海南東環(huán)鐵路海口高架特大橋雙線H形橋墩設計

趙 雨

(中國中鐵二院工程集團有限責任公司，四川成都 610031)

海南東環(huán)鐵路海口高架特大橋雙線H形橋墩設計

趙 雨

(中國中鐵二院工程集團有限責任公司，四川成都 610031)

海南東環(huán)鐵路?？诟呒芴卮髽虻碾p線H形橋墩作為城際鐵路的重要組成部分，在設計上既滿足了功能需求，又在外形上突出了輕盈美觀。文章以該雙線H形橋墩為例，就橋墩的設計方法和設計流程，以及選擇尺寸和計算時考慮的一些主要因素進行了討論。

雙線； H形鐵路橋墩； 設計

1 工程概述

近年來，隨著我國現(xiàn)代化鐵路的大規(guī)模發(fā)展，鐵路橋墩也在不斷地改進，城際鐵路的一個重要的特點是線路經(jīng)常穿行于經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，道路密集、人口稠密，而?？诟呒芴卮髽蜃鳛楹Ｄ蠔|環(huán)鐵路中一座重要的橋梁，穿行于海口市繁華城區(qū)，是國內(nèi)客運專線兼顧城際交通，對其橋墩的設計提出了相應要求：第一，城市道路主管部門要求鐵路位置與城市主干道完全重合，鐵路橋墩必須在6 m寬的綠化帶內(nèi)，不準超出。第二，城市景觀要求較高，橋墩過于粗壯顯得不美觀?；谝陨咸囟l件限制，根據(jù)鐵道部鑒定中心批復意見，?？诟呒軜騽?chuàng)新設計了雙線H形輕型橋墩，橋墩限定在6 m綠化帶內(nèi)，整體通透、輕盈(圖1)。此雙線H形輕型橋墩一舉扭轉(zhuǎn)了以往鐵路橋墩“傻、大、粗”的形象，成為?？谝坏漓n麗的風景線?，F(xiàn)就H形橋墩設計中的一些體會作一介紹，以供相互交流和研討。

圖1 H形橋墩

2 橋墩設計

2.1 總體設計思路

雙線H形橋墩的總體設計流程如下：(1)選擇墩形；(2)初擬尺寸；(3)計算墩頂位移、縱橫向剛度；(4)滿足規(guī)范(若不滿足則重復第2步)；(5)荷載工況組合；(6)橋墩整體穩(wěn)定性檢算、截面配筋計算(混凝土應力、鋼筋應力、計算裂縫)；(7)調(diào)整鋼筋型號和數(shù)量以滿足規(guī)范確定鋼筋數(shù)量(若配筋不滿足規(guī)范則改變橋墩尺寸重復第2步)。

H形橋墩墩身的檢算受基礎形式的影響較大，而基礎的設計又受墩底外力的影響，因而墩身的設計是一個反復試算，逐漸逼近的過程。

2.2 墩身尺寸、墩頂平面尺寸的確定

經(jīng)分析比較，在統(tǒng)一墩身尺寸時，結(jié)合海口高架橋的地質(zhì)，基礎按樁基礎考慮，對基礎進行試算以確定墩身剛度，再擬定墩身尺寸和坡率，在一定范圍內(nèi)進行篩選、檢算最終確定墩身主要尺寸。H形橋墩墩頂橫向盡量與箱梁底部寬度接近，支墊組合高按60 cm設計，滿足頂梁千斤頂高度，頂梁千斤頂置于橫橋向支承墊石內(nèi)側(cè)。支承墊石大小按直線和曲線(最小曲線半徑500 m)兩種確定，根據(jù)支承墊石大小確定墩頂平面尺寸。橋墩不區(qū)分頂帽、托盤，采用相切的圓弧均勻過渡，墩身部分均采用直坡設計。墩身尺寸在滿足各項技術(shù)指標的條件下，優(yōu)化尺寸為2.7 m×5.6 m(直線墩)和3.0 m×5.6 m(曲線墩)兩種，在墩頂采用系梁連接，并可作為墩頂檢查平臺，同時形成鏤空部分，顯得通透(圖2、圖3)。

