重慶至昆明高速鐵路小龍?zhí)短卮髽蛟O(shè)計(jì)

龔俊，陳翔

（中鐵大橋勘測設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，武漢430056）

1 工程概述

新建重慶至昆明高速鐵路小龍?zhí)短卮髽蛭挥谠颇鲜≌淹ㄊ?，屬高原斜坡地帶中山峽谷區(qū)，本橋主要為跨越小龍?zhí)抖O(shè)，采用大跨高墩方案，墩高50～126 m，主跨150～400 m，可選擇的橋型有剛構(gòu)連續(xù)梁、拱橋、斜拉橋等。斜拉橋和拱橋主橋規(guī)模大，造價(jià)高，不宜采用；剛構(gòu)連續(xù)橋施工簡便，結(jié)構(gòu)抗震性能好，造價(jià)較低，故本橋采用剛構(gòu)連續(xù)梁。上部結(jié)構(gòu)采用80 m+149 m+168 m+149 m+130 m+80 m預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，立面布置如圖1所示。連續(xù)剛構(gòu)橋墩形式主要有空心墩、實(shí)心單肢墩、實(shí)心雙肢墩等，已有諸多學(xué)者對其進(jìn)行過比較分析[1]，本橋主墩采用矩形空心墩和雙肢薄壁墩，主墩基礎(chǔ)采用2 m大直徑樁基礎(chǔ)。本橋地質(zhì)為粗圓礫土、砂巖、泥巖，震動(dòng)峰值加速度為0.05g（地震基本烈度為Ⅵ度），特征周期Tg=0.45 s。

圖1 橋式立面布置圖

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 上部結(jié)構(gòu)

主梁采用變高度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，全橋布置一聯(lián)，聯(lián)長756 m。主梁采用單箱單室截面，中支點(diǎn)梁高為12.0 m，次中支點(diǎn)梁高為9.742 m，跨中梁高為6.0 m，跨中截面底板厚52 cm，箱梁中心處頂板厚50 cm，腹板50 cm，中心處頂板厚50 cm，腹板100 cm。箱梁采用掛籃懸澆施工。

2.2 橋墩與基礎(chǔ)

2#、3#墩墩頂與梁固結(jié)，橋墩采用矩形空心墩。墩身頂縱向?qū)?0.0 m，橫向?qū)?.0 m。基礎(chǔ)采用24根φ2.0 m鉆基礎(chǔ)。承臺(tái)平面尺寸為38.2 m×15.2 m，厚6.0 m。

1#、4#墩墩頂與梁固結(jié)，橋墩采用雙薄壁墩。墩身頂縱向?qū)?.0 m，橫向?qū)?.0 m。墩身縱向?yàn)殡p薄壁，壁厚為200 cm?；A(chǔ)采用15根φ2.0 m鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。承臺(tái)平面尺寸為23.2 m×13.2 m，厚4.0 m。

5#墩采用圓端型實(shí)體墩，墩身頂縱向?qū)? m，橫向?qū)?.8 m，墩身橫、縱向均按40∶1的斜率變寬，由上至下不斷變厚?；A(chǔ)采用擴(kuò)大基礎(chǔ)。

0#、6#橋臺(tái)為輕型重力式橋臺(tái)，臺(tái)身高2.5 m，臺(tái)身縱向?qū)?.5 m，橫向?qū)?.8 m，臺(tái)背縱向?qū)?.4 m，橫向?qū)?.6 m。基礎(chǔ)采用擴(kuò)大基礎(chǔ)。

3 主要計(jì)算結(jié)果

3.1 上部主要計(jì)算結(jié)果

采用橋梁設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件SCDS2018計(jì)算，按照實(shí)際的施工過程對結(jié)構(gòu)進(jìn)行劃分。1#～4#剛構(gòu)墩群樁基礎(chǔ)按照剛度等效的原則按節(jié)點(diǎn)彈性約束模擬。計(jì)算荷載包括恒載、活載、制動(dòng)力、溫度變化、預(yù)應(yīng)力、基礎(chǔ)不均勻沉降、體系轉(zhuǎn)換的影響及混凝土收縮、徐變等。

1）應(yīng)力計(jì)算結(jié)果：最大正應(yīng)力為18.2 MPa，最小正應(yīng)力為0.8 MPa，最大主壓應(yīng)力為17.6 MPa，最小主拉應(yīng)力為2.6 MPa，最大剪應(yīng)力為3.9 MPa，強(qiáng)度安全系數(shù)最小為2.5，抗裂安全系數(shù)最小為1.4。均滿足規(guī)范要求。

