南京大勝關(guān)長江大橋受力特性、計算方法、橋面疲勞和防腐問題研究.pdf

1、隨著中國高速鐵路建設(shè)的快速發(fā)展,中國的鐵路特大鋼橋迅速增多,目前已建、在建和正在設(shè)計中的有近10座。其中,京滬高速鐵路上的南京大勝關(guān)長江大橋是最早也最具影響力的一座高速鐵路鋼橋。該橋是世界上第一座6線鐵路大橋,主橋為(108+192+336+336+192+108)m六跨連續(xù)三主桁拱結(jié)構(gòu),其中2線高速鐵路設(shè)計時速為300km,預(yù)留350km。
　　 本文在廣泛收集、研究國內(nèi)外相關(guān)資料的基礎(chǔ)上,采用理論分析和試驗研究相結(jié)合的方法,

2、對該橋的橋面結(jié)構(gòu)形式、受力特性、設(shè)計計算方法、正交異性鋼橋面U肋與橫梁連接處的疲勞性能、鋼橋面的防腐等問題作了較為系統(tǒng)的研究。本文的研究得到鐵道部三個重點科研項目的支持。主要取得了如下創(chuàng)新性成果:
　　 1、針對南京大勝關(guān)長江大橋線路多,跨度大,行車速度高的特點,經(jīng)多方面綜合對比研究,為南京大勝關(guān)長江大橋推薦(并被采納)了密布橫梁體系正交異性板整體鋼橋面結(jié)構(gòu)方案。該方案整體性好、剛度大,由于下弦桿和系梁加高,不僅橋梁的整體變形減

3、小,而且也改善了橋面系的受力狀態(tài)。
　　 2、研究了密布橫梁體系正交異性板整體橋面板桁組合結(jié)構(gòu)橋面荷載的傳力途徑和傳力比及其影響因素。首次定量地給出了兩條路徑的傳力比,其中通過節(jié)間橫梁傳至下弦桿或系梁再傳至下弦桿節(jié)點的橋面荷載有50％以上,這部分荷載會引起下弦桿和系梁的豎向彎曲。
　　 3、研究了橋面荷載在三主桁拱中的分配。提出了橋面荷載在三主桁中兩次分配的概念、兩次分配的分配比及其影響因素,提出了密布橫梁體系的正交異性

4、板整體鋼橋面板桁組合結(jié)構(gòu)在橋面荷載作用下主桁的受力模式,該模式可用于三主桁拱的設(shè)計。
　　 4、研究了整體橋面板桁組合結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算方法,總結(jié)歸納了整體分析和關(guān)鍵部位局部分析相結(jié)合的二步分析法、整體分析的三種實用有限元分析方法:空間板梁法、系統(tǒng)分解法和空間桿系結(jié)構(gòu)法。空間板梁法適用于設(shè)計的中、后期,對橋梁施工過程和運營階段的強度、剛度和穩(wěn)定性作全面的檢算;系統(tǒng)分解法適用于結(jié)構(gòu)構(gòu)造和構(gòu)件的尺寸頻繁改變的設(shè)計初期;空間桿系結(jié)構(gòu)法適用

5、于考察橋梁剛度、主桁桿件和橋面系骨架的強度和穩(wěn)定性,對斜拉橋、拱橋等施工過程的優(yōu)化計算、成橋的索力張拉順序、張拉力的優(yōu)化計算等也非常有效。
　　 5、對正交異性板U肋與橫梁連接處的疲勞性能進(jìn)行了試驗研究。參照南京大勝關(guān)長江大橋正交異性板整體橋面系制作了U肋與橫梁連接處2個1:1的整體模型,完成了精細(xì)的有限元分析和疲勞試驗。得出結(jié)論:正交異性板U肋與橫梁連接處有較好的抗疲勞性能; U肋下方腹板開平底形孔還是蘋果形孔對疲勞性能影響不

6、大;U肋上方與橫梁腹板、翼板連接處腹板開不開小孔無關(guān)緊要;鐵路橋梁應(yīng)避免鋼軌位于U肋的正上方;對U肋與橫梁腹板連接處的疲勞性能進(jìn)行了評估,把U肋下方橫梁腹板孔邊歸為Ⅰ類疲勞類別(母材),具有足夠的安全性。
　　 6、提出了一種具有柔性防水層的復(fù)合防腐體系,并完成了各種試驗。結(jié)果表明:該體系具有較好的防腐、防水、抗磨、抗滑性能,施工工藝簡單。但其防腐的長效性還有待長時間的考驗,工地現(xiàn)場施工對環(huán)境的要求有待進(jìn)一步降低。
　　

7、 7、提出了厚度組合為(3+16)mm的321-Q370q不銹鋼復(fù)合鋼板的防腐體系,并完成了各種試驗。結(jié)果表明:321-Q370q不銹鋼復(fù)合鋼板幾乎不增加橋面恒載,材料來源方便,板面尺寸大,爆炸焊接工藝成熟,防腐、抗滑性能好。但其長效性還有待長時間的考驗,價格有待降低。
　　 以上研究成果1～5已應(yīng)用于南京大勝關(guān)長江大橋、濟(jì)南黃河大橋、安慶鐵路長江大橋、新廣州站東平水道橋等多座特大鐵路鋼橋的設(shè)計。研究成果6、7還需進(jìn)一步完善并經(jīng)