公铁平层合建多塔斜拉桥大挑臂式钢箱梁设计

李的平1,2

(1.中铁第四勘察设计院集团有限公司,武汉 430063； 2.中铁建大桥设计研究院,武汉 430063)

摘 要：珠机城际金海特大桥主桥采用(58.5+116+3×340+116+58.5) m四塔三主跨斜拉桥,为国内首座公铁平层合建的多塔斜拉桥。主梁采用一种新型的大挑臂式钢箱梁结构,由中间主箱加两侧挑臂组成,中间布置荷载较重的双线城际列车,两侧布置荷载较轻的高速公路,桥面宽度达49.6 m。挑臂式钢箱梁结构形式新颖,构造较复杂,杆件和节点多,对其总体设计、构造细节进行详细阐述；为研究其受力性能,建立精细化有限元模型开展局部应力分析。计算结果表明：挑臂式钢箱梁设计合理,各构件受力良好,节点位置未出现较大的应力集中现象,结构安全可靠。挑臂式钢箱梁结构轻盈,具有良好的经济性和美观性。

关键词：公铁两用桥；斜拉桥；公铁平层；挑臂式钢箱梁；设计

1 工程概况

珠海市区至珠海机场城际铁路二期金海特大桥跨磨刀门水道入海口，主桥采用四塔钢箱梁斜拉桥，跨度布置为(58.5+116+3×340+116+58.5) m，如图1所示。主桥采用刚构-连续体系，即中间两塔采用塔墩梁固结，边塔采用塔梁固结，塔墩分离，设双排支座[1-3]。

图1 主桥桥式立面布置(单位：m)

该桥是国内首座公铁平层合建多塔斜拉桥，中间通行双线城际列车，两侧布置高速公路，主梁采用挑臂式钢箱梁，桥塔采用四柱式钢塔，桥塔置于桥面中间，断面布置如图2所示。

图2 主桥断面布置(单位：cm)

2 技术标准

(1)铁路技术标准

铁路等级：城际铁路，有砟轨道；

正线数目：双线，线间距4.6 m；

设计行车速度：160 km/h；

设计活载：ZC活载[4]。

(2)公路技术标准

公路等级：高速公路；

设计车道数：双向6车道，预留2个应急车道；

设计行车速度：100 km/h；

设计活载：公路-Ⅰ级[5]。

3 挑臂式钢箱梁设计

3.1 总体设计

目前，公铁合建桥大多采用公铁分层布置，公路布置于上层，铁路布置于下层，主梁一般采用钢桁梁[6-7]。金海桥由于公路接线条件的限制，只能采用公铁平层布置方案，为适应公铁平层布置要求，结合钢结构桥塔布置在桥面中间的需要，并使结构更加轻盈美观，节省用钢量，主梁采用一种新型的挑臂式钢箱梁结构。

钢箱梁顶宽49.6 m，由中间宽17.6 m的主箱(单箱三室)，加上两侧各长16 m的挑臂组成，梁高4.676 m(横断面中心处内高)，顶板横向设2%的人字坡。单箱三室构造便于钢箱梁的腹板与钢塔壁板连接，实现塔梁固结。

沿纵向每隔3 m设置1道顶板横梁，在箱外每隔6 m设置1道斜撑，无斜撑的横梁通过小纵梁支承于有斜撑的横梁上。在中箱内每隔3 m设置1道斜撑，边箱内每隔3 m设置1道横隔板[8]，斜拉索锚固于边箱内。

结合受力需要及方便加工，钢箱梁除顶板行车区域采用U肋外，其余均采用板肋。钢箱梁在工厂分节段加工制造后，运至现场悬臂拼装。在工厂制造时，长24 m标准节段各构件间全部为焊接；在工地拼装时，除桥面顶板、遮板焊接外，其余均为高强螺栓连接[9]。

假定波浪载荷引起砂质海床孔隙水的渗流满足达西定律，渗透系数为常数，海床为各向同性介质。基于比奥动力固结方程，海床的控制方程为：

但音乐一响，嘉琪就跟换了个人一样，爆发力十足，后台的参赛选手纷纷起立疯狂地为她喝彩：“你看到那个女孩了吗？她能战胜所有人。”果不其然，嘉琪拿下了号称“街舞界奥斯卡”第四名的好成绩，顶级舞者夸她跳起舞来就像一个洋娃娃，非常自信。嘉琪却说自己比赛时，其实并没有想着一定要赢，满脑子只有音乐和节奏，“不论年纪大小，经验多少，你必须尊重自己的对手。就是要努力，要真的尽全力去跳，哪怕最后输了，也是一种尊重。”

