢材，重量约11000吨。南京大胜关长江大桥中铁大桥勘测设计院集团有限公司中国大跨度高铁桥梁设计创新 主要创新点二：新结构之三桁结构表3.2－1Q420q(WNQ570)钢主要化学成分(熔炼分析,%)南京地铁南京地铁沪汉蓉铁路京沪高速铁路5.8m采用三片主桁的空间桁架结构，减小了桥面横向跨度，增加了桥面刚度，利于高速行车；减小了杆件规模，降低了制造、安装难度。南京大胜关长江大桥中铁大桥勘测设计院集团有限公司中国大跨度高铁桥梁设计创新 主要创新点二：新结构之正交异形板铁路桥面5.8m传统明桥面由纵横梁和平面连接系组成，刚度和整体性较差，伸缩纵梁易于损坏。传统明桥面构造南京大胜关长江大桥中铁大桥勘测设计院集团有限公司中国大跨度高铁桥梁设计创新 主要创新点二：新结构之正交异形板铁路桥面5.8m刚度大、整体性好，与主桁组合参与受力，提高承载能力。正交异性板铁路桥面南京大胜关长江大桥中铁大桥勘测设计院集团有限公司中国大跨度高铁桥梁设计创新 主要创新点二：新结构之多边形吊杆5.8m传统刚性吊杆多用工字形截面，打孔增加通透性。传统刚性吊杆南京大胜关长江大桥中铁大桥勘测设计院集团有限公司中国大跨度高铁桥梁设计创新 主要创新点二：新结构之多边形吊杆5.8m存在问题：传统吊杆刚度较小，气动外形较差，易于风致振动引起疲劳破坏。南京大胜关长江大桥中铁大桥勘测设计院集团有限公司中国大跨度高铁桥梁设计创新 主要创新点二：新结构之多边形吊杆5.8m创新设计：箱形切角断面，增加刚度、改善气动外形，外加新型阻尼器。南京大胜关长江大桥中铁大桥勘测设计院集团有限公司中国大跨度高铁桥梁设计创新 主要创新点三：新工法5.8m施工面临困难：合拢口多，三桁结构，反力大、起顶困难。南京大胜关长江大桥中铁大桥勘测设计院集团有限公司中国大跨度高铁桥梁设计创新 主要创新点三：新工法工法创新：边主墩采用塔架+三层拉索、中主墩采用三层平索辅助施工。南京大胜关长江大桥中铁大桥勘测设计院集团有限公司中国大跨度高铁桥梁设计创新 主要创新点三：新工法工法创新：拉索索力主动调整控制合龙口竖向位移和转角，纵移调整合龙口水平位移，实现精确合龙。南京大胜关长江大桥郑州黄河公铁两用桥创新设计中铁大桥勘测设计院集团有限公司中国大跨度高铁桥梁设计创新*中铁大桥勘测设计院集团有限公司中国大跨度高铁桥梁设计创新郑州黄河公铁两用桥 简介郑州黄河公铁两用桥是京广铁路客运专线和郑州至新乡一级公路跨越黄河的共用桥梁，跨度布置为：120+5x168+120m。上层六车道公路，下层两线客专。设计时速分别为：100km和350km。中铁大桥勘测设计院集团有限公司中国大跨度高铁桥梁设计创新 主要创新点一：多塔长联的总体布置主桥分两联布置，第一联为（120+5×168+120）m六塔单索面连续钢桁结合梁斜拉桥；第二联为5×120m连续钢桁结合梁桥；其中第一联基本覆盖了现状河道，第二联覆盖了可能变迁的范围。桥式布置满足了防洪及高速列车所需要的桥梁刚度要求。郑州黄河公铁两用桥中铁大桥勘测设计院集团有限公司中国大跨度高铁桥梁设计创新 主要创新点二：新结构斜主桁构造和平行四边形主桁截面首创中桁垂直、边桁倾斜的三主桁构造，主桁杆件采用平行四边形截面。