重慶地鐵六號線高架段(40+64+64+40)m連續剛構橋的設計

姜寧寧

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司橋隧處，陜西西安 710043)

1 工程概況

2 全橋主要結構尺寸

梁體采用單箱單室變高度直腹板箱形截面，中支點處梁高3.8 m，跨中及邊墩現澆段處梁高2.0 m，梁底曲線為二次拋物線，拋物線方程為y=0.002 07x2。箱梁頂寬5.5 m，底寬3.3 m，懸臂端厚15 cm，懸臂根部厚35 cm，懸臂長1.1 m。箱梁腹板厚40～60 cm;底板厚30～60 cm;頂板厚30 cm。頂板設60 cm×20 cm的梗脅，底板設20 cm×20 cm的梗脅，箱梁中支點設置厚300 cm橫隔墻，梁端設厚100 cm橫隔墻。為增強施工過程中的抗扭剛度，在中跨的跨中以及1/4跨處，增設30 cm厚的橫隔板。橫截面尺寸見圖1。

圖1 箱梁橫截面(單位:cm)

受城市規劃的控制，此處可以放置墩身的綠化帶最大橫向寬度為6 m，故剛構墩采用矩形實體橋墩，墩頂截面尺寸為3.3 m(橫橋向)×3.0 m(順橋向)，墩身直線段2 m，隨后橫向、縱向放坡，坡率42∶1。墩頂與箱梁0號段一起澆筑。

箱梁鋼束:箱梁采用全預應力理論設計，鋼束均采用12φs15.2 mm鋼絞線。中支點處配置縱向10束腹板鋼絞線，頂板配置縱向14束鋼絞線;邊跨頂板配置縱向3束鋼絞線，底板配置縱向6束鋼絞線;中跨跨中頂板配置縱向2束較短的鋼絞線，底板配置縱向10束鋼絞線。中跨箱梁截面預應力布置圖見圖2。

同時，箱梁腹板內設置豎向預應力鋼筋，縱向間距約0.5 m，采用直徑32 mm的PSB830螺紋鋼筋，抗拉強度標準值 fpk=830 MPa，彈性模量 Ep=2.0×105MPa。

圖2 箱梁截面預應力布置(單位:cm)

3 結構計算

3.1 計算方法

平面靜力計算采用西南交大BSAS軟件，空間計算分析采用Midas建模分析。

3.2 靜力計算

梁部計算模式共劃分108個單元，109個節點，共33個施工階段。全橋梁部采用C50混凝土，考慮混凝土的收縮、徐變，分別考慮主力、主力+附加力兩種荷載組合。預應力鋼束的各項損失均按《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規范》執行。

3.2.1 箱梁縱向計算

由于地質條件相對較好，因此未按等剛度原理對樁基礎進行模擬，即不計樁基礎的影響，近似按承臺底固接考慮，中主墩與主梁固接。

楊灣在桿子的帶領下，很快搭起了幾十座一模一樣的庵棚。庵棚前的紅布早換成紅旗了，嘩啦啦地飄著。當破犁鏵的鈴聲在晨霧中響起時，一村的男女老少揉揉惺忪的眼睛，拿著碗筷圍到高崗上熱氣騰騰的幾口大鍋前。楊灣人重新吃起了大鍋飯。上邊發放的救濟物品全都集中到生產隊，衣服按人頭發放，破了交給縫紉組縫補，頭痛發燒有赤腳醫生。就連住的，也不分親疏遠近，男的一堆女的一塊。桿子說，咱們這可是因禍得福了，提前邁進了共產主義。

按《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規范》要求分別對混凝土和預應力鋼束的各項指標進行控制。

部分計算參數:箱梁采用C50混凝土，混凝土彈性模量為3.55×104MPa，極限抗壓強度33.5 MPa，極限抗拉強度3.10 MPa。環境相對濕度70%，混凝土平均加載齡期按10 d計，終極齡期按1 500 d計。預應力鋼束管道摩阻系數 μ=0.23，管道偏差系數 k=0.002 5，一端錨具回縮6 mm，松弛損失0.03σcon，錨下張拉力采用2 047.6 kN。考慮相鄰兩橋墩基礎不均勻沉降值取1 cm。橋梁合龍溫度按10℃ ～15℃考慮，整體升溫按20℃考慮，整體降溫按15℃考慮(不含混凝土收縮影響)，不均勻升溫按照《公路橋涵設計通用規范》取值。

