[发明专利]一种公铁两用斜拉桥的三桁式主梁结构及其安装方法

说明书

技术领域

本发明涉及重载、大跨公铁两用斜拉桥的设计及施工技术，具体的 说是一种公铁两用斜拉桥的三桁式主梁结构及其安装方法。

背景技术

公铁两用桥是指同时布置铁路交通和公路交通的桥梁。因为一桥两 用，可以有效节约资源，所以得到越来越多的应用。钢桁梁桥方便布置 双层桥面，使公路运输和铁路运输分流，是公铁两用桥的首选。斜拉桥 较简支梁桥和连续梁桥的跨越能力更大，采用钢桁梁为主梁的斜拉桥是 大跨度公铁两用桥发展的方向。我国首座公铁两用钢桁梁斜拉桥为芜湖 长江大桥，采用双索面布置，对应的钢桁梁为双主桁(两片主桁)结构， 公路桥面为四车道，铁路桥面为双线。随着交通运输需求的增加和桥梁 设计建造技术的发展，桥梁跨度加大、荷载加重成为趋势，如：要在同 一座桥上布置六车道公路和四线铁路，需要宽度达30米的双层桥面。 由此引发新的问题，即常规的双主桁钢桁梁结构已不适应上述要求：为 满足刚度及强度要求，钢梁的杆件截面需要更大，桁高更高，钢梁重量 过大，现有斜拉索不能满足要求；双主桁间距过大，导致桁梁变形大、 刚度小，桥面系结构重量大大增加；宽度加大后，双主桁桥梁的横向刚 度也偏弱，动力性能差，给行车安全带来隐患，行车舒适感降低。

双主桁公铁两用斜拉桥常规的建造方法是双悬臂单根杆件对称安 装方法：以桥梁主塔柱为依托，向两侧对称悬臂安装钢桁梁，及时安装 斜拉索，减小钢桁梁的悬臂长度；一个桁段的钢桁梁构件按照制造单元 逐一提升至桥梁上安装。钢桁梁散件安装的优点有：起重量小，对起重 机械的要求低，钢梁杆件的对位、调整、安装方便。其不足之处有：

1)安装速度慢，逐根杆件提升安装，不能同步作业，效率较低；

2)工地焊接工作量大，桥面板和主桁间采用焊缝连接，受作业条 件限制，焊缝质量难以控制，焊缝焊接收缩对桥梁线形和内力分布的影 响较大。

在上述背景下，需要研制更宽的新型主梁结构，并探索新的安装方 法，提高桥梁品质和建造效率。

武汉天兴洲公铁两用长江大桥是我国首座三索面、三桁式钢桁梁斜 拉桥，能同时提供六车道公路和四线铁路。其主梁采用三片主桁、正交 异性板公路桥面、纵横梁体系铁路桥面。该桥在跨度、荷载等方面创造 了多项世界第一。

对该三索面钢桁梁斜拉桥的三桁式主梁安装而言，采用传统的逐根 杆件提升安装方法，不足之处十分突出：一个桁段的构件需要起吊20 余次，桥面板的工地焊缝多达6条。为提高钢桁梁的安装效率，提高钢 桁梁的安装质量，迫切需要突破传统建造方法的限制，本发明涉及的桁 段整体安装方法就是在此背景下诞生的。

桁段整体安装需要解决以下技术难题：

1)一个桁段的所有构件连接在一起，形成的是一个开口的结构体， 不是一个稳定的、小变形的结构体系，见附图1，在运输及提升状态下 其变形很大，甚至可能出现结构破坏；

2)桁段与相邻桁段之间的适配预拼，桁段与桁段之间的连接为多 点同步对接，要保证安装时多对接点必须全部适配，避免出现个别节点 位置偏差、螺栓不能顺利安装的现象出现；

3)一个桁段的结构自重达到数百吨(武汉天兴洲长江大桥的一个 桁段重量近7000kN)，且各桁段构件结构尺寸不尽相同，桁段的重心位 置各异，对起重机的要求很高，安装时桁段的纵桥向、横桥向和竖向的 平动自由度和转动自由度必须可调可控；

4)在自重荷载作用下桁段中桁片和两侧边桁片的变形不一致，中 桁的变形更大，导致待安装桁段与已安装主桁位置偏差，不能顺利对接， 吊机必须具备单独调节各桁片高程的能力；

5)桁段安装时为多点同步对接，各杆件同步插入节点板、同步准 确就位的难度大大增加，对接过程容易受阻、卡死、刮伤节点处的摩擦 面。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种公铁两用 斜拉桥的三桁式主梁结构及其安装方法，旨在克服传统双桁式主梁负荷 能力不足、刚度不足、经济指标不好以及传统斜拉桥钢桁梁散件安装方 法的不足，着重解决上述技术难题。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：