2.3 設計荷載

2.3.1 恒載及活載

恒載按梁圖提供數(shù)值計算?；钶d為ZK活載。

2.3.2 橫向搖擺力

橫向搖擺力按主力計100 kN水平作用于鋼軌頂面計算。按雙線橋梁只計任意一線上的搖擺力。

2.3.3 無縫線路長鋼軌縱向力

伸縮力、撓曲力按主力考慮，斷軌力按特殊荷載考慮。

2.3.4 制動力或牽引力

列車制動力或牽引力按列車豎向靜活載的10 %計算，與離心力同時組合時列車制動力或牽引力按列車豎向靜活載的7 %計算。雙線只計單線的制動力或牽引力。計算時移至支座中心處。

2.3.5 離心力

離心力的計算設計速度取80 km/h，曲線半徑取500 m，按水平向外作用于軌頂以上1.8 m處。

圖2 5～15 m橋墩構(gòu)造(單位: cm)

圖3 墩頂平面(單位: cm)

2.3.6 風荷載

按有車和無車兩種考慮，海南省基本風壓值取1 200 Pa。

2.3.7 汽車撞擊力

墩柱位于綠化帶中央，有可能受到汽車撞擊，撞擊力順行車方向采用1 000 kN，橫行車方向采用500 kN，兩個等效力不同時考慮，作用于路面上1.2 m高度處。

2.3.8 地震力

按多遇地震水平地震加速度0.07g、0.1g對墩身和基礎驗算強度及穩(wěn)定性，按罕遇地震水平地震加速度0.38g、0.57g進行延性驗算。

2.3.9 工況組合

橋墩設計考慮可能的最不利組合情況進行計算。主力加附加力僅考慮主力與一個方向(順橋向或橫橋向)的附加力相結(jié)合?？拐痱炈銜r，分別考慮順橋向和橫橋向的的水平地震作用。

2.4 配筋計算

在計算出各種行車工況、地震力工況下橋墩各種荷載組合值后，按最不利截面內(nèi)力值進行配筋計算，計算公式采用TB 10002.3-2005《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》計算出混凝土正應力、受壓鋼筋應力、受拉鋼筋應力、截面裂縫寬度。并使配筋結(jié)果滿足規(guī)范各項要求。海口高架橋H形橋墩位于7度、8度地震區(qū)，水平地震基本加速度Ag=0.2g、0.3g，作為鋼筋混凝土橋墩進行了延性設計，墩身主筋全截面配筋率不小于0.5 %，不大于4 %，對橋墩底部塑性鉸區(qū)域箍筋進行了加強，加強高度為截面高度。配筋結(jié)果見表1，鋼筋布置示意見圖4。

表1 配筋結(jié)果

2.5 附屬設施

為了便于檢查及維修，墩頂系梁上設置圍欄。梁部與系梁間設置檢查梯，檢查梯與梁、橋墩的連接形式采用栓接，以適應梁部變形。

3 結(jié)束語

通過對雙線H形橋墩的設計，筆者對規(guī)范、規(guī)定以及地震區(qū)鋼筋混凝土橋墩的抗震設計有一定的認識和了解，希望能對類似的鐵路橋墩設計有一定的啟迪。

圖4 墩身鋼筋布置圖示意(Ag=0.2g)

[1] 鐵道第三勘察設計院. 鐵路工程設計技術(shù)手冊·橋梁墩臺[M]. 北京：中國鐵道出版社，1999.

[2] TB 10002.1-2005 鐵路橋涵設計基本規(guī)范[S]. 北京：中國鐵道出版社，2005.

[3] TB 10002.3-2005 鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范[S]. 北京：中國鐵道出版社，2005.

[4] GB 50111-2006 鐵路工程抗震設計規(guī)范[S]. 北京：中國計劃出版社，2006.

U442.5+4

A

[定稿日期]2017-06-06

趙雨(1982～)，男，大學本科，工程師，從事橋梁設計工作。

本刊啟事

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