CN113174831B - 一种高速铁路无砟轨道斜拉桥钢桁结合主梁结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速铁路无砟轨道斜拉桥钢桁结合主梁结构，包括：主桁和横向联结系，所述主桁设置在两侧，所述横向联结系设置在所述主桁之间，设置在所述主桁的上部；结合桥面，包括钢横梁和混凝土桥面板，所述钢横梁固定在所述主桁的下部，所述混凝土桥面板设置在所述钢横梁的顶面上，用于铺设无砟轨道板；斜拉索锚固结构，设置在所述主桁结构的顶面上。本发明采用钢桁梁与混凝土桥面板结合的主梁结构形式，结构刚度大，有利于提高轨道结构平顺性，保证高速列车的安全性和行车舒适性；混凝土桥面板与铁路轨道板底座板结合性能好，结构耐久性好，养护工作大幅减少；同时桥面板采用混凝土结构，主梁用钢量较省，经济效益较好。

Description

一种高速铁路无砟轨道斜拉桥钢桁结合主梁结构

技术领域

本发明涉及桥梁主梁技术领域，具体涉及一种高速铁路无砟轨道斜拉桥钢桁结合主梁结构。

背景技术

无砟轨道是指采用混凝土、沥青混合料等整体基础取代散粒碎石道床的轨道结构，又称无渣轨道，是当今世界先进的轨道技术。无砟轨道采用自身稳定性较好的混凝土或沥青道床代替有砟道床来传递行车时的动、静载荷。

无砟轨道对于施工和设计具有较高的要求。梁端转角和桥面变形产生的轨面不平顺性的控制是实现铺设无砟轨道的关键技术要求。《铁路桥涵设计规范》规定，采用无砟轨道的桥梁结构梁端竖向转角应在1‰以内，轨面的不平顺要求在3m长的基准，一线两根钢轨的竖向变形量差值不大于1.5mm。对于大跨度的铁路钢桁梁桥，目前常用的铁路桥面系结构有纵横梁结构和正交异性钢板桥面结构。纵横梁结构桥面系为分散结构，纵梁和横梁之间采用栓接。纵梁沿桥梁纵向不是连续的结构，仅适合速度120Km/h的桥梁结构。采用无砟轨道的桥梁通常设计行车速度值通常在200Km/h以上，因此纵横梁结构不适用于无砟轨道桥。正交异性钢板桥面的桥面板与主桁上弦焊接(或栓接)，可参与桁梁整体受力，减小弦杆截面。但桥面板截面重心和弦杆重心不一致，在轴力作用下，会在截面中产生附加的弯矩，使弦杆和桥面板产生附加的应力，降低了截面的承载能力。同时桥面板自身的抗弯刚度较弱，在荷载作用下，桥面板会产生较大的桥面局部变形，增大了梁端转角和轨面不平顺值。

为此，中国发明专利CN103225263A提供了一种铁路无砟轨道钢桁梁正交异性钢箱桥面板，在桥面板的钢箱顶板、钢箱底板上焊接纵向通长的U形加劲肋，钢箱顶板和钢箱底板之间设置纵向通长的板式加劲肋、钢箱横隔板，钢箱顶板和钢箱底板与主桁弦杆焊接或栓接，箱型铁路桥面的钢箱横隔板与主桁弦杆隔板用高强度螺栓进行连接。该发明在钢箱顶板、钢箱底板设置了纵向通长的板式加劲肋、钢箱横隔板，将钢箱桥面的顶、底板连接为整体的钢箱结构，在一定程度上减小主桁弦杆的截面尺寸和板厚，降低主桁弦杆的制造安装难度；钢箱和主桁截面重心基本一致，在轴向力作用时，截面产生的附加弯矩小，截面上下缘受力均匀；箱桁组合结构刚度大，可在一定程度上减小桥梁端的转角，适合无砟轨道桥梁使用。

