小角度上跨既有線橋梁的上下部結(jié)構(gòu)設(shè)計

項 偉，陳耀軍，王亞萍，孟科坦

(1.臺州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 臺州 318000；2.臺州市城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司，浙江 臺州 318000；3.臺州交通勘察設(shè)計院有限公司，浙江 臺州 318000；4.鄭州市政工程勘測設(shè)計研究院，河南 鄭州 450000)

1 工程概況

某新建單線鐵路以9.2°小角度上跨既有運營雙線鐵路，既有雙線鐵路線路中心距4.6 m。新建鐵路采用橋梁上跨方式，要求新建橋梁施工不影響既有線的運營，因此新建橋梁在既有線上方設(shè)置門式墩，上部結(jié)構(gòu)按頂推梁設(shè)計[1]。具體設(shè)計思路如下。

(1)上跨段橋墩采用框架門式墩[2]，立柱為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，橫梁采用鋼結(jié)構(gòu)。施工順序為：先施工樁基及承臺，再現(xiàn)澆兩側(cè)混凝土立柱，然后吊裝鋼結(jié)構(gòu)橫梁，通過臨時支座將鋼結(jié)構(gòu)橫梁與混凝土立柱臨時鉸接， 待上部結(jié)構(gòu)頂推到位后， 墩頂與鋼橫梁結(jié)合部通過后澆混凝土完成固結(jié)。

(2)上部結(jié)構(gòu)采用7 m×16 m單箱單室預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，在既有鐵路范圍之外的引橋上現(xiàn)澆新建箱梁，只張拉頂?shù)装逋ㄩL鋼束，然后頂推到位，再張拉腹板鋼束+墩頂短束，從而完成上部結(jié)構(gòu)施工。

2 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 斷面布置圖

全橋采用等高的單箱單室斜腹板截面，梁高1.6 m，箱梁頂寬7.2 m，底寬3.33 m。頂板厚度除梁端附近和中支點附近加厚到0.45 m外均為0.3 m；腹板厚0.4～0.7 m，按折線變化；底板厚度除梁端附近和中支點附近加厚到0.45 m外均為0.3 m。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。

2.2 頂推梁鋼束配置

本橋上部結(jié)構(gòu)采用頂推梁設(shè)計，頂推梁鋼束配置需要綜合考慮頂推時主梁受力及頂推到位后運營期間受力，本橋共設(shè)置7種鋼束類型，見圖1～圖2。

圖2 跨中斷面鋼束布置圖(單位：mm)

5#～7#為腹板鋼束，每側(cè)腹板共布置3根，根據(jù)受力特點在中支點區(qū)域上彎到主梁上部，跨中下彎到主梁下部，主要為運營期間受力鋼束。頂?shù)装逋ㄩL鋼束為頂推及運營共同需要鋼束。1#鋼束為頂板通長鋼束，共設(shè)置6根；3#、4#鋼束為底板通長鋼束，3#鋼束4根，4#鋼束2根；頂?shù)装逋ㄩL鋼束頂推前就張拉到位，保證頂推施工時主梁正負彎矩交替變化的主梁頂推期間受力。為保證運營期間受力，在中支點上緣設(shè)置各設(shè)置2根2#頂板短束保證上緣壓應(yīng)力，頂推到位后張拉。

2.3 主梁頂推施工驗算

主梁頂推時只張拉頂?shù)装逋ㄩL鋼束，同時在左右兩側(cè)配置18 m導(dǎo)梁減小懸臂長度。頂推施工期間主梁應(yīng)力見圖3～圖6，底緣最大壓應(yīng)力為8.9 MPa，出現(xiàn)在邊跨跨中處；最小壓應(yīng)力為1.6 MPa，出現(xiàn)在導(dǎo)梁與主梁相接處；頂緣最小壓應(yīng)力為2.5 MPa，最大壓應(yīng)力為6.2 MPa。頂推過程中，箱梁截面無拉應(yīng)力出現(xiàn)，滿足受力要求。

