青龍山特大橋空間異形剛架橋設(shè)計(jì)及優(yōu)化

劉媛

(中鐵上海設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，上海 200070)

青龍山特大橋空間異形剛架橋設(shè)計(jì)及優(yōu)化

劉媛

(中鐵上海設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，上海 200070)

空間剛架結(jié)構(gòu)采用墩梁固結(jié)的構(gòu)造，在豎向荷載作用下，能夠利用固結(jié)端的負(fù)彎矩降低梁的跨中彎矩，從而達(dá)到減小梁高的目的。在橋下凈空受限的情況下，根據(jù)剛架結(jié)構(gòu)的力學(xué)特點(diǎn)，進(jìn)行形狀優(yōu)化可極大地改善線路條件，更好適應(yīng)地形。結(jié)合青龍山特大橋的設(shè)計(jì)，介紹了空間剛架結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及不同橋式方案的選擇。采用有限元方法對選取1號節(jié)段剛架進(jìn)行驗(yàn)算，結(jié)果表明剛架各控制點(diǎn)參數(shù)均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求?？臻g異型剛架橋方案可為線路夾角小、凈空受限的橋梁工程施工設(shè)計(jì)提供有益參考。

橋梁工程；空間異形剛架；方案比選；設(shè)計(jì)；優(yōu)化

1 工程概況

圖1 平面布置圖（單位：cm）

2 結(jié)構(gòu)選擇

2.1 門式墩+連續(xù)梁

方案一：連續(xù)梁梁高 2.5m，門式墩蓋梁高 3.5m，考慮支座后結(jié)構(gòu)總高度為2.5+3.5+0.65=6.65m。

方案二：將連續(xù)梁嵌入門式墩中做成隱蓋梁，結(jié)構(gòu)總高度為3.5m。

上述方案設(shè)計(jì)如圖2(a)和(b)所示。

圖2 門式墩+連續(xù)梁方案（單位：cm）

2.2 門式剛架

剛架頂板厚度為0.9m，邊墻1.0m。

圖3 門式剛架方案（單位：cm）

如圖 3所示，采用門式剛架，結(jié)構(gòu)高度最小，可在滿足橋下凈空的條件下，為優(yōu)化線路縱坡提供條件。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 空間剛架結(jié)構(gòu)

Teece （1986）［11］認(rèn)為協(xié)調(diào)柔性是提高企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新能力的重要因素。資源的有效獲取和利用是企業(yè)保持競爭優(yōu)勢的關(guān)鍵因素，協(xié)調(diào)柔性的提高可以使企業(yè)將所獲取資源進(jìn)行高效利用，并將其用于生產(chǎn)中，快速進(jìn)入新市場，促進(jìn)企業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新能力提升。

空間剛架通過邊墻與頂板的剛性連接，邊墻與承臺及樁基與承臺的固結(jié)，形成空間無底板的空間門式剛架結(jié)構(gòu)。由于采用了墩梁固結(jié)措施，提高了工程的經(jīng)濟(jì)性，且施工過程不發(fā)生進(jìn)行體系轉(zhuǎn)換。在豎向荷載作用下，利用固結(jié)端的負(fù)彎矩降低了梁的跨中彎矩，從而達(dá)到減小梁高的目的。邊墻平行于既有線設(shè)置，在新線下采用了加寬設(shè)計(jì)，形成了一個(gè)異形剛架。邊墻采用部分掏空設(shè)計(jì)，在既有線通車后既滿足了采用需要，也滿足了景觀要求。

3.2 剛架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為更好地適應(yīng)地形及線路的要求，剛架劃分5個(gè)階段。剛架頂面寬16～20.7m，道砟槽內(nèi)側(cè)寬4.6m，線路左側(cè)設(shè)聲屏障，右側(cè)為欄桿，兩側(cè)人行道寬度為1.05m。1號節(jié)段線路左側(cè)剛架設(shè)1.35～0.525m懸臂，3～5號節(jié)段線路右側(cè)設(shè)2.1～0.525m懸臂。剛架頂板厚0.9m，頂板與與剛架邊墻連接處設(shè)50×150cm的梗斜。邊墻厚度為1m，高10.5m～12.5m。如圖4所示。

