采用UHPC桥面的铁路耐候钢钢箱梁设计研究.docx

采用UHPC桥面的铁路耐候钢钢箱梁设计研究 1 概述1.1 工程概况郑济高铁在济南附近同时跨越京沪高铁、津浦铁路及水白铁路，为三层立交结构。桥梁立面及平面布置如图1、图2所示。考虑高速铁路对轨道平顺性要求高1.2 主要技术标准钢箱梁桥主要技术标准如下。设计速度：160km/h。设计活载：ZK活载。轨道类型：有砟轨道。线路情况：单线，平面位于设计使用年限：主体结构在正常养护维修条件下设计使用年限为100年。2 结构形式研究2.1桥式比选研究对于主跨85m的铁路钢桥，可采用的桥式有钢桁梁和钢箱梁，分别对两种桥型进行研究，其主要技术指标见表1。两种桥式刚度均可满足要求且有较大储备。本工点位于2.2主要设计原则和内容（1）主要建筑材料本桥同时跨越多条既有铁路，为减小养护维修对下方铁路运营的影响，全梁采用免涂装耐候钢。耐候钢桥一次投资稍高，但整个生命周期内经济性具有明显优势（2）桥面布置钢桥桥面宽7.5m，桥面设置挡砟墙、竖墙、人行道、接触网立柱基础等常规构造外，在桥面最外侧还设置2m高的防护屏，以防止道砟或异物掉落，影响下方既有铁路运营安全。防护屏也采用耐候钢材质，每隔2.5m设置断缝，断缝间采用填缝剂填充，并设置挡水板，防止漏水影响下方铁路。桥面布置如图3所示。2.3 结构构造及受力研究主梁采用等高度单箱单室截面，顶板顶最低点距底板底高4.8m，桥面宽7.5m，箱室外宽4.3m，两侧设置1.6m悬臂翼缘，悬臂端部高0.33m，悬臂根部高0.51m。一般位置纵向每隔5m设置普通横隔板，两道普通横隔板之间设置环形横隔板。顶板采用正交异性板+UHPC方案，箱室范围内横向共设置6道U肋+2道板肋；悬挑翼缘范围每侧设置4道纵肋；顶板厚20~36mm，为方便U肋加工及制作，顶板板厚变化向外加厚。腹板采用直腹板，腹板设置水平加劲肋，底板设置纵向T形加劲肋，腹板及底板板厚均向外加厚2.4 静力计算成果考虑钢箱梁位于曲线上，为更好地明确钢箱梁扭转、翘曲作用3 桥面结构形式研究3.1 桥面结构形式比选研究当钢桥面上设置铁路有砟轨道时，为防止道砟对桥面钢板防腐涂装的磨损，一般在钢桥面板上设置混凝土道砟槽由表2可见，UHPC作为桥面具有自重小、可改善正交异性板疲劳问题、耐久性好、技术风险小等优点，由于UHPC可参与整体受力而减小钢箱梁顶板厚度，造价与不锈钢复合钢板方案基本持平，因此，本桥采用UHPC桥面方案。3.2 UHPC桥面设计研究桥面采用6cm厚的UHPC材料，UHPC层内设置普通钢筋，并采用小尺寸剪力钉与钢桥面结合。通过支点分阶段落梁措施，UHPC桥面板主力工况下最大拉应力12.9MPa，最大压应力14.6MPa；主+附工况下最大拉应力21.6MPa，最大压应力24.8MPa。根据相关技术规程= 式中，郑济高铁钢箱梁4 耐候钢应用研究耐候钢在大气腐蚀条件下，可以形成稳定、致密、连续的锈层，阻止锈蚀继续发展，保护锈层以下的基体4.1 锈层稳定措施耐候钢在锈层稳定前期会有锈水流下，为避免锈水污染下方铁路，需采用锈层稳定措施。目前，国内针对不同成分的耐候钢，有相应的锈层稳定剂可供采用，也可采用周期性洒水的方式加速锈层稳定，根据现场气候条件，洒水频率为1~2次/d，以保证耐候钢表面保持干-湿交替的情况为宜4.2 防排水措施耐候钢应保证表面不积水，因此，应特别注意排水措施设计，本梁采用了如下防排水措施。（1）桥面不设排水孔，通过17‰的纵坡，将桥面积水排至相邻的简支梁，并加密简支梁上的泄水孔，即避免了排水对下方既有高铁和铁路的影响，又解决了桥面积水影响钢材耐候性的问题。（2）在桥墩顶帽四周设置挡水台，并通过泄水孔将顶帽上积水集中排出，防止顶帽位置锈水污染桥墩。（3）桥面的UHPC通过分阶段落梁、配置钢筋等措施控制名义拉应力，参考相关技术规程（4）在钢箱梁底板靠近桥墩位置设置截水条，防止锈水通过底板流入桥墩范围，污染支座和桥墩。（5）参考国外耐候钢桥经验4.3 养护维修措施耐候钢桥在我国应用较少，应注意做好养护维修工作，积累使用经验。建议桥梁建成后的第三年、第五年及今后每五年对全桥锈层进行全面检查，并留有影像资料，锈层情况应采用红外测厚仪或电磁膜厚度仪测量锈层厚度，厚度检测结果与锈层外观相结合，当锈层厚度小于400μm且锈层外观合格时，可认为结构有保护性锈层；当锈层厚度大于400μm时且出现鳞片状粗锈或层状剥离时，应查明原因并解决5 施工方案研究钢箱梁同时跨越京沪高铁、津浦铁路及水白铁路，在保证施工方案安全经济的同时，要确保对下方既有线影响小。考虑到现场条件，拟定了全悬臂顶推、