渝利线青石岩双线大桥(48+80+48)m连续梁桥设计

曾 玲

(中铁二院工程集团有限责任公司，四川成都610031)

1 工程概况

1.1 桥位概况

桥址位于低山区，桥位斜跨一沟槽，沟槽地形较平缓，有一常年流水河流从沟槽内穿过。两侧为低丘缓坡，薄土覆盖。

1.2 地质情况

桥位处上覆上侏罗系粉质黏土及块石土，下伏基岩为泥岩夹砂岩、泥岩，单斜地层，节理不发育，多为泥岩中的网状风化裂隙。

1.3 桥式方案及主要施工方法

孔跨式样:4×32 m+(48+80+48)m连续梁+3×32 m

桥址地形为U形谷，为满足龙河支流的行洪要求，减少对丰都至石柱省道的干扰，同时考虑减少高墩个数，本桥主跨选用(48+80+48)m的连续梁，引桥部分采用32 m简支T梁;本桥最大墩高72 m，桥台采用T形空心桥台，圆端形空心、实体墩，基础采用直径1.25 m、直径1.50 m和直径2.00 m钻(挖)孔桩。立面布置图如图1所示。

本桥(48+80+48)m预应力混凝土连续梁采用悬臂灌注法施工。

图1 立面布置(单位:cm)

2 主要技术标准

线路等级:国铁I级;

正线数目:新建双线客货共线铁路，线间距4.4 m;

设计活载:中－活载;

旅客列车设计行车速度:旅客列车速度目标值200 km/h。

3 连续梁上部结构设计

3.1 主梁构造

梁体为单箱单室、变高度、变截面箱梁，梁体全长177.5 m，中跨中部10 m梁段和边跨端部13.75 m梁段为等高梁段，梁高3.8 m;中墩处6 m段梁高为6.6 m，其余梁段梁底下缘按二次抛物线Y=3.8+2.8×X2/322(m)变化。其中以6号或17号截面顶板为原点，x=0～32(m)。轨底至梁顶高度为0.7 m。箱梁顶板宽9.56 m(线间距4.6 m)或9.36 m(线间距4.4 m)，箱底宽6.4 m。全桥顶板厚42 cm;底板厚42～80 cm，在梁高变化段范围内按抛物线变化，边跨端块处底板厚由42 cm渐变至120 cm;腹板厚40～75 cm，按折线变化，边跨端块处腹板厚由40 cm渐变至80 cm。梁体在支座处设横隔板，全联共设4道横隔板，横隔板中部设有孔洞，以利检查人员通过。主梁横截面见图2。

图2 梁体横断面示意图(单位:cm)

3.2 主梁预应力体系

梁体圬工采用C55混凝土，梁体纵向及横向预应力采用高强度低松弛钢绞线，公称直径为15.2 mm，弹性模量为195 GPa，抗拉强度标准值fpk=1860 MPa。纵向预应力采用12～15.2 mm钢绞线，采用M15A－12圆塔形锚具锚固。顶板横向预应力采用4－15.2 mm钢绞线，张拉端采用BM15－4扁形锚具锚固，固定端采用BM15P－4扁形锚具锚固。梁体腹板中的竖向预应力筋采用直径32 mm的预应力混凝土用螺纹钢筋(PSB830)，在腹板中单排布置，采用JLM－32型锚具锚固。

3.3 主梁平面静力计算

主梁平面静力分析采用桥梁结构分析系统PCBCAD.按照主梁施工顺序，将整个结构的形成划分为40个施工阶段，对施工、运营阶段进行了模拟计算。计算过程中考虑的荷载包括:自重、预应力、施工临时荷载、活载、支座不均匀沉降等，并考虑了施工过程中体系转换的影响、混凝土的收缩徐变引起的内力变化以及对预应力损失的影响。按照最不利组合进行检算。主梁检算结果如下。

3.3.1 运营阶段应力

在最不利组合下，顶板最大压应力为14.82 MPa，最小压应力为0.75 MPa。底板最大压应力为13.20 MPa，最小压应力为0.95 MPa，梁体各截面均不出现拉应力。

3.3.2 施工阶段应力

顶板最大压应力为16.36 MPa，最大拉应力为－1.29 MPa，底板最大压应力为 15.40 MPa，最大拉应力为－1.33 MPa。

3.3.3 正截面抗裂性

梁体最不利截面安全系数Kf=1.47。

3.3.4 斜截面抗裂性

梁体最大主拉应力为－2.3 MPa，最大主压应力为15.74 MPa。

3.3.5 静活载作用下的挠度值

在静活载作用下，边跨最大挠度值9.6 mm，小于L/1200=40 mm。中跨最大挠度值31.62 mm，小于L/900=88.8 mm。

3.3.6 正截面抗弯强度检算

梁体最不利截面安全系数K=2.25(主力)。

3.3.7 环框

箱梁横截面按横向环框内力分析配置普通钢筋和横向预应力，为减少箱体内外温差的影响，在箱梁两侧腹板留有通风孔。

3.3.8 梁端转角

活载作用下梁端最大转角0.77‰。

由上述结果可知，设计安全系数及各阶段应力均能满足相关规范的要求。

4 连续梁桥下部结构设计

4.1 桥墩

4.1.1 墩身尺寸

连续梁主墩及边墩均采用圆端形空心桥墩。圆端形桥墩能使水流顺畅的通过桥孔，并可减少水流对桥墩周围河床的局部冲刷。为了减少桥墩施工模板种类，桥墩外轮廓采用与本工程中其它桥墩相似的外轮廓。