圖4 空間剛架布置（單位：cm）

4 模型計(jì)算

4.1 計(jì)算方法

剛架橋空間模型采用有限元分析軟件Midas Civil進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)縱橫梁傳力體系，采用三維梁單元模擬剛架結(jié)構(gòu)。各構(gòu)件間通過剛臂鏈接。采用土彈簧模擬樁土的相互作用。利用虛擬梁單元建立車道，進(jìn)行活載加載。選取 1號節(jié)段剛架進(jìn)行驗(yàn)算。

4.2 模型建立

1號節(jié)段凈跨度為14m～19.203m，兩側(cè)邊墻縱向長度分別為29.136m，24.373m，邊墻高度分別為10.5m，12.5m。在建立模型時(shí)，將剛架簡化為凈跨徑19m，縱向長度29m的模型進(jìn)行計(jì)算，得到的結(jié)果應(yīng)是偏于安全的。建立的異型剛架空間有限元模型如下圖5所示。

圖5 剛架橋空間計(jì)算模型

4.3 計(jì)算結(jié)果分析

表1 主力作用下1號剛架控制截面配筋及應(yīng)力表

表1計(jì)算結(jié)果均滿足[δf]=0.2mm，[σc]=13.5 MPa， [σs]=210MPa的要求。

表2 主力+附加力作用下1號剛架控制截面配筋及應(yīng)力表

表2計(jì)算結(jié)果均滿足[δf]=0.24mm，[σc]=13.5 MPa，[σs]=210MPa的要求。

經(jīng)計(jì)算，剛架梗斜兩側(cè)、開孔處剪應(yīng)力均小于[σtp-2]=0.9MPa，可不按構(gòu)造配筋。計(jì)算結(jié)果如表3所示。剛架邊墻處的主拉應(yīng)力均小于[σtp-2]=0.9MPa。

表3剛架頂板控制點(diǎn)剪應(yīng)力結(jié)果

上述結(jié)果表明，異型剛架橋的各控制參數(shù)均滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求[1-3]。

5 結(jié)論

（1）針對青龍山特大橋工程現(xiàn)狀，為避免影響既有線運(yùn)營，在青符聯(lián)絡(luò)線右側(cè)(LK4+000-LK4 +830)設(shè)置施工便線，并進(jìn)行了方案設(shè)計(jì)與比選，墩梁固結(jié)措施提高了工程的經(jīng)濟(jì)性，降低了梁的跨中彎矩，達(dá)到了減小梁高的目的；

（2）有限元計(jì)算結(jié)果表明，所選方案滿足施工期間的運(yùn)營線安全要求。因此在交叉角度小，橋下凈空受限的條件下，采用空間剛架結(jié)構(gòu)不失為一種合理的選擇。

[1] TB10002.1-2005,鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范[S]

[2] TB10002.3-2005,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] TB10002.4-2005,鐵路橋涵混凝土和砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S]

[4] TB10002.5-2005,鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S]

[5] TB10005-2010,鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范[S]

[6] 王昌鵬.京滬高速鐵路北京特大橋跨西黃右線空間剛架結(jié)構(gòu)分析[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2010(3)：62-64

Design and Optimization of Special-shaped Spatial Rigid Frame in Qinglongshan Bridge

LIU Yuan
(China Railway Shanghai Design Institute Group Co.,Ltd. Shanghai 200070,China)

Mid-span moment of spatial rigid frame which adopts the fixed pier beam system is reduced as a result of the negative moment of the fixed end, so the height of the beam is decreased. With insufficient of the clearance under bridge, shape optimization taking advantage of the spatial rigid frame can improve line’s ability of adapting the restriction of geography. According to the design of Qinglongshan Bridge, structure feature of spatial rigid frame was introduced and a scheme comparison of different bridge types was performed. Finite element software Midas was sleeted to calculate the rigid frame, and the results showed that the design scheme can satisfied requirement of strength, stiffness and stability .The paper may offer some references for the similar engineering with small angle and limited clearance.

bridge construction; special-shaped spatial rigid frame; scheme comparison; design; optimization

TU7

B

1007-6344（2015）08-0094-02

劉媛(1979-)，女,漢族,河南陜縣人,碩士，工程師，從事結(jié)構(gòu)分析與橋梁設(shè)計(jì)研究