龍煙鐵路單線(60+100+60)m連續(xù)梁設計

謝國平，聶 磊

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司濟南設計院，濟南 250022)

龍煙鐵路單線(60+100+60)m連續(xù)梁設計

謝國平，聶 磊

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司濟南設計院，濟南 250022)

單線鐵路大跨連續(xù)箱梁因具有受力大而截面尺寸小的特點，導致體內(nèi)縱、豎向鋼束布置空間有限，增加了橋梁設計的難度。以龍煙線(60+100+60)m連續(xù)梁為例，旨在總結單線鐵路大跨連續(xù)箱梁的設計思路、方法及經(jīng)驗。結合已有的設計經(jīng)驗，擬定結構幾何尺寸和材料類型，布置預應力鋼筋;采用BSAS及Midas Civil軟件分別對結構進行縱向及橫向計算。計算分析表明，通過合理的布置縱、豎向預應力鋼束，單線鐵路(60+100+60)m大跨連續(xù)梁的設計是可行的，并對設計經(jīng)驗進行總結。

單線鐵路;連續(xù)梁;結構設計

隨著大跨徑預應力混凝土連續(xù)梁的設計和施工水平的日益成熟，大跨徑連續(xù)梁在鐵路橋梁上應用越來越廣泛［1］，如宜萬鐵路葉溪河大橋采用雙線主跨108 m連續(xù)梁［2］、京滬高鐵滄德特大橋跨京杭運河橋采用雙線主跨128m連續(xù)梁［3］、鄭機城際跨石武客運專線及西南上下行聯(lián)絡線采用單線主跨94m連續(xù)梁等。

由此可知目前鐵路主跨100m及以上連續(xù)梁大多應用于雙線橋梁上，單線橋梁應用并不多。通過對單線主跨100m連續(xù)梁的設計，從結構尺寸擬定、結構計算等進行歸納總結，為單線鐵路大跨連續(xù)梁的設計提供參考。

1 工程概況

藏家特大橋上跨黃金河、S302省道、長江路及榮烏高速公路古現(xiàn)互通立交匝道(以下簡稱“匝道”)，其中跨越匝道為本橋控制性工程。橋位處匝道采用路基形式，順橋向匝道兩側路基坡腳距離約為82m，兩側坡腳與橋中心夾角分別約為45°、36°，橋高約23 m。線路為單線Ⅰ級，設計時速160 km，位于緩和曲線及半徑R=2 800m的圓曲線上，橋面縱坡度為+3.9‰。主梁采用(60+100+60)m跨度組合，單聯(lián)長221.5m(不含梁端梁縫寬度)。見圖1。

圖1 臧家特大橋主橋立面布置(單位:cm)

橋址處是一般大氣環(huán)境，環(huán)境作用等級為H1、L1、Y1、D3。地震動峰值加速度為0.10g，抗震設防烈度為7度。擬建場地地基土類型為中硬土，場地類別為Ⅱ類，地震動反應譜特征周期為0.40 s。連續(xù)梁施工采用懸臂澆筑法施工［4，5］。

2 主梁構造

2.1 橋面寬度

橋面布置考慮將所有過橋設備(如通信、信號、電力光纜等)均放置于橋面上，在滿足橋梁限界、規(guī)范［6］規(guī)定的條件下，橋面寬度取值7.5m，截面形式采用單箱單室的箱形截面。

2.2 梁底線型

為適應連續(xù)梁內(nèi)力變化的需要，設計經(jīng)濟合理，連續(xù)梁的縱向截面采用變高度梁布置，梁底線型采用常用的圓曲線形式，曲線半徑為382.117m。

2.3 跨中及支點處截面高度

變高度梁截面高度參照以往設計經(jīng)驗取值，一般跨中截面梁高度取(1/30～1/50)L，支點截面梁高度取(1/12～1/16)L，且滿足一般 h支/h中=1.5～2.0的構造要求［7］。L 為主跨跨度。

頂板、底板以及腹板尺寸確定前要預估預應力鋼筋根數(shù)，保證預應力鋼筋布置時能夠滿足構造要求。腹板間距應考慮主梁的跨度，防止主梁扭轉(zhuǎn)破壞，同時應結合頂板尺寸驗算其橫截面抗彎抗剪能力，確定是否需要配置橫向預應力鋼筋。主梁加腋應結合規(guī)范設置，高寬比例不宜大于1/3。

