辊开桥概述

同江黑龙江铁路特大桥位于黑龙江省同江市哈鱼岛至俄罗斯联邦犹太自治州下列宁斯阔耶之间，连通向阳川 ～ 哈鱼岛铁路与俄罗斯西伯利亚铁路列宁斯阔耶支线铁路。该桥是第一座跨越中、俄界河黑龙江的铁路大桥，大桥在中国境内采用了 16 孔 108 m 钢桁梁。在我国铁路钢桁梁设计中应用较多的桥面系形式有明桥面、钢 － 混凝土结合桥面、正交异性板等。长期的设计实践及研究表明，以往的明桥面难以满足现行规范对刚度和行车舒适度的要求，而且车辆通过时噪声较大; 钢 － 混凝土结合桥面板结构的二期恒载重量比明桥面大很多，导致钢梁桥的用钢量大幅增加，而且钢筋混凝土板本身存在收缩、徐变问题，同时桥面系参与主桁整体作用而使混凝土板承受拉力，容易出现裂缝; 正交异性钢桥面板在提高桥梁刚度、参与钢梁整体受力方面优点显著，但其造价较高，对于普速的钢桁。因此，为了满足中俄两国的梁桥，经济性较差接轨条件和运营要求，根据技术经济比较结果并经中俄双方协商，中俄同江黑龙江铁路特大桥采用了纵横梁栓接先张法预应力混凝土套轨道床板的轻型，俄罗斯轨距为 1 520 mm，我国轨距为桥面结构1435 mm。

辊开桥1 108 m 钢桁梁设计

1． 1 设计概况

同江桥 108 m 钢桁梁主桁采用带竖杆的三角形桁架，桁高15 m，主桁中心距为8 m，上、下弦杆均采用箱型截面，截面高度均为850 mm，斜腹杆采用箱型截面，竖杆采用工字型截面。端斜杆中间设置桥门架。桥面系采用纵横梁体系，端节间、次端节间长10．5 m，其余节间长11 m。纵梁设计为连续纵梁，不设置断缝，两片纵梁之间设置横向联结系，在下弦杆节点处设置横梁，预应力混凝土轨道板与纵梁上翼缘螺栓连接。纵横梁为等高的工字型截面，端横梁高为1580 mm，纵梁及其余横梁全高1600 mm。纵梁翼缘板宽度为550 mm，端横梁翼缘板宽580 mm，次端节间横梁翼缘板宽500 mm，其他横梁翼缘板宽420 mm。横梁在与纵梁相接处设置接头构造，纵梁腹板及翼缘板均通过鱼形板与接头构造的腹板、翼缘板栓接。在端节间设置变高度工字型撑架结构高度由 850 mm变至1 600 mm，翼缘板宽360 mm，连接至下弦杆节间中点与纵横梁交接处之间，接头处采用拼接板栓接。上平纵联采用高度为480 mm 的工字型截面交叉式腹杆体系，对应横联处设置横撑。下平纵联采用交叉式腹杆体系，与纵梁相交处，均与纵梁的下翼缘板采用螺栓连接。下平纵联杆件均采用T 型截面，连接时仅拼接翼缘板。该桥地处东北严寒地区，如果采用整体节点，焊缝疲劳应力幅较难控制，因此本钢梁所有节点均采用高强螺栓连接的散拼节点形式。

1． 2 纵梁连续的必要性

一般情况下，钢桁梁长度超过 80m 时，纵梁应设置纵梁断缝，以减小纵梁、横梁内力，减小桥面系参与结构主体的受力作用及纵横梁与下弦杆的变形。纵梁断缝是一种特殊结构，活动纵梁的端部是通过一种特制的活动支座支承于纵梁断缝处的短伸臂上。纵梁活动端可以纵向滑动和竖向扭转，但不允许行车过程中纵梁活动端出现上下跳动，为了避免这种情况的发生，特设置一块铰板把纵梁活动端连在短伸臂上。

