曲線條件大跨度拱加勁連續(xù)梁設計

楊平，于貞波

（中鐵二院工程集團有限責任公司，成都 610031）

1 工程概況

貴南高鐵是我國 《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》（2016—2025 年）“八縱八橫”高速鐵路網(wǎng)包海通道的組成部分，線路全長482 km。貴南高鐵于南寧市興寧區(qū)設置二塘雙線特大橋， 跨越那安快速路后，接入南寧東站，與公路夾角19°。二塘雙線特大橋采用拱加勁連續(xù)梁一跨跨越公路，受車站附近線路條件限制，大橋位于緩和曲線上。

2 主要技術標準

1）設計速度：設計運行速度350 km/h；

2）設計荷載：ZK 活載；

3）路線情況：雙線，曲線和直線，正線線間距為5.0 m，曲線半徑為4 000 m；

4）軌道結構形式：CRISⅠ型雙塊式無砟軌道。

3 總體布置

貴南高鐵二塘雙線特大橋全長3 613.5 m，主橋采用90 m+180 m+90 m 拱加勁連續(xù)梁，總體布置如圖1 所示。

圖1 總體布置(單位：cm)

本橋位于曲線上和緩和曲線上， 曲線半徑R=4 000 m，按邊—中—邊跨分段直線布置，在主墩處有偏心，交界墩處梁體不設偏心，兩主墩處梁體外偏27.0 cm 和10.4 cm。拱肋沿中跨軸線設置。 防護墻內(nèi)側(cè)到梁體中心線的距離在跨中位置為480 cm，在梁端3 m 范圍內(nèi)開始收窄，梁端處為450 cm。 橋上軌道板等設置與線路曲線保持一致。梁體平面軸線布置如圖2所示。

圖2 主梁軸線分段直線布置(單位：cm)

4 主橋結構設計

4.1 主梁

梁體全長361.6 m，采用變高度箱梁，單箱雙室直腹板。 跨中及梁端梁高4.5 m。 中支點梁高10 m，變高段按二次拋物線變化。橋上不過運梁車，箱梁頂板寬14.1 m，厚0.55 m。箱梁底寬11.7 m，厚0.4～1.1 m。 腹板厚按0.4 m、0.56 m、0.83 m 分段變化。 全聯(lián)共設4 道橫隔板，邊支點橫隔板厚1.6 m，中支點橫隔板厚4.0 m。 主梁截面如圖3 所示。

圖3 主梁截面（單位：cm）

4.2 拱肋

主跨跨度180 m，矢高36 m，矢跨比f=1/5，拱軸線采用二次拋物線。 拱肋位于豎直平面內(nèi)，橫向中心距12.9 m。

拱肋截面采用啞鈴形鋼管混凝土截面，截面高度h=3 m，鋼管直徑為1 000 mm，由厚24 mm 的鋼板卷制而成，每根拱肋的兩鋼管之間用厚16 mm 的腹板連接， 靠近拱腳附近鋼管厚度變?yōu)?8 mm，腹板厚度變?yōu)?0 mm。 拱肋為等截面。 全橋共兩片拱肋，拱肋橫向中心距為12.9 m。 鋼管和腹腔內(nèi)均填充混凝土，如圖4 所示。

圖4 拱肋截面（單位：mm）

4.3 橫撐

兩拱肋之間共設置9 道橫撐，拱頂處設置“米”字撐，其他位置設置K 撐。各處橫撐均為上下兩層，分別支撐拱肋的兩個鋼管。 鋼管內(nèi)部不填混凝土，內(nèi)表面除銹后氣密防腐，外表面需作防腐處理[1]。

橫撐鋼管間的相貫焊縫應在工廠制作完成[2]，可先形成節(jié)點附近部分，到現(xiàn)場進行組裝。

4.4 吊桿

吊桿均為豎直面內(nèi)吊桿，吊桿1 根1 組，間距55 cm，組間間距900 cm。吊桿均采用鋼絞線整束擠壓拉索體系，靠近拱腳附近的3 組吊桿直徑為9～15.2 mm， 其余為吊桿直徑為12～15.2 mm。吊桿應力幅容許值應大于200 MPa。吊桿內(nèi)設置光柵壓力傳感器， 對施工過程中及后期吊桿應力進行長期監(jiān)測。

