合蚌高鐵(76+160+76)m連續(xù)梁拱組合結(jié)構(gòu)設(shè)計研究

齊 林

(中鐵上海設(shè)計院集團有限公司，上海 200070)

合蚌高鐵(76+160+76)m連續(xù)梁拱組合結(jié)構(gòu)設(shè)計研究

齊 林

(中鐵上海設(shè)計院集團有限公司，上海 200070)

通過對合蚌高鐵(76+160+76)m連續(xù)梁拱組合結(jié)構(gòu)的研究，介紹了主橋結(jié)構(gòu)設(shè)計要點和施工方法，指出采用“異位拼裝，縱向就位”的主拱架設(shè)方法，解決了傳統(tǒng)方法中拼裝時間長，給橋下既有鐵路帶來安全隱患的難題，降低了運營風(fēng)險。

連續(xù)梁拱，組合結(jié)構(gòu)，動力分析，拱肋穩(wěn)定計算

1 工程概況

新建鐵路合肥—蚌埠高鐵于DK49+145.107處跨越淮南鐵路，線位與既有線夾角為13°。該段既有淮南線為雙線，線間距4.0 m，路基寬12 m，填土高1.8 m，正在進行電氣化改造。合蚌客專采用主跨為160 m連續(xù)梁—拱組合橋跨越。

合蚌高鐵跨淮南鐵路特大橋主橋采用(76+160+76)m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁拱的組合結(jié)構(gòu)。主橋橋型布置圖見圖1。

主要技術(shù)標準如下：

1)線路：高鐵，雙線，線間距5 m，主橋平面位于曲線，縱坡i=9‰，設(shè)計行車速度為350 km/h。

2)設(shè)計恒載：混凝土容重26.5 kN/m3；二期恒載141.37 kN/m；支點不均勻沉降2 cm。

3)設(shè)計活載：ZK活載。

4)線路條件：本橋位于半徑R=10 000 m的平曲線上，半徑30 000 m的豎曲線上。

2 主橋結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 主梁構(gòu)造及節(jié)段劃分

1)截面尺寸。主梁采用單箱雙室變高度箱形截面，直腹板，中支點處梁高8.5 m，跨中、邊支點處梁高5.0 m，底板下緣采用圓弧過渡，箱梁普通段頂寬13.3 m，底寬10.2 m，中支點處頂局部加寬至16.1 m、底寬14.3 m。

箱梁頂板厚度42 cm，邊支點局部加大至72 cm，中支點局部加大至102 cm;底板厚度35 cm～102 cm，邊支點局部加大至80 cm，中支點局部加大至140 cm；橫向三腹板等厚，厚度沿縱向分為40 cm，55 cm，70 cm三種，邊支點局部加大至85 cm，中支點局部加大至130 cm。

2)橫隔板設(shè)置。全梁共設(shè)置5道橫隔板，其中邊支點、中支點各2道，中跨中1道，厚度分別為1.6 m，4.0 m，1.0 m。

3)吊點橫梁設(shè)置。對應(yīng)全橋17道吊桿，梁部設(shè)置17道吊點橫梁，橫梁高1.54 m，寬0.4 m，橫向長13.3 m。主橋橫斷面見圖2。

2.2 主梁預(yù)應(yīng)力

主梁設(shè)置縱向、豎向雙向預(yù)應(yīng)力?？v向預(yù)應(yīng)力筋采用1×7-15.2-1860-GB/5224-2003預(yù)應(yīng)力鋼絞線。縱向預(yù)應(yīng)力鋼束采用OVM錨具，管道采用金屬波紋管成孔。由于主梁橫向采用單箱三室截面，雖橫向較寬(達13.3 m)，該橋并未設(shè)置橫向預(yù)應(yīng)力。

豎向預(yù)應(yīng)力采用φ32 mm高強精軋螺紋鋼筋，內(nèi)徑45 mm鐵皮管成孔。腹板厚0.4 m～0.7 m，豎向預(yù)應(yīng)力均于梁頂張拉。

2.3 拱肋構(gòu)造

主拱采用鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，計算跨度L=160 m，設(shè)計矢高f=32 m，矢跨比f/L=1/5，拱軸線采用二次拋物線，設(shè)計拱軸線方程：Y=-1/200X2+0.8X。拱肋弦管及綴板內(nèi)填充C55微膨脹混凝土。拱肋截面見圖3。