墩截面尺寸的選擇:由于墩頂與主梁固接，墩身剛度對剛構的內力會產生影響。同時，檢算懸臂施工狀態下，橋梁的橫向抗風穩定性。本次計算選用了3.3 m(橫)×3.0 m(縱)和4.319 m(橫)×3.0 m(縱)兩個尺寸進行了計算比較，見表1，可以看出墩身尺寸減小，而中支點處負彎矩明顯減小。

表1 中支點負彎矩比較

3.2.2 箱梁橫向計算

箱梁橫向按支承在主梁腹板中心線下緣的箱形框架計算。由于箱梁為單箱單室截面，兩道腹板下緣的支承剛度相同，據此檢算頂板、底板、腹板的厚度并配置鋼筋。

3.2.3 空間分析

采用Midas建模。梁與剛構墩之間采用剛度非常大的虛梁連接，分別對梁體的扭轉變形、整體結構的豎向自振頻率等進行了計算。計算模型見圖3。

圖3 全橋計算模型

通過計算，可以看出該橋豎向剛度較大，橫向剛度較縱向剛度弱。按鐵路規范及公路規范要求，本橋主梁的橫向自振周期均不滿足規定(見表2)。由于本橋的構造尺寸受其它控制因素的影響已經無法有較大的改變，經過反復的研究計算，最后本橋設計參考了南昆鐵路設計技術要求(鐵建鑒［1992］93號文“關于南昆線四座大橋橫向剛度的補充技術要求”)中橋梁橫向第一階振型的自振周期T≤1.7 s的規定，按照此項規定，本橋的橫向剛度滿足技術要求。本橋現已投入使用，在施工以及運營的過程中，此橋一切狀況良好，表明橫向剛度的控制是合理的，可以為同類橋梁遇到此類問題提供借鑒。

表2 特征值分析

3.2.4 計算結果

主要計算結果見表3。

表3 主要檢算結果

4 結果分析

1)為使邊跨正彎矩和中支點負彎矩大致接近，以便布束更趨合理。以此為原則，連續剛構需要設置合理的跨徑比，一般認為L1/L2=0.239～0.692(邊跨/主跨)，本橋邊跨/主跨為0.625。

2)通過計算，連續剛構梁的變形最大為1 cm，在設計規范控制范圍內，最大撓度發生在中跨1/2跨度處。說明橋梁的實際剛度要大于理論剛度，有較大的安全儲備。1/4和3/4跨度處的撓度值靠近撓度的反彎點，數值較小，綜合全橋可以看出，撓度變化值普遍偏小。

3)通過計算，可以看出整個連續剛構梁的截面應力分布比較均勻，說明該梁受力性能良好。需要說明的是墩身截面的選擇對橋墩受力影響顯著，降低墩身寬度，能有效地降低墩身剛度，從而能迅速減小溫度荷載效應。對邊主墩效果更為明顯。但墩身厚度同時受截面應力狀態和穩定性的限制，存在一個低限。

4)對地鐵設計來說，由于受控制的條件比較多，現有的鐵路及公路規范橫向剛度限值有時并不適用，橫向剛度的參考值還有待研究;必要時，可以通過車橋系統動力響應計算與分析，尋求保證列車安全、平穩舒適運行的最小橫向剛度指標。

5 結語

通過對本橋的計算分析，預應力混凝土連續剛構以結構受力性能好、變形小、伸縮縫少、行車平順舒適、造型簡潔美觀、養護工程量小及抗震性能好等特點，成為富有競爭力的橋型之一。

［1］范立礎.橋梁工程［M］.北京:人民交通出版社，2001.

［2］周軍生，樓莊鴻.大跨徑預應力混凝土連續剛構橋的現狀和發展趨勢［J］.中國公路學院學報，2000，13(1):31-37.

［3］全開華，馮衛軍，李云.連續剛構橋梁的延性地震響應分析與應用［J］.鐵道建筑，2011(11):23-25.

［4］蘇青青，王海良.邊中跨比對大跨度連續剛構橋徐變變形影響分析［J］.鐵道建筑，2012(1):1-3.

［5］中華人民共和國鐵道部.TB 10002.3—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.

［6］中華人民共和國鐵道部.鐵建鑒［1992］93號 關于南昆線四座大橋橫向剛度的補充技術要求［Z］.北京:中華人民共和國鐵道部，1992.