京沈客專60 m+4×106 m+60 m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁設(shè)計(jì)

薛杰

（鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津市 300142）

京沈客專60 m+4×106 m+60 m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁設(shè)計(jì)

薛杰

（鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津市 300142）

京沈客運(yùn)專線在北京市密云境內(nèi)跨越潮白河，根據(jù)橋址處自然環(huán)境，設(shè)計(jì)采用60 m+4×106 m+60 m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁型式跨越潮白河，梁部采用單箱單室直腹板變截面箱形梁，設(shè)置三向預(yù)應(yīng)力體系。簡要介紹60 m+4×106 m+60 m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工方法，通過結(jié)構(gòu)計(jì)算分析表明該橋設(shè)計(jì)合理，各項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求，可為此類客運(yùn)專線長聯(lián)大跨連續(xù)梁設(shè)計(jì)提供參考。

客運(yùn)專線；預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；計(jì)算分析

1 工程概況

新建北京至沈陽鐵路客運(yùn)專線，在北京市密云境內(nèi)跨越潮白河，橋址處潮白河主槽寬約500 m，河道斷面近似為梯形橫斷面，兩側(cè)均有防洪大堤，橋址處河道較為順直?？绯卑缀訕蛑穮^(qū)地處懷柔、密云交界附近，屬于山前平原區(qū)，為沖洪積平原，地形較平坦，潮白河自橋址區(qū)往北逐漸進(jìn)入山區(qū)。

橋址區(qū)域地震基本烈度為Ⅷ度，動(dòng)峰值加速度0.20 g，場地土類別為Ⅱ類，土壤最大凍結(jié)深度為0.80 m。根據(jù)地質(zhì)鉆孔及勘探資料顯示，橋址區(qū)地質(zhì)主要為黏土、粉土、粗圓礫土、卵石土。橋址處潮白河設(shè)計(jì)流量2 915 m/s，主橋線位位于直線上。為減小鐵路橋梁對(duì)河道行洪的影響，設(shè)計(jì)結(jié)合線路平縱斷面、地形地貌、水文及防洪等多方面條件，采用60 m+4×106 m+60 m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁型式跨越潮白河主槽及邊灘，分別采用1聯(lián)60 m+ 100 m+60 m連續(xù)梁跨越潮白河兩側(cè)大堤。

60 m+4×106 m+60 m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，橋梁立面布置見圖1。

圖1 橋梁立面布置圖（單位：cm）

2 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)荷載

2.1 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

（1）設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：客運(yùn)專線；

（2）設(shè)計(jì)速度目標(biāo)值：該區(qū)段設(shè)計(jì)速度目標(biāo)值為300 km/h；

（3）正線數(shù)目：雙線；

（4）軌道形式：CRTSⅢ型板式無砟軌道；

（5）設(shè)計(jì)活載：ZK活載。

2.2 設(shè)計(jì)荷載

（1）恒載

恒載主要包含結(jié)構(gòu)自重、二期恒載、收縮徐變及基礎(chǔ)不均勻沉降。其中二期恒載主要包括鋼軌、扣件、軌道板、CA砂漿墊層、混凝土基座等線路設(shè)備重以及防水層、保護(hù)層、人行道欄桿、防護(hù)墻、電纜槽蓋板及豎墻等重量。相臨墩臺(tái)不均勻沉降按15 mm考慮，并按照最不利情況進(jìn)行荷載組合。

（2）活載

活載主要包括列車荷載、橫向搖擺力、人行道活載。主梁縱向計(jì)算時(shí)采用ZK標(biāo)準(zhǔn)活載，橫向計(jì)算時(shí)采用ZK特種活載。

（3）附加力

附加力主要包括風(fēng)力、溫度荷載。其中風(fēng)力按《鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范》（TBl0002.1-2005）第4.4.1 條計(jì)算。溫度荷載按《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》（TBl0002.3-2005）計(jì)算，施工合龍溫度按照5℃～15℃考慮，梁體按均勻升溫25℃、降溫25℃計(jì)算。非線性溫度變化，按《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》附錄B考慮。