本梁擬定跨中截面高度為4.6 m，支點截面梁高為7.2m。頂板厚38 cm，底板厚為42～100 cm，腹板厚為40～80 cm。

支點及跨中截面如圖2所示。

圖2 主梁橫斷面(單位:mm)

2.4 橫隔板設置

因主橋截面采用箱形截面，抗扭剛度較大，故橫隔板設置于各支點部位及主跨跨中部位。中支點內(nèi)橫隔板傳遞荷載較大，于中支點處設置剛性橫隔板，中部開設過人洞。邊跨及跨中處，一般將底板、腹板加厚，以起到柔性橫隔板的作用。端橫隔板在構造上同時滿足鋼束彎起錨固、設置過人洞及預留伸縮槽的要求［8］。

2.5 預應力體系

本橋采用二向預應力體系使梁體處于全預應力狀態(tài)。

縱向預應力索頂板、腹板采用14－7φ5 mm鋼絞線，底板采用17－7φ5mm鋼絞線，兩端張拉。頂板束及腹板束豎彎形狀應盡量保持統(tǒng)一，減少鋸齒塊及梁段普通鋼筋的設計難度。頂板束布置原則是一般先錨固的在內(nèi)側，后錨固的在外側，相鄰2根鋼束交替錨固。腹板束一般先錨固的在下邊，后錨固的在上邊，同截面內(nèi)錨固鋼束避免在同一水平面上，防止削弱本截面腹板厚度。

豎向預應力筋采用φ25mm高強精軋螺紋鋼筋，JLM錨具，梁頂端張拉。豎向預應力筋縱向按0.5 m間距布置，橫向腹板內(nèi)按單根布置。

3 主梁結構計算

3.1 計算參數(shù)

連續(xù)梁計算荷載取值應按《鐵路橋涵設計基本規(guī)范》(TB10002.1—2005)采用。

恒載包括結構自重、二期恒載、支點不均勻沉降以及混凝土收縮徐變;活載包括列車及人群，并對運梁車及架橋機過梁進行檢算;附加力主要考慮風力及溫度變化的作用;特殊荷載主要考慮列車脫軌荷載、施工掛籃、施工機具、人群以及地震力［9］的作用。

3.2 計算內(nèi)容及計算模型

連續(xù)梁計算分為縱向計算和橫向計算。

3.2.1 縱向計算

縱向計算主要驗算主梁劃分梁段是否合理，施工是否可行，主梁截面尺寸擬定是否合理，縱向預應力鋼筋布置是否滿足要求以及施工和運營階段主梁的變形。主要有以下幾個內(nèi)容。

(1)施工階段應力驗算;

(2)運營階段驗算:運營階段驗算時應對主力組合、主+附組合分別驗算。內(nèi)容包括:

①運營階段混凝土的最大應力;

②各截面箍筋間距計算;

③運營階段正截面抗裂安全系數(shù);

④運營階段混凝土的主應力;

⑤運營階段正截面強度安全系數(shù);

⑥運營階段斜截面強度安全系數(shù);

⑦運營階段鋼束中的鋼束應力比及應力幅驗算。

本橋主梁縱向計算采用橋梁結構分析系統(tǒng)BSAS軟件，模型共分76個節(jié)點，75個單元，69個施工階段，合龍段施工時先合龍邊跨，再合龍中跨［10－11］。縱向計算模型見圖3。

圖3 縱向計算模型

圖4～圖7分別給出了主梁的應力計算結果。從計算結果可以看出，主梁最大應力為12.80MPa，最小應力為0.85MPa，均能滿足規(guī)范要求。主梁其他計算結果見表1。

圖4 主力組合下主梁上緣正應力最大最小值

圖5 主+附組合下主梁上緣正應力最大最小值

圖6 主力組合下主梁下緣正應力最大最小值

圖7 主+附組合下主梁下緣正應力最大最小值

表1 縱向主要計算結果

3.2.2 橫向計算

橫向計算主要驗算主梁頂板、翼緣、腹板以及底板尺寸擬定是否合理，確定普通鋼筋的型號，是否需要設置橫向預應力鋼筋等問題。

本橋為單線鐵路橋梁，腹板間距為5.0m，通過配置普通鋼筋能夠滿足要求。頂板，翼緣及底板按混凝土梁設計，腹板按混凝土柱設計。主要有以下幾方面內(nèi)容:

(1)混凝土壓應力驗算;

(2)鋼筋拉應力驗算;

