淺談鐵路斜交框架橋的配筋特點

摘要：框架內任一截面都存在復雜的彎、扭、剪復合作用，斜交框架橋由于斜交角的影響，對鋼筋配置提出了更高要求。本文根據鐵路框架橋空間結構受力特點，結合筆者橋涵設計中鋼筋圖繪制經驗，闡述了鐵路斜交框架橋頂、底板的配筋特點，對當前大斜交框架橋鋼筋繪制起指導作用，供實際工程參考。

關鍵詞：斜交框架橋 受力情況 配筋特點

對于斜交框架橋，其結構受力異常復雜，難尋規律，其主要的原因，是因為荷載狀態、斜交角、抗扭剛度、抗彎剛度、寬跨比（b/L）等的不同。它與正交框架橋相比，結構尺寸變化不大，在配筋的方式、方向上提出了更高的要求，但在配筋量上也并非有很大的增加。

1 理論成果分析

當斜交角在15°以內時，可近似地將斜跨長作為計算跨度，根據斜交框架橋試驗及理論計算結果分析，按正交橋計算。當斜交角大于15°時，可按彈性地基上的折板結構進行分析得出以下結論：

①偏移量大致為L/8，而向鈍角一側偏移，最大正截面彎矩不在跨。

②立墻設計不宜過薄，立墻與頂板、底板連接處應力變化急劇。

③最大主彎矩在板中間點及鈍角鄰近的平分線上。

④鈍角效應大致在（L/5）×（B/4）面積范圍內，扭矩可與彎矩處于同一量級，布筋應予加強，在該范圍內產生較大彎矩與扭矩，如斜角很大（大于45°）。

⑤最大主彎矩方向介于支承邊與斜邊夾角之間，荷載有向兩支承邊之間最短距離方向傳遞的趨勢，決定于斜交角度與跨度比及計算點位置。

2 配筋受力特點

一般說來，鋼筋棍凝土結構產生裂縫的原因主要是結構配筋不足。本文應用Midas Civil軟件建立的有限元模型圖來分析斜交框架橋受力分布情況。圖1為斜交框架橋空間結構主彎矩圖。

2.1 圖1可看出，框架橋內力分布不均勻主要發生在頂板、底板，邊、中板在與頂板、底板連接處內力較大，框架橋的頂、底板的設計最為關鍵，斜交框架橋上會有彎矩、扭矩及剪力作用，正交框架橋也同樣如此，只不過正交框架橋的彎矩和剪力占主導地位，扭矩很小。斜交框架地道橋的最大跨內縱向彎矩，一般較同等跨度的正橋的為小，橫向彎矩則較正橋的大得多。由斜交角引起縱向彎矩的減少，均布荷載比集中荷載更顯著。因此，當橋梁b較寬時，其橫向鋼筋的配置也不可隨意，應保證相當的直徑及足夠的密度。頂、底板橫向配筋采用鋼筋排架①②循環排列，排列間距以10～15cm為宜。根據國內外對鋼筋混凝土角隅部分進行試驗的結果表明，角隅部分區域產生斜裂縫，在其根部產生彎曲裂縫，其原因是由于隅節點處承受了較大的彎矩和剪力。為減小角隅處承受的正彎矩，設計時首先順梗脅內側配置了足夠的角隅加強筋，角隅加強筋與骨架筋排列一致，如圖2所示：

2.2 縱向主筋配筋方向主要與斜跨長與框架橋正截面跨度比i=L/b有關。當i>1.25時，主筋沿橋軸線方向配筋；當i=（0.7，1.25）時，跨中沿支承邊垂線方向、支承邊附近沿橋軸線方向配筋；當i<0.7時，主筋沿橋軸線方向配筋。這種布置可大大提高結構抗扭性，主筋鋼筋直徑控制在16～25mm，間距以12～15cm為宜。

2.3 頂板與豎墻連接處的處理頂、底板與豎墻連接處承受了較大的彎曲應力，同時也承受較大的剪力，且這些力都是正反方向交替作用的。因此，在頂面、底面易產生較多的交叉裂縫，為防止軸向鋼筋因壓屈作用而失效，將頂板、底板與豎墻連接處增設加強筋，加強筋布置同骨架筋一致（如圖2），用以更好地固定軸向鋼筋，減少頂板、底板與豎墻連接處的裂縫產生。

2.4 最大正彎矩發生在頂板、底板的鈍角部位，此外沿支承邊附近。彎矩也很大，斜交框架橋縱向彎矩的最大值并不在跨中或頂、底板與邊板相接的角點處，而是靠近鈍角部分，且形狀不對稱，角度越小，越靠近鈍角。頂、底板在鈍角處會產生較大的負彎矩，其方向并不等同于跨徑方向。在配筋時《鐵路橋涵設計規范》對斜交框架橋加強鋼筋布置有明確規定：“鋼筋混凝土斜交框架橋，當斜度大于15°時，應在鈍角部位上層布置垂直于鈍角平分線的加強鋼筋；在鈍角部位下層布置平行于鈍角平分線的加強鋼筋。”可按圖3所示增設鈍角加強鋼筋。加強鋼筋的直徑應相當于主筋直徑，其間距以10～20cm 為宜。如斜角很大（大于45°），扭矩可與彎矩處于同一量級，布筋應予加強。

2.5 斜交框架橋的鋼筋配置與正橋差別不大，只是應當更加注意鋼筋的搭接長度，錨固長度。鋼筋錨固位置應嚴格安置在混凝土受壓區。且鈍角加強鋼筋不應考慮在檢算鋼筋面積之內，還將錨固點置于斜框架橋受拉壓交界點處，伸人受壓區不小于25d（d為受力鋼筋直徑），還將各筋錨固點置于非同一截面位置。這樣，對減少錨固端應力集中并防止框架開裂取得了良好的效果。

2.6 在立墻兩側面應布置一定數量的水平構造筋，以抵抗收縮力，對于多車道橋，立墻較長更應加強布筋，間距宜在10～15cm之間，采用螺紋鋼筋，直徑不宜過大，如立墻很長，則在設計時應將立墻分段。如立墻側有土壓力，注意頂板與立墻固接處頂板下緣及立墻側要布置主筋，以承受可能產生的正彎矩，立墻側面的土壓力對結構平面產生扭矩及水平推力，使結構受力更復雜。

3 結束語

綜合以上幾點斜交框架橋配筋特點，可以更好的在實際工程中使鋼筋骨架布置簡潔，受力明確，鋼筋布置合理，有效防止斜框架橋結構裂縫的產生。

參考文獻：

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[4]鐵道部專業設計院標準設計管理處.框架式框架橋[M].北京：人民鐵道出版社，1979.

作者簡介：胡波濤（1985-）男，陜西咸陽人，助理工程師，大學本科學歷，工程力學專業，從事鐵路橋涵勘察設計工作。