2.4 橫撐

兩榀拱肋中心距12.5 m，全橋共設(shè)11道橫撐，橫撐均采用空間桁架撐，各橫撐由4根φ450×12 mm主鋼管和32根φ250×10 mm連接鋼管組成，橫撐和斜撐均采用Q235qD鋼材，鋼管內(nèi)部不填混凝土，見圖4。

2.5 吊桿

吊桿順橋向間距8 m，全橋共設(shè)17組雙吊桿。吊桿采用PES(FD)7-55型低應(yīng)力防腐拉索(平行鋼絲束)，抗拉強度標準值fpk=1 670 MPa，Ep=2.0×105MPa。

2.6 拱腳構(gòu)造

1)拱腳尺寸。縱向12 m，橫向1.8 m，對應(yīng)邊腹板范圍由2.75 m加寬至3.35 m，以將拱腳豎向力傳至支座、橋墩。

2)聯(lián)接鉸。聯(lián)接鉸為臨時構(gòu)件，設(shè)在拱腳第一、二次澆筑混凝土面上，鉸間涂抹黃油，以保證鉸能轉(zhuǎn)動。

3)預(yù)埋鋼管。沿拱腳混凝土澆筑分層線以下，預(yù)埋鋼管外壁滿布剪力釘，鋼管底部與圓形鋼板并通過加勁肋加強，圓形鋼板下設(shè)4層承壓鋼筋網(wǎng)。

4)預(yù)應(yīng)力筋及普通鋼筋設(shè)置。拱腳段沿拱肋軸線兩側(cè)滿布φ32的豎向預(yù)應(yīng)力筋，下端固定在梁底。

普通鋼筋主要是面筋，沿縱、橫向設(shè)置兩層圈梁式面筋，另外沿預(yù)埋鋼管軸向設(shè)置@15 cm的箍筋。

3 施工方法

該橋施工方法采用“先梁后拱”，主梁采用掛籃懸灌、主拱肋采用“異橋位拼裝、縱移就位”施工，下部結(jié)構(gòu)的圓端形實體橋墩采用現(xiàn)澆、基礎(chǔ)采用鉆孔樁。

拱腳混凝土澆筑分為兩階段，一期部分混凝土隨0號塊一起施工，混凝土澆筑之前、定位角鋼、預(yù)埋鋼管、聯(lián)結(jié)鉸下部及預(yù)應(yīng)力筋錨固端精確定位、預(yù)埋，待0號塊縱向索張拉完成后，張拉拱腳豎向預(yù)應(yīng)力筋；隨后懸臂澆筑并合龍梁部，在梁上拼裝拱肋，安裝聯(lián)結(jié)鉸，豎轉(zhuǎn)并合龍拱肋，施工拱腳嵌補段，拆除聯(lián)結(jié)鉸，再澆筑拱腳二期混凝土。

4 主要計算結(jié)果

主梁在成橋階段及運營階段的正應(yīng)力計算結(jié)果見表1，主應(yīng)力計算結(jié)果見表2，主梁抗裂及強度計算見表3，拱肋強度計算結(jié)果見表4。

表1 主梁正應(yīng)力計算結(jié)果 MPa

表2 主梁主應(yīng)力計算結(jié)果 MPa

表3 主梁抗裂及強度計算結(jié)果

表4 拱肋強度計算結(jié)果

從表1～表4可見，主梁正應(yīng)力、主應(yīng)力、抗裂、強度及拱肋強度均滿足規(guī)范要求。

理論計算殘余徐變變形：中跨跨中上拱16.6 mm，邊跨跨中下?lián)?.3 mm。

在ZK靜活載作用下中跨最大撓度值-30.4 mm,為跨度的1/5 263，小于L/1 500，邊跨撓度-11.4，為跨度的1/6 667，小于L/1 500。

在ZK靜活載作用下，邊跨與中跨支座轉(zhuǎn)角為0.595‰(rad)和0.564‰(rad)，均小于1‰(rad)。

5 拱肋穩(wěn)定計算[1-6]

拱肋穩(wěn)定計算的模式即格構(gòu)柱的穩(wěn)定計算模式，格構(gòu)柱一般縱、橫向均存在整體與局部穩(wěn)定，分述如下：

1)縱向穩(wěn)定：由于拱肋縱向上、下鋼管之間采用連續(xù)的綴板或很密的弦管，其單管局部穩(wěn)定可以保障，因此規(guī)范對縱向只檢算整體穩(wěn)定。

