城際鐵路(50+82+82+50)m連續(xù)梁設(shè)計(jì)

田 青

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，北京 100055)

城市軌道交通具有速度快捷、載客容量較大、站段距離合理的優(yōu)點(diǎn)，很大程度上保障了城市居民出行的需求。介紹我國北方某城市城際鐵路高架橋跨越城市主干道(50+82+82+50)m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁設(shè)計(jì)。本工程下部結(jié)構(gòu)采用矩形實(shí)體橋墩，基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。

1 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

設(shè)計(jì)荷載:zc活載(0.6UIC);

軌道類型:有砟軌道;

抗震設(shè)防烈度:6度。

2 截面設(shè)計(jì)

考慮施工周期和不影響道路交通運(yùn)營，采用受力合理、經(jīng)濟(jì)性能較高的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁體系，截面形式采用抗扭剛度大、動(dòng)力性能好、后期徐變拱度小的單箱單室變高度箱形截面。中跨跨中及邊支點(diǎn)處梁高3.50 m，中支點(diǎn)處梁高6.00 m，梁底上、下緣按二次拋物線變化。

箱梁頂面寬12.00 m，腹板采用直腹板，跨中截面與邊支點(diǎn)截面箱梁頂板厚0.40 m，底板厚0.40 m，腹板厚0.45 m;中支點(diǎn)截面箱梁頂板厚0.65 m，底板厚0.90 m，腹板厚0.80 m;根據(jù)計(jì)算需要，底板、腹板、頂板局部向內(nèi)側(cè)加厚。

箱梁在端支點(diǎn)、中跨跨中及中支點(diǎn)處共設(shè)置7道橫隔板，邊支點(diǎn)橫隔板厚1.50 m，中支點(diǎn)橫隔板厚2.40 m，中跨跨中橫隔板厚0.80 m。各橫隔板均設(shè)置進(jìn)人孔，方便施工和維修。主梁截面如圖1、圖2、圖3。

圖1 1/2主梁立面(單位:cm)

3 結(jié)構(gòu)計(jì)算

3.1 主梁計(jì)算

主梁為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，主梁混凝土強(qiáng)度等級為C50，混凝土容重γ=26.0 kN/m3，彈性模量Ec=3.55×104MPa。梁體內(nèi)布置縱向預(yù)應(yīng)力鋼筋和豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋。

圖2 1/2主梁平面(單位:cm)

圖3 1/2中支點(diǎn)截面和1/2中跨跨中截面(單位:cm)

梁體縱向預(yù)應(yīng)力鋼筋采用標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為fpk=1 860 MPa的高強(qiáng)度、低松弛鋼絞線，彈性模量Ep=195 GPa，其技術(shù)條件符合GB/T5224—2003的要求。

箱梁縱向預(yù)應(yīng)力鋼筋:腹板采用12－7φ5鋼絞線，頂板采用17－7φ5鋼絞線，中跨底板采用17－7φ5鋼絞線，邊跨底板采用15－7φ5鋼絞線。錨頭變形引起的預(yù)應(yīng)力鋼筋回縮量:每端6 mm;錨下控制應(yīng)力:頂板為0.688fpk，腹板和底板為0.70fpk。

箱梁豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋采用φ25 mm高強(qiáng)精扎螺紋鋼筋，極限強(qiáng)度為785 MPa，外側(cè)腹板各布置1只，采用JLM錨具，間距為0.5 m。錨下控制應(yīng)力σcon=700 MPa，管道摩阻損失μ=0.35，管道偏差系數(shù)k=0.003 0/m，錨頭變形引起的預(yù)應(yīng)力鋼筋回縮量:每端1 mm，鋼筋與錨圈口摩擦損失為0.05σcon=35 MPa。梁體預(yù)應(yīng)力鋼筋布置見圖4、圖5。

3.2 梁體計(jì)算主要參數(shù)

溫度荷載:按《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB10002.3—2005)計(jì)算。縱向計(jì)算設(shè)計(jì)合龍溫度取橋位處最低和最高月平均溫度平均值，均勻溫差按升降溫20℃，日照溫差按頂板升溫5℃計(jì)算。實(shí)際合龍溫度與設(shè)計(jì)不一致時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際合龍溫度進(jìn)行檢算。橫向按支承在主梁腹板中心線下緣的箱形框架計(jì)算，按升溫、降溫兩種情況，計(jì)算圖式見圖6。

圖4 1/2跨預(yù)應(yīng)力鋼筋立面(單位:cm)

