铁路连续梁桥环框分析

高洪辉

(中国中铁二院昆明勘察设计研究院有限责任公司，云南昆明 650200)

新建郑(州)万(县)铁路是我国铁路网的重要组成部分，国铁Ⅰ级，速度目标值客车350 km/h，复杂的地形、地质条件决定了其工程种类繁多、结构复杂。本文结合郑万线无砟轨道连续梁的设计，分析了箱梁横向环框计算。

1 工程实例计算

纵向取1 m梁段，按照支撑设在腹板底端的横向框架为结构模型，采用桥梁结构专用有限元程序进行计算。横向共76个节点，70个单元，单元划分详见图1单元布置图。

图1 单元布置

荷载横向分布示意如图2所示。

图2 荷载横向分布

荷载计算如下。

自重按26.5 kN/m3考虑。

1.1 二期恒载

查通桥(2005)2010-Ⅰ，单线，32m直线梁，二期恒载为74.68 kN/m，包括道渣及线路设备、人行道支架、步板、电缆槽、挡碴块、现浇桥面板及横隔板湿接缝的重量。

(1)挡碴墙：0.35×0.2×25=1.75kN/m(以集中力方式加)。

(2)人行道栏杆：全桥钢筋：7 944 kg，混凝土：0.6 m3。9384/100/204=0.46kN/m(每侧：0.23kN，以集中力方式加)。

(3)人行道板全梁共计：混凝土：3.912 m3，HRB400钢筋：954.72 kg。

3.912×23/32.6=2.76kN/m

954.72/100/32.6=0.293kN/m

合计：3.053 kN/m(每侧1.5 kN，以集中力方式加)

(4)桥面防水：均厚0.35×25=5.688/7.4=1.2kN/m。

(5)2101(32 m单线梁)每孔梁挡碴块：混凝土1.5 m3，钢筋186.28 kg。

1.5×25/32.6=1.1503kN/m

186.28/100/32.6=0.0571kN/m

合计：1.207 kN/m(每侧0.6 kN，以集中力方式加)

本桥与之相同。

(6)线路设备、道碴、电缆槽重。

74.68-(2.294+3.053+3.760+2.531+4.098+1.207)=57.737kN/m(横向为12.8 kN/m)

本桥二期恒载包括：线路设备、道碴、电缆槽重、挡碴墙、人行道栏杆、泄水坡、防水层、保护层、挡碴块。

本桥二期恒载：57.737+0.237+3.5+5.688+5.98+1.207+5=79.349kN/m，取80 kN/m。

本桥接触网为20 kN(只在一侧加集中力)，接触网悬臂板为24.25 kN(以集中力加在接触网一侧)。

1.2 活载

列车荷载横向计算采用特种活载轮重均布作用在顶板顶面，其荷载横向分布宽度按轨道板底座均匀分布作用于梁顶，分布宽度按3.53 m计，人群荷载按通桥(2005)2010-Ⅰ设计说明中规定布载。

(1)人群荷载：4 kN/m。

(3)中活载特载：1.154×250/1.5/3.53=54.49kN/m。

(4)横向摇摆力：50 kN，取不利位置作用于梁顶。

(5)横向风力：K1×K2×K3×W0×1=1.3×1.0×1.0×500=650N/m=0.65kN/m。

(6)温度荷载依据设计说明中，整体升温20 ℃，整体降温20 ℃取，日照温差依据TB 1002.3-2005《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》附录B。

(7)整体升、降温20 ℃。

(8)不均匀升降温。

采用通桥(2015)2368A图纸的温度，日照温差为顶板15 ℃，两侧腹板分别为10 ℃和5 ℃；寒潮温差为-10 ℃，计算中考虑双侧腹板及底板寒潮温差。

升温：Ty=T0e-10y，降温：Ty=T0e-14y

2 计算结果分析

2.1 底板预应力钢束径向力

qx=2Npea，其中，a为梁高二次抛物线方程二次项系数，a=1/354.375，梁腹板内侧间距4.7 m。

横向均布荷载qx=Npea=2×83776/(354.375×4.7)=100.6kN/m。

2.2 截面内力图

恒载、主力及主力+附加力(包络)截面内力图如图3～图5所示。

图3 恒载内力

图4 主力内力

图5 主力+附加力(包络)内力

2.3 计算结果

考虑底板钢束径向力的截面验算结果如表1所示。

本环框中腹板按照偏心受压构件考虑，底板按照纯弯构件考虑。

C55混凝土：主力时[σb]=16.8MPa，主+附组合时[σb]=21.84MPa，满足规范要求。

HRB400钢筋：主力时[σs]=180MPa，主+附组合时[σs]=230MPa，满足规范要求。

表1 考虑底板钢束径向力——截面验算结果

裂缝宽度允许值：主力时wf=0.2mm，主+附组合时wf=0.24mm，满足规范要求。

考虑底板钢束径向力：

(1)底板底层横向钢筋直径须采用φ20 mm，则腹板箍筋须采用φ20 mm。

(2)顶板顶、底层横向钢筋，由于裂缝偏大，钢筋型号选φ20 mm。

若不考虑径向力：腹板箍筋、底板横向钢筋仅需φ16 mm。

综合以上分析，顶板顶、底层横向钢筋采用φ20 mm；底板顶、底层横向钢筋采用φ20 mm；腹板箍筋采用φ20 mm。