但近年来，在日常设备养护及检查中经常发现活动纵梁支座处出现不同程度的病害。例如，上海铁路局在对南京长江大桥的检查中发现，大桥5 号孔活动纵梁伸缩端在来车状态下出现异常跳动，活动支座上下摆动出现严重拍击现象，并且连接纵梁短伸臂和纵梁活动端的特制铰板已严重变形，铰板中部也严重隆起，隆起度达8 mm，而且其他9 孔钢桁梁中有4 孔也发生了此类病害。济南铁路局在对曹家圈黄河特大桥的维修养护中发现，钢梁桥活动纵梁处的弧形支座和卡板在列车活载作用下出现上下部紧贴的变形病害，随着行车速度的提高和货运载重的增加，此类病害逐步发展，而且活动纵梁的横向联结系中斜杆、横杆与铰板三者交汇处的节点板发生了断裂现象 。类似病害在其他地区铁路钢桁梁上也时有发现，这些病害直接影响着大桥的使用寿命及行车安全，而且不能中断铁路运营，维修加固工作十分复杂，养护费用较高。考虑到以上因素，同时为适应套轨道床板的纵向布置、减少桥梁结构养护维修工作量及提高轨道的平顺性，本桥桥面系纵梁设计为连续结构，不设置活动纵梁，受力检算时考虑纵、横梁桥面系参与主桁共同作用，并通过在端节间设置撑架结构来协调桥面系的受力和变形状态。

辊开桥2纵梁连续对结构受力的影响

2．1 结构计算模型

108m 简支钢桁梁结构计算采用MIDAS CIVIL 进行，共建有两个模型：一个是全桥空间计算模型，该模型分为纵梁设置断缝、纵梁连续不设置端节间撑架、纵梁连续设置端节间撑架三种类型；另一个是主桁平面计算模型。两个模型在计算过程中采用相同的材料本构关系、荷载组合。

空间模型考虑纵横梁、下平联参与共同作用，分阶段施工，消除主桁结构一期恒载引起的桥面系共同作用，用于纵横梁、上下平联、横联设计。该模型以结构理论线形为基准进行结构离散，各杆件均采用空间梁单元进行模拟。主桁杆件节点、上平联与主桁连接均按刚接模拟；横梁梁端与主桁的连接按横梁释放面外弯矩考虑； 下平联与下弦杆、下平联各杆件之间均按铰接模拟。支座均采用一般支承进行模拟。空间模型全桥共划分为987 个单元、492 个节点。

平面模型不考虑纵、横梁、下平联参与共同作用，用于主桁杆件的结构内力计算，边界条件取自空间模型的计算结果。该模型以结构理论线形为基准进行结构离散，主桁各杆件均采用梁单元进行模拟。桥面板等二期恒载重量均以节点荷载均匀施加在主桁上。支座以一般支承进行模拟。平面有限元模型共划分为71个单元、57 个节点。

2．2 纵梁连续的影响

纵梁连续设计使桥面系顺桥向刚度增强，参与钢桁梁整体受力的作用增强，这必然对主桁的受力造成一定的影响。根据上节建立的有限元模型，对桥面系是否参与整桥受力、纵梁是否设置断缝等情况进行了检算，以研究桥面系的设置形式对主桁及其自身受力的影响情况。数据表明：

第一，在恒载作用下，不考虑桥面系参与钢梁整体受力时，主桁上、下弦杆最大轴力分别为－6 381.96 kN、6637.61 kN;考虑桥面系参与钢梁整体受力时为－6 200.08 kN、4 283.24 kN，分别比前者减少约2.8% 、35．5% 。

第二，在活载作用下，不考虑桥面系参与钢梁整体受力时，主桁上、下弦杆最大轴力分别为－4 784.34 kN、4966.11 kN;考虑桥面系参与钢梁整体受力时为－3 986.69 kN、2 708.35 kN，分别比前者减少16.7% 、45.5% 。

第三，在恒载、活载作用下，不考虑桥面系参与钢梁整体受力时主桁跨中最大竖向位移分别为93.8 mm、70.7 mm，考虑桥面系参与钢梁整体受力时分别为78.6 mm、50.5 mm，分别比前者减少约16.2% 、28.6% 。

第四，在恒载 活载作用下，纵梁连续及断开时纵梁最大轴力分别为2 191.1 kN、1 255.59 kN，后者为前者的57.3% 。

由此可见，纵梁连续对108 m 钢梁整体受力有显著影响，缓解了主桁杆件的受力状态。考虑纵梁参与钢梁整体受力后，主桁杆件的内力值有所减小，尤其是下弦杆减小幅度较大，而减小的这部分内力则由桥面系等杆件承担，纵梁轴力明显增大，伴随着端节间横梁面外弯矩必然增大，因此桥面纵横梁设计时应较纵梁断开设计时适当的增强。

