(70+125+70) m跨鐵路轉體連續梁橋設計

劉潤舟

(南昌鐵路勘測設計院有限責任公司,南昌 330002)

1 概述

共安大橋全長約750 m，雙向6車道，行車速度40 km/h，主橋為(70+125+70) m三跨預應力混凝土變截面連續箱梁橋[1-2]，其平面位于半徑1 500 m的圓曲線上，橋面全寬26.5 m，主跨跨度為125 m，跨越(南)昌九(江)城際鐵路、京九鐵路，橋梁中心線與鐵路線路斜交，斜交角度為79°15′23″。橋下凈空滿足電力牽引區段雙層集裝箱橋梁建筑限界的要求，凈高不低于8.5 m，并考慮轉體半徑范圍內可能存在有關設備影響，成橋后橋下凈高為9.65 m。該橋為兩幅橋在同一個橋墩上轉體，其轉體總質量達14 510 t，在我國目前在建及已建成的轉體連續梁橋[3-7]中較為罕見。

2 橋位、橋型比選

2.1 橋位比選

共安大橋位于江西省九江市德安縣開發區，跨越德安站站場內(南)昌九(江)城際鐵路及京九鐵路(共9股道)，分別為貨場線2股道，京九線3股道和昌九城際鐵路4股道。大里程方向有德安站高站臺、站房及雨棚等建(構)筑物，小里程方向為2-12 m排水框架橋，故擬定橋位在兩者之間，與京九下行線交叉里程為K1365+564。

2.2 橋型比選

由于橋型選擇關系到跨度組成、施工方法及工程投資等諸多因素，根據安全、適用、耐久、經濟的橋梁設計原則及橋位處路基寬度達70 m以上的實際情況，并綜合考慮各種橋型結構受力的合理性、技術先進性且施工時橋梁結構及模板、機具設備等不得侵入限界、不影響路基邊坡穩定及線路排水側溝等因素，經過(100+100) m掛籃施工后轉體平行雙索面獨塔斜拉橋、(54+90+54) m懸臂澆筑預應力混凝土連續梁橋、(35+125+35) m中承式鋼管混凝土拱橋和(70+125+70) m轉體預應力混凝土連續梁橋4個橋型方案的比選，最終確定采用(70+125+70) m轉體預應力混凝土連續梁橋方案。

3 主梁結構設計

主橋計算跨度為(70+125+70) m，主梁采用雙幅單箱單室截面，中支點梁高7.0 m，邊支點梁高3.2 m，箱梁底寬7.0 m，兩側懸臂長度均為3.0 m，箱梁頂寬13 m，翼緣懸臂板端部厚20 cm，根部厚70 cm，其間折線變化。梁體邊支點及中支點處設端橫梁及中橫梁，端橫梁厚1.5 m，中橫梁厚3.6 m。邊支座至梁端0.7 m，主梁單幅設3個合龍段，合龍段長度2.0 m。箱梁支點底部為滿足放置支座的尺寸要求，底部加寬至7.6 m。主梁邊跨、中跨之比為0.56/1，中支點梁高與跨度之比為1/17.86，跨中梁高與跨度之比為1/39.1。梁頂設2.0%的橫坡，梁底板水平，梁底曲線及底板厚度均采用二次拋物線變化，曲線變化段長度54 m。箱梁橫斷面頂板厚度為30 cm，底板厚度為30～80 cm，腹板厚度為50～80 cm，頂板、底板及腹板在支點及其附近截面局部加厚，其立面布置見圖1，跨中及中支點橫截面見圖2。

圖1 全橋立面布置(單位：m)

圖2 跨中及支點處橫斷面(單位：cm)

梁體采用三向預應力體系。縱向預應力鋼束主要采用15φs15.2抗拉強度標準值為fpk=1 860 MPa的高強度低松弛鋼絞線，預應力管道采用金屬波紋管成孔，張拉端及固定端錨具采用圓錐形錨具；橫向預應力鋼筋采用3φs15.2型預應力束，扁形金屬波紋管成孔，單端張拉；豎向預應力筋采用JL32精軋螺紋鋼筋，其抗拉強度標準值fpk=930 MPa。

4 結構整體計算

4.1 計算原則及參數

(1)梁體自重：26.25 kN/m3。

(2)二期恒載：51.5 kN/m。

(3)汽車荷載：按城-A級采用。

(4)溫度荷載：結構沿截面均勻溫度變化產生的內力按結構整體升、降溫20 ℃計算；非均勻溫度變化按照采用瀝青混凝土橋面鋪裝對應溫度基數，即正溫差時梯度溫度T1=14 ℃，T2=5.5 ℃，反溫差為正溫差乘以-0.5。

(5)預應力鋼筋參數：鋼束與管道壁間的摩阻系數μ取0.23，管道偏差系數κ取0.0015，錨具回縮量每端取6 mm，錨下控制應力取1 395 MPa。

(6)不均勻沉降：每支點按20 mm考慮。

(7)混凝土收縮徐變：按10年采用。

4.2 計算方法

采用橋梁博士及BSAS兩套有限元軟件進行整體計算，主梁劃分為83個單元，15個不同截面，邊支點及中支點處取其附近截面，不模擬橫隔板，其自重以集中力形式作用于支點處。根據不同施工階段，激活相應單元、施加該階段荷載并張拉預應力鋼束模擬施工過程，靜力計算模型如圖3所示。

圖3 1/2計算模型節段劃分(單位：cm)

