大西客運(yùn)專線晉陜黃河特大橋主橋橋式方案比選

康 煒

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司橋隧處，西安 710043)

1 橋址概況

大西客運(yùn)專線晉陜黃河特大橋位于陜西省與山西省交界處禹門(mén)口至潼關(guān)段黃河上，東側(cè)位于山西永濟(jì)市張營(yíng)鎮(zhèn)小樊村，右岸位于合陽(yáng)縣黑池鎮(zhèn)北廉村附近，橋址處地形平坦，地勢(shì)開(kāi)闊，河道寬近10 km，河床寬淺，主河槽寬約3.3 km。東西岸位于黃河三級(jí)階地上，高差約為50 m。橋梁大部分坐落于黃河一級(jí)階地、漫灘及河床區(qū)，穿越大片黃河濕地。該河段屬淤積性游蕩型河道，橋位處設(shè)計(jì)流量Q1%=24 318 m3/s，檢算流量Q0.33%=29 216 m3/s。橋位處年平均氣溫13.7℃，最熱月平均氣溫 26.1℃，最冷月平均氣溫－1.2℃，年平均濕度64%。地層主要以粉細(xì)砂為主，地震動(dòng)峰值加速度值采用0.20g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期采用0.35 s。

2 橋梁總體設(shè)計(jì)

2.1 總體設(shè)計(jì)原則

本橋?yàn)榭刂菩灾攸c(diǎn)工程，橋梁規(guī)模龐大，在設(shè)計(jì)過(guò)程主要遵循以下原則:

(1)橋式方案必須滿足行洪、防凌、通航及水文、地質(zhì)條件的要求;

(2)本橋?yàn)榭瓦\(yùn)專線橋梁，需具備良好完善的使用功能，同時(shí)應(yīng)充分考慮實(shí)施條件、耐久性能、運(yùn)營(yíng)維修、工程造價(jià)等因素;

(3)本橋?yàn)樘卮笮蜆蛄汗こ蹋夹g(shù)上先進(jìn)可行，積極穩(wěn)妥地推進(jìn)新型橋梁結(jié)構(gòu)，體現(xiàn)當(dāng)代橋梁建設(shè)的技術(shù)水平。

(4)在滿足上述功能的基礎(chǔ)上，結(jié)合橋位景區(qū)特點(diǎn)，重視橋梁景觀設(shè)計(jì)。

2.2 橋梁跨度的選擇

根據(jù)黃河水利委員會(huì)確定的主要控制指標(biāo)要求:主河槽孔跨不小于100 m，灘地孔跨不小于40 m。即主河槽范圍DK704+160～DK707+400，該范圍內(nèi)橋梁跨度按不小于108 m控制。

2.3 主橋橋式方案的選擇

結(jié)合橋位處具體特點(diǎn)，為使結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)合理，主河槽范圍內(nèi)橋式選擇的總體思路為:盡可能采用等跨結(jié)構(gòu)或跨度差異較小的結(jié)構(gòu)，可選用橋型主要有連續(xù)梁、連續(xù)剛構(gòu)、鋼桁梁、梁拱組合結(jié)構(gòu)、索梁組合結(jié)構(gòu)以及橋梁自身重量較輕的鋼混組合結(jié)構(gòu)等。若采用一般連續(xù)梁或連續(xù)剛構(gòu)，考慮合理配跨要求，勢(shì)必造成主跨跨度接近180 m，由于橋址處于高地震區(qū)，地震力成為控制設(shè)計(jì)的主要因素，且工程造價(jià)會(huì)大幅度增加，已不盡合理。另外橋梁穿越洽川黃河濕地景區(qū)，橋梁形式應(yīng)充分考慮景觀效果，在空曠的河道內(nèi)，橋梁結(jié)構(gòu)與周圍環(huán)境比較相對(duì)較小，因此橋梁應(yīng)突顯輪廓美，主河槽范圍內(nèi)橋梁宜形成整體規(guī)模，考慮合理經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，橋梁跨度無(wú)需太大。基于上述分析，主橋橋型選擇了單T剛構(gòu)加勁鋼桁組合結(jié)構(gòu)、部分斜拉橋、連續(xù)梁邊孔加拱組合結(jié)構(gòu)、下承式連續(xù)鋼桁梁、空腹連續(xù)剛構(gòu)5種橋型進(jìn)行比較分析。