（4）特殊荷載

特殊荷載主要包括地震力荷載及列車脫軌荷載作用。

（5）施工荷載

施工掛籃、機(jī)具及人群等按800 kN計(jì)算，掛籃前支點(diǎn)距離梁端0.5 m；合龍段懸吊支架及模板重按400 kN考慮。

荷載組合分別以主力、主力+附加力進(jìn)行組合，并取最不利的組合進(jìn)行梁部設(shè)計(jì)，同時(shí)考慮對(duì)特殊荷載進(jìn)行檢算。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 主梁構(gòu)造

本橋?yàn)?0 m+4×106 m+60 m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，主梁梁全長545.4 m，中支點(diǎn)處梁高7.85 m，跨中16 m直線段及邊跨15.70 m直線段梁高為4.85 m，梁底下緣按二次拋物線變化，邊支座中心線至梁端為0.85 m。

主梁截面采用單箱單室、變高度、變截面直腹板形式。箱梁頂寬12.6 m，底寬6.7 m。頂板厚度除梁端附近外均為400 mm；腹板厚600～1 000 mm，按折線變化；底板厚由跨中的400 mm線性變化至根部的1 200 mm。全聯(lián)在端支點(diǎn)、中跨中及中支點(diǎn)處共設(shè)置11個(gè)橫隔板。隔板厚度：邊支座處1.45 m，中跨中0.8 m，中支點(diǎn)處2.4 m。橫隔板設(shè)有孔洞，供檢查人員通過。箱梁兩側(cè)腹板與頂?shù)装逑嘟惶幫鈧?cè)均采用圓弧倒角過渡，在中支點(diǎn)處兩側(cè)一定范圍內(nèi)考慮對(duì)箱梁底寬每側(cè)加寬80 cm，在邊支點(diǎn)處兩側(cè)一定范圍內(nèi)考慮對(duì)箱梁底寬每側(cè)加寬30 cm，主梁橫截面見圖2。

圖2 主梁半支點(diǎn)、半跨中截面圖（單位：cm）

3.2 主梁預(yù)應(yīng)力體系

主梁采用C55混凝土，設(shè)置三向預(yù)應(yīng)力體系。

箱梁縱向預(yù)應(yīng)力鋼束采用抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為1 860 MPa的高強(qiáng)低松弛鋼絞線，管道形成采用金屬波紋管成孔，張拉采用與之配套的機(jī)具設(shè)備。箱梁頂板采用 17-7Φ5鋼絞線，箱梁腹板采用17-7Φ5鋼絞線，箱梁邊跨及中跨底板均采用19-7Φ5鋼絞線。

箱梁橫向預(yù)應(yīng)力鋼束采用抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為1 860 MPa的高強(qiáng)低松弛鋼絞線，箱梁頂板采用4-7Φ5鋼絞線。管道形成采用扁形金屬波紋管，錨固體系采用扁形錨具，在箱梁兩側(cè)交替單端張拉。箱梁豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋采用Φ25 mm預(yù)應(yīng)力混凝土用螺紋鋼筋，抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為830MPa，管道形成采用鐵皮管成孔。中支點(diǎn)附近的外側(cè)腹板布置2根豎向預(yù)應(yīng)力筋，其它部位的外側(cè)腹板布置1根豎向預(yù)應(yīng)力筋。

3.3 橋墩及支座

本橋橋墩均采用雙線圓端型橋墩，基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁型式。

本橋位于高烈度震區(qū)，且連續(xù)梁聯(lián)長較長，橋墩墩底尤其是固定墩的地震力非常大，為優(yōu)化下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，減小地震力荷載效用，因此本橋設(shè)計(jì)采用了減隔振支座。本橋共設(shè)置14個(gè)支座，邊支點(diǎn)采用8 000 kN的減隔振支座，中支點(diǎn)采用45 000 kN的減隔振支座。支座布置示意見圖3。

圖3 支座布置示意圖（單位：mm）

3.4 梁端大位移伸縮裝置

為滿足無縫線路軌道鋪設(shè)條件，需在60 m+ 4×106 m+60 m連續(xù)梁梁端設(shè)置大位移伸縮裝置。大位移梁端伸縮裝置由固定鋼枕、活動(dòng)鋼枕、固定端支承架、活動(dòng)端支承架、托梁、枕下墊板、扣件、連桿和防水橡膠條等組成。