解决了上层六线公路、下层两线铁路断面上宽下窄的技术难题，具有较好的经济效益。郑州黄河公铁两用桥中铁大桥勘测设计院集团有限公司中国大跨度高铁桥梁设计创新 主要创新点二：新结构之新型双重板桁组合结构首创新型双重板桁组合结构，公路桥面采用预应力混凝土预制桥面板，不设置纵横梁及平面联结系；铁路采用正交异性钢桥面，两种桥面都与三片主桁结合，形成不同材质的多重板桁组合结构。提高了主梁的竖向刚度和公路桥面耐久性。主梁横截面公路预制桥面板架设中铁路钢正交异性板桥面郑州黄河公铁两用桥中铁大桥勘测设计院集团有限公司中国大跨度高铁桥梁设计创新 主要创新点二：新结构之新型主塔和索梁锚固构造主塔采用刚度较大的“人”字形钢箱结构，设置于中央分隔带上，塔柱根部与上弦两个节点相连。斜拉索锚固在上弦杆内的内置钢錨箱内。两种构造均不挤占结构空间、传力直接。郑州黄河公铁两用桥中铁大桥勘测设计院集团有限公司中国大跨度高铁桥梁设计创新 主要创新点三：新工法之斜主桁制造、拼装技术研发了平行四边形截面杆件加工及焊接工艺，解决了加工精度不易控制的难题。研发了一种拼装空间斜腹杆的导向装置及定位施工工艺，解决了外倾斜腹杆拼装的难题。郑州黄河公铁两用桥中铁大桥勘测设计院集团有限公司中国大跨度高铁桥梁设计创新 主要创新点三：新工法之大跨长联钢桁梁多点同步连续顶推技术通过计算机进行多点动态平衡控制和中线偏差自动纠正，实现了长联多点同步顶推。郑州黄河公铁两用桥沪通铁路长江大桥创新设计中铁大桥勘测设计院集团有限公司中国大跨度高铁桥梁设计创新*上海南通张家港沪通铁路长江大桥距下游江阴长江大桥45km，距上游苏通长江大桥40km。北岸为南通市，南岸为苏州张家港市。苏通长江大桥沪通铁路长江大桥中铁大桥勘测设计院集团有限公司*中国大跨度高铁桥梁设计创新大桥按沪通铁路、通苏嘉城际铁路、锡通高速公路共通道建设。长江大桥锡通高速沪通铁路张家港南通沪通铁路锡通高速南通西站中铁大桥勘测设计院集团有限公司*中国大跨度高铁桥梁设计创新 沪通铁路（1）I级铁路：双线（2）活载：中-活载（3）客车设计速度：200km/h 城际铁路（1）客运专线：双线（2）活载：ZK活载（3）客车设计速度：250km/h 公路主要技术标准（1）等级：高速公路（2）设计车速：100km/h（3）车道数：双向6车道4线铁路+6车道高速公路中铁大桥勘测设计院集团有限公司*中国大跨度高铁桥梁设计创新沪通铁路长江大桥主航道桥142+462+1092+462+142=2300m斜拉桥；天生港航道桥140+336+140=616m主跨336米钢拱桥；横港沙联络桥21孔跨度112m钢桁梁；大桥总长11.076km，正桥钢梁5.831km，公铁合建段桥梁长6.992km.中铁大桥勘测设计院集团有限公司*中国大跨度高铁桥梁设计创新沪通铁路长江大桥中铁大桥勘测设计院集团有限公司*中国大跨度高铁桥梁设计创新沪通铁路长江大桥 钢桁梁：三片桁，节段全焊。 桥面结构：公路面-钢正交异性板铁路面-钢箱。 桁宽：35m,桁高16m中铁大桥勘测设计院集团有限公司*中国大跨度高铁桥梁设计创新沪通铁路长江大桥 主桁采用Q370qE、Q420qE与Q500qE三种规格的钢材。 合计：30个节间采用Q500qE钢材22个节间采用Q420qE钢材112个节间采用Q370qE钢材。