小曲線半徑T形剛構轉體設計

延力強

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司， 天津 300142)

小曲線半徑T形剛構轉體設計

延力強

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司， 天津 300142)

介紹某鐵路2×72 m轉體T構的結構設計。針對600 m半徑的特殊情況，采用BSAS平面計算程序以及專業有限元軟件MIDAS，分別建立了平面模型與空間模型，對該橋上部結構的整體受力情況進行了分析對比。另外，采用midas FEA軟件建立上球鉸局部應力分析模型，對轉體結構的受力情況進行了研究。通過研究得出以下結論：本橋上部結構及轉體結構設計比較合理，半徑較小的轉體T構，橫向偏心較大時，將轉動中心置于整體結構橫向偏心位置上，再進行稱重平衡試驗，可有效地保證轉體結構轉體過程中的穩定性。

鐵路橋梁 T形剛構 曲線橋 平轉法

1 工程概況

本橋為某鐵路跨越高速鐵路而設，橋跨布置為2×72 m預應力混凝土T形剛構，橋上為單線鐵路，橋面寬度8.3 m，主梁采用懸臂澆筑后轉體就位的施工方法(如圖1所示)。

圖1 橋形布置(單位：cm)

2 主要技術標準

設計速度：客車160 km/h，貨車120 km/h。

線路情況：本橋大部分處于-5‰的縱坡豎曲線上，平面曲線半徑為600 m。

軌道類型：無砟軌道。

設計活載：“中-活載”。

地震動參數：地震動峰值加速度為0.15g，地震基本烈度為7度。

3 上部結構構造特點及計算

3.1 主橋結構

主梁采用單箱單室、直腹板、變高、變截面結構，箱梁頂寬8.3 m，底寬5.0 m。梁高沿縱向按1.8次拋物線變化，中支點梁高7.8 m，邊支點梁高4.2 m，邊跨直線段長28.75 m。

截面采用單箱單室直腹板形式，頂板厚度除梁端附近和中支點附近外均為45 cm，腹板厚50～90 cm，底板厚由跨中的45 cm按1.8次拋物線變化至根部的95 cm。箱梁兩側腹板與頂底板相交處均采用圓弧倒角過渡，邊支座及中墩處共設置4個橫隔板。橫隔板厚度：邊支座處1.5 m，中墩處1.4 m。橫隔板設有孔洞，供檢查人員通過。下部結構主墩采用圓端形實體墩，墩高19.5 m，墩底橫橋向寬6.6 m，縱橋向寬5.0 m。

全橋立面及箱梁橫斷面布置見圖2、圖3。

圖2 全橋半立面(單位：cm)

圖3 箱梁橫斷面布置(單位：cm)

3.2 上部結構計算分析

本橋采用BSAS平面計算程序建立模型，進行整體計算，采用Midas Civil 2010建立空間有限元模型進行復核檢算。所建空間有限元模型：節點數54個，單元53個，如圖4、表1、表2所示。

圖4 空間有限元計算模型

由計算分析可知：

①梁體由于列車靜活載所引起的豎向撓度為16.6 mm，為計算跨度的1/4 854，滿足撓跨比不大于1/900的要求。

②由于列車靜活載所引起的梁端轉角，梁體下撓時為0.85‰，梁體反彎時為0.32‰，滿足無砟軌道要求。

③實際施工中反拱的設置根據具體情況，充分考慮收縮徐變的影響以及預計二期恒載上橋時間確定。本設計二期恒載上橋時間按全部預加應力完成后60 d計算，主梁最大工后殘余徐變變形值為5.0 mm。

表1 設計支反力

表2 主梁主要計算結果

注：fc、fct分別為混凝土軸心抗壓、抗拉極限強度。

由以上分析可知，計算結果均滿足規范要求，上部結構設計合理。

4 轉體結構構造特點及計算

4.1 轉體結構

轉體結構由下轉盤、球鉸、上轉盤、轉體牽引系統組成。上轉盤是轉體的重要結構，在整個轉體過程中形成多向、立體的受力狀態，上盤布有縱、橫及豎向預應力鋼筋。上轉盤為長方體，高2.0 m，轉臺直徑為10.4 m，高度為0.8 m。轉臺是球鉸、撐腳與上轉盤相連接的部分，又是轉體牽引力直接施加的部分。

