公跨鐵裝配式小半徑曲線箱梁橋設(shè)計(jì)

王清照

吉林鐵道勘察設(shè)計(jì)院有限公司 吉林 吉林 132001

正文：

1.概述

國(guó)道丹東至阿勒泰公路改建項(xiàng)目對(duì)繁榮區(qū)域經(jīng)濟(jì)、促進(jìn)旅游開(kāi)發(fā)，調(diào)整農(nóng)業(yè)生產(chǎn)布局和結(jié)構(gòu)，提高邊防部隊(duì)的快速反應(yīng)能力都具有十分重要的意義。有助于完善國(guó)家級(jí)干線公路網(wǎng)、改善現(xiàn)有公路通行條件，提高現(xiàn)有公路抗災(zāi)能力。

改建丹阿公路與朝開(kāi)線鐵路交叉，交叉角度45°,交叉處鐵路里程為K57+269, 位于開(kāi)山屯站朝陽(yáng)川側(cè)咽喉區(qū)。跨越鐵路位置處共3條鐵路線，分別為朝開(kāi)線正線1條、造紙廠專用線1條、專用線安全線1條?？玷F路部分道路平面位于R=380m、R=350m圓曲線及緩和曲線上?？紤]對(duì)鐵路運(yùn)營(yíng)安全的影響并考慮投資成本，經(jīng)與鐵路管理等部門協(xié)商，將主橋橋型確定為4-30m預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支箱梁橋，架橋機(jī)施工。

2.技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

（1）道路等級(jí)：二級(jí)公路， 60km/h；（2）設(shè)計(jì)荷載：公路-Ⅰ級(jí)*1.3倍；（3）設(shè)計(jì)安全等級(jí)：一級(jí)；重要性系數(shù)1.1；（4）設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期：橋梁結(jié)構(gòu)100年；（5）環(huán)境類別：Ⅰ類；（6）橋面凈寬：整幅8.5m；（7）橋面橫坡：1.5%；（8）地震動(dòng)峰值加速度為0.05g，地震基本烈度為6度；（9）建筑限界：執(zhí)行“客貨共線鐵路建筑限界（V≤160km/h）”標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)留電氣化限界條件，軌面以上凈高不小于6.55m，同時(shí)預(yù)留0.25m抬道量，橋下凈高相對(duì)于軌面標(biāo)高不小于6.8m。

3.基本結(jié)構(gòu)形式

（1）基本結(jié)構(gòu)形式

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)支橋面連續(xù)，箱梁直接預(yù)制為簡(jiǎn)支形式，箱梁架設(shè)完畢后，每聯(lián)中墩縱橋向設(shè)雙排支座，橋面縫隙通過(guò)橋面連續(xù)鋼筋實(shí)現(xiàn)連續(xù)。

（2）箱梁斷面

2007年，人民交通出版社出版的公路橋梁通用圖中，30m跨徑小箱梁梁高1.6m。《鐵路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB10002-2017）規(guī)定上跨鐵路的公路橋汽車設(shè)計(jì)荷載采用相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)荷載的1.3倍，且本橋位于曲線超高漸變段上，橋面鋪裝需加厚，本橋梁高取1.70m，較通用圖梁高增加10cm。在結(jié)構(gòu)尺寸方面，頂板厚0.20m，中梁寬2.40m，邊梁寬2.65m。腹板厚度跨中處0.20m，支點(diǎn)處0.32m，底板厚度跨中處0.20m，支點(diǎn)處0.32m，跨中處底板、腹板厚度較通用圖均增加2cm，支點(diǎn)處底板、腹板厚度較通用圖均增加7cm，腹板斜率4：1。具體尺寸見(jiàn)下圖。

圖1 中梁-跨中處（單位：mm）

圖2 中梁-支點(diǎn)處（單位：mm）

圖3 邊梁-支點(diǎn)處（單位：mm）

圖4 邊梁-跨中處（單位：mm）

（3）曲線梁的布置

梁部布置采用平分中失法。本橋位于圓曲線的緩和曲線上，同一聯(lián)濕接縫采用變寬設(shè)計(jì)，濕接縫最大寬度控制在100cm，邊梁翼緣最大寬度控制在165cm。每孔橋各片梁中心線不平行。本橋第一孔梁布置見(jiàn)下圖。

圖5 第一孔梁板平面布置圖（單位：cm）

（4）曲線超高的處理

橋面超高連續(xù)變化，橋面橫坡由+4.0%過(guò)渡到-2.1%，如果通過(guò)調(diào)整箱梁兩側(cè)腹板高差實(shí)現(xiàn)橋面超高過(guò)渡，將給施工帶來(lái)極大不便。本橋采用箱梁平行斜置和調(diào)整各片梁橋面鋪裝厚度的方法實(shí)現(xiàn)曲線超高漸變。小箱梁預(yù)制時(shí)頂?shù)装迤叫?、箱梁兩?cè)腹板等高，梁端設(shè)置楔形塊保證支座位置處梁底水平。

