客运专线无砟轨道岔区刚架桥的设计

曹吉星

(铁道第三勘察设计院集团有限公司桥梁处，天津300142)

客运专线无砟轨道岔区刚架桥的设计

曹吉星

(铁道第三勘察设计院集团有限公司桥梁处，天津300142)

滨海西线路所刚架桥位于京津城际延伸线滨海西线路所的岔区范围。为满足道岔的需要，采用了多联14.6 m跨度刚架并置的结构，同时为解决道岔范围线路变宽的问题，刚架桥顺线路方向也采用了变宽的形式。本文较详细地介绍了滨海西线路所刚架桥的结构设计，以及主梁与桥墩的变形、应力、裂缝等相关计算，可为以后同类设计提供借鉴。

客运专线 道岔区 刚架桥 设计

随着中国铁路大规模发展和深入推进，高速铁路桥梁技术也取得了重大进展，桥梁结构在线路长度中占据的比例逐渐增大，尤其在寸土寸金的现代城市，高架站(即桥上设站)在节约建设用地、降低铁路对城市交通网的分割等方面具有明显的优势，但不可避免地出现了岔区位于桥上的情况。通常，道岔区桥梁一般采用与常用简支梁相同跨度的预应力混凝土连续梁。在填土高度较低时，道岔连续梁桥下净空很小，通视性较差，景观效果不佳，越来越无法满足城市建设对高铁车站景观效果的要求。

为高架站岔区专门设计的多联连续小刚架结构，各联顺线路方向跨度一致、联间过渡平顺，不但具备与道岔连续梁相同的使用条件，而且具有上部结构高度低、桥梁刚度大、梁端变形小、结构灵活等特点，同时省去了大量支座，便于养护维修。

1 设计方案

1.1 工点简介

京津城际延伸线正线(双线)采用CRTSⅡ型板式无砟轨道，为满足京津城际延伸线至滨海西站的疏解，于京津城际延伸线正线桥梁段设置线路所，线路所道岔型号为42号。在顺线路方向，道岔的影响范围约350 m。桥梁采用3联(4×14.6 m)+4联(3× 14.6 m)刚架并置的结构，每联长度分别为58.42 m和43.82 m。

结构采用的桥面宽度根据道岔及其它桥上设备要求确定，刚架桥面设计为变宽，标准段桥面宽为14.8 m，变宽段桥面最宽处为28.73 m。

经综合分析，选取第一联进行计算，桥梁分跨布置如图1所示。

图1 刚架桥总体平面布置

1.2 尺寸拟定(图2)

本桥第一联桥跨组合为4×14.6 m，采用普通钢筋混凝土结构。上部结构梁部截面均为带翼缘实体截面，跨中处梁高1 m，墩顶处梁高1.6 m，与立柱连接处设60 cm×180 cm梗胁。梁部顶宽变宽，梁部横向悬臂1.0 m。

桥墩均采用普通钢筋混凝土结构。桥墩与正线线路中心线垂直，断面为平行四边形，墩厚为1.0 m，桥墩横桥向宽度与主梁底宽同宽，桥墩顺桥向外轮廓线与主梁梁底轮廓线重合。

基础采用钻孔桩基础。承台垂直路线中心线设置，承台横桥向尺寸根据主梁底面宽度设置，中墩承台纵桥向尺寸采用2.3 m，桩基采用纵向单排直径1.25 m钻孔桩，桩长50 m，联间墩承台纵桥向尺寸采用4.8 m，桩基采用纵向双排直径1.0 m钻孔桩，桩长47 m。

1.3 主要技术标准

1)设计活载:ZK标准活载，详见图3。

图2 刚架桥第一联立面(单位:cm)

图3 ZK活载图式

2)正线数目:一次双线，区间线间距5.0 m。

3)轨道形式:CRTSⅡ型板式无砟轨道，轨道高度679 mm。

4)设计速度:设计行车速度300 km/h。

5)地震设防烈度:Ⅶ度;设计水平地震动峰值加速度Ag=0.15g。

6)施工工法:原位现浇施工。

7)设计恒载:结构自重，混凝土重度按26 kN/m3取值;二期恒载，按149 kN/m计算。

2 模型的建立

刚架桥第一联主梁及桥墩均采用梁单元进行计算。本次计算使用Midas/Civil进行控制性计算。墩底采用节点弹性支撑模拟，各墩墩底基础刚度见表1。主梁及桥墩的单元划分示意及边界条件如图4所示。

