德国明斯特大桥修复加固工程

客户项目

2017年09月18日

Germany RSTAB 桥梁结构 钢结构

项目业主 DB Netz AG, Produktionsdurchführung Düsseldorf
www.dbnetze.com
项目总规划 DB Engineering & Consulting GmbH, Köln
www.db-engineering-consulting.de
项目总设计 IGS Ingenieure GmbH & Co. KG
www.igs-ib.de
结构设计 IWS Beratende Bauingenieure
www.iws-idstein.de
结构设计审核 PSP - Professor Sedlacek und Partner, Dortmund
www.psp-ingenieure.de

1897 年建成完工的德国明斯特大桥(Müngstener Talbrücke)直到目前,不仅在德国而且在世界钢结构桥梁领域仍然是非常重要的钢结构铁路桥工程。该桥高 107 米横跨在乌珀河大峡谷之上,为德国最高的铁路桥梁。该桥梁的设计类似于由建筑师 Gustave Eiffel 设计1884 年在法国南部 Saint-Flour 建成 Garabit-Viadukt 钢结构桥梁。

该大桥连接了德国北威州山城地区的索林根(Solingen)、雷姆赛德(Remscheid)两座城市。经过 120 年的火车交通和气候条件的影响,桥梁的建筑结构受到不同程度的损坏。此外由于现行实施的规范要求有更新和变化,需要重新对钢结构构件进行验算。因此为使该桥梁继续使用最少 30 年,需要对桥梁重新进行基本的修复和加固措施。

该钢结构桥梁的重新设计与计算是由 IWS 工程设计院完成,项目审核由 PSP 设计院 - Professor Sedlacek 与 Partner公司使用空间结构设计与分析软件 RSTAB 计算完成。

结构

明斯特铁路大桥全长 465 米。大桥整体为拱形结构,中间跨拱的跨度为 170 米,其边跨引桥的跨度分别为 30 米和 45 米,分别架设在桁架结构上部的滚轴支座处。

桥梁上部为钢结构网格形式的铁路桥铺面,上部铺设双向铁轨及其附属结构。

结构验算

项目设计单位与审核单位的计算均采用三维空间杆件结构模型软件进行建模。建模过程考虑了实际桥梁的损坏部位。因此可以在结构的铰接点处等,设置并限制滚轴支座的实际位移量。

此外与原始的结构计算最大的不同之处是例如考虑了 13 个施工荷载工况的影响。因此例如通过对桁架拱的支座控制等措施可以在当时(德国首次)进行 30 米大跨度悬臂结构的施工。施工状态荷载对自重荷载工况的应力计算影响非常大。

除了一般的由温度、风荷载、列车启动/刹车荷载以及侧向推力等引起的荷载还添加了三种列车图(荷载图 UIC71 等)。整个计算按照目前实施有效的荷载规范方法进行验算和调整。

计算结果与加固措施

通过计算可以找到整个结构受到损坏的力学原因。计算结果显示在部分结构构件,例如车道纵梁和横梁、抗风柱间支撑、锚栓等的应力利用率甚至超出 200 %。因此需要对整个桥梁结构进行整体修复和加固。

该工程难度较大的是在铁路桥梁的结构置换工作需要完全封闭该路段的交通。此外还需要折减荷载等级。引桥、钢结构柱、基础结构以及拱形结构等的施工可以在部分交通的情况下进行修复和施工。

尽管明斯特大桥的加固工程的预算费用非常高,政府仍然通过决定对这座著名的历史悠久的钢结构铁路桥梁进行维修并加固。

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