高速鐵路大跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁設(shè)計

王玉玨

(中鐵二院工程集團有限責(zé)任公司，四川成都610031)

1 設(shè)計概況

西成客專嘉陵江特大橋，跨越嘉陵江及綿廣高速公路。是西成客專最大跨度的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋。設(shè)計行車速度250 km/h，設(shè)計荷載ZK活載，線路鋪設(shè)CRTSI型雙塊式無砟軌道。梁體自重γ取26.5 kN/m3，二期恒載按145 kN/m計，相鄰支點不均勻沉降1 cm，溫度變化按整體升降溫20℃，頂板升溫5℃考慮。

2 構(gòu)造及施工方法

本橋梁體設(shè)計為單箱單室、變高度、變截面箱梁(圖1)，梁體混凝土強度等級為C55，梁體全長297.5 m,中跨中部18 m梁段和邊跨端部13.75 m梁段為等高梁段,梁高6 m；中墩處梁高為11 m,其余梁段梁底下緣按二次拋物線Y=6+5×X2/3481m變化，其中以6號或42號截面頂板頂為原點，x=0～59 m。箱梁頂板寬12.2 m,箱底寬7.2 m。全橋頂板厚50 cm;底板厚48～100 cm，在梁高變化段范圍內(nèi)按折線變化,邊跨端塊處底板厚由48 cm漸變至100 cm;腹板厚45～100 cm,按折線變化，邊跨端塊處腹板厚由45 cm漸變至100 cm。梁體在支座處設(shè)橫隔板,全聯(lián)共設(shè)4道橫隔板,橫隔板中部板中部設(shè)有孔洞,以利檢查人員通過。

圖1 梁體構(gòu)造

梁體按三向預(yù)應(yīng)力設(shè)計，縱向、橫向、豎向均設(shè)預(yù)應(yīng)力。

(1) 縱向：梁體縱向頂板、底板、腹板束采用19-15.2高強度低松弛鋼絞線，并采用內(nèi)徑100 mm、外徑114 mm的塑料波紋管成孔，M15A-19群錨錨固。施工時采用真空壓漿工藝。鋼絞線抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值fpk=1 860 MPa，彈性模量Ep=195 GPa,公稱直徑為15.20 mm，其技術(shù)條件應(yīng)符合(GB/T 5224-2003)標(biāo)準(zhǔn)。張拉千斤頂均采用YCW500B型。

(2) 豎向：梁體腹板豎向預(yù)應(yīng)力采用公稱直徑32 mm的PSB830預(yù)應(yīng)力混凝土用螺紋鋼筋，其抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值fpk=830 MPa、彈性模量Ep=200 GPa。內(nèi)徑45 mm鐵皮管成孔，JLM-32型錨具錨固；在腹板內(nèi)單、雙排布置。

(3) 橫向：梁體橫向頂板束采用4-15.2高強度低松弛鋼絞線，并采用內(nèi)徑寬72 mm、高23 mm的扁形塑料波紋管成孔，BM15-4扁形錨具(張拉端)和BM15P-4扁形錨具(非張拉端)錨固。施工時采用真空壓漿工藝。鋼絞線抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值fpk=1 860 MPa，彈性模量Ep=195 GPa,公稱直徑為15.20 mm，其技術(shù)條件應(yīng)符合(GB/T 5224-2003)標(biāo)準(zhǔn)。張拉千斤頂采用YCW100B型。

本橋采用懸臂澆筑施工，先中后邊的合龍方式，邊跨不設(shè)合龍段。

3 設(shè)計難點

鋪設(shè)無砟軌道的橋梁，尤其是大跨橋梁，工后徐變的要求很高。因此，如何將工后徐變控制在要求的范圍內(nèi)，是本橋的設(shè)計重點。大量研究表明，控制恒載上下緣應(yīng)力差在3 MPa以內(nèi)可以有效的控制工后徐變。因此，通過調(diào)整鋼束的配制，控制恒載上下緣應(yīng)力差(恒載作用下，梁體上下緣應(yīng)力如圖2所示)，工后徐變?yōu)?2.26 mm。

圖2 恒載作用下，梁體上下緣應(yīng)力

4 計算結(jié)果

(1)運營階段應(yīng)力：在最不利組合下，梁體最大壓應(yīng)力為15.8 MPa，最小壓應(yīng)力為0.53 MPa；梁體最大剪應(yīng)力為4.58 MPa。

(2)施工階段應(yīng)力：梁體最大壓應(yīng)力為15.3 MPa，梁體最大拉應(yīng)力為-1.09 MPa。

(3)正截面抗裂性：梁體最不利截面安全系數(shù)Kf=1.44(主力+附加力)。

(4)斜截面抗裂性：梁體最大主拉應(yīng)力為-2.1 MPa，最大主壓應(yīng)力為15.08 MPa。

(5)靜活載作用下的撓度值：在靜活載作用下,邊跨最大撓度值16.16 mm，小于1.1L/1400=59.7 mm。中跨最大撓度值-55.69 mm，小于1.1L/1000=158.4 mm。靜活載與溫度共同作用下，邊跨最大撓度值17.01 mm，小于1.1L/1400=59.7 mm。中跨最大撓度值-53.74 mm，小于1.1L/1000=158.4 mm。梁端豎向轉(zhuǎn)角為0.66‰ rad。

(6)正截面強度檢算：梁體最不利截面安全系數(shù)K=2.26(主力)、2.17(主+附)。

(7)本設(shè)計二期恒載上橋時間按預(yù)加應(yīng)力60 d后計算，梁體徐變上拱度在軌道鋪設(shè)后為-2.26 mm。

(8)連續(xù)梁全橋豎向自振周期0.88 s(圖3)。

圖3 連續(xù)梁一階豎向自振振形

5 小結(jié)

連續(xù)梁是鐵路橋梁中常見的結(jié)構(gòu)形式。無砟軌道橋梁設(shè)計與有砟軌道橋梁設(shè)計的重點在于要嚴(yán)格控制工后徐變及梁端轉(zhuǎn)角，以保證無砟軌道的變形要求及行車的平穩(wěn)性。如上所述，主跨144 m的混凝土連續(xù)梁，完全滿足高速鐵路的設(shè)計要求。

[1] 田仲初，彭蓉，蔣田勇. 高速鐵路大跨度連續(xù)梁橋邊跨不設(shè)合攏段的溫度效應(yīng)分析[J]. 交通科學(xué)與工程，2011(3)

[2] 黃毅.混凝土連續(xù)箱梁日照溫度場及溫度效應(yīng)研究[D]. 武漢：武漢理工大學(xué)，2009

[3] 劉興法.混凝土結(jié)構(gòu)的溫度應(yīng)力分析[M]. 北京：人民交通出版社，1991

[4] 付玉春.混凝土梁橋的溫度場與溫度應(yīng)力研究[D]. 成都：西南交通大學(xué)，2006

[5] 陳寶春.鋼管混凝土拱橋計算理論研究進展[J].土木工程學(xué)報，2003(12)

[6] 劉永鋒.南廣鐵路南江大橋預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁設(shè)計[J].高速鐵路技術(shù)，2010(z1)