辊开桥3端节间撑架对纵横梁受力及变形的影响

由于纵梁的连续，使纵梁轴力增大，横梁面外弯矩增大，在运营活载的反复作用下，横梁变形过大，容易发生疲劳破坏。为此，通过对比研究，在端节间设置变高度工字型截面的撑架结构，纵梁传来的轴力在梁端节间通过撑架分散传递至下弦杆。

数据表明:

第一，设置端节间撑架后，纵梁最大轴力由 2 191.1 kN增大至 2 446. 5 kN，增大了约 11. 7% ，但横梁面外弯矩及水平挠度均有较大幅度的减小，其中端横梁面外弯矩由 317 kN·m 降至 117 kN·m，减小约 63.1% ，水平挠度由 5.1 mm 减少至 1.7 mm，减少约 66.7% 。

第二，端节间撑架的设置，对纵梁的面内弯矩、挠度以及横梁的轴力、面内弯矩影响较小，除端节间局部受到撑架的影响外，其他节间的计算结果几乎相同。由此可见，端节间撑架的设置虽然引起了纵梁轴力的小幅度增加，但却大幅度的改善了横梁的受力及变形状态。而纵梁轴力的增加可以通过适当增大纵梁截面的方式进行解决。

辊开桥4 桥面系杆件运营阶段受力检算

通过以上的分析对比，了解了桥面系设置连续纵梁对结构整体受力及变形的影响程度，掌握了设置端节间撑架对桥面系受力及变形的改善情况。要得知这种桥面系结构形式是否能够满足运营荷载的需求，就需要对全桥进行一个全面的检算。该桥运营中、俄两国列车，需要采用中、俄两国规范对桥面系杆件进行检算。中国规范是基于容许应力法，而俄罗斯规范则是基于可靠度理论的极限状态法，两国规范在理论体系、活载标准、材料技术条件及构造要求等方面存在着相当大的差异本文根据中俄两国规范对 108 m 钢桁梁杆件的疲劳特性、强度、刚度、稳定性等性能进行了检算。本桥全新构造形式的桥面系在运营荷载作用下，各项性能指标均能满足中、俄两国规范的要求，说明在该钢桁梁桥面系中设置连续纵梁是可行的。

辊开桥5结论

结合同江黑龙江铁路特大桥108 m 钢桁梁桥面系的设计过程，分析了桥面系采用连续纵梁时对钢梁整体受力的影响程度，研究了端节间撑架结构对桥面系纵横梁受力的改善作用，并根据中、俄两国规范检算了桥面系杆件在运营荷载作用下的受力情况，结果表明：

(1)采用连续纵梁时，桥面系参与钢梁整体受力的作用增强，主桁的受力得到一定的分担，缓解了主桁的受力状态，对上弦杆的受力影响较小，腹杆次之，下弦杆最大，这是下弦杆与桥面系纵横梁一起形成受力共同体的缘故。

(2)采用连续纵梁时，桥面系的顺桥向刚度增大，纵梁的轴拉力明显增加，从而引起横梁特别是端横梁的面外弯矩增大，水平挠度增大。

(3)端节间设置撑架结构后，引起纵梁轴拉力小幅增加，但却大幅度减小了横梁的面外弯矩及水平挠度，使横梁的受力更加合理。纵梁截面需适当增大，以适应其自身受力的需要。

(4)在运营阶段桥面系杆件的疲劳、强度、刚度、稳定性检算结果满足中、俄两国规范要求，同江黑龙江铁路特大桥108 m 钢桁梁桥面系中设置连续纵梁是可行的。

丫髻沙特大桥是广州市环城高速公路西南环跨越珠江南航道的一座特大桥，于2000年6月建成通车，主桥为76m 360m 76m 三跨连续中承式钢管混凝土拱桥。主拱及桥面系钢结构采用16Mnq钢，拱肋填充C60微膨胀混凝土，桥面系为横梁体系，横梁最大长度为 38m ，横梁上铺设跨度8m 的钢筋混凝土板，桥面由厚8cm 的钢纤维混凝土和厚4cm的沥青混凝土组成。边拱拱肋为内包劲性骨架的C50混凝土结构，拱上立柱为钢管混凝土立柱。吊杆间距8m，采用单根91－7平行钢丝索；系杆采用37束7－5钢绞线索，全桥共20根。

2006年、2009年分别对该桥进行了检测，结果表明大桥整体受力处于弹性工作状态，主拱、拱座等主要构件状况良好，但桥面系钢横梁陆续出现较多结构裂缝，且裂缝有进一步发展的趋势。为保证大桥结构和运营安全，系统地开展了桥面系病害原因分析和桥面系加固设计。

