斜交框架桥配筋设计

2022-03-08蒋欢

工程建设与设计 2022年1期

关键词：边墙钝角内力

蒋欢

（中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京 102600）

1 引言

随着我国现代化进程不断向前推进，城市建设得到极大的发展。目前，铁路跨越公路市政道路一般采用框架桥结构[1，2]。框架桥指由顶板、底板、边墙和多跨情况下的中墙组成的封闭框架，顶板主要承受铁路荷载，底板主要承受公路、人行等荷载。

2 斜交框架桥配筋设计方法

目前，铁路正交铁路框架桥经常采用简化算，沿横桥向取单位长度，按平面框架结构建立模型，将活载、恒载、土压力、汽车行人荷载等简化为分布荷载作用于结构上，对框架进行结构计算并配置钢筋[3，4]。对于斜交框架也往往采用此类似方法，只不过将计算跨度采用正截面跨度除以斜交角的余弦；边墙采用刚度相等原理把单位长度内斜交框架边墙转换为正框架边墙；顶底板梗腋长度除以斜交角余弦。但斜交框架桥属于空间结构，随着角度的增大由两侧土压力所引起的扭矩也会越来越大，已经变得不能再被忽略。因此，有必要建立斜交框架桥空间模型对其内力进行分析，并根据其分析结果进行钢筋配置[5]。

3 框架桥结构尺寸

建立同一跨度不同角度的框架桥模型来计算并分析其结构内力并配筋情况。其结构尺寸详见表1。

表1 框架桥结构尺寸

4 Midas Civil

4.1 荷载

根据TB 10002—2017《铁路桥涵设计规范》4.1 条规定，将荷载分为恒载、活载、附加力以及特殊荷载。框架桥结构中的荷载示意图如图1 所示。

图1 框架桥结构中的荷载示意图

4.1.1 恒载

对框架结构其作用的恒载有：混凝土结构自重，混凝土收缩徐变，顶板上线路设备、道砟、填土引起的荷载，框架桥两侧土压力[6-8]。本次建模框架桥均按无填土设计。

4.1.2 活载

活载主要有：列车活载，活载引起的土压力，横向摇摆力。框架桥内汽车及人行以及水压力荷载对框架桥受力有利，因此，建模时未计入此类荷载。活载引起的侧向土压力仅计列单侧。

4.1.3 附加力

附加力主要包括：制动力或牵引力，温度变化作用。制动力与行车方向一致，牵引力与行车方向相反。

4.1.4 特殊荷载特殊荷载主要包括：列车脱轨荷载、地震力等。本文建模均不考虑特殊荷载。

4.1.5 荷载组合

荷载组合：列车、活载土压力、摇摆力、制动力、温度等作用对框架桥结构的各个部分的最大、最小内力等最不利效应的影响是不同的。在荷载组合时要考虑到所有的可能组合：（1）恒载+摇摆力+单向活载土压力；（2）恒载+列车活载+摇摆力；（3）恒载+列车活载+摇摆力+单向活载土压力；（4）以上各种组合叠加温度效应和制动力。

4.2 建模

根据框架桥分节情况，模型横桥向长度均取8 m，采用上述荷载组合形式进行加载。模型底部采用受压弹簧模拟弹性地基。各框架桥模型分割单元数详见表2。

表2 框架桥模型分割单元

4.3 结果分析

图2 为框架桥主弯矩示意图，分析所有框架桥的主弯矩示意图可以看出：

图2 框架桥主弯矩示意图

1）斜交框架桥上会有弯矩、扭矩及剪力作用，这与正交框架桥相同，但斜交框架桥扭矩会随着斜交角度的增加而增大，而且最大跨内纵向弯矩会比同等跨度的正交框架桥小；

2）顶板、底板内力分布不均匀，边墙与顶底板连接处内力也比较大；

3）最大纵向弯矩发生钝角部位附近，且形状不对称，斜交角度越大越靠近钝角。

5 钢筋配置

5.1 利用Midas Civil计算结果配筋

选取Midas Civil 最不利的荷载组合情况，沿纵桥向选取单位长度（单位：m）结构进行配筋设计。钢筋采用HRB400 钢筋。

1）跨中最大弯矩和支撑边最大弯矩取相同值。

2）主筋配置方向主要与斜跨长与框架正截面跨度比关,当比值大于1.25 时或者小于0.7 时，主筋沿桥轴线方向布置；当比值在0.7 和1.25 之间时，可沿支承边垂线方向配置钢筋。

3）分布钢筋布置方向则与框架桥斜交角度有关，根据以往经验，斜交角度＜15°时，分布钢筋沿框架桥边墙方向配置。当角度＞15°时，一般采用沿与横桥向垂直的方向布置，但有时为施工便利也可沿桥边墙方向配置。

4）在钝角附近应配置加强钢筋。

根据以上配筋原则并结合以往设计经验决定：（1）分布钢筋沿桥边墙方向布置，直径采用16 mm，间距20 cm，在靠近边墙位置适当降低间距。（2）框架桥主筋均按桥轴线方向布置，顶、底板主筋数量根据主弯矩配置，并视框架桥顶底板弯矩情况向下或向上弯起。框架桥倒角处设置斜筋。边墙内外侧竖向钢筋采用直径为16 mm。箍筋直径采用10 mm。表1 内框架桥主筋配置情况详见表3。