2.4 聯(lián)長(zhǎng)的選擇

橋梁聯(lián)長(zhǎng)主要受控于地震力及軌道溫度聯(lián)長(zhǎng)，本線鋪設(shè)CRTSⅡ型連續(xù)板式無(wú)砟軌道，軌道溫度聯(lián)長(zhǎng)主要受控于軌道應(yīng)力及底座配筋率。各方案聯(lián)長(zhǎng)比較見(jiàn)表1。

表1 各方案聯(lián)長(zhǎng)比較 m

3 橋式方案比較

3.1 方案一:單T剛構(gòu)加勁鋼桁組合結(jié)構(gòu)

3.1.1 主橋孔跨布置

本方案主橋孔跨布置為15-(2×108 m)(圖1)。

圖1 方案一橋式效果圖

3.1.2 方案構(gòu)思

根據(jù)橋跨布置思路，且盡量避免水中施工膺架，雙孔單T剛構(gòu)完全符合布孔思路。但由于單T剛構(gòu)跨度大，要滿足梁端轉(zhuǎn)角要求，相應(yīng)梁體斷面、圬工需大幅增加，導(dǎo)致地震力較大。通過(guò)鋼桁加勁能較好改善上述影響，同時(shí)，由于加勁鋼桁作用，主梁正彎矩得到有效降低，配束較少，從而減小了大跨結(jié)構(gòu)的徐變上拱值。

3.1.3 方案形成過(guò)程

(1)加勁鋼桁桁式的選擇

分別對(duì)三角形無(wú)豎桿桁式與帶豎桿桁式進(jìn)行了比較分析。根據(jù)計(jì)算比較結(jié)果，2種桁式用鋼量及對(duì)梁端轉(zhuǎn)角貢獻(xiàn)程度基本相當(dāng)，但由于有豎桿三角形鋼桁形式桿件間夾角小，節(jié)點(diǎn)構(gòu)造處理相對(duì)困難，節(jié)點(diǎn)板也比無(wú)豎桿桁架略大，同時(shí)由于節(jié)間數(shù)、桿件數(shù)較多，桿件安裝精度要求高，施工周期會(huì)略長(zhǎng)，外在形式亦略顯凌亂，故采用無(wú)豎桿三角形桁架。

(2)加勁桁長(zhǎng)度范圍的選擇

為取得加勁鋼桁對(duì)主梁剛度的合理貢獻(xiàn)值，對(duì)鋼桁加勁范圍分別按鋼桁長(zhǎng)48、56、64 m及全梁加勁進(jìn)行了比較分析，比較結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 鋼桁加勁長(zhǎng)度比較

從圖2可知，加勁范圍從48 m依次增加至64 m時(shí)，梁端轉(zhuǎn)角依次減小10.6%、7.5%，而用鋼量依次增加15.5%、12.6%，當(dāng)增至整個(gè)梁跨范圍內(nèi)時(shí)，相對(duì)64 m而言梁端轉(zhuǎn)角減小1.73%，而用鋼量增加92.5%，綜合考慮加勁范圍采用64 m。

(3)加勁桁桁高的選擇

為取得合理桁高，選取桁高6～10 m針對(duì)梁端轉(zhuǎn)角及鋼桁用鋼量進(jìn)行比較，比較結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 加勁鋼桁桁高比較

從圖3可知，桁高從6 m依次增加至10 m時(shí)，梁端轉(zhuǎn)角依次減小4.0%、3.2%、1.9%、1.13%，而用鋼量依次增加7.8%、7.2%、6.7%、6.3%，綜合考慮桁高采用9 m。

(4)加勁鋼桁距梁端的距離選擇

在鋼桁形式、加勁范圍及桁高確定的基礎(chǔ)上，就加勁桁距梁端的距離分別按0、4、8 m進(jìn)行了分析比較，比較結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 加勁桁距梁端距離與梁端轉(zhuǎn)角關(guān)系

從圖4可知，加勁桁距梁端的距離0、4 m，梁端轉(zhuǎn)角基本一致，當(dāng)增加至8 m時(shí)，梁端轉(zhuǎn)角增大2.8%，結(jié)合構(gòu)造加勁桁距梁端的距離采用4 m。

