鄢玉勝
(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,西安 710043)
黃韓侯鐵路2×64 m T形剛構(gòu)橋設(shè)計(jì)
鄢玉勝
(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,西安 710043)
重點(diǎn)研究雙薄壁橋墩T形剛構(gòu)橋的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。依托黃韓侯鐵路2×64 m T形剛構(gòu)橋,采用有限元分析方法,建立全橋模型進(jìn)行計(jì)算,研究橋墩橫撐內(nèi)力特性,采用圓弧形預(yù)應(yīng)力橫撐能較好地解決雙薄壁橋墩橫撐配筋設(shè)計(jì)。
鐵路橋;T形剛構(gòu);結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);計(jì)算模型;雙薄壁橋墩;圓弧形橫撐
新建黃韓侯鐵路北塬至芝陽(yáng)段地處渭北黃土旱塬,塬高溝深,有較多的深切溝槽,T形剛構(gòu)橋在該種地形中擁有極好的適應(yīng)能力。該橋跨越長(zhǎng)寧河支溝,靠近溝頭位置,溝槽深切,橋高約45 m[1]。深溝兩側(cè)地形陡峭,不宜設(shè)橋墩,考慮橋梁造型與美學(xué)的關(guān)系,重視橋梁與環(huán)境協(xié)調(diào)[2],綜合考慮推薦選用2×64 m T形剛構(gòu)橋,全橋立面布置見(jiàn)圖1。
圖1 全橋立面布置 (單位:cm)
2.1 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
T形剛構(gòu)橋一般采用變高度的箱形截面[3],本設(shè)計(jì)梁體采用預(yù)應(yīng)力混凝土變高度連續(xù)箱梁,全聯(lián)總長(zhǎng)130.3 m,計(jì)算跨度為2×64 m。墩頂位置梁高7.50 m,現(xiàn)澆段梁高3.50 m,梁底曲線為1.6次拋物線。箱梁頂寬11.70 m,箱梁底寬6.0 m,單側(cè)懸臂長(zhǎng)2.85 m,懸臂端厚20 cm,懸臂根部厚65 cm。箱梁腹板厚50~80 cm,局部加厚至110 cm;底板厚35~80 cm,局部加厚至150 cm;頂板厚35 cm,梁體構(gòu)造見(jiàn)圖2。
箱梁縱向采用全預(yù)應(yīng)力理論設(shè)計(jì),縱向預(yù)應(yīng)力鋼束采用高強(qiáng)度低松弛鋼絞線。頂板T束、頂板合龍束采用15φ15.2 mm,腹板束采用12φ15.2 mm,底板束采用17φ15.2 mm,雙端張拉。
圖2 梁體構(gòu)造 (單位:cm)
2.2 下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.2.1雙薄壁橋墩設(shè)計(jì)
T形剛構(gòu)墩梁固結(jié),橋墩剛度不僅影響墩頂位移是否滿足要求,對(duì)主梁內(nèi)力影響也較大[4-6]。墩梁共同承受內(nèi)力,內(nèi)力是按剛度分配,如果橋墩剛度大則其分配的內(nèi)力也大,不能有效發(fā)揮主梁的抗彎能力,因此選擇合適的墩形對(duì)該橋的設(shè)計(jì)至關(guān)重要[7]。
該橋高約45 m,設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)墩形進(jìn)行比選。箱形截面空心墩整體剛度大,抗扭能力強(qiáng),但外形笨重,施工繁瑣,施工隊(duì)伍素質(zhì)的高低直接影響橋墩的施工質(zhì)量。雙薄壁橋墩對(duì)比箱形截面空心墩,其剛度較弱,但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔,施工方便,施工質(zhì)量更有保障,同時(shí)橋墩剛度也能滿足設(shè)計(jì)要求。綜合考慮墩高、跨度及施工等因素,設(shè)計(jì)時(shí)采用雙薄壁帶橫撐橋墩。雙薄壁墩在墩頂處單肢厚1.5 m,橫橋向?qū)?.0 m??v向采用直坡,橫向采用20∶1放坡,墩底2.0 m段采用馬蹄形構(gòu)造,以滿足剛性角要求,降低承臺(tái)配筋量。剛構(gòu)墩立面、側(cè)面見(jiàn)圖3。
圖3 剛構(gòu)墩側(cè)面、正面(單位:cm)
結(jié)合文獻(xiàn)[11]等相關(guān)研究,本設(shè)計(jì)墩身采用C55混凝土,全墩高均添加聚丙烯纖維以改善混凝土性能,增強(qiáng)抗裂性。
2.2.2 橫撐設(shè)計(jì)
為克服雙薄壁橋墩剛度較弱的特點(diǎn),設(shè)計(jì)時(shí)在橋墩中間設(shè)置1道橫撐。橫撐的設(shè)計(jì)在整個(gè)下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中非常重要,直接影響到橋梁的整體剛度和橋墩的受力。本次設(shè)計(jì)橫撐中間厚度取1.2 m,與雙薄壁橋墩連接位置厚度加大至2.2 m,采用圓弧過(guò)渡,以保證力的有效傳遞。
為了克服橫撐構(gòu)件自身尺寸小、內(nèi)力大的特點(diǎn),在橫撐設(shè)計(jì)時(shí)布置預(yù)應(yīng)力鋼束提供軸向力,降低橫撐普通鋼筋配筋難度。橫撐橫向設(shè)計(jì)寬度取7.19 m,布置32根7φ15.2 mm鋼絞線,分2排布置,單端張拉,每排鋼束交替張拉錨固。橫撐預(yù)應(yīng)力布置和張拉示意見(jiàn)圖4。