辊开桥桥面系主要病害

桥面系主要病害以横梁和纵梁为主，且二者连接处病害最为严重。主要病害有高强螺栓松动、断裂、脱落；纵梁与横梁的连接角钢开裂、断裂；横梁腹板与下翼缘板的水平焊缝开裂，部分裂缝已往腹板延伸；部分连接腹板角钢下排螺栓孔处腹板斜向开裂；部分横梁加劲肋下缘处腹板开裂；检查车轨道梁与纵梁的连接螺栓多处松动、断裂及脱落等。

辊开桥病害原因分析

3．1 全桥整体工作状态分析

桥梁加固前对全桥进行了动、静载试验，试验结果表明主桥结构整体处于弹性工作状态，主拱整体工作状态与成桥荷载试验测试结果相比未发现异常状况。

3．2 车辆荷载分析

该桥为广佛及附近港口的重要物流通道，据称重数据统计，该桥的车流量在11万辆/日以上，其中总重在55t以上的车辆超过1万辆，总重超过100t的车辆也经常出现，最大总重170多吨，实际车辆荷载已经超出设计荷载，该桥处于超载运营状态。考虑实际的车型和载重，估算通过的重车车重约170t，普通货车30t居多，据此组合了7种车辆活载组合组合16×55t组合23×20t 110t 30t 30t组合33×20t 110t 55t 30t组合43×20t 110t 55t 55t组合53×30t 110t 30t 30t组合63×30t 110t 55t 30t组合73×30t 110t 55t 55t作为实际荷载进行验算。

3．3 横梁病害分析

该桥采用飘浮桥面结构体系，中跨桥面系相当于在吊杆处为弹性支撑的连续梁，桥面系在主跨各节间的截面尺寸基本相同，各横梁受力状况基本相同，因此以 H5横梁为例分别按原设计标准和实际荷载进行计算分析。

3．3．1 按原设计标准计算

原设计采用的汽车荷载为汽车－超20级。按原设计标准计算 H5横梁的应力情况，跨中截面下翼缘最大应力。

3．3．2 按实际荷载模拟计算

按实际荷载（7种车辆活载组合）模拟计算 H5横梁的应力情况。在7种实际车辆组合下，H5横梁下翼缘在活载作用下的应力为105～149MPa，恒载 活载作用下的应力为228～272MPa均超过允许应力值。参照美国公路桥梁设计规范关于钢结构疲劳的条文规定，疲劳寿命与疲劳应力幅的立方成反比。该桥设计疲劳车辆按20t考虑，钢横梁的活载应力为43．2MPa，但根据现场车流量统计，桥面实际运营的代表车辆为55t的货车，钢横梁活载应力为105MPa，实际疲劳应力与设计值之比为2．43，疲劳寿命只有设计寿命的1/14。由此可见，由于该桥为横梁体系，汽车荷载增加引起桥面系横梁的应力增加，大大降低了钢结构的疲劳性能是引起病害的主要原因。

3．4 纵梁病害分析

该桥横梁与混凝土桥面板组成钢－混组合体系以承受桥面荷载，钢纵梁兼作桥下检查小车的轨道支撑梁，采用高强螺栓连接在横梁上。连接处的应力较大，是导致纵梁和横梁连接破坏的主要原因。

辊开桥加固设计

4．1 技术标准

考虑设计标准的一致性，加固设计活载维持原设计荷载标准不变，采用汽车－超20级，但需按实际汽车荷载工况对结构进行验算。全桥计算时6车道折减系数取0.55，钢横梁内力计算时6车道折减系数取0.75。

4．2 加固措施

（1）增设止裂孔。为防止已经出现的钢结构裂纹继续发展，在裂纹末端增设 12mm的止裂孔，以阻止裂纹继续延伸。

（2）增加钢横梁截面。为增强横梁截面、降低横梁应力，在横梁下翼缘的上侧增设厚32mm的钢板。鉴于部分横梁腹板与下翼缘焊缝出现裂纹，为保证横梁的结构安全，在厚32mm的加强板上侧设L形构件与横梁腹板及下翼缘连接，以替代失效焊缝，连接采用高强螺栓。

（3）增设大纵梁。为增强桥面系结构的整体性能，加固方案在原有桥面系横梁之间增设大纵梁，解除原桥的纵梁，新增大纵梁高1.7m，与横梁同高。吊杆范围内大纵梁紧邻吊杆设置，纵梁腹板通过拼接板与横梁竖肋连接，纵梁翼缘通过鱼形板连接；吊杆区域以外大纵梁采用腹板不连接，纵梁下翼缘与横梁下翼缘通过高强螺栓连接的方式与横梁连接 。