4 結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

4.1 主梁縱向計(jì)算

結(jié)構(gòu)縱向靜力分析采用平面有限元程序，按照實(shí)際的施工順序，將本梁劃分為198個(gè)單元，建立平面桿系有限元模型，對(duì)結(jié)構(gòu)在施工階段、運(yùn)營階段進(jìn)行強(qiáng)度、抗裂性計(jì)算。

計(jì)算時(shí)考慮的荷載包括：自重、預(yù)應(yīng)力、收縮徐變、支座不均勻沉降、活載、溫度力等，并考慮施工階段的體系轉(zhuǎn)換、預(yù)應(yīng)力損失的影響。按照主力、主力+附加力進(jìn)行組合，取最不利荷載組合進(jìn)行設(shè)計(jì)。

4.1.1 主梁剛度控制指標(biāo)

（1）梁體由于列車靜活載所引起的豎向撓度，邊跨12.8 mm（向下），為計(jì)算跨度的1/4 688，中跨55.6 mm（向下），為計(jì)算跨度的1/1 906。

（2）ZK活載靜力作用下梁端豎向折角為0.795‰，小于1‰。

（3）本設(shè)計(jì)二期恒載上橋時(shí)間按60 d計(jì)算，考慮收縮徐變的影響后，理論計(jì)算邊跨殘余徐變拱度值為0.39 mm，次中跨殘余徐變拱度值為4.60 mm，中跨殘余徐變拱度值為8.90 mm。為保證線路的平順性，梁部應(yīng)按照恒載+1/2靜活載撓度值反向設(shè)置預(yù)拱度。施工中反拱的設(shè)置根據(jù)具體情況，充分考慮收縮徐變的影響以及二期恒載上橋時(shí)間確定。

由上述主梁剛度計(jì)算結(jié)果可知，梁體橋跨結(jié)構(gòu)剛度較大，滿足高速鐵路對(duì)行車安全以及舒適性的要求。主梁徐變上拱值較小，滿足高速規(guī)范要求。

4.1.2 主梁結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算

主梁的結(jié)構(gòu)靜力結(jié)果，見表1。

表1 主梁結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算結(jié)果

由表1可知，主梁結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算結(jié)果，均能滿足相關(guān)規(guī)范要求，且有一定的安全儲(chǔ)備。

4.1.3 主梁支座縱向預(yù)偏量

支座縱向預(yù)偏量指支座上板縱向偏離理論中心線的位置。設(shè)Δ1為箱梁在預(yù)應(yīng)力、二期恒載及收縮徐變作用下引起的各支點(diǎn)處的偏移量，Δ2為各支點(diǎn)處梁體由于實(shí)際合龍溫度與設(shè)計(jì)合龍溫度（5°～15°）之間的溫差引起的偏移量，各支座處的縱向預(yù)偏量由式Δ=-（Δ1+Δ2）求得，式中負(fù)號(hào)表示按計(jì)算所得的偏移量反方向設(shè)置預(yù)偏量。施工過程中應(yīng)根據(jù)具體的合龍溫度、預(yù)應(yīng)力情況、施工工期等確定合理的支座預(yù)偏量。支點(diǎn)位移量表，見表2。

表2 支座位移表

（1）主梁支反力

主梁支點(diǎn)反力表，見表3。

表3 主梁支反力表

4.2 箱梁橫向計(jì)算

箱梁橫向計(jì)算，選取具有代表性的墩頂和跨中梁段，按《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》（TB 10002.3-2005）第4.3.9條，簡化為支承在主梁腹板中心線下緣的箱形框架計(jì)算。荷載包括：結(jié)構(gòu)自重、橋面系恒載、橫向預(yù)應(yīng)力、列車活載、動(dòng)力系數(shù)、人行道活載、溫度荷載等。其中，列車活載按ZK特種活載，考慮縱向、橫向分布寬度；溫度荷載分日照和寒潮兩種情況考慮。

5 施工方法

主梁施工采用掛籃懸臂澆筑施工，按照分階段合龍的施工方法，先懸臂施工形成多個(gè)“T”構(gòu)，并搭設(shè)支架現(xiàn)澆邊跨現(xiàn)澆段，最后按照先合龍邊跨、中跨，最后合龍次中跨的合龍順序完成主梁施工，形成整體連續(xù)結(jié)構(gòu)。具體施工步驟如下：

