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跨越愿景与经验的鸿沟:公铁合建桥的艺术与科学
汇报提纲
1 大跨度公铁合建斜拉桥概述
2 公铁平层合建斜拉桥的几个关键问题
3 大跨度公铁平层合建斜拉桥设计前沿
4 公铁错层合建的缆索承重桥梁创新与实践
5 结论
1 大跨度公铁合建斜拉桥概述
1 .1 公铁合建桥梁的优缺点概述
1)公铁合建桥梁节省资源和资金
公铁合建桥可充分利用桥位资源,尤其减少是城市地区的拆迁。同时工可、勘测、设计和施工一次完成,因此能节约时间、资金和资源。
根据经验,一座公铁合建桥和分建,大约节约10%-30% ,具体的取决于桥位条件,桥式,跨度,接线标高和桥梁的总长。
公铁合建缆索承重桥梁的竖向重力刚度大。缆索承重桥梁的刚度很大程度上取决于缆索系统的重力刚度,主梁的刚度影响并不大,尤其是跨度特别大的桥梁。
公铁合建采用平层或错层,加大了桥梁宽度,提高桥梁的横向刚度。
2)公铁合建桥梁的主要缺点
(1)公路和铁路的线型相互影响,公路的标高和坡度受到铁路的约束
公路的爬坡能力比铁路大,但是受到铁路的制约。有时公路和铁路的标高相互制约。导致公路或铁路的引桥或者两岸接线增加,有的时候还需要较大规模的疏解。
(2)运营和养护期间,铁路和公路相互影响。甚至会造成较大的维修费用,是的公铁合建桥梁的优势大打折扣。
1 .2 公路和铁路的相对位置
根据公路和铁路的相对位置,公铁合建桥梁可以分为
1)公铁平层布置
2)公铁双层布置
3)公铁混合布置
4)公铁错层布置
1 .3 公路和铁路相对位置确定时的影响因素
公路和铁路到底是采用双层,平层,还是混合布置,取决于:
(1)桥梁的总长,主桥的长度的占比
(2 ) 公路的车道数和铁路的线路数量 1+2 1+4    2+2 2+4 2+6 4+4 4+6
(2)桥梁基础的情况
(3)桥梁两岸的地形和接线
(4)铁路和公路的功能(过境交通,市内交通)
(5)当地的运输条件等因素
这是公铁合建的最为核心的技术之一,需要根据建设条件综合判断和比选!
二、公铁平层合建斜拉桥的几个关键问题及对策
1 箱梁的竖向刚度问题
2 宽箱梁的有效宽度问题
3 高速铁路行车对公路内侧车道的影响和措施
4 铁路的轨道形位
5 公路及行人的舒适度
6 高速铁路的炫光及其对策
2.1 箱梁的竖向刚度问题
缆索承重桥梁的竖向刚度总体上是由斜拉索和主缆提供的,归根结底是桥梁的恒载提供的,控制好大跨度桥梁的恒载是控制其重力刚度的关键。主梁的刚度对总体刚度的贡献是比较小的。
高速铁路大跨度斜拉桥的竖向挠跨比国内规范没有规定。国内普遍认为高速铁路斜拉桥的竖向挠跨比应该控制在1/500以下。但是国外有的大跨度斜拉桥的竖向刚度明显不足1/500。
普通铁路的大跨度桥梁中,博斯布鲁士三桥的挠跨比只有1/300。
大跨度公铁合建斜拉桥的竖向刚度主要是靠结构本身的重量和辅助墩提供的! 采用加大梁高的方法提高密索体系斜拉桥的竖向刚度是效率很低的方法。
缆索承载桥梁设计的核心思想是努力让所有的构件都成为轴心受力构件,以最大程度地发挥截面所有材料的效率。
建设现场
发明了桥塔内穿的公铁三分箱主梁错层布置的主梁截面形式
临港长江大桥建设现场
发明了采用辅助索和局部压重的方法提高箱型主梁公铁合建斜拉桥竖向刚度的方法
淡江大桥在经历了多次施工招标的流产后,终于与2019年3月开工建设。
淡江大桥预算129.9亿新台币(4.052亿美元),预计68个月内完工,2024年通车。
发明了分体式箱梁加桁梁组合主梁的公铁合建桥主梁截面形式
公铁合建桥确实非常复杂,公铁的基本相对位置3种,主梁截面的基本形式3种,可每种都有许多变化,组合起来有20多种变化,一下子选出最优的不是那么容易的,
尤其是公铁合建的跨海大桥,如果不认真思考,仔细对比,仅凭工程经验和惯性思维,出错的几率是很大的。
珍惜每一次公铁合建桥的机遇,根据不同的建设条件和业主需求,为业主提供个性化的设计方案是职业工程师永恒的追求!
参考文献:
1) 王应良,高宗余, 欧美桥梁设计思想,中国铁道出版社,2008,北京
2) 王应良, The selection of box girders for cable-supported railroad bridges. Steel construction design and research, 2019, No2
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/stco.201800030
3)王应良, The frontier of cable-supported railroad bridges with box girder. Bautechnik, 2019 (待出版,SCI,EI)
4) 王应良,高宗余等 A case study of traffic load for long span suspension bridges.Structural Engineering International, 2014,No 3(SCI,EI)
5) 王应良,王子健 等 Static Analysis and Experimental Research of Gusset Plate Anchorage Device for Large Span Cable-stayed Bridges with Steel Girder. Stahlbau, 2013, No 4 (SCI,EI)
6) 王应良,高速铁路钢桥的低温脆性断裂评估,中国铁道科学,2012 No 3(EI)
7) 王应良,基于抵抗疲劳和断裂的桥梁允许最大钢板厚度确定,土木工程学报,2012 No. 10(EI)
致谢
本文的英文版曾经经过国际公铁合建桥和斜拉桥领域的著名专家德国莱昂哈特~安德拉咨询公司原桥梁总工程师和执行总裁Reiner Saul 博士校对,在此表示深深的感谢。
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