根据本桥所处位置的线路纵断面、梁部结构高度、地面线资料确定桥墩高度。由于7号墩位于陡坡上，为了减少开挖深度，降低基坑防护难度，7号墩承台适当露出地面，并采用混凝土挡墙进行防护。

4号、7号空心桥墩设顶帽及托盘，顶帽设0.2 m飞檐，墩高、顶帽尺寸、墩颈尺寸、墩颈壁厚、墩身边坡见表1。

表1 4号、7号空心桥墩尺寸

5号、6号空心桥墩不设顶帽、托盘及飞檐，桥墩从墩顶 开始放坡。墩高、墩顶尺寸、墩颈壁厚、墩身边坡见表2。

表2 5号、6号空心桥墩尺寸

4.1.2 支座布置

通常情况下将墩高小的主墩设置为制动墩放置固定支座，本桥5号、6号墩墩高相差不大，将位于下坡端的5号墩设置为制动墩。4号、6号、7号墩设置连续梁活动支座。4号墩设置简支梁活动支座，7号墩设置简支梁固定支座。

4.1.3 设置桥墩纵向预偏心

4号、7号墩根据所接简支梁、连续梁恒载反力以及支座中心至梁端的距离确定需向连续梁方向设置纵向预偏心30 cm。

4.1.4 墩身检算采用铁路桥墩计算软件(TLQDJS)对4号～7号墩进行结构 计算。计算结果见表3。

表3 4～7号桥墩结构计算结果

由表3可知，桥墩设计均满足相关现行规范的要求。

4.2 基础

连续梁桥4号～7号墩均采用群桩基础，按柱桩设计。4号墩采用12根直径为2.0 m的钻孔桩，5号、6号墩均采用20根直径为2.0 m的钻孔桩，7号墩采用12根直径为1.5 m的钻孔桩。桩长9～17.5 m。

4.3 连续梁－墩－基础体系横向自振周期检算

《铁路桥涵设计基本规范》(2005版)中明确提出“为保证列车通过的安全和舒适，建议桥墩横向刚度采用墩顶静位移和桥墩横向自振频率双重控制”。铁路桥梁横向刚度的评价尺度及其合理限值是一个目前尚未完全解决的问题。目前，各国规范对桥梁横向刚度的评价标准很不相同。

南昆铁路4座大桥为铁道部确定的结合工程建设的科研项目。其中两座大桥均为100 m以上高桥。为了确保桥梁设计安全可靠，铁道部建设司委托专家小组对桥梁横向刚度问题进行了认真研讨，并以铁道部建设司《建鉴【1992】93号》文件提出“关于南昆线四座大桥横向刚度的补充技术要求”。其要求“对连续梁和刚构体系，应进行主跨、墩整体自振周期的检算，其第一自振周期T1≤0.011L0(s)且T1≤1.7(s)。其中，L0为连续梁或刚构体系的联长，以m计。”

青石岩双线大桥以上述技术要求为桥梁横向刚度的评价标准。本桥跨度大，桥墩高。采用Midas有限元计算分析软件对主跨(48+80+48)m连续梁－墩－基础体系建立模型，得出桥梁横向第一自振周期T1为0.9296 s，满足T1≤1.7 s的要求。

5 结束语

渝利铁路穿越深山峡谷，地形地势复杂，跨越河流和既有铁路、高速公路、城市道路多采用高墩、大跨连续梁桥。高墩、大跨连续梁桥具有整体性好、刚度大、梁缝少、变形小、轨道平顺度高等优点，有利于高速行车，是非常适合200 km/h客货共线的一种桥梁结构形式。青石岩双线大桥具有“高墩、大跨”的特点，该桥的设计为今后高墩、大跨度铁路预应力结构的设计积累了有益的经验，对同类型桥梁设计有一定的参考价值。

[1]TB 10002.1－2005铁路桥涵设计基本规范[S]

[2]TB 10002.3－2005铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范[S]

[3]铁建设(2005)285号新建时速200公里客货共线铁路设计暂行规定[S]

[4]铁建设(2005)140号新建时速200～250公里客运专线铁路设计暂行规定[S]

[5]TB 10002.5－2005铁路桥涵地基和基础设计规范[S]

[6]铁建设函(2003)205号新建铁路桥上无缝线路设计暂行规定[S]

[7]范立础.桥梁工程[M].北京:人民交通出版社，2001

[8]建鉴【1992】93号 关于南昆线四座大桥横向刚度的补充技术要求[S]