公跨鐵裝配式小半徑曲線箱梁橋設計

王清照

吉林鐵道勘察設計院有限公司 吉林 吉林 132001

正文：

1.概述

國道丹東至阿勒泰公路改建項目對繁榮區域經濟、促進旅游開發，調整農業生產布局和結構，提高邊防部隊的快速反應能力都具有十分重要的意義。有助于完善國家級干線公路網、改善現有公路通行條件，提高現有公路抗災能力。

改建丹阿公路與朝開線鐵路交叉，交叉角度45°,交叉處鐵路里程為K57+269, 位于開山屯站朝陽川側咽喉區?？缭借F路位置處共3條鐵路線，分別為朝開線正線1條、造紙廠專用線1條、專用線安全線1條?？玷F路部分道路平面位于R=380m、R=350m圓曲線及緩和曲線上?？紤]對鐵路運營安全的影響并考慮投資成本，經與鐵路管理等部門協商，將主橋橋型確定為4-30m預應力混凝土簡支箱梁橋，架橋機施工。

2.技術標準

（1）道路等級：二級公路， 60km/h；（2）設計荷載：公路-Ⅰ級*1.3倍；（3）設計安全等級：一級；重要性系數1.1；（4）設計基準期：橋梁結構100年；（5）環境類別：Ⅰ類；（6）橋面凈寬：整幅8.5m；（7）橋面橫坡：1.5%；（8）地震動峰值加速度為0.05g，地震基本烈度為6度；（9）建筑限界：執行“客貨共線鐵路建筑限界（V≤160km/h）”標準，預留電氣化限界條件，軌面以上凈高不小于6.55m，同時預留0.25m抬道量，橋下凈高相對于軌面標高不小于6.8m。

3.基本結構形式

（1）基本結構形式

結構簡支橋面連續，箱梁直接預制為簡支形式，箱梁架設完畢后，每聯中墩縱橋向設雙排支座，橋面縫隙通過橋面連續鋼筋實現連續。

（2）箱梁斷面

2007年，人民交通出版社出版的公路橋梁通用圖中，30m跨徑小箱梁梁高1.6m?！惰F路橋涵設計規范》（TB10002-2017）規定上跨鐵路的公路橋汽車設計荷載采用相應標準設計荷載的1.3倍，且本橋位于曲線超高漸變段上，橋面鋪裝需加厚，本橋梁高取1.70m，較通用圖梁高增加10cm。在結構尺寸方面，頂板厚0.20m，中梁寬2.40m，邊梁寬2.65m。腹板厚度跨中處0.20m，支點處0.32m，底板厚度跨中處0.20m，支點處0.32m，跨中處底板、腹板厚度較通用圖均增加2cm，支點處底板、腹板厚度較通用圖均增加7cm，腹板斜率4：1。具體尺寸見下圖。

圖1 中梁-跨中處（單位：mm）

圖2 中梁-支點處（單位：mm）

圖3 邊梁-支點處（單位：mm）

圖4 邊梁-跨中處（單位：mm）

（3）曲線梁的布置

梁部布置采用平分中失法。本橋位于圓曲線的緩和曲線上，同一聯濕接縫采用變寬設計，濕接縫最大寬度控制在100cm，邊梁翼緣最大寬度控制在165cm。每孔橋各片梁中心線不平行。本橋第一孔梁布置見下圖。

圖5 第一孔梁板平面布置圖（單位：cm）

（4）曲線超高的處理

橋面超高連續變化，橋面橫坡由+4.0%過渡到-2.1%，如果通過調整箱梁兩側腹板高差實現橋面超高過渡，將給施工帶來極大不便。本橋采用箱梁平行斜置和調整各片梁橋面鋪裝厚度的方法實現曲線超高漸變。小箱梁預制時頂底板平行、箱梁兩側腹板等高，梁端設置楔形塊保證支座位置處梁底水平。

本橋位于超高變化段，道路橫坡不斷變化。為保證全橋范圍內水泥混凝土整平層厚度滿足規范要求，現澆整體化C50防腐蝕補償收縮防水混凝土在道路設計中心線處由10cm調整為15cm。橫斷面布置見下圖。

4.箱梁結構分析

（1）設計荷載

①恒載

恒載包括結構自重、基礎沉降及二期荷載。其中二期荷載包括橋面鋪裝、防撞護欄、防護網。

②預應力荷載

計算鋼束坐標并導入Midas預應力鋼束形狀，然后建立預應力荷載，預應力鋼束張拉控制應力取1395MPa；

③活載

荷載標準：公路-Ⅰ級*1.3倍。

汽車活載計算考慮沖擊系數，沖擊系數μ按《公路橋涵設計通用規范》考慮。

④溫度作用及風荷載

整體溫度荷載：體系溫度按整體升溫28.2℃、整體降溫43.7℃考慮。

溫度梯度荷載：豎向日照正溫差計算的溫度基數T1=14℃,T2=5.5℃。

風荷載：按《公路橋涵設計通用規范》的要求進行計算。

⑤汽車離心力

離心力系數C=602/(127*R)=0.075

橫向車道布載系數：1.0

離心力F=550kN*0.075=41.25kN

離心力作用于跨中位置橋面處。

（2）分析計算

主梁按A類預應力混凝土構件設計，采用Midas Civil 2019版軟件梁格法建模和Midas Civil Designer 2019版軟件對主梁進行施工階段、成橋階段及運營階段分析。

上部結構由3片箱梁組成，建模時采用3道縱梁模擬。箱梁濕接縫及橋面板的橫向聯系采用虛擬橫梁模擬，為避免橋面自重重復計入，將虛擬橫梁的自重調整系數設為零。此外虛擬橫梁的抗扭剛度及繞其豎軸的抗彎剛度對縱向梁格有利，不應重復計入，也應將其調整系數設為零。Midas建模見下圖。

圖8 Midas模型

5.其它

本工程上部結構最初設計為4-30m預應力混凝土簡支轉連續箱梁橋，由于全聯范圍內橋面橫坡由+4.0%過渡到-2.1%，現澆整體化C50防腐蝕補償收縮防水混凝土在道路設計中心線處最大為26.9cm，較標準厚度增加16.9cm。且設計活載采用公路-Ⅰ級荷載的1.3倍。當梁高增至1.8m時，中支點附近截面上緣使用階段抗裂驗算較難通過，考慮本橋平面為小半徑曲線，采用簡支轉連續箱梁結構受力復雜，故終采用4-30m簡支箱梁橋面連續結構。

6.結語

丹阿公路上跨朝開線鐵路立交橋，滿足了項目建設周期短，對鐵路交通影響小的要求。在實際工程設計中，由于受到橋下凈空要求、線路布設等因素的限制，小箱梁總體布置往往面臨著橋梁變寬、曲線段超高、橋梁軸線與墩臺斜交等問題，應結合工程實際情況，可參考本橋設計中采用的方法，并考慮施工的便捷性和經濟性，合理處理相關問題。當曲線半徑過小時，裝配式小箱梁施工困難將會增大，如跨越鐵路線路等級較低時，可考慮現澆曲線箱梁橋等方案。