圖5 1/2跨預(yù)應(yīng)力鋼筋平面

圖6 溫度荷載計(jì)算圖示

收縮徐變:梁體收縮徐變損失按老化理論計(jì)算，徐變系數(shù)為2.137，收縮應(yīng)變?yōu)?.37×10－4。

支點(diǎn)強(qiáng)迫位移:各支點(diǎn)強(qiáng)迫位移均按20 mm計(jì)算。

3.3 荷載組合

(1)主力

組合Ⅰ:結(jié)構(gòu)自重+預(yù)加力+收縮徐變+支座強(qiáng)迫位移+活載。

(2)主力加附加力

組合Ⅱ:結(jié)構(gòu)自重+預(yù)加力+收縮徐變+支座強(qiáng)迫位移+活載+均勻升溫20℃ +頂板升溫5℃。

組合Ⅲ:結(jié)構(gòu)自重+預(yù)加力+收縮徐變+支座強(qiáng)迫位移+活載+均勻降溫20度+頂板升溫5℃。

3.4 梁體反力計(jì)算

本工程軌下枕底最小道砟厚度為300 mm，包括鋼軌、道砟、軌枕、防水層、保護(hù)層、人行道欄桿或聲屏障、遮板、擋砟墻、接觸網(wǎng)支柱、電纜槽蓋板及豎墻等，二期恒載計(jì)算值為169.5 kN/m。梁體計(jì)算支反力見表1。

表1 支反力計(jì)算 kN

3.5 運(yùn)營階段應(yīng)力、強(qiáng)度、抗裂、徐變計(jì)算

針對上述三種主要荷載組合工況，分別對梁體截面正應(yīng)力、剪應(yīng)力、強(qiáng)度安全系數(shù)、抗裂安全系數(shù)、徐變拱度等進(jìn)行了分析計(jì)算，下面將主要控制截面的正應(yīng)力、剪應(yīng)力、強(qiáng)度安全系數(shù)、抗裂安全系數(shù)、徐變拱度計(jì)算值列于表2，表3。

表2 運(yùn)營階段梁體截面正應(yīng)力 MPa

表3 運(yùn)營階段剪應(yīng)力、強(qiáng)度、抗裂、徐變計(jì)算

根據(jù)《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB 10002.3—2005)第6.3.10條，運(yùn)營荷載作用下正截面混凝土壓應(yīng)力應(yīng)符合下列規(guī)定。

主力組合作用時(shí):σc≤0.5fc=16.75 MPa;主力加附加力組合作用時(shí):σc≤0.55fc=18.42 MPa。

根據(jù)《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB 10002.3—2005)第6.3.11條，運(yùn)營荷載作用下正截面混凝土受拉區(qū)應(yīng)力應(yīng)符合下列規(guī)定:對不允許出現(xiàn)拉應(yīng)力的構(gòu)件σct≤0。

由表2的截面正應(yīng)力計(jì)算值可以看出，運(yùn)營荷載作用下梁體截面各組合工況下最大正應(yīng)力為13.83 MPa，最小正應(yīng)力為1.55 MPa，均能滿足《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB10002.3—2005)的要求，預(yù)應(yīng)力鋼筋布置合理，截面正應(yīng)力計(jì)算值有效。

根據(jù)《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB 10002.3—2005)，運(yùn)營荷載作用下，混凝土最大剪應(yīng)力應(yīng)符合下列要求:σc≤0.17fc=5.695 MPa，運(yùn)營荷載作用下，強(qiáng)度安全系數(shù):K≥2.2，抗裂安全系數(shù):Kf≥1.2。由表3的計(jì)算值可以看出，運(yùn)營荷載作用下，梁體混凝土最大剪應(yīng)力σc=5.04 MPa≤5.695 MPa，最小強(qiáng)度安全系數(shù)K=2.33≥2.2，最小抗裂安全系數(shù)Kf=1.325≥1.2。計(jì)算結(jié)果均能滿足《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB10002.3—2005)第6.3.5條和第6.3.15條的規(guī)定。因此，本結(jié)構(gòu)在運(yùn)營狀態(tài)下是安全的。

4 結(jié)束語

本工程建在城市市區(qū)，主要為解決城市居民的交通出行而修建。雖然工程的功能定位為城際鐵路，受線位曲線半徑偏小因素的制約，速度目標(biāo)值并不高，列車設(shè)計(jì)荷載采用了ZC(0.6UIC)荷載。考慮到居民乘坐城際鐵路的舒適性和穩(wěn)定性，在設(shè)計(jì)中部分計(jì)算參數(shù)的取值在滿足鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范的前提下參考了客運(yùn)專線和高速鐵路的相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范和規(guī)定。目前，城際鐵路相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范及規(guī)定還未正式頒布，希望本結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思路能為今后城際鐵路預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁的設(shè)計(jì)提供參考。

［1］TB 10002.3—2005 鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范［S］

［2］TB 10002.3—2005 鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］

［3］鐵建設(shè)函［2003］205號 新建鐵路橋上無縫線路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定［S］

［4］TB 10621—2009 高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范(試行)［S］

［5］TB 10005—2010 鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范［S］

［6］范立礎(chǔ)．預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋［M］．北京:人民交通出版社，2001

［7］胡國華．山西中南部鐵路通道重載連續(xù)梁設(shè)計(jì)［J］．鐵道勘察，2012(3)

［8］楊鴻浩．大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁懸臂施工監(jiān)測與控制［J］．鐵道勘察，2007(4)

［9］王宏利．128 m大跨連續(xù)梁低溫合龍施工技術(shù)［J］．鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2010(6)

［10］童智洋，陳愛萍．預(yù)應(yīng)力索對連續(xù)曲線箱梁橋受力的影響分析［J］．橋梁建設(shè)，2008(1)