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内容简介

本书重点论述了铁路钢箱混合组合梁斜拉桥发展和应用的历程，以及铁路钢箱混合组合梁斜拉桥的技术思想、结构体系特点与技术经济性；涵盖了混合组合梁斜拉桥对高速铁路无砟轨道的适应性和列车走行的影响分析，以及如何实现混合组合梁斜拉的目标成桥状态与整体刚度条件；着重阐述了铁路斜拉桥混合组合加劲梁及其结合段结构设计计算分析方法等。

作者简介

罗世东，中铁第四勘察设计院集团有限公司副总工程师，教授级高级工程师，男，生于1957年1月，湖南衡南人，汉族，中共党员，大学本科，1982年8月毕业于西南交通大学。历任铁四院桥梁处副总工程师、桥梁处总工程师、铁四院副总工程师。
刘振标，中铁第四勘察设计院集团有限公司，教授级高级工程师，男，大学本科，桥梁工程专业。

目录

第1章绪论1

1.1概论1

1.2铁路混合组合梁斜拉桥主要结构形式13

1.3铁路混合组合梁斜拉桥荷载与结构体系特点15

1.4铁路混合组合梁斜拉桥技术经济性47

1.5钢箱混合组合梁斜拉桥对铁路列车走行性影响52

1.6高速铁路无砟轨道混合组合梁斜拉桥适应性59

第2章铁路混合组合梁斜拉桥布置66

2.1合理的边跨跨径与主跨跨径之比值范围66

2.2边跨辅助墩设置70

2.3钢混结合段部位的设置75

2.4铁路混合组合梁斜拉桥目标成桥状态82

2.5铁路混合梁斜拉桥整体刚度条件87

第3章铁路混合组合梁斜拉桥加劲梁结构设计98

3.1钢箱混合组合加劲梁结构特点98

3.2钢箱混合组合加劲梁结构截面形式100

3.3加劲梁结构构造特点110

3.4加劲梁结构分析计算125

3.5钢混结合段162

第4章钢箱加劲梁疲劳受力特性与模型试验172

4.1钢箱加劲梁的疲劳与荷载172

4.2正交异性钢桥面板的受力体系与理论方法175

4.3钢箱梁顶板加劲肋受力特性分析研究176

4.4考虑道砟铺装的正交异性钢桥面板受力特性分析201

4.5钢箱梁正交异性钢桥面顶板疲劳模型试验217

第5章梯形填充前后承压板式钢混结合段试验研究235

5.1钢混结合段研究特点235

5.2钢混结合段刚度匹配研究237

5.3钢混结合段传力途径241

5.4钢混结合段承载力模型试验256

5.5钢混结合段疲劳模型试验291

5.6钢混结合段研究结论与技术创新318

第6章钢箱梁索梁锚固受力特性与模型试验321

6.1斜拉桥索梁锚固结构构造形式321

6.2斜拉索疲劳试验索力取值324

6.3双挑式钢锚箱计算模型应力分析328

6.4双挑式索梁钢锚箱力学行为分析332

6.5双挑式索梁钢锚箱疲劳试验研究333

6.6本章总结343

第7章铁路钢箱混合梁斜拉桥施工控制345

7.1概述345

7.2混合梁斜拉桥施工技术特点348

7.3钢箱梁制造及节段拼装要求357

7.4钢箱梁拼装施工358

7.5主跨合龙施工技术361

7.6施工监控技术363

第8章实桥结构荷载试验370

8.1概述370

8.2试验内容375

8.3静载试验方法378

8.4动载试验方法379

8.5试验结果分析方法380

8.6荷载试验结果383

8.7实桥荷载试验结论392

第9章铁路混合组合梁斜拉桥工程实例394

9.1宁波甬江钢箱混合梁斜拉桥394

9.2四线铁路穗盐路钢箱混合梁曲线斜拉桥403

9.3潭江钢箱混合梁独塔斜拉桥409

9.4赣江钢箱混合组合梁斜拉桥418

9.5单线铁路岳口汉江钢箱混合梁独塔斜拉桥426

第10章铁路钢箱混合组合梁斜拉桥发展研究431

10.1主跨480 m公铁同层钢箱混合梁斜拉桥方案研究431

10.2主跨766 m分离式钢箱混合梁斜拉桥方案研究434

10.3不等跨（798+588+798）m公铁钢箱混合组合桁梁斜拉桥方案研究441

10.4主跨3×840 m公铁钢箱混合组合桁梁斜拉桥方案研究457

10.5主跨2×1 260 m公铁钢箱混合组合桁梁斜拉桥方案研究462

10.6铁路混合组合梁斜拉桥应用展望466

参考文献470

精彩书摘

　　《铁路钢箱混合组合梁斜拉桥》：
　　理论分析及模型试验表明，荷载经承压板将力分配到钢箱梁和混凝土梁，钢箱粱上的力通过钢混结合设置的剪力钉、PBL剪力键以及钢箱梁和混凝土梁之间的摩擦作用传至混凝土梁，再逐渐由变化的混凝土断面传递至标准段混凝土箱梁。在钢混结合段钢箱梁与混凝土梁共同受力，钢箱梁受力逐渐减小，混凝土梁受力不断增大，最终完全由混凝土梁独自承担活载作用。
　　③钢格室的传力模型试验表明，距离端承压板端1000～1500 mm时，钢格室的顶、底及侧板轴向应力线形减小至已与混凝土基本相当，说明钢结构与混凝土之间的内力传递趋于均匀；钢格室顶、底板剪力钉存在群钉效应，前几排剪力钉应力稍大，其他剪力钉应力水平较低。钢混结合段疲劳模型试验中PBL受力情况模型同剪力钉受力情况一致，也呈两端大、中间小的趋势，并且整体应力水平都较低。剪力钉和PBL剪力键布置合理，荷载作用下钢和混凝土结合面相对滑移量较小，两种材料近乎完全结合，共同承担作用力。
　　④钢混结合段的承载力理论分析及模型试验表明，在分级及超载工况作用下，混凝土和钢结构各测点均处于受压状态，压应力及位移近似呈线性增加趋势，混凝土和钢板之间未发生滑移，结合段区域整体变形平滑，应力传递平顺，结构的刚度和强度均表现为线弹性，结构安全可靠。混凝土和钢结构的横向应力变化平缓，剪力滞效应并不显著。钢结构经承压板后1.5～2.5m距离，各测点应力水平急剧下降并趋于稳定，说明内力基本已传递均匀；当荷载继续增加至384.8 kN（即附加破坏工况作用）时，结构出现塑性，钢混结合段局部出现开裂导致应力重分布，造成应力增加缓慢；当荷载继续增加至444 kN时，此时测点处混凝土发现裂缝，测点应力急剧增加，应力出现重分布。
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前言/序言

