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?1994-2016ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.ht甲://欧洲的念铁顶用桥*-展现状刘钊肖汝诚(用济大学桥察工程系)摘要:本文介绍歹会铁两用桥在欧洲的发展现状，对不用交通布置形式和谷白的忧缺点进开立介绍，展示立近年来建设的跨海会缺两用太桥所未用的-些新型结构和施工方法，最后介绍立欧洲|儿庭比较典型的合缺商用大桥。关键句:会缺商用桥欧洲结构形式交通布置1前言改革开放以来，随着国家对基础工程建设的大力投资，我国桥梁建设以前所未有的高速度向前发展，尤其是跨越大江大河的大跨度桥梁。进入20世纪后，既有线路的全面提速和高速铁路的大发展，对跨江铁路桥的需求不断增加。然而在新建的桥梁中，大部分的桥梁为公铁分建的，仅有屈指可数的桥梁为公铁两用桥，使得有限的桥位资源被浪费。其原因一方面是因为铁路属于铁道部独家管理，交通部门仅考虑公路，各自占据桥位;同时铁路桥梁规范与公路桥梁规范由不同部门发布，自成体系。随着2013年铁道部并人交通运输部，公、铁桥梁一起规划、同步建设的机会越来越多。做好公铁桥梁合建的规划、设计显得越来越重要。本文将介绍欧洲在公铁两用桥建设方面的一些经验和实例，希望能为我国今后公铁两用桥的建设上提供借鉴。2公铁两用桥在欧洲的现状220图1法国CiZfr-Bolozon高架桥公铁两用桥在欧洲的发展已经有100多年的历史了，欧洲现存最早的公铁两用桥是位于法国的Cize-fulozon高架桥，首建于1875年，二战中被毁，二战以后作为联结去巴黎的紧急交通工程得以重建，如图l所示。位于德国柏林的奥伯鲍姆桥(()berbaunnbrücke)也是现存较早的公铁两用桥。奥伯鲍姆桥是一座双层公铁桥，上层用于柏林地铁一号线的运行，下层通行普通车辆。如今此桥已成为柏林统一的重要象征。?1994-2016ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.ht甲://世纪后，公铁两用大桥更多的用于联结岛屿或者两国之间的跨海峡大桥中。1935年丹麦小贝尔特海峡桥通车，此桥联结丹麦第二大岛菲英岛和丹麦位于欧洲大陆的日德兰半岛，它的通车第一次使火车从欧洲大陆可以直达丹麦首都哥本哈根。主桥采用当时最常用的钢析架结构，包含双轨火车线路和两条汽车窄道。在1970年新小海带桥建成之前此桥一直是联结欧洲大陆和丹麦岛屿之间的重要通道，在新小贝尔特海峡桥建成后，旧小贝尔特桥仅保留了铁路交通，但至今仍然发挥着巨大作用。建于1937年的斯德哥尔摩大桥和Masnedsund大桥是丹麦的另外两座重要的公铁两用大桥，这两座桥共同联结了位于丹麦最南端的法尔斯特岛和丹麦最大的岛屿西兰岛，如今通过这两座桥，从德国汉堡出发的列车可以直达哥本哈根。斯德哥尔摩大桥桥宽9m，Masnedsund大桥桥跨8.8m，包含了单轨铁路和单车道公路，主桥采用三跨连拱设计，最大跨度达到133.75m，全桥总长3.2km，是丹麦第三大长桥，并且在相当长的一段时间内，是欧洲最长的公铁两用桥。然而单轨铁路无法满足丹麦与德国之间大量的交通需求，虽然此桥仍然在运行，但已不堪重负，新的斯德哥尔摩大桥已经被提上了议程。建于1963年的费尔曼南桥是连接德国费尔曼岛和欧洲大陆的重要通道，也是德国一丹麦交通线上重要一环。全桥总长963m，主桥跨度248m，采用了有利于铁路桥的交叉网体系钢系拱杆(网状系杆拱)。此桥的铁路和公路位于同一层，桥面一侧为元碴元枕铁路桥面，另一侧为公路桥面，设计两片拱肋向内倾斜，形成提篮拱，以提高主梁整体的抗扭刚度。1992年随着欧盟的成立，一个贯彻欧盟成员国之间的以畅通、安全和环保为理念的交通发展政策开始得到贯彻。欧洲一体化带来了4个自由:产品的自由通行、货币的自由通行、服务的自由通行和人员的自由通行。