但上述铁路无砟轨道钢桁梁正交异性钢箱桥面板具有以下缺点：

(1)钢箱梁用于大跨度无砟轨道斜拉桥，存在刚度偏低、需采取其他结构措施提高结构刚度，以保障高速铁路无砟轨道的行车要求；

(2)正交异性钢桥面顶板与轨道底座板通过剪力件连接，结合性能稍差，轨道底座板的收缩受钢桥面的约束而易开裂；且钢桥面本身存在疲劳开裂的高风险，养护工作量大。

有鉴于此，急需对现有的高速铁路无砟轨道斜拉桥面结构进行改进，以提高无砟轨道斜拉桥面结构的刚度、降低其疲劳开裂的风险。

发明内容

针对上述缺陷，本发明所要解决的技术问题在于提供一种高速铁路无砟轨道斜拉桥结合主梁结构，以解决现有的钢桁梁或钢箱梁无砟轨道斜拉桥存在的刚度低、钢桥面顶面与轨道底座板结构性能差、容易开裂的问题。

为此，本发明提供的一种高速铁路无砟轨道斜拉桥钢桁结合主梁结构，包括：

主桁和横向联结系，所述主桁设置在两侧，所述横向联结系设置在所述主桁之间，设置在所述主桁的上部；

结合桥面，包括钢横梁和混凝土桥面板，所述钢横梁固定在所述主桁的下部，所述混凝土桥面板设置在所述钢横梁的顶面上，用于铺设无砟轨道板；

斜拉索锚固结构，设置在所述主桁的顶面上；

所述主桁、所述横向联结系、所述钢横梁和所述斜拉索锚固结构组成一个节间结构，所述节间结构在工厂完成制造并连接成钢桁梁整体节段，高速铁路无砟轨道斜拉桥钢桁结合主梁结构由所述钢桁梁整体节段和所述混凝土桥面板安装结合而成。

在上述技术方案中，优选地，所述主桁包括：

上弦杆和下弦杆，沿纵桥向上下相对设置，所述上弦杆与所述下弦杆平行，所述下弦杆的内侧腹板向上穿出其顶板设置；

斜腹杆，设置在所述上弦杆与所述下弦杆之间，所述斜腹杆的两端分别焊接所述上弦杆和所述下弦杆上。

在上述技术方案中，优选地，所述横向联结系包括：

上横梁，沿横桥向设置；所述上弦杆的腹板内侧设有节点板，所述上横梁通过所述节点板与所述上弦杆连接；

平联，交叉设置在相邻两根所述上横梁之间，所述平联通过节点板与所述上弦杆连接固定；

多个横联，沿纵桥向间隔设置，所述横联的左右两端分别设置在斜腹杆平面的内侧。

在上述技术方案中，优选地，所述钢横梁包括：

下横梁，沿横桥向设置在所述下弦杆的内侧，多个所述下横梁沿纵桥向等距分布；

纵向通长段，沿纵桥向设置在所述下横梁的顶面上，所述纵向通长段的左右两端焊接在所述下弦杆的腹板内侧上。

在上述技术方案中，优选地，所述混凝土桥面板包括：

预制混凝土桥面板，设置在所述下横梁和所述纵向通长段围成区域的顶面上；

无砟轨道底座板，设置在所述预制混凝土桥面板的顶面上，与所述预制混凝土桥面板一体浇筑而成。

在上述技术方案中，优选地，所述混凝土桥面板还包括：

横向湿接缝，设置在所述下横梁的顶板上，通过竖向剪力钉与所述下横梁连接；

纵向湿接缝，沿纵桥向设置在所述纵向通长段的顶板上，并通过竖向剪力钉与所述纵向通长段连接，所述纵向湿接缝的侧面通过横向剪力钉与所述下弦杆的内侧腹板连接；

所述横向湿接缝与所述纵向湿接缝垂直交叉设置，用于将所述预制混凝土面板与所述横向湿接缝和所述纵向湿接缝连接成整体，并将所述混凝土桥面板与所述钢横梁和所述下弦杆连接固定。