4.3 施工階段劃分

主要施工步驟為對稱懸臂澆筑箱梁節段、張拉相應節段的預應力筋、稱重、配重、轉體、封鉸、澆筑邊跨直線段、澆筑邊跨合龍段、張拉邊跨合龍鋼束、澆筑中跨合龍段，張拉中跨合龍鋼束、施工橋面系。據此共劃分為40個施工階段。

4.4 靜力計算結果

經計算，荷載短期效應組合計算的長期撓度為66 mm，在消除自重產生的長期撓度后主梁的最大撓度為46 mm，不超過計算跨度的L/600=208 mm，符合規范要求。

計算結果表明在各控制組合作用下，梁體應力分布較為均勻，箱梁頂、底板均未出現拉應力，并有一定的壓應力儲備，主要靜力計算結果見表1～表5，表中數據表明結構能夠滿足全預應力構件的要求。

表1 長期效應組合下結構正應力 MPa

表2 短期效應組合下結構正應力 MPa

表3 標準組合下結構正應力 MPa

表4 短期效應組合下結構主應力 MPa

表5 標準效應組合下結構主應力 MPa

5 轉體施工

5.1 系統組成

轉體[8-9]系統由轉動、牽引和平衡系統組成，其核心部件是球鉸[10-12](圖4)，球鉸安裝在上下承臺中，在連續張拉千斤頂的作用下可繞橋墩中心的一根定位鋼軸轉動，從而帶動上部結構整體旋轉。當轉體結構處于平衡狀態時由下部球鉸支承，轉體結構發生傾斜時由球鉸和撐腳共同支承。

圖4 轉體系統構造(單位：cm)

球鉸選用725所設計生產的14 500 t轉體球鉸，平面直徑D=4.0 m。其中上球鉸鑲嵌于上轉盤，下轉盤埋入下承臺，通過型鋼支架與下承臺固定。

在上轉盤上設置8對D=90 cm的鋼管混凝土撐腳，管內填充C50鋼纖維混凝土。撐腳中心與滑道中心一致，滑道為中心直徑12.4 m，寬度1.2 m的環形帶狀區域，滑道與撐腳之間留10 mm的間隙，以保證在轉體過程中發生傾斜時能夠支承于滑道上，不至于發生較大的位移。

牽引索埋于上轉盤內，采用15φs15.2預應力鋼絞線穿過反力座，采用單端張拉，2根牽引索連接到同步張拉千斤頂，其平面布置見圖5。

圖5 轉體系統平面(單位：cm)

5.2 轉體過程

施工時先在路基外順線路方向掛籃懸臂澆筑兩幅箱梁各節段，至形成轉體前長達123 m最大懸臂狀態T構[13-14]后，進行稱重以明確梁體施工過程中的不平衡狀態，同時確定轉體所需配置的平衡重。轉體速度約為0.02 rad/min，轉動角度為80°，單個T構轉體用時約80 min。轉體到位后立即進行封鉸，以避免球鉸再發生微小轉動引起梁體的較大位移。

6 結語

跨線橋跨度的確定除應滿足結構受力合理性外，還應滿足《鐵路技術管理規程》有關限界、線路設備安全、路基邊坡穩定及臨近既有線施工對既有線影響等諸多因素，需經過全面調查并進行方案比選后確定。而連續梁結構具有結構剛度大，施工工藝成熟，外形曲線優美等特點，結合跨越鐵路相關要求，且轉體施工方法能有效減少跨線橋對既有線運營的影響，故轉體連續梁橋具有較好的經濟和社會效益，已經越來越多地應用于上跨公路、鐵路立交橋中。

[1] 中華人民共和國交通部.JTG D62—2004 公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范[S].北京:人民交通出版社，2004．

[2] 中華人民共和國交通部.JTG D60—2004 公路橋涵設計通用規范[S].北京:人民交通出版社，2004．

[3] 范立礎.預應力混凝土連續梁橋[M].北京:人民交通出版社，2001．

[4] 馬玉方.變截面預應力混凝土連續梁橋合龍段施工時間確定研究[J].公路，2008(10):57-59．

[5] 劉玲.溫福鐵路鰲江特大橋主跨130 m雙線連續梁設計研究[J].鐵道勘測與設計，2005(1):24-27．

[6] 彭海軍.都勻老豹窩大橋連續梁設計[J].中國水運，2010(3):156-157.

[7] 張新宇.昌南大道跨京九線(90+132+90) m預應力連續梁設計[J].鐵道標準設計，2009(6):28-30．

[8] 張聯燕，程懋方，等.橋梁轉體施工[M].北京:人民交通出版社，2002．

[9] 王建斌，張為，趙星.跨蘇嘉杭特大橋主橋轉體施工技術[J].鐵道標準設計，2006(6):54-56．

[10] 劉建紅.綏芬河斜拉橋設計與轉體施工[J].鐵道標準設計，2009(8):48-50．

[11] 王文利.雙幅同步轉體法施工大噸位T構橋設計研究[J].鐵道標準設計，2009(12):75-78．

[12] 畢樹兵.2×96 m斜拉橋跨鐵路線的轉體施工[J].鐵道建筑，2012(2):19-21．

[13] 王富君.跨既有鐵路矮塔斜拉橋設計與轉體施工[J].鐵道標準設計，2011(3):58-60．

[14] 蓋小紅.哈大客運專線運糧河特大橋連續梁轉體施工設計[J].鐵道標準設計，2012(5):58-60．