自20世纪50年代末钢箱梁应用于公铁两用斜拉桥以来，全世界范围内应用不到十座桥梁，特别是铁路专用钢箱梁斜拉桥的应用仅有一座前南斯拉夫萨瓦河（Sava River）双线铁路主跨254 m斜拉桥。为什么钢箱梁斜拉桥没有得到广泛的应用呢？究其原因，也许是人们认为钢箱梁为薄壁结构，铁路斜拉桥钢箱加劲梁难以承受铁路列车荷载振动、疲劳的影响。因此，一直以来世界铁路基本上都是采用钢桁梁斜拉桥，钢桁梁杆件的板厚、构件尺寸都是可以随心所欲，使得钢桁梁斜拉桥技术在不断地进步和发展。
混合梁斜拉桥在20世纪70年代就已经开始发展，可是应用于铁路斜拉桥直到1993年乌克兰才建成第伯聂河主跨为271 m的独塔公铁两用钢箱混合梁斜拉桥，它是世界上首座公铁两用混合梁斜拉桥。虽然随后又有塞尔维亚新萨瓦河主跨376 m的钢箱混合梁公轨两用斜拉桥建成，但是，建成的铁路钢箱梁或钢箱混合梁斜拉桥屈指可数，并没有得到大力推广和发展，说明人们对建造铁路钢箱梁斜拉桥的顾虑依然存在。
混合梁斜拉桥是当今世界超大跨度斜拉桥的发展方向，这是由混合梁斜拉桥的特点所决定的。混合梁斜拉桥的主跨结构轻而边跨结构重，可以充分发挥边跨梁的锚固作用，边跨后锚索间距较密且与梁体的夹角较大，减少了在斜拉桥中常常出现远索区拉索疲劳的影响，大大地增强主跨跨越能力；边跨是一种连续且跨径较小的预应力混凝土结构，边跨加载对主跨加劲梁影响较小；边跨对斜拉索及主跨加劲梁都能起到很好的稳固作用，显著改善斜拉桥扭弯频率比和主跨加劲梁风致动力响应。
基于混合梁斜拉桥的上述主要特点，提出在铁路大跨度桥梁中应用钢箱混合梁斜拉桥技术，因此，通过研究与试验开创性地解决了几个主要关键技术。
（1）利用混合梁斜拉桥的特点采用预加力刚度法，实现钢箱混合梁“塔偏梁拱”的目标成桥状态，改善了结构内力，减少了主跨加劲梁下挠变形，使大跨度钢箱梁斜拉桥具有更强的刚度条件来满足铁路列车运行安全性、平稳性和舒适性的要求。
（2）对薄壁钢箱结构正交异性钢桥面板采用V形肋加劲技术。在桥面板同模型条件下，通过同面积V形与U形加劲肋局部应力及560万次疲劳循环加载试验后的疲劳应力测试对比分析，结果证明V形加劲肋能够显著改善钢桥面板敏感点疲劳性能而不出现裂缝。
（3）对加劲梁钢混结合段提出梯形填充混凝土前后承压板钢混结合段技术。采用混凝土、钢混、钢格构室等结构过渡措施，经结合段局部应力分析与模型试验及结合段模拟疲劳试验，结果证明结合段各个过渡段截面形心变化引起的附加弯矩值都很小，说明钢混结合段截面刚度过渡平顺，满足铁路列车运行要求。
在铁路大跨度钢箱混合梁斜拉桥的基础上，进一步提出将钢箱混合梁斜拉桥的主跨加劲梁采用钢箱与钢筋混凝土桥面板组合技术，钢筋混凝土桥面板虽然增加了加劲梁的重量，但增加了斜拉桥柔性索结构的重力刚度，有益于增强钢箱混合组合梁斜拉桥的整体结构刚度。不仅如此，钢筋混凝土桥面板有益于减少加劲梁受温度变形的影响，加强与无砟轨道板底座混凝土的连接，使钢箱混合组合梁斜拉桥适应于高速铁路动车组运行的要求。