在上述技术方案中，优选地，所述斜拉索锚固结构包括：

锚拉板，焊接在所述上弦杆上；

斜拉索，一端固定在所述锚拉板上，另一端固定在塔柱上。

在上述技术方案中，优选地，所述上弦杆、所述下弦杆和所述斜腹杆为H形截面杆或箱型截面杆。

在上述技术方案中，优选地，所述上弦杆、所述下弦杆和所述斜腹杆组成主桁的三角形桁架结构。

在上述技术方案中，优选地，所述钢梁整体节段由一个节间结构或两个节间结构在工厂拼接而成；

每个所述钢梁整体节段通过桥面吊机在施工现场实现吊装安装后，经所述桥面吊机前移以及挂设、锚固斜拉索后形成所述高速铁路无砟轨道斜拉桥钢桁结合主梁结构。

由上述技术方案可知，本发明提供的高速铁路无砟轨道斜拉桥钢桁结合主梁结构，用作高速铁路无砟轨道斜拉桥的主梁，通过结合主梁结构提高主梁结构的刚度、降低主梁疲劳开裂的风险。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

主梁结构包括主桁、横向联结系、结合桥面和斜拉索锚固结构，结合桥面包括钢横梁和混凝土桥面板，混凝土桥面板设置在钢横梁的顶面上，本发明采用钢桁梁与混凝土桥面板结构的主梁结构形式，混凝土桥面板参与主桁共同受力，结构刚度大，有利于提高轨道结构的平顺性，保证高速列车的安全性和行车舒适性；同时方便无砟轨道的安装，提高了无砟轨道与结合桥面的结合性能，避免轨道底座板的收缩受钢桥面的约束而发生开裂，耐久性更优，养护工作大幅减少。

主梁结构包括设置在两侧的主桁以及设置在主桁之前的横向联结系，主梁用钢量较省，同时提高了主梁结构整体的刚度，无需增加额外的结构即能满足高速铁路无砟轨道的行车要求，简化了施工步骤，降低了施工成本，具有良好的经济效益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做出简单地介绍和说明。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的部分实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中高速铁路无砟轨道斜拉桥钢桁结合主梁结构的主梁横断面结构示意图；

图2为本发明中结合桥面的跨中断面结构示意图；

图3为本发明中结合桥面的支点断面结构示意图；

图4为本发明中高速铁路无砟轨道斜拉桥钢桁结合主梁结构的侧立面结构示意图；

图5为本发明中高速铁路无砟轨道斜拉桥钢桁结合主梁结构顶平面结构示意图；

图6为本发明中混凝土桥面板平面结构示意图；

图7为本发明中竖向剪力钉和横向剪力钉的平面结构示意图；

图8为本发明实中下弦杆上横向剪力钉的结构示意图。

图1-8中，零部件与附图标记之间的对应关系如下：

主桁1，横向联结系2，钢横梁3，斜拉索锚固结构4，混凝土桥面板5，

上弦杆11，下弦杆12，斜腹杆13，节点板14，

上横梁21，平联22，横联23，

下横梁31，纵向通长段32，

预制混凝土面板51，横向湿接缝52，纵向湿接缝53，无砟轨道底座板54，竖向剪力钉55，横向剪力钉56，

锚拉板41，斜拉索42。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚，完整地描述，显然，以下所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的实现原理是：

通过设置在主桁之间的横向联结系提高了主梁结构的整体支撑刚度，结合桥面包括钢横梁和混凝土桥面板，混凝土桥面板设置在钢横梁的顶面上，参与主桁的共同受力，从而提高主梁整体结构的刚度以及无砟轨道与桥面结合的平顺性，提高无砟轨道与桥面的结合性能，无需增加额外的承力结构，同时保持结构的耐久性。

