合蚌高鐵(76+160+76)m連續梁拱組合結構設計研究

齊 林

(中鐵上海設計院集團有限公司，上海 200070)

合蚌高鐵(76+160+76)m連續梁拱組合結構設計研究

齊 林

(中鐵上海設計院集團有限公司，上海 200070)

通過對合蚌高鐵(76+160+76)m連續梁拱組合結構的研究，介紹了主橋結構設計要點和施工方法，指出采用“異位拼裝，縱向就位”的主拱架設方法，解決了傳統方法中拼裝時間長，給橋下既有鐵路帶來安全隱患的難題，降低了運營風險。

連續梁拱，組合結構，動力分析，拱肋穩定計算

1 工程概況

新建鐵路合肥—蚌埠高鐵于DK49+145.107處跨越淮南鐵路，線位與既有線夾角為13°。該段既有淮南線為雙線，線間距4.0 m，路基寬12 m，填土高1.8 m，正在進行電氣化改造。合蚌客專采用主跨為160 m連續梁—拱組合橋跨越。

合蚌高鐵跨淮南鐵路特大橋主橋采用(76+160+76)m預應力混凝土連續梁拱的組合結構。主橋橋型布置圖見圖1。

主要技術標準如下：

1)線路：高鐵，雙線，線間距5 m，主橋平面位于曲線，縱坡i=9‰，設計行車速度為350 km/h。

2)設計恒載：混凝土容重26.5 kN/m3；二期恒載141.37 kN/m；支點不均勻沉降2 cm。

3)設計活載：ZK活載。

4)線路條件：本橋位于半徑R=10 000 m的平曲線上，半徑30 000 m的豎曲線上。

2 主橋結構設計

2.1 主梁構造及節段劃分

1)截面尺寸。主梁采用單箱雙室變高度箱形截面，直腹板，中支點處梁高8.5 m，跨中、邊支點處梁高5.0 m，底板下緣采用圓弧過渡，箱梁普通段頂寬13.3 m，底寬10.2 m，中支點處頂局部加寬至16.1 m、底寬14.3 m。

箱梁頂板厚度42 cm，邊支點局部加大至72 cm，中支點局部加大至102 cm;底板厚度35 cm～102 cm，邊支點局部加大至80 cm，中支點局部加大至140 cm；橫向三腹板等厚，厚度沿縱向分為40 cm，55 cm，70 cm三種，邊支點局部加大至85 cm，中支點局部加大至130 cm。

2)橫隔板設置。全梁共設置5道橫隔板，其中邊支點、中支點各2道，中跨中1道，厚度分別為1.6 m，4.0 m，1.0 m。

3)吊點橫梁設置。對應全橋17道吊桿，梁部設置17道吊點橫梁，橫梁高1.54 m，寬0.4 m，橫向長13.3 m。主橋橫斷面見圖2。

2.2 主梁預應力

主梁設置縱向、豎向雙向預應力。縱向預應力筋采用1×7-15.2-1860-GB/5224-2003預應力鋼絞線。縱向預應力鋼束采用OVM錨具，管道采用金屬波紋管成孔。由于主梁橫向采用單箱三室截面，雖橫向較寬(達13.3 m)，該橋并未設置橫向預應力。

豎向預應力采用φ32 mm高強精軋螺紋鋼筋，內徑45 mm鐵皮管成孔。腹板厚0.4 m～0.7 m，豎向預應力均于梁頂張拉。

2.3 拱肋構造

主拱采用鋼管混凝土結構，計算跨度L=160 m，設計矢高f=32 m，矢跨比f/L=1/5，拱軸線采用二次拋物線，設計拱軸線方程：Y=-1/200X2+0.8X。拱肋弦管及綴板內填充C55微膨脹混凝土。拱肋截面見圖3。

2.4 橫撐

兩榀拱肋中心距12.5 m，全橋共設11道橫撐，橫撐均采用空間桁架撐，各橫撐由4根φ450×12 mm主鋼管和32根φ250×10 mm連接鋼管組成，橫撐和斜撐均采用Q235qD鋼材，鋼管內部不填混凝土，見圖4。

2.5 吊桿

吊桿順橋向間距8 m，全橋共設17組雙吊桿。吊桿采用PES(FD)7-55型低應力防腐拉索(平行鋼絲束)，抗拉強度標準值fpk=1 670 MPa，Ep=2.0×105MPa。

2.6 拱腳構造

1)拱腳尺寸。縱向12 m，橫向1.8 m，對應邊腹板范圍由2.75 m加寬至3.35 m，以將拱腳豎向力傳至支座、橋墩。

2)聯接鉸。聯接鉸為臨時構件，設在拱腳第一、二次澆筑混凝土面上，鉸間涂抹黃油，以保證鉸能轉動。

3)預埋鋼管。沿拱腳混凝土澆筑分層線以下，預埋鋼管外壁滿布剪力釘，鋼管底部與圓形鋼板并通過加勁肋加強，圓形鋼板下設4層承壓鋼筋網。

4)預應力筋及普通鋼筋設置。拱腳段沿拱肋軸線兩側滿布φ32的豎向預應力筋，下端固定在梁底。

普通鋼筋主要是面筋，沿縱、橫向設置兩層圈梁式面筋，另外沿預埋鋼管軸向設置@15 cm的箍筋。

3 施工方法

該橋施工方法采用“先梁后拱”，主梁采用掛籃懸灌、主拱肋采用“異橋位拼裝、縱移就位”施工，下部結構的圓端形實體橋墩采用現澆、基礎采用鉆孔樁。

拱腳混凝土澆筑分為兩階段，一期部分混凝土隨0號塊一起施工，混凝土澆筑之前、定位角鋼、預埋鋼管、聯結鉸下部及預應力筋錨固端精確定位、預埋，待0號塊縱向索張拉完成后，張拉拱腳豎向預應力筋；隨后懸臂澆筑并合龍梁部，在梁上拼裝拱肋，安裝聯結鉸，豎轉并合龍拱肋，施工拱腳嵌補段，拆除聯結鉸，再澆筑拱腳二期混凝土。