另外，除了这些由经济发展带来的契机，老火汤在进入日常饮食的过程中，也逐渐内化为家庭生活的一部分，进而形成当地人的一种饮食记忆和情结。主要体现在以下几个方面。

3.2 细节设计

(1)顶板

卢一平放下手上的书,这3D呀,是从国外传来的。在美国,3D的玩法叫“选 3”（pick3）,有的还叫“每日数字”（dailynuber）。

顶板采用正交异性钢桥面板，由横梁、纵梁、顶板、纵肋等组成[10]。顶板厚一般为16 mm，桥塔处局部加厚至24 mm。顶板主要设U形纵肋，少量I形纵肋；U肋厚8 mm，高280 m，间距一般为600 mm；I肋厚16 mm，高200 m。

顶板在每侧挑臂端部设1道倒T形边纵梁，距挑臂端部6.0 m处设1道倒T形中纵梁。边纵梁腹板高760 mm，厚16 mm；下翼板宽500 mm，厚24 mm。中纵梁腹板高960 mm，厚16 mm；下翼板宽600 mm，厚24 mm。

顶板沿顺桥向一般每隔3.0 m设置1道横梁，横梁采用倒T形截面，其腹板高一般为960 mm，厚16 mm；下翼板宽600 mm，厚24 mm。横梁在挑臂部中纵梁处与箱外斜撑连接，其腹板高渐变。

(2)底板

钢箱梁底板厚一般为16～24 mm，辅助墩处、边塔处局部加厚至32 mm，中塔处局部加厚至40 mm。底板一般设16 mm×200 mm的I形纵肋，桥塔处底板I肋局部加强为20 mm×240 mm。

底板沿顺桥向一般每隔3.0 m设置1道T形横肋[11]，底板横肋高600 mm，腹板厚16 mm，翼板宽600 mm，厚24 mm。

(3)腹板

钢箱梁主箱共设4道直腹板，外腹板与内腹板板厚一致，板厚一般为24 mm，边塔处局部加厚为32，40 mm，中塔处局部加厚为36，48 mm。腹板一般设16 mm×200 mm的I形纵肋，桥塔处腹板I肋局部加强为20 mm×200 mm。

课程是高职教育教学工作的基本单元，是实现高职人才培养目标的具体载体和完成者。教育部 《关于全面提高高等职业教育教学质量的若干意见》中明确指出，高等职业院校要参照相关的职业资格标准，根据技术领域和职业岗位(群)的任职要求，建立突出职业能力培养的课程标准；针对学生特点，改革教学方法和手段，积极推行任务驱动、项目导向等有利于增强学生能力的教学模式，融“教、学、做”为一体，提高教学质量，强化学生能力的培养[1]。

(4)斜撑及横隔板

斜撑采用箱形截面，箱外斜撑内宽600 mm，外高500 mm，腹板厚16 mm，顶底板厚20 mm。为了便于与顶板横梁连接，箱外斜撑上端渐变为工字形截面。箱内斜撑外宽360 mm，外高360 mm，腹板厚16 mm，顶底板厚16 mm。钢箱梁边室横隔板厚一般为16 mm。

水功能区限制排污总量既有时间上的变化，也有空间上的要求。时间上要按照不同水平年下水功能区的规划污染物入河量和达标要求，制定各规划水平年（分阶段）的限制排污总量方案。特别是对现状水质不达标的水功能区，需考虑入河污染物减排的阶段性目标而制定不同水平年的限制排污总量方案。目前，长江流域的限制纳污总量方案分2020年和2030年两个水平年制定。空间上是按照不同行政区单元对水功能区的限制排污总量进行分解。对任一个行政区境内所有水功能区的限制排污总量求和即可得到该行政区允许水污染物排放总量，分行政区限制排污总量由此而得。水功能区限制排污总量意见的制定按照现状水质是否达标分两种情况制定。

4 局部应力分析

4.1 计算模型

局部应力分析主要关注挑臂式钢箱梁的纵向局部受力和横向受力，采用通用有限元软件Ansys进行计算分析，取24 m长标准梁段建立精细的空间有限元模型，钢箱梁各板件采用Shell181单元模拟[12-14]。

纵向每隔3 m在边箱底部横隔板与腹板交界处施加位移约束，其中一个约束Ux，Uy，Uz三个方向位移，其余只约束Uy(X-横桥向，Z-顺桥向，Y-竖向)，梁段模型见图3。