2)橫向穩(wěn)定：由于拱肋橫向撐不連續(xù)且剛度變化較大，一般存在局部穩(wěn)定問題，規(guī)范中橫向穩(wěn)定的計算公式綜合考慮了整體與局部兩個方面，其中拱肋間距、雙拱特性是整體方面的，單拱特性、橫撐特性、橫撐間距是局部方面的。

拱肋穩(wěn)定的特點：該橋為強梁弱拱結(jié)構(gòu)，單拱拱肋采用啞鈴型截面。相對四管的截面而言，啞鈴型截面縱向剛度大、橫向剛度小，相應(yīng)拱肋橫向局部穩(wěn)定問題比較突出，需要較強的橫向撐，對橫向撐的布置密度及自身剛度均有一定的要求。

拱肋穩(wěn)定系數(shù)計算值：該橋兩榀拱肋之間共設(shè)11道“一”字形橫撐，橫撐均采用空間桁架撐，各橫撐由4根φ450×12 mm主鋼管和32根φ250×10 mm連接鋼管組成，經(jīng)過計算得出如下結(jié)果：

1)縱向穩(wěn)定性。

拱肋的最大水平推力Hmax1=42 494.1 kN；

極限水平推力Hcr=409 779.7 kN;

拱的縱向穩(wěn)定安全系數(shù)K=Hcr/Hmax1=9.64>8，滿足要求。

2)橫向穩(wěn)定性。

拱肋L/4處最大軸力Nmax1=54 419.0 kN。

臨界軸力Ncr=300 218.2 kN。

拱的橫向穩(wěn)定安全系數(shù)K=Ncr/Nmax1=5.52>4，滿足要求。

6 結(jié)語

1)九龍崗特大橋主跨采用(76+160+76)m連續(xù)梁拱組合橋結(jié)構(gòu)，位于曲線上，是目前國內(nèi)同類橋型中最大跨度的曲線連續(xù)梁拱橋。通過橋式方案的比選，提出了合理的結(jié)構(gòu)，解決了組合結(jié)構(gòu)的構(gòu)造處理和空間受力問題，降低了梁高，減少橋長，節(jié)省了工程費用。

2)提出了拱腳復(fù)雜結(jié)構(gòu)有效的加強措施，有效的保證了結(jié)構(gòu)的可靠及安全，為同類橋梁進一步發(fā)展提供了有益的借鑒。

3)提出了“異位拼裝，縱向就位”的主拱架設(shè)方法，解決了傳統(tǒng)方法中拼裝時間長、給橋下既有鐵路帶來安全隱患的難題，節(jié)省了投資，提高了工效，有效降低了安全風(fēng)險。

[1] 陳寶春.鋼管混凝土拱橋設(shè)計與施工[M].北京：人民交通出版社，2000.

[2] 李國豪.橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定與振動[M].北京：中國鐵道出版社，2003.

[3] 吳清明.復(fù)合鋼管混凝土橋梁研究與實踐[M].北京：人民交通出版社，2007.

[4] 王 禎，李鳳芹，王召祜.青藏鐵路拉薩河特大橋主橋設(shè)計[J].鐵道標準設(shè)計，2004(6):1-3.

[5] 朱張峰，郭正興，劉利軍.京滬高鐵(90+180+90)m連續(xù)梁拱橋結(jié)構(gòu)性能分析[J].鐵道工程學(xué)報，2011(1):31-34.

[6] 鄒 巖．大西客運專線(74.9+148+128+148+74.9)m連續(xù)梁拱設(shè)計研究[J]．鐵道勘察，2012(1)：92-95.

Design and research of(76+160+76)m continuous beam arch combination structure of Hefei-Bengbu high-speed railway

QI Lin

(ChinaRailwayShanghaiDesignInstituteGroupCo.,Ltd,Shanghai200070,China)

According to the research on (76+160+76)m continuous beam arch combination structural design along Hefei-Bengbu Express Railway, the paper introduces the design points and the construction methods of the main bridge structure, points out the main arch erection method of the non-bridge-place assembling and longitudinal positioning, and solves the safety hidden hazards on existing railway caused by the long assembling period of the traditional methods, so as to relieve the operation risk.

continuous beam arch, combination structure, dynamic analysis, arch stability calculation

1009-6825(2014)11-0187-03

2014-01-26

齊 林(1981- )，男，碩士，工程師

U448.215

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