雙薄壁小半徑曲線連續剛構橋設計

李貽山

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津　300142)

1　工程概況

廣州市軌道交通21號線象嶺停車場入場線以小角度上跨既有廣汕公路，受停車場位置布置的影響，上跨高架橋位于半徑僅280 m的曲線上。為盡量減小施工對既有廣汕公路的干擾及滿足橋下凈空的要求，結合橋梁高度較低的情況，采用(58+95+58) m雙薄壁連續剛構，全橋均采用曲線曲做，主橋橋形布置如圖1。

圖1　(58+95+58) m雙薄壁連續剛構橋型布置(單位:cm)

該橋主要技術標準如下。

(1)設計速度:90 km/h；

(2)線路情況:城市軌道交通，單線;

(3)軌道類型:無砟軌道;

(4)設計活載:地鐵車輛B型車，六節編組。

(5)地震設防烈度:設計地震動峰值加速度0.05 g，地震動反應譜特征周期0.35 s。

2　主要材料

主梁及薄壁墩均采用C60混凝土，基礎采用C35混凝土，預應力鋼束采用Φs15.2高強度低松弛鋼絞線。

3　主橋結構設計

梁體采用單箱單室變高度直腹板箱形截面，中支點處梁高5.7 m，跨中及邊跨端部梁高3 m，梁底變化段采用圓曲線。箱梁頂寬5.4 m，底寬4.4 m，頂板厚0.3 m，底板厚0.3～0.7 m，梁高變化段范圍內按圓曲線變化，腹板厚0.5～0.7 m，按折線變化。全聯在剛構墩頂和邊支點處設置橫隔板，橫隔板均設置過人洞，主梁跨中及墩頂橫截面如圖2、圖3所示。

圖2　主梁跨中橫截面(單位:cm)

圖3　主梁墩頂橫截面(單位:cm)

下部結構中主墩采用雙薄壁墩，四周倒20 cm×20 cm直角，單壁墩頂尺寸為4.4 m(橫向)×1 m(縱向)，墩底尺寸3 m(橫向)×1 m(縱向)，墩高10 m，肢間凈距3.5 m。承臺尺寸為10.3 m×6.6 m×3 m(橫橋向×順橋向×厚度)，基礎采用6根Φ1.5 m鉆孔灌注樁。

4　預應力體系

梁體設計為縱、豎雙向預應力體系，縱向按全預應力構件設計。

主梁縱向頂板、底板預應力鋼束均采用19-φ15.2 mm高強度低松弛鋼絞線，腹板束采用12-φ15.2 mm高強度低松弛鋼絞線，金屬波紋管成孔， OVM系列錨具。

箱梁豎向預應力鋼筋：采用直徑32 mm的PSB830螺紋鋼筋，JLM-32軋絲錨錨固，內徑φ50 mm鐵皮波紋管成孔。每道腹板根據腹板厚度設置一根或兩根豎向預應力鋼筋，順橋向間距50 cm。

5　箱梁主體施工

主橋采用支架現澆法施工，其主要施工步驟如下。

(1)完成基礎及墩身施工，搭設施工支架，在墩頂施工0號段，待0號段施工完畢后，依次施工剩余節段。

(2)合龍順序：先合龍中跨，然后澆筑邊跨直線段，最后合龍邊跨。

(3)施工橋面系等附屬設施，完成全橋施工。

6　結構計算

(1)計算模型

采用Midas civil 2013 建立結構空間桿系有限元模型，計算中按照實際的施工順序進行模擬，全橋共分為88個單元，95個節點。

結構有限元模型如圖4所示。

圖4　結構三維空間模型

(2)設計荷載及計算參數選取

設計活載為地鐵車輛B型車活載，二期恒載單線按60 kN/m考慮， 基礎不均勻沉降0.01 m。根據當地氣候條件，結構整體升降溫按±20 ℃考慮，主梁頂板升溫按5 ℃考慮，合龍溫度按15～25 ℃考慮，其他設計荷載及相關參數取值按現行相關鐵路規范及地鐵規范處理。

(3)主要計算結果

豎向靜活載作用下位移：計算結果邊跨最大豎向位移為6 mm，為跨度的1/9 667<1/1 500，中跨豎向最大位移為15 mm，為跨度的1/6 333<1/1 500。

在列車搖擺力、離心力和風力及溫度作用下，上部結構橫向最大位 移為13.3 mm，小于計算跨度的1/4 000(24 mm)，滿足規范要求。

梁端轉角最大1.96‰(<3‰)，滿足規范要求。

結構靜力計算結果見表1。

表1　主梁結構靜力計算結果

(4)箱粱橫向計算

箱梁橫向計算時將箱梁橫向簡化為帶剛性支承的框架結構，支承點位于兩腹板下。將整個箱梁斷面劃分為28個單元，共計28個節點，箱梁橫向框架效應分析計算模型單元劃分見圖5。

圖5　箱梁橫向模型

橋梁縱向活載影響分布寬度按照《鐵路橋涵設計基本規范》(TBl0002.1—2005)4.3.4條辦理。計算荷載包括恒載、活載、列車脫軌荷載、風荷載、溫度變化等作用。橫向升降溫按以下情況考慮，取最不利情況進行橫向設計，升溫按箱身外部一側腹板升溫14 ℃、頂板和另側腹板升溫5 ℃、箱身內部及底板溫度不變計算；降溫按箱梁內外溫差10 ℃計算。箱梁橫向計算結果如表2。

表2　箱梁橫向計算結果

7　結束語

連續剛構橋綜合了剛構和連續梁的優點，中跨梁體受固定墩的約束，與連續梁相比，連續剛構中的固定墩可以消減支點處梁體內力峰值，降低梁高，使得梁部輕巧、經濟。

連續剛構橋為高次超靜定結構，對溫度變化、預應力、混凝土的收縮和徐變等因素產生的次內力比較敏感，在滿足抗彎、抗壓強度和壓桿穩定的前提下，橋墩應具有較小的抗推剛度，將上述荷載作用的不利影響降至最低限度， 尤其當主墩較矮時(如本橋墩高僅10 m)，在墩頂還會出現較大的拉應力，因此常采用雙薄壁墩來降低上述次彎矩。

當梁體位于小曲線半徑時，梁體平彎效應影響不容忽視，從計算分析需求及計算效率考慮，應采用空間桿系模型進行分析計算。

[1]中華人民共和國建設部.GB 50157—2003地鐵設計規范[S].北京：中國計劃出版社，2003

[2]中華人民共和國鐵道部.TB100021—2005鐵路橋涵設計基本規范[S].北京：中國鐵道出版社，2005

[3]中華人民共和國鐵道部.TB10002.3—2005鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規范[S].北京：中國鐵道出版社，2005

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[5]李廉錕.結構力學[M].北京：高等教育出版社，1996

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