客運專線無砟軌道岔區剛架橋的設計

曹吉星

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司橋梁處，天津300142)

客運專線無砟軌道岔區剛架橋的設計

曹吉星

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司橋梁處，天津300142)

濱海西線路所剛架橋位于京津城際延伸線濱海西線路所的岔區范圍。為滿足道岔的需要，采用了多聯14.6 m跨度剛架并置的結構，同時為解決道岔范圍線路變寬的問題，剛架橋順線路方向也采用了變寬的形式。本文較詳細地介紹了濱海西線路所剛架橋的結構設計，以及主梁與橋墩的變形、應力、裂縫等相關計算，可為以后同類設計提供借鑒。

客運專線 道岔區 剛架橋 設計

隨著中國鐵路大規模發展和深入推進，高速鐵路橋梁技術也取得了重大進展，橋梁結構在線路長度中占據的比例逐漸增大，尤其在寸土寸金的現代城市，高架站(即橋上設站)在節約建設用地、降低鐵路對城市交通網的分割等方面具有明顯的優勢，但不可避免地出現了岔區位于橋上的情況。通常，道岔區橋梁一般采用與常用簡支梁相同跨度的預應力混凝土連續梁。在填土高度較低時，道岔連續梁橋下凈空很小，通視性較差，景觀效果不佳，越來越無法滿足城市建設對高鐵車站景觀效果的要求。

為高架站岔區專門設計的多聯連續小剛架結構，各聯順線路方向跨度一致、聯間過渡平順，不但具備與道岔連續梁相同的使用條件，而且具有上部結構高度低、橋梁剛度大、梁端變形小、結構靈活等特點，同時省去了大量支座，便于養護維修。

1 設計方案

1.1 工點簡介

京津城際延伸線正線(雙線)采用CRTSⅡ型板式無砟軌道，為滿足京津城際延伸線至濱海西站的疏解，于京津城際延伸線正線橋梁段設置線路所，線路所道岔型號為42號。在順線路方向，道岔的影響范圍約350 m。橋梁采用3聯(4×14.6 m)+4聯(3× 14.6 m)剛架并置的結構，每聯長度分別為58.42 m和43.82 m。

結構采用的橋面寬度根據道岔及其它橋上設備要求確定，剛架橋面設計為變寬，標準段橋面寬為14.8 m，變寬段橋面最寬處為28.73 m。

經綜合分析，選取第一聯進行計算，橋梁分跨布置如圖1所示。

圖1 剛架橋總體平面布置

1.2 尺寸擬定(圖2)

本橋第一聯橋跨組合為4×14.6 m，采用普通鋼筋混凝土結構。上部結構梁部截面均為帶翼緣實體截面，跨中處梁高1 m，墩頂處梁高1.6 m，與立柱連接處設60 cm×180 cm梗脅。梁部頂寬變寬，梁部橫向懸臂1.0 m。

橋墩均采用普通鋼筋混凝土結構。橋墩與正線線路中心線垂直，斷面為平行四邊形，墩厚為1.0 m，橋墩橫橋向寬度與主梁底寬同寬，橋墩順橋向外輪廓線與主梁梁底輪廓線重合。

基礎采用鉆孔樁基礎。承臺垂直路線中心線設置，承臺橫橋向尺寸根據主梁底面寬度設置，中墩承臺縱橋向尺寸采用2.3 m，樁基采用縱向單排直徑1.25 m鉆孔樁，樁長50 m，聯間墩承臺縱橋向尺寸采用4.8 m，樁基采用縱向雙排直徑1.0 m鉆孔樁，樁長47 m。

1.3 主要技術標準

1)設計活載:ZK標準活載，詳見圖3。

圖2 剛架橋第一聯立面(單位:cm)

圖3 ZK活載圖式

2)正線數目:一次雙線，區間線間距5.0 m。

3)軌道形式:CRTSⅡ型板式無砟軌道，軌道高度679 mm。

4)設計速度:設計行車速度300 km/h。

5)地震設防烈度:Ⅶ度;設計水平地震動峰值加速度Ag=0.15g。

6)施工工法:原位現澆施工。

7)設計恒載:結構自重，混凝土重度按26 kN/m3取值;二期恒載，按149 kN/m計算。

2 模型的建立

剛架橋第一聯主梁及橋墩均采用梁單元進行計算。本次計算使用Midas/Civil進行控制性計算。墩底采用節點彈性支撐模擬，各墩墩底基礎剛度見表1。主梁及橋墩的單元劃分示意及邊界條件如圖4所示。