(3)裂縫寬度驗算。

本橋橫向計算采用Midas Civil軟件，取1m寬截面進行計算，并按規(guī)范考慮溫度、離心力、脫軌荷載以及橫向搖擺力的作用，模型共分50個節(jié)點，46個單元，橫向計算模型見圖8。

圖8 橫向計算模型

通過計算，各指標均能滿足規(guī)范［12］要求。主要計算結果見表2。

表2 橫向主要計算結果

4 結論與建議

大跨連續(xù)梁設計復雜，梁段數(shù)量多，預應力布置復雜，從連續(xù)梁的尺寸擬定到結構計算進行了敘述及總結，設計成果滿足規(guī)范要求，為以后類似工程提供參考。基于大跨連續(xù)梁的設計經(jīng)驗，總結出以下幾點注意事項，以供參考借鑒。

(1)梁段劃分要合理，在保證每段質(zhì)量相差不大的前提下，盡可能使梁段長度一致。

(2)由于單線大跨連續(xù)梁截面小，縱向預應力鋼筋多，導致鋼束布置空間小，因此，在設計時應注意縱向與豎向預應力鋼筋布置的位置及合理性，避免相互沖突的問題。

(3)箱梁頂板尺寸較小，橫向普通鋼筋布置時，應于加腋附近適當布置一定數(shù)量的彎起通長筋滿足抗彎與抗剪要求。

(4)箱梁腹板間距應適當加大，以滿足預應力鋼筋的布置及增加結構的抗扭能力。

［1］范立礎．預應力混凝土連續(xù)梁橋［M］．北京:人民交通出版社，1988．

［2］楊帆．宜萬鐵路葉溪河大橋(70+108+70)m連續(xù)梁橋合龍方案優(yōu)化設計［J］．鐵道標準設計，2012(7):55－59．

［3］王宏利．128m大跨連續(xù)梁低溫合龍施工技術［J］．鐵道標準設計，2010(6):39－42．

［4］張繼堯，王昌將．懸臂澆筑預應力混凝土連續(xù)梁橋［M］．北京:人民交通出版社，2004．

［5］雷俊卿．橋梁懸臂施工與設計［M］．北京:人民交通出版社，2000．

［6］TB10002.1—2005，鐵路橋涵設計基本規(guī)范［S］．北京:中國鐵道出版社，2005．

［7］胡人禮．橋梁力學［M］．北京:中國鐵道出版社，1999．

［8］杜士杰，肖飛．秦沈客運專線懸臂施工預應力混凝土連續(xù)箱梁設計［J］．鐵道標準設計，2001(9):21－23．

［9］范立礎．橋梁抗震［M］．上海:同濟大學出版社，1997．

［10］ 吳建中．多跨連續(xù)梁的合龍設計［J］．橋梁建設，1999(3):30－33．

［11］陳劍峰，等．非對稱連續(xù)梁設計與施工［J］．鐵道工程學報，2006(9):31－35．

［12］TB10002.3—2005，鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規(guī)范［S］．北京:中國鐵道出版社，2005．

Design of(60+100+60)－m Continuous Girder w ith Single Track on Longkou-Yantai Railway

XIE Guo-ping，NIE Lei

(Jinan Design Institute，China Railway Engineering Consulting Group Co．，Ltd．，Jinan 250022，China)

Because a large-span continuous box girder on single-track railway is characterized by large stresses and small cross-section size，the space for arrangementof longitudinal and vertical tendons inside the structure is limited，and thismay give rise to a difficulty in bridge design．This paper took the(60+100+60)－m continuous girder on Longkou-Yantai Railway as an example，in the hope of summarizing the design ideas，methods and experience of large-span continuous box girder on single-track railway．Meanwhile，combined with the existing design experience，the structure geometry size and material type were determined and the prestressing tendons were arranged．Afterwards，the structure was calculated longitudinally and transversely by using software BSAS and Midas Civil．The result of calculation and analysis shows that by reasonably arranging the longitudinal and vertical prestressing tendons，this design of(60+100+60)－m large-span continuous girder on single track railway is feasible．Besides，this design experience was summarized in this paper．

single-track railway;continuous girder;structure design

U448.21+5

A

10．13238/j．issn．1004－2954．2014．03．016

1004－2954(2014)03－0067－04

2013－07－04;

2013－08－07

謝國平(1984—)，男，工程師，2005年畢業(yè)于華東交通大學，工學學士。