高速铁路大跨预应力混凝土连续梁设计

2014-09-03王玉珏

四川建筑 2014年1期

王玉珏

(中铁二院工程集团有限责任公司，四川成都610031)

1 设计概况

西成客专嘉陵江特大桥，跨越嘉陵江及绵广高速公路。是西成客专最大跨度的预应力混凝土连续梁桥。设计行车速度250 km/h，设计荷载ZK活载，线路铺设CRTSI型双块式无砟轨道。梁体自重γ取26.5 kN/m3，二期恒载按145 kN/m计，相邻支点不均匀沉降1 cm，温度变化按整体升降温20℃，顶板升温5℃考虑。

2 构造及施工方法

本桥梁体设计为单箱单室、变高度、变截面箱梁(图1)，梁体混凝土强度等级为C55，梁体全长297.5 m,中跨中部18 m梁段和边跨端部13.75 m梁段为等高梁段,梁高6 m；中墩处梁高为11 m,其余梁段梁底下缘按二次抛物线Y=6+5×X2/3481m变化，其中以6号或42号截面顶板顶为原点，x=0～59 m。箱梁顶板宽12.2 m,箱底宽7.2 m。全桥顶板厚50 cm;底板厚48～100 cm，在梁高变化段范围内按折线变化,边跨端块处底板厚由48 cm渐变至100 cm;腹板厚45～100 cm,按折线变化，边跨端块处腹板厚由45 cm渐变至100 cm。梁体在支座处设横隔板,全联共设4道横隔板,横隔板中部板中部设有孔洞,以利检查人员通过。

图1 梁体构造

梁体按三向预应力设计，纵向、横向、竖向均设预应力。

(1) 纵向：梁体纵向顶板、底板、腹板束采用19-15.2高强度低松弛钢绞线，并采用内径100 mm、外径114 mm的塑料波纹管成孔，M15A-19群锚锚固。施工时采用真空压浆工艺。钢绞线抗拉强度标准值fpk=1 860 MPa，弹性模量Ep=195 GPa,公称直径为15.20 mm，其技术条件应符合(GB/T 5224-2003)标准。张拉千斤顶均采用YCW500B型。

(2) 竖向：梁体腹板竖向预应力采用公称直径32 mm的PSB830预应力混凝土用螺纹钢筋，其抗拉强度标准值fpk=830 MPa、弹性模量Ep=200 GPa。内径45 mm铁皮管成孔，JLM-32型锚具锚固；在腹板内单、双排布置。

(3) 横向：梁体横向顶板束采用4-15.2高强度低松弛钢绞线，并采用内径宽72 mm、高23 mm的扁形塑料波纹管成孔，BM15-4扁形锚具(张拉端)和BM15P-4扁形锚具(非张拉端)锚固。施工时采用真空压浆工艺。钢绞线抗拉强度标准值fpk=1 860 MPa，弹性模量Ep=195 GPa,公称直径为15.20 mm，其技术条件应符合(GB/T 5224-2003)标准。张拉千斤顶采用YCW100B型。

本桥采用悬臂浇筑施工，先中后边的合龙方式，边跨不设合龙段。

3 设计难点

铺设无砟轨道的桥梁，尤其是大跨桥梁，工后徐变的要求很高。因此，如何将工后徐变控制在要求的范围内，是本桥的设计重点。大量研究表明，控制恒载上下缘应力差在3 MPa以内可以有效的控制工后徐变。因此，通过调整钢束的配制，控制恒载上下缘应力差(恒载作用下，梁体上下缘应力如图2所示)，工后徐变为-2.26 mm。

图2 恒载作用下，梁体上下缘应力

4 计算结果

(1)运营阶段应力：在最不利组合下，梁体最大压应力为15.8 MPa，最小压应力为0.53 MPa；梁体最大剪应力为4.58 MPa。

(2)施工阶段应力：梁体最大压应力为15.3 MPa，梁体最大拉应力为-1.09 MPa。

(3)正截面抗裂性：梁体最不利截面安全系数Kf=1.44(主力+附加力)。

(4)斜截面抗裂性：梁体最大主拉应力为-2.1 MPa，最大主压应力为15.08 MPa。

(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16.16 mm，小于1.1L/1400=59.7 mm。中跨最大挠度值-55.69 mm，小于1.1L/1000=158.4 mm。静活载与温度共同作用下，边跨最大挠度值17.01 mm，小于1.1L/1400=59.7 mm。中跨最大挠度值-53.74 mm，小于1.1L/1000=158.4 mm。梁端竖向转角为0.66‰ rad。

(6)正截面强度检算：梁体最不利截面安全系数K=2.26(主力)、2.17(主+附)。

(7)本设计二期恒载上桥时间按预加应力60 d后计算，梁体徐变上拱度在轨道铺设后为-2.26 mm。

(8)连续梁全桥竖向自振周期0.88 s(图3)。