(5)加勁桁上弦、端斜桿填充混凝土效應(yīng)分析比較

根據(jù)加勁桁受力特點(diǎn)，上弦桿及端斜桿均為受壓桿件，為此對(duì)其桿件內(nèi)是否填充混凝土進(jìn)行了分析比較。比較結(jié)果顯示，當(dāng)梁端轉(zhuǎn)角基本相當(dāng)時(shí)，若不填充混凝土，用鋼量將增加113%，為充分發(fā)揮混凝土抗壓性能，降低用鋼量，選用填充混凝土方案。

(6)主梁梁高及施工方案比較

方案1 梁高5～11.5 m，等高梁段長(zhǎng)54 m，箱梁掛籃懸臂灌注施工不加設(shè)輔助措施;

存在問(wèn)題:懸拼長(zhǎng)度過(guò)大，箱梁正負(fù)彎矩差達(dá)16倍，由于二者彎矩相差太大，箱梁配束難度很大。計(jì)算結(jié)果表明，1/4跨附近主梁主拉應(yīng)力達(dá)－4.9 MPa，同時(shí)截面正應(yīng)力達(dá)20 MPa，造成部分截面受壓區(qū)高度超限。針對(duì)該問(wèn)題，為改善箱梁受力狀況，對(duì)箱梁施工工序及梁高進(jìn)行了調(diào)整。

方案2 在箱梁懸臂灌注階段，部分梁段澆筑時(shí)采用臨時(shí)塔架及臨時(shí)拉索。

方案3 中支點(diǎn)梁高增至12.5 m，等高梁段縮至40 m，箱梁懸灌階段不采取輔助措施。

計(jì)算結(jié)果表明，方案2、3均可有效地解決上述問(wèn)題，方案2施工過(guò)程較為復(fù)雜，用鋼量較方案3增加8%，故采用方案3。

(7)加勁鋼桁對(duì)徐變上拱值的分析

大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)徐變上拱較為顯著，對(duì)加勁鋼桁改善主梁徐變上拱的影響進(jìn)行了分析，分析結(jié)果表明，無(wú)加勁鋼桁時(shí)主梁徐變上拱值12 mm，設(shè)加勁鋼桁時(shí)主梁徐變上拱值2.8 mm，加勁鋼桁能有效降低結(jié)構(gòu)的徐變上拱值。

3.2 方案二:部分斜拉橋方案

3.2.1 主橋孔跨布置

主橋孔跨布置為15－(2×108 m)單塔部分斜拉橋(圖5)。

3.2.2 部分斜拉橋在高速鐵路橋梁中應(yīng)用的可行性

圖5 方案二橋式效果圖

部分斜拉橋自1988年首次提出以來(lái)，以其優(yōu)越的結(jié)構(gòu)性能、較高的跨越能力及良好的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，近年來(lái)在國(guó)內(nèi)外得到迅猛發(fā)展。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，國(guó)外已建成或在建同類橋梁38座，國(guó)內(nèi)14座，跨度已達(dá)312 m，但大多屬公路橋梁，鐵路橋梁較少，國(guó)外已建成鐵路橋梁為日本屋代南北鐵路橋，國(guó)內(nèi)已建成鐵路橋梁為蕪湖長(zhǎng)江大橋。

部分斜拉橋?yàn)榻橛谛崩瓨蚝瓦B續(xù)梁之間的過(guò)渡性橋梁，集2種橋型的優(yōu)點(diǎn)于一體，形成一種剛?cè)嵯酀?jì)的新型結(jié)構(gòu)，顯示出強(qiáng)大的發(fā)展?jié)摿ΑＦ渚哂幸韵碌慕Y(jié)構(gòu)特點(diǎn):(1)主梁的剛度大，以梁為主，索為輔，斜拉索實(shí)質(zhì)上起體外預(yù)應(yīng)力索的作用;(2)橋塔的建筑高度低，拉索的傾角小，拉索為梁提供較大的軸向力;(3)后期換索對(duì)行車運(yùn)營(yíng)干擾小，可在不中斷行車僅限速的情況下進(jìn)行;(4)拉索的應(yīng)力幅小，有效提高了拉索的抗疲勞性能;(5)拉索索力無(wú)須調(diào)整或調(diào)整有限，施工控制的難度小;(6)梁端轉(zhuǎn)角及活載撓度易于保證。綜上所述，作為近年發(fā)展起來(lái)的一種新的橋梁形式，部分斜拉橋兼有梁式橋和一般斜拉橋的優(yōu)點(diǎn)，它較好地解決了制約斜拉式橋梁應(yīng)用于鐵路橋梁的兩大技術(shù)問(wèn)題:結(jié)構(gòu)的柔性和抗疲勞性能差，只要合理選取索梁承擔(dān)荷載的比例，部分斜拉橋完全可以應(yīng)用于高速鐵路橋梁中。