表1 刚架桥第一联基础刚度

图4 刚架桥第一联主梁及墩单元划分示意

3 检算结果

3.1 结构变形及基础不均匀沉降计算

1)结构变形分析

道岔对结构变形的要求非常严格，根据《高速铁路设计规范(试行)》(TB 10621—2009)的相关要求，有砟及无砟轨道结构在铺设后允许的垂直偏差均为10 mm。因此刚架结构在设计计算中最大变形值按不超过10 mm进行控制。

各跨度刚架结构在其最适合墩高及截面尺寸条件下，各部位变形情况如表2所示，满足规范要求。

表2 运营状态结构各部位变形mm

2)基础不均匀沉降分析

根据《高速铁路设计规范(试行)》中的相关规定，桥梁结构相邻墩台工后沉降差，有砟轨道为15 mm，无砟轨道为5 mm。

在刚架结构设计中，每个刚臂墩与相邻墩的不均匀沉降差按照10 mm进行计算控制，结果满足规范要求。

3.2 主梁截面应力及裂缝计算

根据控制截面位置、控制截面宽度，将控制截面分为第1跨墩顶截面、第1跨跨中截面、第2～4跨墩顶截面、第2～4跨跨中截面四类。对主力组合、主力加附加力组合下主梁截面受力情况分别进行了检算。控制截面最不利情况下的检算结果如表3所示，应力及裂缝宽度均满足规范要求。

3.3 桥墩截面应力及裂缝计算

对主力组合、主力加附加力组合下桥墩截面受力情况分别进行了检算。控制截面最不利情况下的检算结果如表4所示，应力及裂缝宽度均满足规范要求。

表3 主梁截面应力及裂缝计算结果

注:①σc为混凝土最大压应力;σs为受拉钢筋最大拉应力;σs1为受压钢筋最大压应力;σtp为混凝土主拉应力;σcc为混凝土局部承压应力;τ为中性轴处剪应力;ωf为裂缝宽度。②应力单位为MPa，裂缝宽度单位为mm。

表4 桥墩截面应力及裂缝计算结果

4 结语

在客专铁路网日益密集的今天，高架站及站间连接线越来越多，需要岔区结构物在满足无砟轨道强度、刚度、沉降需求的同时，也对结构物的美观、养护等多方面提出了更高的要求。多联连续小刚架结构无论在联间平顺性、梁体变形及沉降等各方面，都能更好地满足无砟轨道的要求。另外，岔区钢筋混凝土连续刚架结构具有结构刚度大、受力明确、便于养护维修及施工周期短、施工难度低等优点。在景观上，小跨度刚架桥结构尺寸小，桥下空间较大，通视效果好，可以很好地融合到现代城市环境中;在可以采用小跨度结构且墩高较低的桥梁区段有着明显的优势，值得推广。

［1］中华人民共和国铁道部．TB 10621—2009高速铁路设计规范(试行)［S］．北京:中国铁道出版社，2010．

［2］中华人民共和国铁道部．TB 10002.1—2005铁路桥涵设计基本规范［S］．北京:中国铁道出版社，2005．

［3］中华人民共和国铁道部．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］．北京:中国铁道出版社，2005．

［4］中华人民共和国铁道部．TB 10002.5—2005铁路桥涵地基和基础设计规范［S］．北京:中国铁道出版社，2005．

［5］铁道第三勘察设计院．桥涵地基和基础［M］．北京:中国铁道出版社，2002．

［6］王小民．兰州至中川城际铁路西固黄河特大桥设计［J］．铁道建筑，2014(6):14-16．

［7］项海帆．高等桥梁结构理论［M］．北京:人民交通出版社，2001．

［8］荣先成．有限元法［M］．成都:西南交通大学出版社，2006．

［9］徐桂弘，徐浩，王平，等．无砟轨道连续梁桥与道岔纵向相互作用规律的研究［J］．铁道建筑，2011(5):119-122．

(责任审编孟庆伶)

U442．5

A

10．3969/j．issn．1003-1995．2015．03．08

1003-1995(2015)03-0027-03

2014-09-20;

2014-10-15

曹吉星(1982—)，男，河北吴桥人，工程师。