本橋位于超高變化段，道路橫坡不斷變化。為保證全橋范圍內(nèi)水泥混凝土整平層厚度滿足規(guī)范要求，現(xiàn)澆整體化C50防腐蝕補(bǔ)償收縮防水混凝土在道路設(shè)計(jì)中心線處由10cm調(diào)整為15cm。橫斷面布置見(jiàn)下圖。

4.箱梁結(jié)構(gòu)分析

（1）設(shè)計(jì)荷載

①恒載

恒載包括結(jié)構(gòu)自重、基礎(chǔ)沉降及二期荷載。其中二期荷載包括橋面鋪裝、防撞護(hù)欄、防護(hù)網(wǎng)。

②預(yù)應(yīng)力荷載

計(jì)算鋼束坐標(biāo)并導(dǎo)入Midas預(yù)應(yīng)力鋼束形狀，然后建立預(yù)應(yīng)力荷載，預(yù)應(yīng)力鋼束張拉控制應(yīng)力取1395MPa；

③活載

荷載標(biāo)準(zhǔn)：公路-Ⅰ級(jí)*1.3倍。

汽車活載計(jì)算考慮沖擊系數(shù)，沖擊系數(shù)μ按《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》考慮。

④溫度作用及風(fēng)荷載

整體溫度荷載：體系溫度按整體升溫28.2℃、整體降溫43.7℃考慮。

溫度梯度荷載：豎向日照正溫差計(jì)算的溫度基數(shù)T1=14℃,T2=5.5℃。

風(fēng)荷載：按《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》的要求進(jìn)行計(jì)算。

⑤汽車離心力

離心力系數(shù)C=602/(127*R)=0.075

橫向車道布載系數(shù)：1.0

離心力F=550kN*0.075=41.25kN

離心力作用于跨中位置橋面處。

（2）分析計(jì)算

主梁按A類預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)，采用Midas Civil 2019版軟件梁格法建模和Midas Civil Designer 2019版軟件對(duì)主梁進(jìn)行施工階段、成橋階段及運(yùn)營(yíng)階段分析。

上部結(jié)構(gòu)由3片箱梁組成，建模時(shí)采用3道縱梁模擬。箱梁濕接縫及橋面板的橫向聯(lián)系采用虛擬橫梁模擬，為避免橋面自重重復(fù)計(jì)入，將虛擬橫梁的自重調(diào)整系數(shù)設(shè)為零。此外虛擬橫梁的抗扭剛度及繞其豎軸的抗彎剛度對(duì)縱向梁格有利，不應(yīng)重復(fù)計(jì)入，也應(yīng)將其調(diào)整系數(shù)設(shè)為零。Midas建模見(jiàn)下圖。

圖8 Midas模型

5.其它

本工程上部結(jié)構(gòu)最初設(shè)計(jì)為4-30m預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支轉(zhuǎn)連續(xù)箱梁橋，由于全聯(lián)范圍內(nèi)橋面橫坡由+4.0%過(guò)渡到-2.1%，現(xiàn)澆整體化C50防腐蝕補(bǔ)償收縮防水混凝土在道路設(shè)計(jì)中心線處最大為26.9cm，較標(biāo)準(zhǔn)厚度增加16.9cm。且設(shè)計(jì)活載采用公路-Ⅰ級(jí)荷載的1.3倍。當(dāng)梁高增至1.8m時(shí)，中支點(diǎn)附近截面上緣使用階段抗裂驗(yàn)算較難通過(guò)，考慮本橋平面為小半徑曲線，采用簡(jiǎn)支轉(zhuǎn)連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜，故終采用4-30m簡(jiǎn)支箱梁橋面連續(xù)結(jié)構(gòu)。

6.結(jié)語(yǔ)

丹阿公路上跨朝開(kāi)線鐵路立交橋，滿足了項(xiàng)目建設(shè)周期短，對(duì)鐵路交通影響小的要求。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，由于受到橋下凈空要求、線路布設(shè)等因素的限制，小箱梁總體布置往往面臨著橋梁變寬、曲線段超高、橋梁軸線與墩臺(tái)斜交等問(wèn)題，應(yīng)結(jié)合工程實(shí)際情況，可參考本橋設(shè)計(jì)中采用的方法，并考慮施工的便捷性和經(jīng)濟(jì)性，合理處理相關(guān)問(wèn)題。當(dāng)曲線半徑過(guò)小時(shí)，裝配式小箱梁施工困難將會(huì)增大，如跨越鐵路線路等級(jí)較低時(shí)，可考慮現(xiàn)澆曲線箱梁橋等方案。