2）梁部位移計(jì)算結(jié)果（符號：向上變形為“+”，向下變形為“-”）：（1）靜活載作用下最大撓度值-32.0 mm，為跨度的1/5 250，小于1.1L/1 500（L為橋梁跨度）。最大梁端轉(zhuǎn)角：0.397‰rad，小于1‰rad；（2）軌道鋪設(shè)完成后，無砟軌道梁豎向殘余徐變變形只為16 mm，小于規(guī)范要求的20 mm。

3.2 剛構(gòu)墩計(jì)算結(jié)果

由于墩梁固結(jié)，主墩縱橫向剛度不僅影響墩頂位移、墩身截面強(qiáng)度及整個(gè)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力性能，同時(shí)影響主梁的內(nèi)力分配。高墩必須考慮風(fēng)振、溫度應(yīng)力、固端干擾應(yīng)力，主橋的橫向剛度尤為控制設(shè)計(jì)。本橋取主橋1聯(lián)進(jìn)行整體分析，計(jì)算結(jié)果表明主墩墩頂縱向最大位移15.60 mm，小于墩頂縱向位移限值為，橫向轉(zhuǎn)角為0.019‰rad，剛度滿足規(guī)范要求。

3.3 抗震分析

本橋?yàn)檫B續(xù)剛構(gòu)橋，孔跨布置為80 m+149 m+168 m+149 m+130 m+80 m。采用空間有限元程序MIDAS/CIVIL進(jìn)行建模，建模時(shí)主梁、橋墩、承臺(tái)和樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)均采用空間梁單元模擬。

通過配筋驗(yàn)算可知，多遇地震作用下，結(jié)構(gòu)在彈性階段工作。在橫向罕遇地震作用下，墩底的截面安全系數(shù)大于1；在縱向罕遇地震作用下，除3#、6#墩底外，其余橋墩進(jìn)入延性結(jié)構(gòu)只發(fā)生可修復(fù)性損傷，滿足承載能力要求，并且位移延性滿足抗震規(guī)范要求。

3.4 車橋耦合動(dòng)力分析

為了保證橋梁具有良好的動(dòng)力性能，以滿足機(jī)車車輛運(yùn)行的安全性和旅客乘坐的舒適性，本橋進(jìn)行了車橋耦合仿真動(dòng)力分析。對該橋在CRH3動(dòng)車組作用下的車-線-橋耦合振動(dòng)進(jìn)行了分析，評價(jià)了橋梁的動(dòng)力性能，運(yùn)行安全性與舒適性，為橋梁設(shè)計(jì)的可行性提供參考依據(jù)。主要結(jié)論[2]如下：

1）CRH3動(dòng)車組以設(shè)計(jì)時(shí)速160～420 km/h運(yùn)行時(shí)，橋梁的動(dòng)力性能滿足要求，列車的運(yùn)行安全性有保證，乘坐舒適性均達(dá)到“優(yōu)”。

2）考慮附加變形下的車-線-橋耦合振動(dòng)分析：單線運(yùn)行時(shí)，在考慮橋面整體升溫15℃，整體降溫15℃，整體升溫30℃，整體降溫15℃，收縮徐變等5種工況，當(dāng)列車以速度350 km/h、420 km/h通過時(shí)，動(dòng)力性能均滿足要求，列車的運(yùn)行安全性有保證，乘坐舒適性均達(dá)到“優(yōu)”。

4 結(jié)語

隨著西部大開發(fā)的戰(zhàn)略不斷實(shí)施，高原地區(qū)高速鐵路橋梁會(huì)越來越多。本橋墩高度普遍較高，最大達(dá)到126 m，采用剛構(gòu)連續(xù)體系結(jié)構(gòu)合理，經(jīng)濟(jì)性好；高墩大跨預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)重點(diǎn)為需要充分考慮結(jié)構(gòu)體系剛度分配、收縮徐變影響、溫度荷載、地震荷載等因素的影響，特別需要關(guān)注行車舒適性。本橋的設(shè)計(jì)為鐵路高墩大跨度預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)橋梁的設(shè)計(jì)積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，對同類型橋梁設(shè)計(jì)實(shí)施有一定的參考價(jià)值。