4.5 支座

各支點均設置3 個支座， 邊支點處為球形鋼支座-9000-ZX-0.1g-e150 和球形鋼支座-9000-DX-0.1g-e150，中支點處為球形鋼支座-85000-GD-0.1g、 球形鋼支座-85000-HX-0.1g、球形鋼支座-85000-ZD-0.1g-e150、球形鋼支座-85000-DX-0.1g-e150。 ZX、GD 型支座均設置在橫向中間位置。

本橋溫度聯(lián)長較長，且梁端位于曲線或緩和曲線上，軌溫調(diào)節(jié)器設置困難。 故在主墩縱向活動支座處采取構造措施，限制一定梁體溫度伸縮，形成半剛構體系，降低軌道結構應力。

5 施工方案

本橋主梁采用懸灌施工， 先合龍邊跨， 后澆筑中跨不平段，最后合龍中跨。 主梁全部合龍后，在梁面搭設支架，原位拼裝拱肋鋼管，采用汽車吊分節(jié)段吊裝就位后，現(xiàn)場焊接成拱。

本橋主要施工步驟為：（1）施工墩臺基礎，搭設橋下防護棚架；（2）采用全封閉掛籃懸灌施工主梁，先合龍邊跨，后合龍中跨；（3）在主梁上搭設支架，原位拼裝拱肋鋼管；（4）按先上鋼管，后下鋼管，最后腹腔的流程灌注拱肋混凝土；（5）張拉吊桿；（6）完成橋面附屬工程施工。

6 主要計算結論

6.1 梁體變形

考慮列車豎向靜活載與0.5 倍溫度共同作用、0.63 倍列車豎向靜活載與溫度共同作用[3]，中跨梁體豎向最大撓度為56.0 mm，為跨度的1/3 200；邊跨梁體豎向最大撓度為28.7 mm，為跨度的1/3 100。 在ZK 活載靜力作用下， 梁端豎向折角為0.93‰＜1.0‰。 離心力、橫向搖擺力、溫度和風力引起梁體的水平撓度為5.8 mm=L/31 000＜L/4 000（L為跨長）。 梁體殘余徐變變形：中跨-0.46 mm=L/390 000；邊跨-11.6 mm=L/7 750。

6.2 主梁應力

1）施工階段：最大壓應力19.2 MPa，最大拉應力0.6 MPa。

2）運營階段：主力及主力+ 附加力工況下混凝土均不出現(xiàn)拉應力[4]，最小壓應力為1.3 MPa，最大壓應力為17.5 MPa。

6.3 拱肋應力

主力及主力+ 附加力工況下鋼管全截面受壓，其中，主力下最大壓應力158.4 MPa；主力+附加力下180.1 MPa。

主力下混凝土最大壓應力為7.5 MPa；主力+ 附加力下最大壓應力為10.1 MPa。

拱肋彈性穩(wěn)定系數(shù)為5.95。

6.4 吊桿

主力下吊桿最大拉應力為377.6 MPa， 強度安全系數(shù)K=4.9。 主力+ 附加力下吊桿最大拉應力為449.1 MPa，強度安全系數(shù)K=4.1。 吊桿最大應力為175.0 MPa。

7 結語

二塘雙線特大橋90 m+180 m+90 m 拱加勁連續(xù)梁橋是貴南高鐵最大跨度橋梁，且位于縱坡及曲線上，邊界條件復雜。設計采用拱加勁連續(xù)梁結構體系，有效提高地了梁體剛度，滿足高鐵運營要求；梁體分3 段直線布置方式，將拱肋置于直線上，把曲線空間拱肋簡化為面內(nèi)普通拱，優(yōu)化了結構受力，降低了施工難度；采取構造措施，形成半剛構體系，避免了在大跨度曲線橋上設置軌溫調(diào)節(jié)器。 大橋施工順利，已于2022 年完工，并于2023 年通車運營。