具体地，本发明提供的高速铁路无砟轨道斜拉桥钢桁结合主梁结构，包括：

主桁和横向联结系，所述主桁设置在两侧，所述横向联结系设置在所述主桁之间，设置在所述主桁的上部；

结合桥面，包括钢横梁和混凝土桥面板，所述钢横梁固定在所述主桁的下部，所述混凝土桥面板设置在所述钢横梁的顶面上，用于设置无砟轨道；

斜拉索锚固结构，设置在所述主桁结构的顶面上。

为了对本发明的技术方案和实现方式做出更清楚地解释和说明，以下介绍实现本发明技术方案的几个优选的具体实施例。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件上，它可以直接在另一个元件上或者间接设置在另一个元件上；当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至另一个元件上。

另外，本文中的术语：“内，外”，“前，后”，“左，右”，“竖直，水平”，“顶，底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

术语“第一”，“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”，“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

具体实施例1。

如图1所示，本发明提供的高速铁路无砟轨道斜拉桥结合主梁结构包括主桁1、横向联结系2、结合桥面和斜拉索锚固结构4。

主桁1设置在两侧，横向联结系2设置在主桁1之间，设置在1主桁的上部；结合桥面包括钢横梁3和混凝土桥面板5，钢横梁3固定在主桁1的下部，混凝土桥面板5设置在钢横梁3的顶面上，用于铺设无砟轨道板。斜拉索锚固结构4设置在主桁1的顶面上，用于斜拉索的锚固。

主桁、横向联结系、钢桁梁和斜拉索锚固结构组成一个节间结构，一个节间或两个节间组成钢梁整体节段，施工时首先在工厂内完成节间的制造以及钢梁整体节段的组装，每个钢梁整体节段通过桥面吊机在施工现场实现吊装安装后，经桥面吊机前移以及挂设、锚固斜拉索后形成高速铁路无砟轨道斜拉桥钢桁结合主梁结构，简化了主梁结构的安装步骤，提高施工效率。

具体实施例2。

本具体实施例2是在具体实施例1的基础上，对其中的主桁和横向联结系所做出的进一步的优化和改进。

如图4所示，主桁1设置在两侧，包括上弦杆11、下弦杆12和斜腹杆13，上弦杆11和下弦杆12沿纵桥向上下相对设置，上弦杆11与下弦杆12平行。斜腹杆13设置在上弦杆11与下弦杆12之间，斜腹杆13的两端分别焊接在上弦杆11与下弦杆12之间。上弦杆11、下弦杆12和斜腹杆13为H形截面杆或箱型截面杆，上弦杆11、下弦杆12和斜腹杆13组成主桁1的三角形桁架结构，提高了主桁1的结构刚度。下弦杆12的腹板向上穿出下弦杆12的顶板设置。

如图5所示，横向联结系2设置在主桁1之间，包括上横梁21、平联22和横联23，上横联21沿横桥向设置，设置在上弦杆11的腹板内侧的节点板14与上弦杆11连接。平联22交叉设置在相邻的两根上横梁21之间，由两段或一段拼接成三角式平联，平联22通过节点板14与上弦杆11连接固定。上横隔梁21和平联22共同组成主梁结构的顶面结构，平联22交叉设置在上横梁21之间，组成稳定的三角支撑结构，大大提高了主梁结构的顶面的支撑刚度。

横联23为沿纵桥向间隔设置的多个实腹式结构，横联23的左右两端分别焊接设置在斜腹杆13的内侧面上。横联沿纵桥向按一定间距焊接设置在由主桁和横向联结系组成的整体节段的内侧面上，在主桁1的内侧提供支撑作用，提高了主梁结构的整体稳定性和结构刚度，无需增加额外的支撑结构。

