青龍山特大橋空間異形剛架橋設計及優化

劉媛

(中鐵上海設計院集團有限公司，上海 200070)

青龍山特大橋空間異形剛架橋設計及優化

劉媛

(中鐵上海設計院集團有限公司，上海 200070)

空間剛架結構采用墩梁固結的構造，在豎向荷載作用下，能夠利用固結端的負彎矩降低梁的跨中彎矩，從而達到減小梁高的目的。在橋下凈空受限的情況下，根據剛架結構的力學特點，進行形狀優化可極大地改善線路條件，更好適應地形。結合青龍山特大橋的設計，介紹了空間剛架結構的特點及不同橋式方案的選擇。采用有限元方法對選取1號節段剛架進行驗算，結果表明剛架各控制點參數均滿足標準要求。空間異型剛架橋方案可為線路夾角小、凈空受限的橋梁工程施工設計提供有益參考。

橋梁工程；空間異形剛架；方案比選；設計；優化

1 工程概況

圖1 平面布置圖（單位：cm）

2 結構選擇

2.1 門式墩+連續梁

方案一：連續梁梁高 2.5m，門式墩蓋梁高 3.5m，考慮支座后結構總高度為2.5+3.5+0.65=6.65m。

方案二：將連續梁嵌入門式墩中做成隱蓋梁，結構總高度為3.5m。

上述方案設計如圖2(a)和(b)所示。

圖2 門式墩+連續梁方案（單位：cm）

2.2 門式剛架

剛架頂板厚度為0.9m，邊墻1.0m。

圖3 門式剛架方案（單位：cm）

如圖 3所示，采用門式剛架，結構高度最小，可在滿足橋下凈空的條件下，為優化線路縱坡提供條件。

3 結構設計

3.1 空間剛架結構

Teece （1986）［11］認為協調柔性是提高企業技術創新能力的重要因素。資源的有效獲取和利用是企業保持競爭優勢的關鍵因素，協調柔性的提高可以使企業將所獲取資源進行高效利用，并將其用于生產中，快速進入新市場，促進企業的技術創新能力提升。

空間剛架通過邊墻與頂板的剛性連接，邊墻與承臺及樁基與承臺的固結，形成空間無底板的空間門式剛架結構。由于采用了墩梁固結措施，提高了工程的經濟性，且施工過程不發生進行體系轉換。在豎向荷載作用下，利用固結端的負彎矩降低了梁的跨中彎矩，從而達到減小梁高的目的。邊墻平行于既有線設置，在新線下采用了加寬設計，形成了一個異形剛架。邊墻采用部分掏空設計，在既有線通車后既滿足了采用需要，也滿足了景觀要求。

3.2 剛架結構設計

為更好地適應地形及線路的要求，剛架劃分5個階段。剛架頂面寬16～20.7m，道砟槽內側寬4.6m，線路左側設聲屏障，右側為欄桿，兩側人行道寬度為1.05m。1號節段線路左側剛架設1.35～0.525m懸臂，3～5號節段線路右側設2.1～0.525m懸臂。剛架頂板厚0.9m，頂板與與剛架邊墻連接處設50×150cm的梗斜。邊墻厚度為1m，高10.5m～12.5m。如圖4所示。

圖4 空間剛架布置（單位：cm）

4 模型計算

4.1 計算方法

剛架橋空間模型采用有限元分析軟件Midas Civil進行計算，根據縱橫梁傳力體系，采用三維梁單元模擬剛架結構。各構件間通過剛臂鏈接。采用土彈簧模擬樁土的相互作用。利用虛擬梁單元建立車道，進行活載加載。選取 1號節段剛架進行驗算。

4.2 模型建立

1號節段凈跨度為14m～19.203m，兩側邊墻縱向長度分別為29.136m，24.373m，邊墻高度分別為10.5m，12.5m。在建立模型時，將剛架簡化為凈跨徑19m，縱向長度29m的模型進行計算，得到的結果應是偏于安全的。建立的異型剛架空間有限元模型如下圖5所示。

圖5 剛架橋空間計算模型

4.3 計算結果分析

表1 主力作用下1號剛架控制截面配筋及應力表

表1計算結果均滿足[δf]=0.2mm，[σc]=13.5 MPa， [σs]=210MPa的要求。

表2 主力+附加力作用下1號剛架控制截面配筋及應力表

表2計算結果均滿足[δf]=0.24mm，[σc]=13.5 MPa，[σs]=210MPa的要求。

經計算，剛架梗斜兩側、開孔處剪應力均小于[σtp-2]=0.9MPa，可不按構造配筋。計算結果如表3所示。剛架邊墻處的主拉應力均小于[σtp-2]=0.9MPa。

表3剛架頂板控制點剪應力結果

上述結果表明，異型剛架橋的各控制參數均滿足設計規范要求[1-3]。

5 結論

（1）針對青龍山特大橋工程現狀，為避免影響既有線運營，在青符聯絡線右側(LK4+000-LK4 +830)設置施工便線，并進行了方案設計與比選，墩梁固結措施提高了工程的經濟性，降低了梁的跨中彎矩，達到了減小梁高的目的；

（2）有限元計算結果表明，所選方案滿足施工期間的運營線安全要求。因此在交叉角度小，橋下凈空受限的條件下，采用空間剛架結構不失為一種合理的選擇。

[1] TB10002.1-2005,鐵路橋涵設計基本規范[S]

[2] 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].

[3] TB10002.4-2005,鐵路橋涵混凝土和砌體結構設計規范[S]

[4] TB10002.5-2005,鐵路橋涵地基和基礎設計規范[S]

[5] TB10005-2010,鐵路混凝土結構耐久性設計規范[S]

[6] 王昌鵬.京滬高速鐵路北京特大橋跨西黃右線空間剛架結構分析[J].鐵道標準設計,2010(3)：62-64

Design and Optimization of Special-shaped Spatial Rigid Frame in Qinglongshan Bridge

LIU Yuan
(China Railway Shanghai Design Institute Group Co.,Ltd. Shanghai 200070,China)

Mid-span moment of spatial rigid frame which adopts the fixed pier beam system is reduced as a result of the negative moment of the fixed end, so the height of the beam is decreased. With insufficient of the clearance under bridge, shape optimization taking advantage of the spatial rigid frame can improve line’s ability of adapting the restriction of geography. According to the design of Qinglongshan Bridge, structure feature of spatial rigid frame was introduced and a scheme comparison of different bridge types was performed. Finite element software Midas was sleeted to calculate the rigid frame, and the results showed that the design scheme can satisfied requirement of strength, stiffness and stability .The paper may offer some references for the similar engineering with small angle and limited clearance.

bridge construction; special-shaped spatial rigid frame; scheme comparison; design; optimization

TU7

B

1007-6344（2015）08-0094-02

劉媛(1979-)，女,漢族,河南陜縣人,碩士，工程師，從事結構分析與橋梁設計研究