3.2.3 部分斜拉橋在本橋中應(yīng)用的合理性

部分斜拉橋挺拔剛勁的主塔、纖細(xì)規(guī)整的斜索、輕盈的主梁，體現(xiàn)出現(xiàn)代氣息，與古老的黃河文明形成鮮明的對(duì)比，并相得益彰，景觀效果明顯。同時(shí)由于有效降低了結(jié)構(gòu)自重，結(jié)構(gòu)的抗震性能得到明顯提高。橋梁跨度完全可實(shí)現(xiàn)等跨相連的結(jié)構(gòu)，符合布跨思路，避免了水中施工膺架，且主梁徐變上拱值較小。

3.2.4 方案形成過(guò)程

(1)單雙索面的選取

單雙索面的選擇主要受橋面寬度的影響，由于鐵路橋梁橋面較窄，已建成橋梁均采用了雙索面形式。單索面布置造成橋面較寬，達(dá)15.1 m，箱梁需采用單箱雙室截面，造成箱梁圬工增加，且線間距需改變，線路平面線型局部惡化，另外橋梁感觀整體抗扭剛度較弱，故本次設(shè)計(jì)采用雙索面形式。

(2)橋塔塔高、塔形的選取

部分斜拉橋塔高較低，一般為橋跨的1/6～1/12，結(jié)合構(gòu)造、景觀等綜合因素，通過(guò)對(duì)比計(jì)算采用1/7～1/8，橋塔有效高度(橋面以上)取21.5 m。

塔形的選擇多姿多樣，受主觀因素影響較多，主要有H形、鉆石形、Y形。“H”形橋塔造型簡(jiǎn)潔，應(yīng)用范圍比較廣泛，鉆石形橋塔在斜拉橋中應(yīng)用較多，由于部分斜拉橋橋塔較低，綜合3種塔形的特點(diǎn)，選用介于“H”形與“Y”形之間，向下內(nèi)收的橋塔造型。

(3)箱梁有索區(qū)、無(wú)索區(qū)長(zhǎng)度的選取

無(wú)索區(qū)長(zhǎng)度對(duì)部分斜拉橋至關(guān)重要，主梁無(wú)索區(qū)的長(zhǎng)度決定了主梁的梁高。無(wú)索區(qū)的長(zhǎng)度過(guò)大，會(huì)引起主梁剛度不足，控制主梁的設(shè)計(jì)，造成斜拉索應(yīng)力幅等各項(xiàng)指標(biāo)的上升，從而不得不提高主梁的梁高，這對(duì)全橋的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)是十分不利的。通過(guò)對(duì)梁端轉(zhuǎn)角、箱梁活載撓度、箱梁彎矩分別對(duì)不同的無(wú)索區(qū)長(zhǎng)度進(jìn)行對(duì)比分析，分析結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 部分斜拉橋方案無(wú)索區(qū)長(zhǎng)度比較

分析結(jié)果表明，無(wú)索區(qū)長(zhǎng)度對(duì)梁端轉(zhuǎn)角及活載撓度影響較小，說(shuō)明所選主梁剛度足夠強(qiáng)大，但不同無(wú)索區(qū)長(zhǎng)度對(duì)主梁的設(shè)計(jì)彎矩影響較大，結(jié)合景觀效果、斜拉索用量，考慮主梁合理受力狀況，采用L1=L2=22 m。

(4)斜拉索間距、索對(duì)數(shù)的選取

斜拉索間距的選取主要影響因素為主梁施工梁段長(zhǎng)度、無(wú)索區(qū)長(zhǎng)度及景觀等，根據(jù)上述對(duì)主梁無(wú)索區(qū)長(zhǎng)度的分析，參照已建橋梁索間距，結(jié)合本橋主梁施工梁段長(zhǎng)度，索間距取8.0 m。