圖4 橫撐預(yù)應(yīng)力布置和張拉示意(單位:cm)
3.1 上部結(jié)構(gòu)縱向靜力計(jì)算
3.1.1 計(jì)算模型簡(jiǎn)述
縱向靜力計(jì)算采用BSAS有限元程序,按照梁段施工和鋼束張拉順序?qū)Y(jié)構(gòu)進(jìn)行離散。施工考慮荷載包括自重、預(yù)應(yīng)力、施工掛籃重、體系轉(zhuǎn)換、風(fēng)荷載等。運(yùn)營(yíng)考慮荷載為頂板不均勻升溫,整體升溫,整體降溫,不均勻沉降等[8]。
3.1.2 主要計(jì)算結(jié)果
(1)整體剛度控制
豎向靜活載下位移:0.017 m,為跨度的1/3 765,滿足規(guī)范要求≤L/800。中-活載作用下梁端轉(zhuǎn)角:1.14‰,滿足規(guī)范要求≤3‰[9]。
(2)截面應(yīng)力及強(qiáng)度安全系數(shù)
運(yùn)營(yíng)階段截面最大應(yīng)力12.94 MPa,最小應(yīng)力1.20 MPa,強(qiáng)度安全系數(shù)2.37(主力)、2.15(主+附),滿足文獻(xiàn)[9]中相應(yīng)條款要求。
3.2 箱梁橫向計(jì)算
計(jì)算思路:箱梁橫向計(jì)算采用簡(jiǎn)化計(jì)算方法,沿橋縱向取1 m梁段簡(jiǎn)化為帶剛性支撐的框架結(jié)構(gòu)。計(jì)算荷載包括恒載(自重和二期)、活載及溫度力等。
3.3 全橋動(dòng)力分析
采用元程序MIDAS建立全橋模型,按照剛度等效原則采用彈簧剛度模擬土的約束作用,主梁和薄壁橋墩之間采用剛性連接。動(dòng)力計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。
表1 全橋動(dòng)力計(jì)算結(jié)果
(1)當(dāng)線路跨越“V”形溝槽與河谷時(shí),從橋梁建筑美學(xué)的基本觀點(diǎn)出發(fā),橋梁除了滿足使用功能外,它更應(yīng)是一件建筑藝術(shù)品。采用T形剛構(gòu)橋梁,可實(shí)現(xiàn)橋梁與環(huán)境融為一體,自然和諧。
(2)T形剛構(gòu)橋整體性較好,抗震性能和抗扭性能更為出色;同時(shí),墩梁固結(jié)有利于懸臂施工,且可以減少大型支座及其養(yǎng)護(hù)維修和更換[12]。
(3)雙薄壁橋墩地震力作用下除了關(guān)注墩底延性設(shè)計(jì)外,墩頂及橫撐構(gòu)件配筋設(shè)計(jì)往往容易忽視。在地震力作用下,橫撐構(gòu)件內(nèi)力表現(xiàn)為兩端彎矩大,中間彎矩小。橫撐構(gòu)件與墩身相接處彎矩往往比墩身還大,但整個(gè)橫撐構(gòu)件軸力又很小,配筋難度很大。此時(shí),結(jié)合橫撐受力特點(diǎn),選用兩端截面大、中間截面小的圓弧形預(yù)應(yīng)力橫撐構(gòu)件,既能大大降低配筋設(shè)計(jì)難度,又節(jié)省混凝土用量,更經(jīng)濟(jì)、美觀。
本橋的設(shè)計(jì)為類似地形地段橋梁的選型提供了參考,設(shè)計(jì)內(nèi)容和思路為后續(xù)T形剛構(gòu)橋梁的設(shè)計(jì)提供了技術(shù)支持。
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Design of (2×64)m T Shaped Rigid Frame Bridge on Huangling-Hancheng-Houma Railway
Yan Yusheng
(China Railway First Survey and Design Institute Group Ltd., Xi’an 710043, China)
This paper studies the design main points of T shaped rigid frame bridge with double thin-wall pier. Relying on the design of 2×64 m T shaped rigid frame bridge on the Huangling-Hancheng-Houma Railway, using finite element analysis, this paper introduces the characteristics of internal forces of the cross-brace. The study shows that arc shaped pre-stressed cross-brace can a better solution for the design of the cross-brace reinforcement for double thin wall piers.
Railway bridge; T shaped rigid frame bridge; Structural design; Calculation model; Double thin-wall pier; Arc shaped cross-brace
2014-02-16;
:2014-03-19
鄢玉勝(1981—),男,工程師,2008年畢業(yè)于西南交通大學(xué)橋梁與隧道工程專業(yè),工學(xué)碩士,E-mail:563500168@qq.com。
1004-2954(2014)11-0094-03
U448.23+1
:A
10.13238/j.issn.1004-2954.2014.11.022