具体实施例3。

本具体实施例3是在具体实施例2的基础上，对其中的钢横梁和混凝土桥面板所做出的进一步的优化和改进。

如图2、图3、图6、图7和图8所示，钢横梁3包括下横梁31和纵向通长段32，下横梁31设置在下弦杆12下部的内侧上，多个下横梁31沿纵桥向等距分布。纵向通长段32设置在所述下横梁31的顶面上，纵向通长段32的左右两端分别焊接在下弦杆12的内侧腹板上。

混凝土桥面板5包括预制混凝土面板51和无砟轨道底座板54，在拼装每块预制混凝土桥面板51之前，要求保证混凝土预制板必须具备足够的存梁时间。

混凝土桥面板5还包括横向湿接缝52和纵向湿接缝53，横向湿接缝52设置在下横梁31的顶板上，纵向湿接缝53沿纵桥向设置在纵向通长段32的顶板上。横向湿接缝52与纵向湿接缝53垂直交叉设置，预制混凝土面板51的四个侧面设置在横向湿接缝52和纵向湿接缝53内，将预制混凝土面板51与横向湿接缝52和纵向横接缝53连接成为一个整体。

横向湿接缝52和纵向湿接缝53通过竖向剪力钉55与下横梁31连接固定，纵向湿接缝53的侧面通过横向剪力钉56与下弦杆12固定，竖向剪力钉55和横向剪力钉56交替错开布置，将混凝土桥面板5与钢横梁3和下弦杆12连接固定。

预制混凝土面板通过竖向剪力钉，横向剪力钉，横向湿接缝以及纵向湿接缝与下横梁和纵向通长段以及下弦杆连接固定，使得预制混凝土面板参与主桁结构的共同受力，大大提高了结构整体的刚度以及轨道结构的平顺性。

无砟轨道底座板54设置在预制混凝土桥面板51的顶面上，与预制混凝土桥面板51一体浇筑而成，方便无砟轨道的安装，提高了无砟轨道与结合桥面的结合性能，避免轨道底座板的收缩受钢桥面的约束而发生开裂，耐久性更优。

斜拉索锚固结构4包括锚拉板41和斜拉索42，锚拉板41焊接在上弦杆11上，斜拉索42的一端固定在锚拉板41上，另一端固定在塔柱上。

主桁1的内侧设有隔音板和吸音材料，降低高速铁路运行过程中的噪音，防止造成噪音污染。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、结合桥面包括钢横梁和混凝土桥面板，混凝土桥面板设置在钢横梁的顶面上，参与主桁共同受力，大大提高了结构整体的刚度以及轨道结构的平顺性，保证高速列车的安全性和行车舒适性；同时方便无砟轨道的安装，提高了无砟轨道与结合桥面的结合性能，避免轨道底座板的收缩受钢横梁的约束而发生开裂，耐久性更优；

2、主梁结构包括设置在两侧的主桁以及设置在主桁之前的横向联结系，大大提高了主梁结构整体的刚度，无需增加额外的结构即能满足高速铁路无砟轨道的行车要求，简化了施工步骤，降低了施工成本；

3、钢桁结合主梁结构采用钢桁梁结构与混凝土结构相结合的方式，主梁结构的用钢量大大降低，具有良好的经济效益；

4、混凝土桥面板通过提前分块预制，整体吊装安装，大幅降低混凝土收缩，徐变引起的变形及内力。

最后，还需要说明的是，本说明书附图所绘示的结构，比例，大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本申请可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰，比例关系的改变或大小的调整，在不影响本申请所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本申请所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

在本文中使用的术语"包括'，"包含"或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程，方法，物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程，方法，物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句"包括一个…"限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程，方法，物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本发明并不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下做出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高速铁路无砟轨道斜拉桥钢桁结合主梁结构，其特征在于，包括：