随着新一轮高中数学课程标准、教材修订工作的推进，以数学核心素养为统领的数学教育教学研究迅速成为热点.一个明显的现象是，以(数学)核心素养为关键词的论文大量涌现.其中，理论层面“玩概念”、实践层面“套概念”的做法不少.笔者认为，以数学课程内容为载体，深入挖掘内容蕴含的育人资源，以数学知识发生发展过程和学生认知数学知识的思维规律为参照，设计数学教学过程，构建提升学生核心素养的路径，使学生在掌握“四基”、发展“四能”的过程中实现数学核心素养的发展，这才是实打实的，其实也是在核心素养理论与实践之间架设桥梁的必由之路，因此应成为研究的重点.

图3 梁段模型

4.2 计算荷载

(1)结构自重：钢结构按γ=78.5 kN/m3。

(2)二期恒载：按桥面布置实际位置加载，总重332 kN/m。

今年5月30日，该客户再次来到该行办理国际汇款业务，并焦急地告知中行工作人员，该笔汇款用途是为其女儿交留学的学费，学校要求5月31日前必须完成缴费。因为有之前的汇款经历，客户显得十分不安，一再询问能否如期到账。该行适时向其推荐了GPI业务，并承诺可当天到账。抱着怀疑的态度，客户接受了该项业务。办理完业务数分钟后，客户便收到了达账通知，客户表示质疑，但经与远在异国的女儿核实后，客户一颗不安的心终于放下。客户对这次跨境汇款业务的办理非常满意。

(3)公路活载：采用车辆荷载加载，局部车轮荷载采用JTG D60—2015《公路桥涵设计通用规范》中的车辆荷载[5]。车辆荷载550 kN，其中前轴30 kN，中轴2×120 kN，后轴2×140 kN。车辆横向布置考虑最不利的4车道靠外加载工况，如图4所示。

图4 车辆活载加载图示(单位：cm)

为了解挑臂部分在车辆荷载作用下的最不利应力状况，车辆纵向布置考虑了3种最不利加载工况[15-16]，分别为后轴布置于有斜撑横梁处、无斜撑横梁处及两横梁之间。

(4)铁路活载：采用ZC特种活载，轴重4×190 kN，间距1.6 m[4]。考虑轨枕和道砟的扩散，按3.61 m(横桥向)×5.8 m(顺桥向)的面荷载施加于桥面板。

4.3 计算结果

限于篇幅，仅列出最不利受力工况结果，如图5～图11所示，图中应力单位为kPa，受压为负。主梁节段应力分析结果中，顺桥向应力不包含全桥整体分析中顺桥向内力产生的应力。

空间核密度估计表征农村居民点在搜索领域内的分布密集程度，是其空间分布状况的可视化表达。研究在对比多次实验结果的基础上选择搜索半径为3 km，核密度估计结果见图1。

(1)顶板及U肋应力

从图5知，汽车车行道范围钢桥面板顺桥向应力既有拉应力又有压应力，应力介于-15～30 MPa。U肋顺桥向应力介于-40～30 MPa，与常规钢箱梁受力水平相当[17]。

图5 汽车车行道范围钢桥面板顺桥向应力

列车车行道部分钢桥面板顺桥向应力见图6，顶板顺桥向应力介于-13～24 MPa，U肋顺桥向应力值介于-45～40 MPa。

另外，本课从贴近学生生活实际的家乡农特产入手，再到探索优良的繁殖技术改良家乡优质水果。学生体会着用科学技术的力量实现家乡的飞跃进步的自豪与骄傲，有助于塑成家国情怀这种必备品格，同时，再次加深爱国爱家乡、用知识兴家乡的责任和情怀。