步驟Ⅰ：一、1～7號(hào)墩身施工完畢至墩頂，在2～6號(hào)墩旁施工臨時(shí)膺架和拼裝墩頂托架并預(yù)壓。安裝各中墩 永久支座（但不承受主要荷載），立模澆筑0號(hào)塊。將各0號(hào)塊分別與2～6號(hào)墩臨時(shí)固結(jié)。二、張拉并錨固本節(jié)段縱向預(yù)應(yīng)力束及橫向、豎向預(yù)應(yīng)力筋。三、拆除墩旁托架，在各0號(hào)塊兩側(cè)對(duì)稱安裝掛籃，并進(jìn)行預(yù)壓。

步驟Ⅱ：以2～6號(hào)中墩為中心，對(duì)稱移動(dòng)掛籃依次懸臂灌筑1～14、1'～14'節(jié)段，并相應(yīng)張拉并錨固各節(jié)段對(duì)應(yīng)的縱向頂板、腹板預(yù)應(yīng)力束及橫向、豎向預(yù)應(yīng)力筋。

步驟Ⅲ：在1號(hào)墩、7號(hào)墩旁搭設(shè)邊跨現(xiàn)澆支架，支架應(yīng)有足夠的剛度、強(qiáng)度及穩(wěn)定性，并進(jìn)行預(yù)壓。安裝邊墩永久支座，并施加縱向水平臨時(shí)約束，澆筑邊跨現(xiàn)澆段16。

步驟Ⅳ：一、拆除掛籃，安裝邊跨及中跨跨中合龍段的臨時(shí)剛性連接構(gòu)造，張拉臨時(shí)邊跨以及中跨縱向合龍鋼束。拆除邊墩水平臨時(shí)約束，安裝懸吊支架現(xiàn)澆邊跨合龍段15、中跨跨中合龍段15'。二、拆除2～6號(hào)中墩臨時(shí)固結(jié)措施，啟動(dòng)2～6號(hào)中墩永久支座，并將2～6號(hào)中墩活動(dòng)支座的縱向約束臨時(shí)鎖定。三、按順序張拉并錨固邊跨、中跨縱向預(yù)應(yīng)力束及橫向、豎向預(yù)應(yīng)力。四、拆除1號(hào)、7號(hào)墩旁支架、邊跨及中跨跨中合龍段懸吊支架及臨時(shí)剛性連接構(gòu)造。

步驟Ⅴ：一、安裝次中跨跨中合龍段臨時(shí)剛性連接構(gòu)造，臨時(shí)張拉縱向合龍鋼束。二、安裝懸吊支架現(xiàn)澆次中跨跨中合龍段15'。三、解除2～6號(hào)中墩活動(dòng)支座的鎖定。四、按順序張拉并錨固次中跨縱向預(yù)應(yīng)力束及及橫向、豎向預(yù)應(yīng)力。五、拆除2～6號(hào)中墩旁臨時(shí)膺架、次中跨跨中合龍段懸吊支架及臨時(shí)剛性連接構(gòu)造。

步驟Ⅵ：一、進(jìn)行橋面鋪設(shè)等工作。二、整理場地，完成主梁施工。

6 結(jié)語

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋，具有整體性好、剛度大、強(qiáng)度及抗裂性好等優(yōu)點(diǎn)，有利于高速行車，作為大跨度橋梁結(jié)構(gòu)的主要橋型之一，在高速鐵路中被廣泛應(yīng)用。本橋各項(xiàng)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求，具有良好的靜力、動(dòng)力性能，為今后高速鐵路“大跨、長聯(lián)”連續(xù)梁設(shè)計(jì)提供了一定的參考借鑒作用。

[1]TB10621-2014,高速鐵路設(shè)計(jì)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]TB10002.1-2005,鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范[S].

[4]GB50111-2006,鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[5]鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.潮白河特大橋施工圖[Z]. 2015.

[6]劉洪占.高烈度地震區(qū)客運(yùn)專線長聯(lián)不對(duì)稱預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋設(shè)計(jì)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2012(8):52-55.

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U448.21+5

B

1009-7716（2017）04-0063-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.04.019

2017-02-09

薛杰（1984-），男，河北衡水人，工程師，從事鐵路橋梁設(shè)計(jì)工作。