鐵路連續梁橋環框分析

高洪輝

(中國中鐵二院昆明勘察設計研究院有限責任公司，云南昆明 650200)

新建鄭(州)萬(縣)鐵路是我國鐵路網的重要組成部分，國鐵Ⅰ級，速度目標值客車350 km/h，復雜的地形、地質條件決定了其工程種類繁多、結構復雜。本文結合鄭萬線無砟軌道連續梁的設計，分析了箱梁橫向環框計算。

1 工程實例計算

縱向取1 m梁段，按照支撐設在腹板底端的橫向框架為結構模型，采用橋梁結構專用有限元程序進行計算。橫向共76個節點，70個單元，單元劃分詳見圖1單元布置圖。

圖1 單元布置

荷載橫向分布示意如圖2所示。

圖2 荷載橫向分布

荷載計算如下。

自重按26.5 kN/m3考慮。

1.1 二期恒載

查通橋(2005)2010-Ⅰ，單線，32m直線梁，二期恒載為74.68 kN/m，包括道渣及線路設備、人行道支架、步板、電纜槽、擋碴塊、現澆橋面板及橫隔板濕接縫的重量。

(1)擋碴墻：0.35×0.2×25=1.75kN/m(以集中力方式加)。

(2)人行道欄桿：全橋鋼筋：7 944 kg，混凝土：0.6 m3。9384/100/204=0.46kN/m(每側：0.23kN，以集中力方式加)。

(3)人行道板全梁共計：混凝土：3.912 m3，HRB400鋼筋：954.72 kg。

3.912×23/32.6=2.76kN/m

954.72/100/32.6=0.293kN/m

合計：3.053 kN/m(每側1.5 kN，以集中力方式加)

(4)橋面防水：均厚0.35×25=5.688/7.4=1.2kN/m。

(5)2101(32 m單線梁)每孔梁擋碴塊：混凝土1.5 m3，鋼筋186.28 kg。

1.5×25/32.6=1.1503kN/m

186.28/100/32.6=0.0571kN/m

合計：1.207 kN/m(每側0.6 kN，以集中力方式加)

本橋與之相同。

(6)線路設備、道碴、電纜槽重。

74.68-(2.294+3.053+3.760+2.531+4.098+1.207)=57.737kN/m(橫向為12.8 kN/m)

本橋二期恒載包括：線路設備、道碴、電纜槽重、擋碴墻、人行道欄桿、泄水坡、防水層、保護層、擋碴塊。

本橋二期恒載：57.737+0.237+3.5+5.688+5.98+1.207+5=79.349kN/m，取80 kN/m。

本橋接觸網為20 kN(只在一側加集中力)，接觸網懸臂板為24.25 kN(以集中力加在接觸網一側)。

1.2 活載

列車荷載橫向計算采用特種活載輪重均布作用在頂板頂面，其荷載橫向分布寬度按軌道板底座均勻分布作用于梁頂，分布寬度按3.53 m計，人群荷載按通橋(2005)2010-Ⅰ設計說明中規定布載。

(1)人群荷載：4 kN/m。

(3)中活載特載：1.154×250/1.5/3.53=54.49kN/m。

(4)橫向搖擺力：50 kN，取不利位置作用于梁頂。

(5)橫向風力：K1×K2×K3×W0×1=1.3×1.0×1.0×500=650N/m=0.65kN/m。

(6)溫度荷載依據設計說明中，整體升溫20 ℃，整體降溫20 ℃取，日照溫差依據TB 1002.3-2005《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規范》附錄B。

(7)整體升、降溫20 ℃。

(8)不均勻升降溫。

采用通橋(2015)2368A圖紙的溫度，日照溫差為頂板15 ℃，兩側腹板分別為10 ℃和5 ℃；寒潮溫差為-10 ℃，計算中考慮雙側腹板及底板寒潮溫差。

升溫：Ty=T0e-10y，降溫：Ty=T0e-14y

2 計算結果分析

2.1 底板預應力鋼束徑向力

qx=2Npea，其中，a為梁高二次拋物線方程二次項系數，a=1/354.375，梁腹板內側間距4.7 m。

橫向均布荷載qx=Npea=2×83776/(354.375×4.7)=100.6kN/m。

2.2 截面內力圖

恒載、主力及主力+附加力(包絡)截面內力圖如圖3～圖5所示。

圖3 恒載內力

圖4 主力內力

圖5 主力+附加力(包絡)內力

2.3 計算結果

考慮底板鋼束徑向力的截面驗算結果如表1所示。

本環框中腹板按照偏心受壓構件考慮，底板按照純彎構件考慮。

C55混凝土：主力時[σb]=16.8MPa，主+附組合時[σb]=21.84MPa，滿足規范要求。

HRB400鋼筋：主力時[σs]=180MPa，主+附組合時[σs]=230MPa，滿足規范要求。

表1 考慮底板鋼束徑向力——截面驗算結果

裂縫寬度允許值：主力時wf=0.2mm，主+附組合時wf=0.24mm，滿足規范要求。

考慮底板鋼束徑向力：

(1)底板底層橫向鋼筋直徑須采用φ20 mm，則腹板箍筋須采用φ20 mm。

(2)頂板頂、底層橫向鋼筋，由于裂縫偏大，鋼筋型號選φ20 mm。

若不考慮徑向力：腹板箍筋、底板橫向鋼筋僅需φ16 mm。

綜合以上分析，頂板頂、底層橫向鋼筋采用φ20 mm；底板頂、底層橫向鋼筋采用φ20 mm；腹板箍筋采用φ20 mm。