海南东环铁路海口高架特大桥双线H形桥墩设计

2017-11-09赵雨

四川建筑 2017年5期

关键词：墩顶墩身双线

赵雨

(中国中铁二院工程集团有限责任公司，四川成都 610031)

海南东环铁路海口高架特大桥双线H形桥墩设计

赵雨

(中国中铁二院工程集团有限责任公司，四川成都 610031)

海南东环铁路海口高架特大桥的双线H形桥墩作为城际铁路的重要组成部分，在设计上既满足了功能需求，又在外形上突出了轻盈美观。文章以该双线H形桥墩为例，就桥墩的设计方法和设计流程，以及选择尺寸和计算时考虑的一些主要因素进行了讨论。

双线； H形铁路桥墩；设计

1 工程概述

近年来，随着我国现代化铁路的大规模发展，铁路桥墩也在不断地改进，城际铁路的一个重要的特点是线路经常穿行于经济发达地区，道路密集、人口稠密，而海口高架特大桥作为海南东环铁路中一座重要的桥梁，穿行于海口市繁华城区，是国内客运专线兼顾城际交通，对其桥墩的设计提出了相应要求：第一，城市道路主管部门要求铁路位置与城市主干道完全重合，铁路桥墩必须在6 m宽的绿化带内，不准超出。第二，城市景观要求较高，桥墩过于粗壮显得不美观。基于以上特定条件限制，根据铁道部鉴定中心批复意见，海口高架桥创新设计了双线H形轻型桥墩，桥墩限定在6 m绿化带内，整体通透、轻盈(图1)。此双线H形轻型桥墩一举扭转了以往铁路桥墩“傻、大、粗”的形象，成为海口一道靓丽的风景线。现就H形桥墩设计中的一些体会作一介绍，以供相互交流和研讨。

图1 H形桥墩

2 桥墩设计

2.1 总体设计思路

双线H形桥墩的总体设计流程如下：(1)选择墩形；(2)初拟尺寸；(3)计算墩顶位移、纵横向刚度；(4)满足规范(若不满足则重复第2步)；(5)荷载工况组合；(6)桥墩整体稳定性检算、截面配筋计算(混凝土应力、钢筋应力、计算裂缝)；(7)调整钢筋型号和数量以满足规范确定钢筋数量(若配筋不满足规范则改变桥墩尺寸重复第2步)。

H形桥墩墩身的检算受基础形式的影响较大，而基础的设计又受墩底外力的影响，因而墩身的设计是一个反复试算，逐渐逼近的过程。

2.2 墩身尺寸、墩顶平面尺寸的确定

经分析比较，在统一墩身尺寸时，结合海口高架桥的地质，基础按桩基础考虑，对基础进行试算以确定墩身刚度，再拟定墩身尺寸和坡率，在一定范围内进行筛选、检算最终确定墩身主要尺寸。H形桥墩墩顶横向尽量与箱梁底部宽度接近，支垫组合高按60 cm设计，满足顶梁千斤顶高度，顶梁千斤顶置于横桥向支承垫石内侧。支承垫石大小按直线和曲线(最小曲线半径500 m)两种确定，根据支承垫石大小确定墩顶平面尺寸。桥墩不区分顶帽、托盘，采用相切的圆弧均匀过渡，墩身部分均采用直坡设计。墩身尺寸在满足各项技术指标的条件下，优化尺寸为2.7 m×5.6 m(直线墩)和3.0 m×5.6 m(曲线墩)两种，在墩顶采用系梁连接，并可作为墩顶检查平台，同时形成镂空部分，显得通透(图2、图3)。

2.3 设计荷载

2.3.1 恒载及活载

恒载按梁图提供数值计算。活载为ZK活载。

2.3.2 横向摇摆力

横向摇摆力按主力计100 kN水平作用于钢轨顶面计算。按双线桥梁只计任意一线上的摇摆力。

2.3.3 无缝线路长钢轨纵向力

伸缩力、挠曲力按主力考虑，断轨力按特殊荷载考虑。

2.3.4 制动力或牵引力

列车制动力或牵引力按列车竖向静活载的10 %计算，与离心力同时组合时列车制动力或牵引力按列车竖向静活载的7 %计算。双线只计单线的制动力或牵引力。计算时移至支座中心处。

2.3.5 离心力

离心力的计算设计速度取80 km/h，曲线半径取500 m，按水平向外作用于轨顶以上1.8 m处。

图2 5～15 m桥墩构造(单位: cm)

图3 墩顶平面(单位: cm)

2.3.6 风荷载

按有车和无车两种考虑，海南省基本风压值取1 200 Pa。

2.3.7 汽车撞击力

墩柱位于绿化带中央，有可能受到汽车撞击，撞击力顺行车方向采用1 000 kN，横行车方向采用500 kN，两个等效力不同时考虑，作用于路面上1.2 m高度处。

2.3.8 地震力

按多遇地震水平地震加速度0.07g、0.1g对墩身和基础验算强度及稳定性，按罕遇地震水平地震加速度0.38g、0.57g进行延性验算。

2.3.9 工况组合

桥墩设计考虑可能的最不利组合情况进行计算。主力加附加力仅考虑主力与一个方向(顺桥向或横桥向)的附加力相结合。抗震验算时，分别考虑顺桥向和横桥向的的水平地震作用。

2.4 配筋计算

在计算出各种行车工况、地震力工况下桥墩各种荷载组合值后，按最不利截面内力值进行配筋计算，计算公式采用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》计算出混凝土正应力、受压钢筋应力、受拉钢筋应力、截面裂缝宽度。并使配筋结果满足规范各项要求。海口高架桥H形桥墩位于7度、8度地震区，水平地震基本加速度Ag=0.2g、0.3g，作为钢筋混凝土桥墩进行了延性设计，墩身主筋全截面配筋率不小于0.5 %，不大于4 %，对桥墩底部塑性铰区域箍筋进行了加强，加强高度为截面高度。配筋结果见表1，钢筋布置示意见图4。