表1 剛架橋第一聯基礎剛度

圖4 剛架橋第一聯主梁及墩單元劃分示意

3 檢算結果

3.1 結構變形及基礎不均勻沉降計算

1)結構變形分析

道岔對結構變形的要求非常嚴格，根據《高速鐵路設計規范(試行)》(TB 10621—2009)的相關要求，有砟及無砟軌道結構在鋪設后允許的垂直偏差均為10 mm。因此剛架結構在設計計算中最大變形值按不超過10 mm進行控制。

各跨度剛架結構在其最適合墩高及截面尺寸條件下，各部位變形情況如表2所示，滿足規范要求。

表2 運營狀態結構各部位變形mm

2)基礎不均勻沉降分析

根據《高速鐵路設計規范(試行)》中的相關規定，橋梁結構相鄰墩臺工后沉降差，有砟軌道為15 mm，無砟軌道為5 mm。

在剛架結構設計中，每個剛臂墩與相鄰墩的不均勻沉降差按照10 mm進行計算控制，結果滿足規范要求。

3.2 主梁截面應力及裂縫計算

根據控制截面位置、控制截面寬度，將控制截面分為第1跨墩頂截面、第1跨跨中截面、第2～4跨墩頂截面、第2～4跨跨中截面四類。對主力組合、主力加附加力組合下主梁截面受力情況分別進行了檢算。控制截面最不利情況下的檢算結果如表3所示，應力及裂縫寬度均滿足規范要求。

3.3 橋墩截面應力及裂縫計算

對主力組合、主力加附加力組合下橋墩截面受力情況分別進行了檢算。控制截面最不利情況下的檢算結果如表4所示，應力及裂縫寬度均滿足規范要求。

表3 主梁截面應力及裂縫計算結果

注:①σc為混凝土最大壓應力;σs為受拉鋼筋最大拉應力;σs1為受壓鋼筋最大壓應力;σtp為混凝土主拉應力;σcc為混凝土局部承壓應力;τ為中性軸處剪應力;ωf為裂縫寬度。②應力單位為MPa，裂縫寬度單位為mm。

表4 橋墩截面應力及裂縫計算結果

4 結語

在客專鐵路網日益密集的今天，高架站及站間連接線越來越多，需要岔區結構物在滿足無砟軌道強度、剛度、沉降需求的同時，也對結構物的美觀、養護等多方面提出了更高的要求。多聯連續小剛架結構無論在聯間平順性、梁體變形及沉降等各方面，都能更好地滿足無砟軌道的要求。另外，岔區鋼筋混凝土連續剛架結構具有結構剛度大、受力明確、便于養護維修及施工周期短、施工難度低等優點。在景觀上，小跨度剛架橋結構尺寸小，橋下空間較大，通視效果好，可以很好地融合到現代城市環境中;在可以采用小跨度結構且墩高較低的橋梁區段有著明顯的優勢，值得推廣。

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［2］中華人民共和國鐵道部．TB 10002.1—2005鐵路橋涵設計基本規范［S］．北京:中國鐵道出版社，2005．

［3］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．

［4］中華人民共和國鐵道部．TB 10002.5—2005鐵路橋涵地基和基礎設計規范［S］．北京:中國鐵道出版社，2005．

［5］鐵道第三勘察設計院．橋涵地基和基礎［M］．北京:中國鐵道出版社，2002．

［6］王小民．蘭州至中川城際鐵路西固黃河特大橋設計［J］．鐵道建筑，2014(6):14-16．

［7］項海帆．高等橋梁結構理論［M］．北京:人民交通出版社，2001．

［8］榮先成．有限元法［M］．成都:西南交通大學出版社，2006．

［9］徐桂弘，徐浩，王平，等．無砟軌道連續梁橋與道岔縱向相互作用規律的研究［J］．鐵道建筑，2011(5):119-122．

(責任審編孟慶伶)

U442．5

A

10．3969/j．issn．1003-1995．2015．03．08

1003-1995(2015)03-0027-03

2014-09-20;

2014-10-15

曹吉星(1982—)，男，河北吳橋人，工程師。