主桁和横向联结系，所述主桁设置在两侧，所述横向联结系设置在所述主桁之间，设置在所述主桁的上部；

结合桥面，包括钢横梁和混凝土桥面板，所述钢横梁固定在所述主桁的下部，所述混凝土桥面板设置在所述钢横梁的顶面上，用于铺设无砟轨道板；

斜拉索锚固结构，设置在所述主桁的顶面上；

所述主桁、所述横向联结系、所述钢横梁和所述斜拉索锚固结构组成一个节间结构，所述节间结构在工厂完成制造并连接成钢桁梁整体节段，高速铁路无砟轨道斜拉桥钢桁结合主梁结构由所述钢桁梁整体节段和所述混凝土桥面板安装结合而成；

其中，所述主桁包括：

上弦杆和下弦杆，沿纵桥向上下相对设置，所述上弦杆与所述下弦杆平行，所述下弦杆的内侧腹板向上穿出其顶板设置；

斜腹杆，设置在所述上弦杆和所述下弦杆之间，所述斜腹杆的两端分别焊接在所述上弦杆和所述下弦杆上；

所述钢横梁包括：

下横梁，沿横向设置在所述下弦杆的内侧，多个所述下横梁沿纵桥向等距分布；

纵向通长段，沿纵桥向设置在所述下横梁的顶面上，所述纵向通长段的左右两端焊接在所述下弦杆的内侧腹板上；

所述混凝土桥面板包括：

预制混凝土桥面板，设置在所述下横梁和所述纵向通长段围成区域的顶面上；

无砟轨道底座板，设置在所述预制混凝土桥面板的顶面上，与所述预制混凝土桥面板一体浇筑而成。

2.根据权利要求1所述的高速铁路无砟轨道斜拉桥钢桁结合主梁结构，其特征在于，所述横向联结系包括：

上横梁，沿横桥向设置；所述上弦杆的腹板内侧设有节点板，所述上横梁通过所述节点板与所述上弦杆连接；

平联，交叉设置在相邻两根所述上横梁之间，所述平联通过节点板与所述上弦杆连接固定；

多个横联，沿纵桥向间隔设置，所述横联的左右两端分别设置在斜腹杆平面的内侧。

3.根据权利要求1所述的高速铁路无砟轨道斜拉桥钢桁结合主梁结构，其特征在于，所述混凝土桥面板还包括：

横向湿接缝，设置在所述下横梁的顶板上，通过竖向剪力钉与所述下横梁连接；

纵向湿接缝，沿纵桥向设置在所述纵向通长段的顶板上，并通过竖向剪力钉与所述纵向通长段连接，所述纵向湿接缝的侧面通过横向剪力钉与所述下弦杆的内侧腹板连接；

所述横向湿接缝与所述纵向湿接缝垂直交叉设置，用于将所述预制混凝土桥面板与所述横向湿接缝和所述纵向湿接缝连接成整体，并将所述混凝土桥面板与所述钢横梁和所述下弦杆连接固定。

4.根据权利要求1所述的高速铁路无砟轨道斜拉桥钢桁结合主梁结构，其特征在于，所述斜拉索锚固结构包括：

锚拉板，焊接在所述上弦杆上；

斜拉索，一端固定在所述锚拉板上，另一端固定在塔柱上。

5.根据权利要求1所述的高速铁路无砟轨道斜拉桥钢桁结合主梁结构，其特征在于，所述上弦杆、所述下弦杆和所述斜腹杆为H形截面杆或箱型截面杆。

6.根据权利要求1所述的高速铁路无砟轨道斜拉桥钢桁结合主梁结构，其特征在于，所述上弦杆、所述下弦杆和所述斜腹杆组成三角形桁架结构。

7.根据权利要求1所述的高速铁路无砟轨道斜拉桥钢桁结合主梁结构，其特征在于，所述钢桁梁整体节段由一个节间结构或两个节间结构在工厂连接而成；

每个所述钢桁梁整体节段通过桥面吊机在施工现场实现吊装安装后，经所述桥面吊机前移以及挂设、锚固斜拉索后形成所述高速铁路无砟轨道斜拉桥钢桁结合主梁结构。

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