斜拉索對(duì)數(shù)結(jié)合主梁無(wú)索區(qū)長(zhǎng)度的布置，分別對(duì)8、9、10對(duì)索，針對(duì)斜拉索分擔(dān)橋梁豎向荷載的的比例進(jìn)行了對(duì)比分析，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 部分斜拉橋方案斜拉索對(duì)數(shù)比較

分析結(jié)果表明，斜拉索承擔(dān)活載比例均較小，相應(yīng)斜拉索應(yīng)力幅亦較小，綜合考慮在控制斜拉索應(yīng)力幅的情況下，為使主梁計(jì)算配束合理，采用9對(duì)索方案。

(5)結(jié)構(gòu)體系比較(表4)

部分斜拉橋是一個(gè)由索、塔、梁、墩4種基本構(gòu)件組成的組合結(jié)構(gòu)，根據(jù)其不同的組合方式，可以組成飄浮(半飄浮)、塔墩固結(jié)箱梁支承、塔梁固結(jié)和全固結(jié)4種體系。由于高速鐵路橋梁對(duì)行車的安全性、平穩(wěn)性及乘車的舒適性要求高，橋梁需要具有較大抗彎、抗扭剛度，故不考慮飄浮體系，主要對(duì)其他3種結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行對(duì)比分析。(1)塔墩固結(jié)，箱梁支承體系;(2)塔梁固結(jié)體系、塔墩分離體系;(3)剛構(gòu)體系:即塔墩梁固結(jié)。

表4 部分斜拉橋方案結(jié)構(gòu)體系比較

根據(jù)分析結(jié)果可知，體系一、二梁端轉(zhuǎn)角不滿足要求，需加大主梁高度，故采用體系三。

3.3 方案三:連續(xù)梁邊孔加拱方案

3.3.1 主橋孔跨布置

主橋橋跨布置為:7－(4×108 m)連續(xù)梁邊孔加拱組合結(jié)構(gòu)(圖6)。

圖6 方案三橋式效果圖

3.3.2 方案構(gòu)思及形成

連續(xù)梁邊跨加設(shè)加勁拱使橋梁可達(dá)到等跨布置效果，4孔一聯(lián)較3孔一聯(lián)橋梁景觀效果更為協(xié)調(diào)與流暢，減小了臨時(shí)墩及現(xiàn)澆支架等臨時(shí)工程量。

(1)加勁拱拱軸線的選用

加勁拱承擔(dān)荷載主要為二期恒載和活載，對(duì)于拱肋來(lái)說(shuō)，承擔(dān)的荷載較小且比較均勻，對(duì)于該種情況，拱軸線常選用二次拋物線和拱軸線系數(shù)m較小的懸鏈線。經(jīng)對(duì)比分析，2種拱軸線與壓力線的偏差均較小，引起拱肋彎矩差值亦較小，本次設(shè)計(jì)采用線型較為簡(jiǎn)單的二次拋物線。

(2)加勁拱矢跨比的選用

已建成的拱橋，矢跨比一般在1/4～1/6。對(duì)于108 m跨而言，當(dāng)矢跨比采用1/6時(shí)，矢高為18 m，結(jié)構(gòu)高度較低，拱較坦，造成拱腳水平推力較大，對(duì)主梁影響亦較大。該比值的矢跨比較少采用，故對(duì)矢跨比按1/4和1/5進(jìn)行了比較計(jì)算，比較結(jié)果見(jiàn)表5。

比較結(jié)果顯示，矢跨比1/4較1/5的拱肋最大軸力、彎矩、推力分別減少2.6%、15.7%、10.3%，而吊桿長(zhǎng)度、拱肋長(zhǎng)度分別增加23%、4.5%。從景觀效果來(lái)看，矢跨比1/4時(shí)，線形接近圓形，結(jié)合橋梁整體效果來(lái)看，線形不夠流暢，矢跨比1/5時(shí)，曲線流暢，整體曲線起伏均勻，故矢跨比采用1/5。

