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)

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

1 工程概況

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 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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 結(jié)構(gòu)計(jì)算

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

4 結(jié)語(yǔ)

(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。

[1] 中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.黃韓侯鐵路長(zhǎng)寧河大橋施工圖設(shè)計(jì)[Z].西安：中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，2011．

[2] 范立礎(chǔ).橋梁工程[M].北京:人民交通出版社，2001．

[3] 邵旭東 程翔云 李立峰.橋梁設(shè)計(jì)與計(jì)算[M].北京：人民交通出版社，2007．

[4] 楊正華.西平鐵路(54+3×90+54)m剛構(gòu)連續(xù)梁設(shè)計(jì)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2012(9):64-67．

[5] 錢楓.馬坡洛河特大橋剛構(gòu)連續(xù)梁設(shè)計(jì)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2010(6):87-89．

[6] 宋韜彬.主跨220 m剛構(gòu)-連續(xù)組合梁橋設(shè)計(jì)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2009(3):29-32．

[7] 陳殿邦.雙薄壁高墩連續(xù)剛構(gòu)橋墩頂水平位移分析[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2012．

[8] 中華人民共和國(guó)鐵道部.TBl0002.1—2005 鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范[S].北京:中國(guó)鐵道出版社，2005．

[9] 中華人民共和國(guó)鐵道部.TBl0002.3—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].北京:中國(guó)鐵道出版社，2005．

[10] 中華人民共和國(guó)建設(shè)部.GB50111—2006 鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國(guó)計(jì)劃出版社，2009．

[11] 方志 王飛.大跨雙薄壁高墩連續(xù)剛構(gòu)橋雙懸臂施工狀態(tài)非線性穩(wěn)定分析[J].工程力學(xué)，2009(7):155-161．

[12] 李亞?wèn)|.橋梁工程概論[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，2001．

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