大西客运专线(74.9+148+128+148+74.9)m连续梁拱设计研究

2012-05-15邹岩

铁道勘察 2012年1期

关键词：检算主桥吊杆

邹岩

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300142)

1 概述

大西客运专线跨北同蒲铁路特大桥主桥采用(74.9+148+128+148+74.9)m预应力混凝土连续梁拱的组合结构。主桥桥形布置见图1。

图1 主桥桥形布置 (单位：cm)

(1)设计活载：ZK标准活载。

(2)设计速度：正线250 km/h,按照350 km/h控制。

(3)线路指标：双线客运专线,电气化,线间距5 m,主桥平面位于缓和曲线(拟合半径为4 800 m)上,立面位于9‰纵坡上。

(4)设计恒载：结构构件自重按《铁路桥涵设计基本规范》(TB10002.1—2005)采用；二期恒载按143.6 kN/m计算。

2 主桥结构设计

2.1 主梁构造

主梁采用单箱双室变高度箱形截面,跨中及边支点处梁高4.3 m,中支点处梁高8.0 m,梁高按二次抛物线变化。主梁顶宽15.8 m,边支点处考虑与邻跨标准梁相接顶宽线性变化为12.0 m；顶板厚0.45 m,中支点处局部顶板厚0.65 m,边支点处局部顶板厚0.65 m。主梁底宽12.6 m,中支点处局部底宽15.8 m；底板厚度0.35～1.15 m,中支点处局部底板厚1.45 m,边支点处局部底板厚0.65 m。主梁腹板采用直腹板,中跨及次边跨中腹板板厚均按折线0.40-0.55-0.70 m变化,在边支点附近线性增加至0.75 m。支点处及跨中断面如图2所示。

图2 中支点及跨中截面(单位：mm)

主梁共设14道横隔板,边支点横隔板厚1.5 m,中支点横隔板厚4.0 m,中支点两侧9.7 m处横隔板厚0.4 m,各横隔板均设进人孔。箱梁于各吊杆处设置吊点横梁,吊点横梁高2.0 m,厚0.4 m,全桥共设51道吊点横梁。

主梁共分131个梁段,梁拱结合部0号梁段长21.4 m,中孔合龙梁段长3.0 m,边孔直线梁段长9.2 m,其余梁段长分别为3.3 m、3.9 m、4.25 m、5.0 m四种。主梁除0号梁段、边孔直线梁段在支架上施工外,其余梁段均采用挂篮悬臂浇筑,悬浇梁段最重3 000 kN。

主梁底板设泄水孔,边腹板、中腹板均设设通风孔。

纵向预应力钢束采用抗拉强度标准值为1 860 MPa的高强低松弛钢绞线,公称直径15.2 mm,型号为15-19和15-17两种,管道形成采用内径90 mm及100 mm金属波纹管。

横向预应力钢束采用抗拉强度标准值为1 860 MPa的高强低松弛钢绞线,公称直径15.2 mm,型号为15-7。

竖向预应力筋采用φ25 mm预应力混凝土用螺纹钢筋,型号PSB830,抗拉强度标准值830 MPa,锚固体系采用JLM-25型锚具；张拉采用YC80型千斤顶；管道形成采用内径35 mm铁皮管成孔。

2.2 拱肋构造

拱肋采用钢管混凝土结构,次边跨计算跨度L=148.0 m,设计矢高f=29.6 m,矢跨比f/L=1∶5,拱轴线采用二次抛物线,设计拱轴线方程为y=1/185(148-x)x；中跨计算跨度L=128.0 m,设计矢高f=25.6 m,矢跨比f/L=1∶5,拱轴线采用二次抛物线,设计拱轴线方程为y=1/160(128-x)x。拱肋设置预拱度,其制造及施工均应考虑预拱度的影响。

拱肋采用等高度哑铃形截面,次边跨及中跨拱肋截面高度均为3.0 m。拱肋弦管直径1.0 m,由16 mm厚的钢板卷制而成,弦管之间用16 mm厚钢缀板连接,拱肋弦管及缀板内填充微膨胀混凝土。两榀拱肋间横向中心距14.0 m。拱肋截面如图3所示。

图3 拱肋截面(单位:cm)

2.3 横撑

两榀拱肋之间共设7道横撑,其中6道K形撑1道一字撑。拱肋横撑采用外径为1.20 m圆形空钢管,斜撑采用外径0.80 m圆形空钢管,钢管内部不填混凝土。

2.4 吊杆

次边跨吊杆顺桥向间距为7.40 m,中跨吊杆顺桥向间距为6.40 m,全桥共设51对吊杆。吊杆采用PES(FD)7-91型低应力防腐拉索(平行钢丝束),外套复合不锈钢管,配套使用LZM7-91型冷铸墩头锚。吊杆固定端设置在拱肋钢管内,吊杆张拉端设在梁部吊点横梁处。

2.5 支座

采用客运专线铁路LXQZ系列钢支座,地震动峰加速度值0.3g,各支点横向布置2个支座。

3 施工方法

本桥采用“先梁后拱”的施工方法,依次为：利用挂篮悬臂浇筑主梁；依次合龙主梁边跨、次边跨和中跨,并张拉相应的预应力钢束；在桥面架设支架,拼装钢管拱肋；泵送拱肋下管、上管、腹腔内混凝土；按指定次序张拉吊杆,调整吊杆力；施工桥面系；完成全桥施工。

4 全桥静力计算

全桥按主梁、拱肋、吊杆顺序划分为856个单元、596个节点,对于梁部、拱肋及横撑的各杆件采用三维梁单元进行模拟,其截面特性按照实际设计截面定义。采用“双单元、共节点”的方法模拟钢管混凝土拱肋，吊索采用桁架单元模拟,仅考虑其轴向的拉伸刚度。计算模型同时考虑了钢管混凝土拱肋的实际形成过程,钢管部分先期架设并参与受力,管内混凝土灌注并达到强度后才参与受力。

根据当地气候条件,结构整体升降温按±25 ℃考虑,升温时钢材比混凝土温度高15 ℃,降温时钢材比混凝土温度低10 ℃。运营阶段顶板升温按8 ℃考虑,不考虑降温。二期施工之前,梁部顶板裸露,主梁纵、横向计算时顶板全宽考虑20 ℃的升温。

拱肋内混凝土形成整体后,安装吊杆。根据分析、计算确定出合理的张拉顺序及张拉力。吊杆初张力为128～438 kN,在施工桥面系后,主梁下挠、吊杆力将自动加大,达到成桥设计索力469～569 kN。主要计算结构如下。

(1)主梁

主梁按全预应力结构设计,在各种最不利荷载组合下,各控制截面的正应力如表1所示。