基于此，一个联结欧盟成员国的交通网络TEN-T成为了欧盟发展中的一个非常重要的任务。根据欧盟2010年知亘政策白皮书，在今后9年中，为了完善交通网络和改善交通方式，全欧范围内将重点发展30个基础工程项目，其中18个铁路项目，3个公铁桥梁项目。从以上可以看出，欧洲在对未来的交通规划中格外强调对铁路网络的建设，尤其在桥位难得的跨海大桥的建设中，更倾向于将铁路融合到桥梁中去。1998年建成的大贝尔特桥和2000年建成的厄勒海峡大桥为欧盟交通网的建设添上了光辉的一笔。它们的建成，不仅代表了欧洲在造桥领域的水平，也预测着21世纪欧洲在桥梁领域的发展方向。欧洲主要已建和曾规划的公铁两用桥见表1。欧洲主要已建和曾规划的公铁两用桥表l桥名通车年份〈年)所属国家主桥桥型主跨(m)交通布置形式Cize-Bolozon高架桥1875法国连拱桥16分层共建奥伯鲍姆桥1896德国连拱桥22分层共建(旧}小贝尔特桥1935丹麦连续钢析架220同层共建斯德哥尔摩大桥1937丹麦连续析架拱136同层共建弗雷德雷克9世桥1963丹麦可开启式梁桥20同层共建费马恩海峡南桥1963德国网状系杆拱248同层共建大贝尔特西桥1998丹麦单箱连续梁110公铁分建厄勒跨海大桥2000丹麦瑞典平行斜拉桥+非行架梁490分层共建墨西拿海峡桥在建意大利单跨悬索桥3300同层共建221?1994-2016ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.ht甲://公路与铁路布置形式对比公铁两用桥，按照公路与铁路支承结构是否分离，可以分为公铁共建与公铁分建。在公铁共建中，按照公路与铁路布置相对位置，又可以分为公铁分层共建和公铁同层共建的形式。3.1公铁共建公铁共建指的是公路和铁路共用上下部结构，使用单一主梁，这种形式是目前世界上公铁两用桥的主要应用的形式。使用公铁共建的好处在于能最大程度的利用桥位，将公路和铁路布置于同一梁体中，能充分体现公铁两用桥的优势。1)分层共建分层共建指的是桥上公路、铁路分别布置到上下两层。大多数的情况下由于铁路要求纵向坡度较平缓，所以一般将铁路布置在下层，公路布置在上层，如厄勒跨海大桥。然而也有部分桥梁采用相反的布置，将铁路布置于上层，如法国的Cize-Bolozon高架桥，采用相反布置的原因在于其位处山区，而需要衔接的铁路隧道处于较高的位置。分层共建的优点主要有:①从结构上来说，分层共建的梁体较高，而目前广泛采用的板一和组合结构上下桥面板参与结构受力，因而梁体刚度较大，利于满足铁路行车要求。同时竖杆和上下横杆形成封闭的结构，提高主梁的抗扭刚度，较高的抗弯刚度和抗扭刚度对施工阶段都非常有利。如厄勒大桥便采用了这种结构，其引桥的主跨达到了140m，并且稳定的结构大大利于整体吊装施工。②从构造上来说，双层布置使得行车空间显著增加，比如同样是双铁路线，四公路线布置形式，厄勒大桥桥宽是30.5m，而墨西拿海峡大桥则需52m。③在养护方面，分层设计能分离铁路和公路养护，使用独立的系统而互不干扰。分层共建的缺点主要在于由于上层桥面布置较高，所以在平原地带引桥规模会增加，并且在合建分与建的过渡位置构造较复杂。而且，与同层合建相比，其梁高大，梁的宽跨比小，受风面积大，横向刚度小，为横向设计带来困难。2)同层共建同层共建指的是公路和铁路位于同一平面上，公路布置于铁路两侧，或者公路布置一侧，铁路布置一侧。前者主要用于桥面较宽的情况中，铁路布置于中间的好处在于由于铁路荷载较大，与中轴线较近的铁路不会产生较大的横向扭矩，如正在建设中的墨西拿海峡桥。后者由于横向荷载分布不均，常使用椅架梁或者提篮拱以形成稳定的横向结构，如旧小贝尔特桥和费马恩海峡南桥。同层共建的主要优势在于较大的桥面宽度提供了较大的横向刚度，适用于对横向刚度要求较高的大跨度桥梁。