小角度上跨既有线桥梁的上下部结构设计

项 伟，陈耀军，王亚萍，孟科坦

(1.台州职业技术学院，浙江 台州 318000；2.台州市城乡规划设计研究院有限公司，浙江 台州 318000；3.台州交通勘察设计院有限公司，浙江 台州 318000；4.郑州市政工程勘测设计研究院，河南 郑州 450000)

1 工程概况

某新建单线铁路以9.2°小角度上跨既有运营双线铁路，既有双线铁路线路中心距4.6 m。新建铁路采用桥梁上跨方式，要求新建桥梁施工不影响既有线的运营，因此新建桥梁在既有线上方设置门式墩，上部结构按顶推梁设计[1]。具体设计思路如下。

(1)上跨段桥墩采用框架门式墩[2]，立柱为钢筋混凝土结构，横梁采用钢结构。施工顺序为：先施工桩基及承台，再现浇两侧混凝土立柱，然后吊装钢结构横梁，通过临时支座将钢结构横梁与混凝土立柱临时铰接， 待上部结构顶推到位后， 墩顶与钢横梁结合部通过后浇混凝土完成固结。

(2)上部结构采用7 m×16 m单箱单室预应力混凝土箱梁，在既有铁路范围之外的引桥上现浇新建箱梁，只张拉顶底板通长钢束，然后顶推到位，再张拉腹板钢束+墩顶短束，从而完成上部结构施工。

2 上部结构设计

2.1 断面布置图

全桥采用等高的单箱单室斜腹板截面，梁高1.6 m，箱梁顶宽7.2 m，底宽3.33 m。顶板厚度除梁端附近和中支点附近加厚到0.45 m外均为0.3 m；腹板厚0.4～0.7 m，按折线变化；底板厚度除梁端附近和中支点附近加厚到0.45 m外均为0.3 m。箱梁两侧腹板与顶底板相交处外侧均采用圆弧倒角过渡。

2.2 顶推梁钢束配置

本桥上部结构采用顶推梁设计，顶推梁钢束配置需要综合考虑顶推时主梁受力及顶推到位后运营期间受力，本桥共设置7种钢束类型，见图1～图2。

图2 跨中断面钢束布置图(单位：mm)

5#～7#为腹板钢束，每侧腹板共布置3根，根据受力特点在中支点区域上弯到主梁上部，跨中下弯到主梁下部，主要为运营期间受力钢束。顶底板通长钢束为顶推及运营共同需要钢束。1#钢束为顶板通长钢束，共设置6根；3#、4#钢束为底板通长钢束，3#钢束4根，4#钢束2根；顶底板通长钢束顶推前就张拉到位，保证顶推施工时主梁正负弯矩交替变化的主梁顶推期间受力。为保证运营期间受力，在中支点上缘设置各设置2根2#顶板短束保证上缘压应力，顶推到位后张拉。

2.3 主梁顶推施工验算

主梁顶推时只张拉顶底板通长钢束，同时在左右两侧配置18 m导梁减小悬臂长度。顶推施工期间主梁应力见图3～图6，底缘最大压应力为8.9 MPa，出现在边跨跨中处；最小压应力为1.6 MPa，出现在导梁与主梁相接处；顶缘最小压应力为2.5 MPa，最大压应力为6.2 MPa。顶推过程中，箱梁截面无拉应力出现，满足受力要求。

图3 顶推期间主梁底缘最大应力图(单位：MPa)

图4 顶推期间主梁顶缘最大应力图(单位：MPa)

图5 顶推期间主梁底缘最小应力图(单位：MPa)

图6 顶推期间主梁顶缘最小应力图(单位：MPa)

3 下部结构设计

本桥上跨段桥墩采用门式墩结构，为了减小横梁施工对既有线运行的影响，横梁采用钢结构，混凝土立柱浇筑完成后采用吊机吊装钢横梁。

3.1 混凝土立柱

门式墩立柱采用钢筋混凝土结构，横向中心间距22.5 m，采用2.5 m×2.5 m矩形截面。

3.2 钢结构横梁

横梁为钢结构，采用单箱单室箱型截面，梁高为2.5 m，梁宽2.7 m。钢横梁顶底板设置板肋加劲，腹板设有竖向加劲肋及水平加劲肋。横梁内每隔3 m设置一道横隔板，支座位置设置支座横隔板。

3.3 混凝土立柱与钢横梁节点设计

为降低上部结构恒载引起的弯矩，减小墩柱的横向水平力，墩柱顶与钢横梁采用先铰接后固结的设计方法。墩柱现浇至距墩顶0.8 m处，通过临时支座构造先实现铰接，等上部结构顶推到位后，浇筑后浇段，铰接变为固结，墩顶0.8 m以上为钢混结合段，见图7。

图7 门式墩立面布置(单位：cm)

(1)铰接构造

每个门式墩立柱顶设置两个临时支座，临时由支座通过上弧形钢板+下水平底板构成，上下钢板之间设置一个直径50 mm圆形钢销。一个钢横梁设置4个临时支座，保证横梁结构稳定，上部采用弧形钢板，实现转角保证铰接；左侧两个下水平钢板设置圆孔，上下钢板之间设置钢销实现横向固定支座功能，右侧两个下水平钢板设置椭圆孔，实现上部恒载作用下的横向活动，释放恒载水平力。

(2)固结构造

上部结构顶推到位后，墩顶0.8 m后浇段采用混凝土浇筑，同时墩顶上方横梁内部设置剪力钉，墩顶钢结构横梁内部灌注混凝土，实现墩梁固结。

4 结 语

本桥为小角度上跨既有线桥梁，上部结构采用顶推梁设计，下部结构采用混凝土立柱+钢横梁门式墩结构，以减小新建桥梁对既有线运行的影响。混凝土顶推梁钢束的配置需要考虑顶推时主梁正负弯矩交替变化的影响，顶推时只张拉顶底板通长钢束，腹板及墩顶短束顶推完毕后张拉。门式墩的混凝土立柱与钢横梁采用先铰接后固结的设计方式，有效减小立柱横向水平力及恒载弯矩，且无支座设计可减少后期的维修与养护。