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。
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。
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。
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。
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。
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。