下轉盤為支承轉體結構全部重量的基礎，轉體完成后，與上轉盤共同形成基礎。下轉盤采用C50混凝土，上設置轉體系統的下球鉸、撐腳的環形滑道及轉體拽拉千斤頂反力座等。

上轉盤球鉸直徑4.1 m，下轉盤球鉸直徑3.8 m，厚度均為40 mm。球鉸是平動法施工的轉動系統，而轉動體系的核心是轉動球鉸，它是轉體施工的關鍵結構，制作及安裝精度要求很高，必須精心制作，精心安裝。

由Midas單梁模型可得墩底處橫向彎矩59 072.2 kN·m，梁體結構自重70 001 kN，則梁體橫向偏心(相對于墩中心線)為：59 072.2/70 001=0.844 m，即圖5及圖6中L值。

圖5 轉體結構立面(單位：cm)

圖6 轉體結構平面(單位：cm)

4.2 轉體結構上球鉸應力驗算

橋梁轉體施工結構局部驗算借助于有限元midas FEA軟件， 用實體單元模擬。

(1)計算模型

該模型包括1 m高橋墩、橋墩加臺，上轉盤，圓形轉盤以及球鉸，模型對1 m高橋墩的頂面節點自由度進行了約束，球鉸底面進行了加載。結構形式如圖7。

圖7 球鉸結構

(2)荷載

模型考慮了19.5 m高橋墩及梁的總荷載84 434 kN，該荷載按均布荷載垂直作用在球鉸底面上。

縱橫兩方向施加預應力。縱向采用28根12-7φ5高強度低松弛預應力鋼絞線，張拉控制應力均為1 395 MPa，橫向采用30根12-7φ5高強度低松弛預應力鋼絞線，張拉控制應力均為1 395 MPa。

(3)應力主要計算結果(未加預應力)

圖8 主拉應力(一)(單位：MPa)

由圖8可以看出，混凝土的最大拉應力達到2.2 MPa，分布于承臺頂部墩底與承臺相連處，大于規范中主拉應力不得大于0.7fct=2.17 MPa的要求，需要配預應力鋼束。

圖9 主壓應力(一)(單位：MPa)

混凝土的最大壓應力達到9.97 MPa，主要發生在球鉸附近(如圖9所示)。

(4)應力主要計算結果(加預應力)

圖10 主拉應力(二)(單位：MPa)

由圖10可知，預應力錨固位置附近拉應力較大，達到8.65 MPa，由于錨固端未考慮錨墊板因此其周圍拉應力偏大，在本分析中可以忽略該處的拉應力，鈍化鋼束錨固位置附近的應力集中后，最大的拉應力為1.7 MPa<2.17 MPa，滿足規范要求。

圖11 主壓應力(二)(單位：MPa)

由圖11可知，最大壓應力為17.77 MPa，滿足規范要求。

5 結束語

跨高速鐵路的2×72 m T構，采用懸臂澆筑轉體施工方法，是適應橋址處地形，對鐵路運營影響最小的合理方案，曲線半徑為600 m，在鐵路轉體T構中極為罕見。

通過空間有限元單梁模型的計算，計算出整體結構的橫向偏心位置，將轉動中心置于整體結構橫向豎向合力作用點位置上，再進行稱重平衡試驗等措施進行糾正，極大地減少了為應對不平衡彎矩而增加的工作量，為梁體轉體施工的穩定安全提供了保證。

[1] TB10002.5—2005鐵路橋涵地基和基礎設計規范[S]

[2] TB10621—2009高速鐵路設計規范(試行)[S]

[3] 鐵建設函[2005]285號新建時速200公里客貨共線鐵路設計暫行規定[S]

[4] 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]

[5] 鄭健.中國高速鐵路橋梁[M].北京:高等教育出版社，2008

[6] TB10002.1—2005鐵路橋涵設計基本規范[S]

DesignoftheRotationalStructionof72mT-ShapeRigidFrameBridgewithsmallRadiusCurve

YAN Liqiang

2013-11-19

延力強(1982—)，男，2009年畢業于蘭州交通大學橋梁工程專業，工學碩士，工程師，E-mail：649308952@qq.com。

1672-7479(2014)01-0078-03

U445

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