Q500qE图例：Q420qE,Q370qE中铁大桥勘测设计院集团有限公司*中国大跨度高铁桥梁设计创新沪通铁路长江大桥主塔采用钢筋混凝土结构，塔身采用C60混凝土，塔座采用C50混凝土，主塔承台以上高度325m。中铁大桥勘测设计院集团有限公司*中国大跨度高铁桥梁设计创新沪通铁路长江大桥中铁大桥勘测设计院集团有限公司2.2主航道桥*中国大跨度高铁桥梁设计创新沪通铁路长江大桥 4#～36#斜拉索采用钢锚梁作为斜拉索锚固结构。 钢锚梁长11m，高1.2m，牛腿高1.2m，单节段重约60t。中铁大桥勘测设计院集团有限公司*中国大跨度高铁桥梁设计创新沪通铁路长江大桥 通过合理配置混凝土塔壁和钢锚梁的刚度，实现了锚固区混凝土塔壁无预应力的设计。 拉索类型：平行钢丝斜拉索，钢丝强度2000MPa，直径7mm。 拉索布置：配合主梁三桁结构，拉索采用三索面布置；共432根。 拉索规格：7-223～451共10种。 最大长度：单根最大长度为576.2m。 最大索重：单根最大索重83.5t。 最大索力：1300t。中铁大桥勘测设计院集团有限公司*中国大跨度高铁桥梁设计创新沪通铁路长江大桥 矩形沉井，平面：86.9m×58.7m 沉井平面布置为24个13m×13m井孔 沉井高度：29号墩115m，28号墩105m。 组合结构：下部为钢，上部为钢筋混凝土。主墩基础中铁大桥勘测设计院集团有限公司*中国大跨度高铁桥梁设计创新沪通铁路长江大桥 采用矩形沉井基础。沉井平面 尺寸为39.2m×26.8m，沉井顶标高+8.0m。 沉井高度：26、27号墩为80m，30、31号墩为84m。 均为钢-混凝土组合结构。中铁大桥勘测设计院集团有限公司*中国大跨度高铁桥梁设计创新沪通铁路长江大桥边墩、辅助墩基础 沉井：钢沉井在船坞整体制造，浮运，定位下沉，接高。中铁大桥勘测设计院集团有限公司*中国大跨度高铁桥梁设计创新沪通铁路长江大桥中铁大桥勘测设计院集团有限公司*中国大跨度高铁桥梁设计创新沪通铁路长江大桥主桥钢梁架设采用大节段、双悬臂对称架设，从主塔墩分别往跨中及边墩方向架设，先边跨合龙，后中跨合龙的。中铁大桥勘测设计院集团有限公司*中国大跨度高铁桥梁设计创新沪通铁路长江大桥主桥钢梁架设采用大节段、双悬臂对称架设，从主塔墩分别往跨中及边墩方向架设，先边跨合龙，后中跨合龙的方案。中铁大桥勘测设计院集团有限公司*中国大跨度高铁桥梁设计创新沪通铁路长江大桥结语中铁大桥勘测设计院集团有限公司中国大跨度高铁桥梁设计创新*中铁大桥勘测设计院集团有限公司经过多年的努力，我国高铁桥梁的设计和建造技术取得了飞速的发展，已处于世界领先水平。未来，我们将由内陆走向海洋……琼州海峡通道桥梁方案图*中国大跨度高铁桥梁设计创新结语中铁大桥勘测设计院集团有限公司3.面临更加复杂的建桥条件和挑战： 海洋波流力研究：对桥梁下部结构、基础工程的影响。平潭海峡大桥的研究。 材料科学研究：在继续提高钢材、混凝土材料强度和耐久性等性能的基础上，开展新型建筑材料（如碳纤维等）的研究。 大型装备研究：大型起重装备，大型深水基础工程装备，……。*中国大跨度高铁桥梁设计创新结语谢谢中铁大桥勘测设计院集团有限公司*******