图6 列车车行道部分钢桥面板顺桥向应力

汽车车行道范围钢桥面板横桥向应力值介于-15～70 MPa，列车车行道部分钢桥面板横桥向应力值介于-10～31 MPa，见图7。

图7 钢桥面板横桥向应力

(2)顶板横梁应力

挑臂横梁正应力见图8，有斜撑者正应力介于-69～62 MPa，无斜撑者正应力介于-90～60 MPa，应力图符合挑臂梁的受力特征[18]。

图8 顶板箱外挑臂横梁正应力

顶板箱内横梁正应力介于-28～31 MPa，应力水平较低，见图9。

图9 顶板箱内横梁正应力

(3)斜撑应力

3.2.2 邻里特征：本文主要考虑学校、公园、医院三个影响因子。运用GIS中的近邻分析工具测算各小区到离它最近的学校、公园、医院的距离。

箱外斜撑为受压杆件，正应力在-65～-85 MPa，连接板处有应力集中现象，但数值不大，见图10。

1.4 SNPs位点的选择 通过查询NCBI db SNP数据库以及phaseⅡHapma数据库并对数据库中ATG5基因相关多态性位点进行筛选，结合多态性位点所处的功能结构区域、多态性位点在我国人群中的最小等位基因频率(MAF>0.1)以及国内外学者对该基因多态性位点的功能性研究结论等影响因子，依照本研究的目的和所预期的试验效果，选取ATG5基因中rs573775、rs510432、rs6568431、rs2299863 以及 rs38043385这个多态性位点。

图10 箱外斜撑正应力

从图11看，箱内斜撑1、2均为受压杆件，受力大小与其支承刚度直接相关。斜撑1应力在-40 MPa左右；斜撑2应力在-10 MPa左右，应力水平较低。箱内斜撑的设置不仅提供对横梁的支承作用，且对限制钢箱梁畸变效应作用显著[19-20]。

图11 箱内斜撑1、2正应力

5 结论

金海桥主桥采用3×340 m四塔三主跨斜拉桥，为国内首座公铁平层合建的多塔斜拉桥。为适应公铁平层布置要求，主梁采用一种新型的大挑臂式钢箱梁结构。

(1)大挑臂式钢箱梁由中间宽17.6 m主箱加两侧各长16 m挑臂组成，桥面宽度达49.6 m。根据受力特性，较重的铁路荷载布置于中间主箱上，较轻的公路荷载布置于挑臂上，斜拉索布置在两者之间，结构受力合理，经济性好。

(2)经计算，挑臂式钢箱梁正交异性桥面板纵向局部受力与传统钢箱梁受力水平相当，应力在-40～40 MPa。挑臂横梁正应力介于-90～62 MPa，箱外斜撑正应力介于-65～-85 MPa，挑臂部分受力水平控制合理。通过合理的细节设计，未出现较大的应力集中现象。

要加强沟通，重视情感的交流，形成和谐团结的人际关系，定期进行岗位流动，做到将合适的人放在合适的岗位上。通过建立健全企业民主管理机制，使员工对企业有一种强烈的归属感，实现感情、事业、待遇留人。

(3)挑臂式钢箱梁受力可靠，结构轻盈，具有良好的经济性和美观性，可为今后公铁平层合建的桥梁提供借鉴。

该大桥已于2018年3月开工建设，总工期4年。

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Design of Cantilever Steel Box Girder of Multi-tower Cable-stayed Bridge Combining Rail and Road in the Same Floor

LI Diping1,2

(1.China Railway Siyuan Survey and Design Group Co., Ltd., Wuhan 430063, China; 2.China Railway Construction Bridge Design and Research Branch, Wuhan 430063, China)

Abstract： JinHai grand bridge of the intercity rail line connecting Zhuhai Downtown and Airport becomes the first multi-tower cable-stayed bridge combining rail and road in the same floor in China. Its main bridge is a four-tower cable-stayed bridge with spans of (58.5+116+3×340+116+58.5) m. A new kind of long cantilever steel box girder is adopted for the main girder, which consists of the main box in the middle and cantilevers on both sides. The heavy load double-track intercity trains run in the middle and the light load expressways run on both sides. The width of bridge deck is 49.6m. The cantilever steel box girder is novel and complicated in structure with many bars and joints. The article elaborates on its structure design in detail. In order to study its mechanical properties, finite element software is employed to analyze local stress of the girder. The calculation results show that the design of cantilever steel box girder is reasonable, and all members are well loaded. There is no obvious stress concentration at the joint, and the structure is safe and reliable. The cantilever steel box girder has light structure with good economy and aesthetics.

Key words： road-rail bridge; cable-stayed bridge; rail and road in the same floor; cantilever steel box girder; design

收稿日期：2019-01-21;修回日期：2019-03-03

基金项目：中国铁路总公司重大课题(K2018G058)

作者简介：李的平(1983—)，男，高级工程师，2008年毕业于中南大学桥梁与隧道工程专业，工学硕士，主要从事桥梁工程设计研究工作，E-mail：[e-mail]。

文章编号：1004-2954(2019)12-0069-04

中图分类号：U448.12+1； U448.27

文献标识码：A

DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.201901210004