（4）改造原钢纵梁、横梁连接构造。将原设置于横梁下翼缘上部的纵梁切短3cm 后倒置与横梁下翼缘采用普通螺栓连接。

辊开桥加固设计分析

5．1 主拱分析

该桥加固后桥面系恒载增加，需要验算主拱的成桥主拱上弦拱肋应力荷载工况主拱上弦拱肋计算应力/MPa承载能力。采用 ANSYS10建立全桥有限元模型，主拱采用空间杆系结构模拟，杆件采用空间梁单元模拟，在杆件相交处设置空间节点，全桥共有节点1820个。主拱肋按每4m间设置梁单元，每根腹杆为1个梁单元，每个米字形横向联结系有109个单元，全桥共有单元3906个。加固设计新增约14000kN桥面恒载后，主拱的稳定性、应力水平等满足规范要求，桥面系加固不影响主拱结构安全。

5．2 加固后桥面系分析

5．2．1 实际荷载工况下的横梁应力计算

按实际荷载（7种车辆活载组合）计算加固后H5横梁的应力情况，跨中截面下翼缘最大应力计算结果可知，加固后的横梁下翼缘最大应力比加固前降低30～45MPa，显著降低了横梁应力水平和应力幅，且桥梁后续收缩徐变荷载下结构应力水平增幅较少。由于大桥加固后进行了超载诊治，实际应力水平应小于上述计算值，结构的安全度有了较大提高。

5．2．2 横梁荷载试验分析

横梁荷载试验采用2辆重约40t的车辆进行加载，在试验横梁跨中截面布置测点。

（1）横梁挠度。经测量，位于下翼缘的3号测点的挠度加固前理论值与实测值分别为9.6mm、8.7mm，校验系数为0.91；加固后理论值与实测值分别为7.1mm、7.2mm，校验系数为1.02，满足结构荷载试验相关规程要求，且加固后实测结构挠度比加固前降低17%。

（2）结构应变。对横梁跨中应变进行了加固前、后的试验对比，加固前、后应变沿高度方向分布见图7。由图7可知，横梁新增构件和原横梁协同工作状况良好，在不考虑混凝土桥面板参与整体作用的前提下，结构加固后实测应变及截面中性轴高度均有所下降，主要与加固构件参与整体受力有关，结构应变加固前后降低幅度与理论计算值接近，结构加固达到预期效果。

辊开桥结语

丫髻沙大桥采用横梁体系，由于实际汽车荷载超出设计荷载，横梁应力增加，大大降低了钢结构的疲劳性能，因此引起了一系列桥面系病害。通过分析病害原因，除采取超载诊治措施外，同时对该桥桥面系进行加固设计，主要措施有增加钢横梁截面，增设大纵梁，改造原钢纵、横梁连接构造和增设止裂孔等，大桥于2011年底完成加固施工，加固达到预期效果。该桥桥面系加固设计可为同类桥梁工程加固提供借鉴和参考。 2100433B

反映在开松后半制品(纤维卷或纤维层)各项质量指标和落物情况上。这包括：①半制品中杂质和疵点的种类和数量；②半制品的结构和均匀度；③半制品中短纤维的含量;④纤维块的开松度,以纤维块的平均重量(克/块)、单位体积重量（公斤/米3）或纤维块在空气中自由沉降的终末速度等表示；⑤落物中含有可纺纤维的数量。　为了进一步提高纤维原料的开松质量和改善成纱品质，开松工艺的主要发展方向是：改进开松机件的形式和结构，广泛采用刺辊、梳针打手或梳针滚筒等分梳机件，提高纤维块的开松度，改善半制品的结构和均匀度；加强纤维原料的预开松，在开松过程中，多用自由打击，尽量少用握持打击;应用气流和其他的开松除杂方法,避免纤维损伤和杂质碎裂，以减少由此造成的成纱疵点。

辊片机是将金属通过碾压，使金属变薄，最终得到所需要的厚度的加工设备，也可在辊上面开相应的槽，以压出不同形状的金属线条，镜面辊的压片机则可以作为最后的碾压步骤，使金属表面呈镜面效果。辊片机适用于加工黄金、K金、纯银、925银、铜、铝等延展性较好的金属 。