預應力混凝土連續梁拱橋主梁結構橫向截面驗算設計

安坤

摘 要：新建高速鐵路徐宿淮鹽線、鹽城特大橋跨西塘河，主跨結構采用（100+200+100）m預應力混凝土連續梁-拱結構，鹽城特大橋考慮運架設備過梁，要求在主梁中跨合龍后，拱腳二次混凝土澆筑和拱肋拼裝之前進行。本文結合工程實例，對該橋主梁上部結構橫向截面進行驗算設計。

關鍵詞：高速鐵路；連續梁拱橋；主梁上部結構；橫向截面

中圖分類號：U448.225 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）06-0125-03

1 項目概況

新建鐵路徐宿淮鹽線后馬莊特大橋跨徐淮高速公路、徐洪河特大橋跨越徐沙河以及鹽城特大橋跨西塘河主跨上部結構采用（100+200+100）m預應力混凝土連續梁-拱結構，其中后馬莊特大橋和徐洪河特大橋不通過運架梁設備，鹽城特大橋考慮運架設備過梁，要求在主梁中跨合龍后，拱腳二次混凝土澆筑和拱肋拼裝之前進行。

2 橋梁結構設計情況

2.1 主梁構造

主梁采用單箱雙室、變高度、變截面箱梁，兩邊腹板為直腹板。端支座處及邊跨直線段和跨中處梁高為6.0m，中支點處梁高12.0m，梁底下緣按圓曲線變化。箱梁頂寬14.2m，箱梁底寬12.0m，在中支座處20m范圍內頂寬加寬到17.2m，底寬加寬到15.2m。

箱梁頂板厚43cm～62cm，底板厚度40cm～110cm，按圓曲線變化至中支點梁根部，頂板及底板均在隔墻位置加厚；腹板厚度為40cm～55cm～70cm～90cm（100cm），按折線變化。全橋（除吊桿處外）共設5道橫隔梁，分別設于中支點、端支點及1/2中跨，其中中支點處橫隔板厚450cm，端支座處橫隔板厚180cm，跨中橫隔板厚80cm。

2.2 預應力體系

采用縱、橫、豎三向預應力體系。縱向預應力束分頂板束、腹板束、中跨底板束、邊跨底板束、頂板合龍束和備用束。縱向預應力鋼束分別采用19-Φ15.2mm、15-Φ15.2mm鋼絞線。橫向預應力采用5-Φ15.2mm、9-Φ15.2mm鋼絞線。豎向預應力采用Ф32預應力混凝土用螺紋鋼筋。

2.3 拱肋及橫撐

拱肋采用鋼管混凝土結構，計算跨度200m，設計矢高40m，矢跨比，拱軸線采用二次拋物線，設計拱軸線方程。

拱肋采用鋼管混凝土啞鈴形結構，拱管直徑1.2m，高3.2m，管壁厚24/28mm，拱管內灌注C50自密實混凝土。上下拱管之間設置腹腔，腹腔寬0.80m，壁厚24mm；兩拱肋中心距13.0m，拱肋之間采用桁架式橫撐，各橫撐由4根Φ600×14mm主鋼管和32根Φ300×12mm連接鋼管組成，鋼管為空鋼管，內部不填充混凝土。

2.4 建筑材料

2.4.1 混凝土

箱梁A0號梁段及拱座采用C60聚丙烯纖維混凝土，其余梁段采用C55混凝土，鋼管拱拱肋采用C50自密實混凝土。封錨采用C55干硬性聚合物混凝土，管道壓漿所用水泥漿強度等級不低于M50。

2.4.2 預應力體系

縱、橫向預應力筋采用15.2mm-1860MPa鋼絞線，豎向預應力采豎向預應力采用Φ32預應力混凝土用螺紋鋼筋，鋼筋抗拉強度標準值為830MPa，錨下張拉控制應力為747MPa。錨固體系采用JLM-32型錨具，采用Φ51mm鐵皮管制孔，壁厚0.05mm。

2.4.3 普通鋼筋

本橋梁普通鋼筋鋼筋采用HPB300、HRB400鋼筋兩種。

3 主梁上部結構橫向截面驗算設計計算總體原則

上部結構橫向驗算使用Midas Civil 2015軟件建模，根據《鐵路橋涵設計規范》等相關規范要求對橋梁進行驗算。橫向驗算截面選擇中支點附近0#塊端部截面（以下簡稱中支點截面）和跨中截面。

4 截面尺寸

4.1 中支點截面

中支點截面梁高11.06m，邊腹板厚度0.9m，中腹板厚1.0m，頂板厚度0.62m，底板厚度1.11m，線間距4.6m。

4.2 跨中截面

跨中截面梁高6m，腹板厚度0.4m，頂板厚度0.43m，底板厚度0.4m。

4.3 計算參數輸入

4.3.1 計算荷載

（1）恒載。恒載包括結構自重、橋面橫坡和底板預應力鋼筋徑向力。混凝土容重取26.25kN/m3，鋼束容重取78.5kN/m3，底板預應力筋徑向力取18.5kN/m。

（2）附加力。整體升降溫：考慮均勻升溫+25℃，均勻降溫-25℃。

梯度溫差：考慮兩種日照溫差和寒潮降溫溫差，溫差模式圖見圖1至圖3。偏曬模式頂板溫差沿板厚按計算，腹板溫差沿板厚分別按和計算；裸梁曝曬模式頂板溫差沿板厚按計算；寒潮模式溫差沿板厚按計算。

（3）橫向風荷載。依據《鐵路橋涵設計規范》（TB 10002-2017），風荷載強度取1.25kPa，分為左側風荷載和右側風荷載。

4.3.2 特種活載

特種活載為架橋機荷載和運梁車荷載，具體布置情況見圖4。橫向計算考慮荷載折減，荷載值為將原軸重除以軸距，橫向布置位置不變。

4.4 荷載組合

箱梁橫向內力計算荷載組合分為三種組合，恒載組合、恒載+附加力組合和恒載+特種活載組合。

（1）恒載組合：恒載。

（2）恒載+附加力組合：恒載組合+升溫荷載1/升溫荷載2/寒潮荷載+左風荷載/右風荷載。

（3）恒載+特種活載組合：恒載+附加力組合+架橋機/運梁車。

4.5 預應力

箱梁每隔0.5m布設一根橫向預應力鋼束，在懸臂端部斜向張拉，在箱梁中部距頂板底距離均為0.11m。鋼束選用5-Φ15.2mm鋼絞線，錨下張拉控制應力為1302MPa。張拉端錨具選用BM15-5，固定端錨具選用BMP15-5。

5 驗算控制指標

按鋼筋混凝土構件驗算強度及裂縫寬度是否滿足規范要求，頂板、底板按受彎構件計算，腹板按壓彎構件計算，將控制指標列于表1。

6 計算模型簡介

順橋向取1m寬的主梁梁體，簡化成框架模型。模型采