同层共建的主要缺点一方面在于公路单侧行车时有可能带来扭转振动问题，另一方面公路和铁路的养护系统位于同一平面，可能会相互制约。3.2公铁分建公铁分建实际上指的是两座并列在一起的桥梁，在结构上相互独立，按照公路规范和铁路规班分别设计，也称为平行分离式公铁两用桥。公铁分建的优点主要有:(1)分建的两座桥梁可以采用相同的跨径布置，甚至相似的结构，从而简化设计和施工程序。相隔较近的两座桥梁可以共用基础，减少基础造价，如大贝尔特西桥方案，如图2所示。222?1994-2016ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.ht甲://(2)由于公路桥和铁路桥的控制要求不同，采用共建会造成部分设计上的浪费，而采用分建可使两座桥梁互不影响，可按照公路和铁路的特点单独设计。公铁分建的缺点主要在于，由于公路桥与铁路桥距离太近，迫使公路桥只能向一边展线，如果必须要向另一侧展线，也必须要先往外侧偏离用小半径立交桥形式通过铁路，不仅影响美观，也会造成接线里程的增长。4公铁两用桥的结构形式及其经济性A公路主祭B铁路主'晨四C支摩D抗箱桥辙连接沉箱基础图2大贝尔特西桥截面布置公铁两用桥和铁路桥与普通公路桥最大的区别在于其较重的活荷载，同时由于铁路行车对桥梁变形控制的高要求，其必然要求桥梁整体的刚度较大。解决此问题最简便的方法便是采取刚度较大，同时大量运用于铁路桥中的连续钢椅架梁，通过将铁路和公路分布于桥梁两侧，以达到折中的目的。然而实践证明连续钢和架并不很经济，并且对于跨海大桥的高通航要求，往往无法满足。4.1欧洲公铁两用桥的结构形式1)交叉网系杆拱20世纪50年代末挪威的工程师PerTveit首提出交叉网系杆拱的概念。1963年建成的费马恩海峡南桥首次在公铁两用桥上采用了交叉网系d吨安刀功仪邓c吹开FK杆拱体系，使得跨径达到248m，同时整桥十分纤细。其J、n‘、.-----…1!Q::::::::::l?能够到达如此的跨度在于设计者充分利用了交叉网系杆拱桥的特性，如图3所示。图3交叉网系杆拱桥对于普通垂直吊杆拱桥来说，如果荷载是沿桥长均匀分布的，其拱肋内是全受压状态的，此时构件能够得到充分利用。然而真实荷载常常会是不对称的，在一侧荷载作用下，拱肋中会迅速产生较大的弯矩。而楠架是最能利用构件受拉压的特性的结构，交叉网系杆拱就充分类比了和架的受力状态，即使在非对称荷载作用下，也不会出现较大的弯矩。根据PerTveit在1980年对一座交叉网系杆拱和与其对应的垂直吊杆系杆拱的计算，在跨中作用相同的荷载，普通拱桥在主梁中产生的最大弯矩是交叉网系杆拱的5.3倍，在四分点出作用相同的荷载，普通拱桥在主梁中产生的最大弯矩是交叉网系杆拱桥的9.2倍，得益于此，使得在交叉网系杆拱桥中使用混凝土主梁成为可能。同时其研究得出普通拱桥相对于其对应的交叉网系杆拱，下弦杆厚28倍，焊接工作量是后者的1530倍，同时需要保护的表面积是后者的37倍，另外用钢量是后者的24倍。同时，交叉网系杆拱的另一个优势便是拼装方便，因为拼装所需的材料极少。由于交叉网系杆拱节约材料，桥身本身就很轻便，所以常常可以整跨直接做好，再用起重机吊装至桥位，在没有大型起重机的情况下可以给拱圈和系杆设临时下弦杆，用起重拖船移动至拱座上。2010年建成的挪威Brandanger桥主跨220m，拱肋和吊杆仅重1862t，使用了两台浮吊仅用6h便将安装到位，便是一个很好的例子。2)双层复合和架斜拉桥铁路设计荷载要比公路设计荷载大很多，因此活载在整个荷载中所占比例很大，从而疲劳问题较为突出。而斜拉桥本身属于柔性结构，并且随着跨度的增大柔性也增大，但由于铁路运223?1994-2016ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.ht甲://营中列车荷载大，高速列车要求保证行车平}I阴性和舒适性等原因，斜拉桥的竖、横刚度要比单d黎、，.Æ练、