圖3 頂推期間主梁底緣最大應(yīng)力圖(單位：MPa)

圖4 頂推期間主梁頂緣最大應(yīng)力圖(單位：MPa)

圖5 頂推期間主梁底緣最小應(yīng)力圖(單位：MPa)

圖6 頂推期間主梁頂緣最小應(yīng)力圖(單位：MPa)

3 下部結(jié)構(gòu)設(shè)計

本橋上跨段橋墩采用門式墩結(jié)構(gòu)，為了減小橫梁施工對既有線運行的影響，橫梁采用鋼結(jié)構(gòu)，混凝土立柱澆筑完成后采用吊機吊裝鋼橫梁。

3.1 混凝土立柱

門式墩立柱采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，橫向中心間距22.5 m，采用2.5 m×2.5 m矩形截面。

3.2 鋼結(jié)構(gòu)橫梁

橫梁為鋼結(jié)構(gòu)，采用單箱單室箱型截面，梁高為2.5 m，梁寬2.7 m。鋼橫梁頂?shù)装逶O(shè)置板肋加勁，腹板設(shè)有豎向加勁肋及水平加勁肋。橫梁內(nèi)每隔3 m設(shè)置一道橫隔板，支座位置設(shè)置支座橫隔板。

3.3 混凝土立柱與鋼橫梁節(jié)點設(shè)計

為降低上部結(jié)構(gòu)恒載引起的彎矩，減小墩柱的橫向水平力，墩柱頂與鋼橫梁采用先鉸接后固結(jié)的設(shè)計方法。墩柱現(xiàn)澆至距墩頂0.8 m處，通過臨時支座構(gòu)造先實現(xiàn)鉸接，等上部結(jié)構(gòu)頂推到位后，澆筑后澆段，鉸接變?yōu)楣探Y(jié)，墩頂0.8 m以上為鋼混結(jié)合段，見圖7。

圖7 門式墩立面布置(單位：cm)

(1)鉸接構(gòu)造

每個門式墩立柱頂設(shè)置兩個臨時支座，臨時由支座通過上弧形鋼板+下水平底板構(gòu)成，上下鋼板之間設(shè)置一個直徑50 mm圓形鋼銷。一個鋼橫梁設(shè)置4個臨時支座，保證橫梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，上部采用弧形鋼板，實現(xiàn)轉(zhuǎn)角保證鉸接；左側(cè)兩個下水平鋼板設(shè)置圓孔，上下鋼板之間設(shè)置鋼銷實現(xiàn)橫向固定支座功能，右側(cè)兩個下水平鋼板設(shè)置橢圓孔，實現(xiàn)上部恒載作用下的橫向活動，釋放恒載水平力。

(2)固結(jié)構(gòu)造

上部結(jié)構(gòu)頂推到位后，墩頂0.8 m后澆段采用混凝土澆筑，同時墩頂上方橫梁內(nèi)部設(shè)置剪力釘，墩頂鋼結(jié)構(gòu)橫梁內(nèi)部灌注混凝土，實現(xiàn)墩梁固結(jié)。

4 結(jié) 語

本橋為小角度上跨既有線橋梁，上部結(jié)構(gòu)采用頂推梁設(shè)計，下部結(jié)構(gòu)采用混凝土立柱+鋼橫梁門式墩結(jié)構(gòu)，以減小新建橋梁對既有線運行的影響?；炷另斖屏轰撌呐渲眯枰紤]頂推時主梁正負彎矩交替變化的影響，頂推時只張拉頂?shù)装逋ㄩL鋼束，腹板及墩頂短束頂推完畢后張拉。門式墩的混凝土立柱與鋼橫梁采用先鉸接后固結(jié)的設(shè)計方式，有效減小立柱橫向水平力及恒載彎矩，且無支座設(shè)計可減少后期的維修與養(yǎng)護。