4 主要計算結果

主梁在成橋階段及運營階段的正應力計算結果見表1，主應力計算結果見表2，主梁抗裂及強度計算見表3，拱肋強度計算結果見表4。

表1 主梁正應力計算結果 MPa

表2 主梁主應力計算結果 MPa

表3 主梁抗裂及強度計算結果

表4 拱肋強度計算結果

從表1～表4可見，主梁正應力、主應力、抗裂、強度及拱肋強度均滿足規范要求。

理論計算殘余徐變變形：中跨跨中上拱16.6 mm，邊跨跨中下撓5.3 mm。

在ZK靜活載作用下中跨最大撓度值-30.4 mm,為跨度的1/5 263，小于L/1 500，邊跨撓度-11.4，為跨度的1/6 667，小于L/1 500。

在ZK靜活載作用下，邊跨與中跨支座轉角為0.595‰(rad)和0.564‰(rad)，均小于1‰(rad)。

5 拱肋穩定計算[1-6]

拱肋穩定計算的模式即格構柱的穩定計算模式，格構柱一般縱、橫向均存在整體與局部穩定，分述如下：

1)縱向穩定：由于拱肋縱向上、下鋼管之間采用連續的綴板或很密的弦管，其單管局部穩定可以保障，因此規范對縱向只檢算整體穩定。

2)橫向穩定：由于拱肋橫向撐不連續且剛度變化較大，一般存在局部穩定問題，規范中橫向穩定的計算公式綜合考慮了整體與局部兩個方面，其中拱肋間距、雙拱特性是整體方面的，單拱特性、橫撐特性、橫撐間距是局部方面的。

拱肋穩定的特點：該橋為強梁弱拱結構，單拱拱肋采用啞鈴型截面。相對四管的截面而言，啞鈴型截面縱向剛度大、橫向剛度小，相應拱肋橫向局部穩定問題比較突出，需要較強的橫向撐，對橫向撐的布置密度及自身剛度均有一定的要求。

拱肋穩定系數計算值：該橋兩榀拱肋之間共設11道“一”字形橫撐，橫撐均采用空間桁架撐，各橫撐由4根φ450×12 mm主鋼管和32根φ250×10 mm連接鋼管組成，經過計算得出如下結果：

1)縱向穩定性。

拱肋的最大水平推力Hmax1=42 494.1 kN；

極限水平推力Hcr=409 779.7 kN;

拱的縱向穩定安全系數K=Hcr/Hmax1=9.64>8，滿足要求。

2)橫向穩定性。

拱肋L/4處最大軸力Nmax1=54 419.0 kN。

臨界軸力Ncr=300 218.2 kN。

拱的橫向穩定安全系數K=Ncr/Nmax1=5.52>4，滿足要求。

6 結語

1)九龍崗特大橋主跨采用(76+160+76)m連續梁拱組合橋結構，位于曲線上，是目前國內同類橋型中最大跨度的曲線連續梁拱橋。通過橋式方案的比選，提出了合理的結構，解決了組合結構的構造處理和空間受力問題，降低了梁高，減少橋長，節省了工程費用。

2)提出了拱腳復雜結構有效的加強措施，有效的保證了結構的可靠及安全，為同類橋梁進一步發展提供了有益的借鑒。

3)提出了“異位拼裝，縱向就位”的主拱架設方法，解決了傳統方法中拼裝時間長、給橋下既有鐵路帶來安全隱患的難題，節省了投資，提高了工效，有效降低了安全風險。

[1] 陳寶春.鋼管混凝土拱橋設計與施工[M].北京：人民交通出版社，2000.

[2] 李國豪.橋梁結構穩定與振動[M].北京：中國鐵道出版社，2003.

[3] 吳清明.復合鋼管混凝土橋梁研究與實踐[M].北京：人民交通出版社，2007.

[4] 王 禎，李鳳芹，王召祜.青藏鐵路拉薩河特大橋主橋設計[J].鐵道標準設計，2004(6):1-3.

[5] 朱張峰，郭正興，劉利軍.京滬高鐵(90+180+90)m連續梁拱橋結構性能分析[J].鐵道工程學報，2011(1):31-34.

[6] 鄒 巖．大西客運專線(74.9+148+128+148+74.9)m連續梁拱設計研究[J]．鐵道勘察，2012(1)：92-95.

Design and research of(76+160+76)m continuous beam arch combination structure of Hefei-Bengbu high-speed railway

QI Lin

(ChinaRailwayShanghaiDesignInstituteGroupCo.,Ltd,Shanghai200070,China)

According to the research on (76+160+76)m continuous beam arch combination structural design along Hefei-Bengbu Express Railway, the paper introduces the design points and the construction methods of the main bridge structure, points out the main arch erection method of the non-bridge-place assembling and longitudinal positioning, and solves the safety hidden hazards on existing railway caused by the long assembling period of the traditional methods, so as to relieve the operation risk.

continuous beam arch, combination structure, dynamic analysis, arch stability calculation

1009-6825(2014)11-0187-03

2014-01-26

齊 林(1981- )，男，碩士，工程師

U448.215

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