上述创新技术经过理论分析和模型试验验证，已经在宁波甬江斜拉桥、广州铁路枢纽穗盐路曲线斜拉桥及广东江门潭江斜拉桥等多座铁路桥梁中成功应用独塔或双塔大跨度铁路钢箱混合梁斜拉桥技术，特别是在建的赣州赣江高速铁路桥梁已经应用了大跨度钢箱混合组合梁斜拉桥技术。这些钢箱混合组合梁铁路斜拉桥不仅技术先进、经济效益显著，同时还为推进铁路专用斜拉桥技术进步作出了贡献。
本书重点论述了铁路钢箱混合组合梁斜拉桥发展和应用历程，以及铁路钢箱混合组合梁斜拉桥的技术思想、结构体系特点与技术经济性；涵盖了混合组合梁斜拉桥对高速铁路无砟轨道的适应性和列车走行的影响分析，以及如何实现混合组合梁斜拉桥的目标成桥状态与整体刚度条件；着重阐述了铁路斜拉桥混合组合加劲梁及其结合段结构设计计算分析方法；重点论述了薄壁钢箱梁正交异性桥面板采用V形加劲肋、钢混结合段采用梯形填充混凝土前后承压板方式、双挑索梁锚固箱等重要结构在铁路列车荷载作用下的受力特性和疲劳问题；通过理论分析承载能力与疲劳循环加载模型试验研究，充分论证了这些创新技术的可靠性与优良的受力性能。施工与控制技术是使桥梁顺利建成的关键技术之一；验证桥梁建成后的安全性所做的实桥结构试验连同前者都是创新成果应用于实际工程必不可少的技术手段和方法。最后本书展示钢箱混合组合梁斜拉桥的工程应用实例，展望了超大跨铁路钢箱混合组合梁斜拉桥应用前景。
本书的目的旨在传递铁路传统钢桁梁斜拉桥以外的一种铁路钢箱混合组合梁斜拉桥全新的设计技术概念，期望更多地了解、认识、信任和推广这种铁路大跨度钢箱混合组合梁斜拉桥创新技术。
本书第1、2章及第4章至第8章和第10章由罗世东编写，第3章和第9章由刘振标编写，全书由罗世东统稿。
本书以宁波铁路枢纽货车外绕线跨甬江的铁路钢箱混合梁斜拉桥工程项目所作研究内容为背景，这是一个开创性的工程项目，世界上首次成功应用了铁路大跨度钢箱混合梁斜拉桥技术，建成通车两年多以来，长大货物列车在桥上运行状况良好，该桥于2016年9月获得FIDIC 2016年度工程项目奖，为全球21个项目中唯一的铁路桥梁项目。
在本书编写过程中得到了许多技术专家和工程技术人员的支持和帮助，高文军、严爱国、饶少臣、曾甲华、曾敏、李的平、张晓江、夏正春、严定国、马明、黄纳新等同志提供了宝贵资料，在此一并表示致谢。
特别感谢西南交通大学蒲黔辉教授、施洲副教授、高玉峰博士、伍星高级工程师等提供了宝贵的试验、施工控制和实桥结构试验资料，中南大学郭向荣教授提供了车桥动力响应分析资料，中铁四局李鹏程、陈平等提供了宝贵的施工技术资料。
限于编者水平，书中难免有不妥之处，期望不吝赐教。

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