表5 拱肋矢跨比比較

(3)拱肋形式及結(jié)構(gòu)參數(shù)的選用

鋼管混凝土拱截面形式主要有:單管、雙管啞鈴形，多管桁架式等。單管截面加工簡(jiǎn)單，抗扭性能好，但抗彎效率低，一般應(yīng)用于跨徑不大的拱橋中。桁架式截面能夠采用較小的鋼管直徑取得較大的縱橫向抗彎剛度，在跨徑較大的橋梁中應(yīng)用較廣，但其截面成型工藝復(fù)雜，橫向?qū)挾容^大，橋面較寬，在跨度100 m左右的拱橋中較少采用。啞鈴形截面較單管截面抗彎剛度大，較桁架式截面施工簡(jiǎn)單，相對(duì)而言，其受力明確，制造工藝簡(jiǎn)單，是較合適的截面形式，故采用啞鈴形截面。

拱肋鋼管直徑D與跨徑L比值一般為1/60～1/150，高度H與跨度L比值一般為1/30～1/60，拱肋鋼管直徑D與高度H比值為1/2.11～1/2.67，以1/2.5居多，結(jié)合計(jì)算，鋼管直徑選用 1.0 m，拱肋高度2.5 m。

(4)結(jié)構(gòu)體系的比選

本橋橋高接近40 m，針對(duì)本橋特點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)對(duì)剛構(gòu)與連續(xù)體系進(jìn)行了分析對(duì)比。根據(jù)比較結(jié)果，剛構(gòu)體系主梁、橋墩受力較為復(fù)雜，設(shè)計(jì)較為困難;對(duì)于連續(xù)體系，雖然本方案聯(lián)長(zhǎng)較長(zhǎng)，但橋高較高，連續(xù)結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)，且主梁受力較為合理，配束較為均勻，故采用連續(xù)體系。

3.4 雙孔連續(xù)鋼桁梁

3.4.1 主橋孔跨布置

主橋采用15－(2×108)m連續(xù)鋼桁梁(圖7)。

圖7 方案四橋式效果圖

3.4.2 方案形成

(1)結(jié)構(gòu)體系的選用

對(duì)于鋼桁結(jié)構(gòu)來(lái)講，以等跨結(jié)構(gòu)跨越其經(jīng)濟(jì)性能最優(yōu)。為此分別對(duì)108 m簡(jiǎn)支鋼桁梁、108 m簡(jiǎn)支鋼桁拱、2×108 m連續(xù)鋼桁梁進(jìn)行設(shè)計(jì)比選。見(jiàn)表6。

根據(jù)比較結(jié)果，結(jié)合施工工藝，采用2×108 m連續(xù)鋼桁梁方案。

表6 鋼桁梁方案結(jié)構(gòu)體系比較

(2)桁式、桁高的選取

通過(guò)對(duì)三角形無(wú)豎桿桁架與帶豎桿桁架進(jìn)行比較，無(wú)豎桿的三角形桁架，可減少桿件數(shù)量，外觀簡(jiǎn)潔，節(jié)點(diǎn)板構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)潔、構(gòu)造尺寸也可適當(dāng)減小，節(jié)省鋼料，節(jié)點(diǎn)板高度相對(duì)較小，施工相對(duì)簡(jiǎn)單，周期短，采用無(wú)豎桿三角形桁架。

連續(xù)鋼桁梁的桁高一般在1/8～1/12跨度間，國(guó)內(nèi)修建的鐵路108 m連續(xù)鋼桁梁桁高一般在13.6 m左右，但考慮到高速鐵路無(wú)砟軌道對(duì)主梁的剛度要求較高，桁高也應(yīng)相應(yīng)增高，故對(duì)加勁梁桁高在14～16 m間進(jìn)行了設(shè)計(jì)比選。根據(jù)比較結(jié)果，當(dāng)桁高16 m時(shí)用鋼量最省，但考慮其與15 m桁高的用鋼量相差約2%，但由于桁高增加，導(dǎo)致腹桿夾角變小，施工困難，綜合考慮桁高采用15 m。

(3)橋面結(jié)構(gòu)形式的選取

鋼混結(jié)合橋面結(jié)構(gòu)可有效降低行車噪聲，減少環(huán)境污染，能夠避免軌枕與縱梁連接處易銹蝕的缺點(diǎn)。正交異性板結(jié)合橋面結(jié)構(gòu)橋面板直接參與主結(jié)構(gòu)受力，可提高橋梁的縱橫向剛度，同時(shí)其上鋪設(shè)的混凝土板利用剪力釘與橋面板結(jié)合，橋面豎向荷載一部分通過(guò)混凝土板直接傳遞到橫梁、橫肋，也可達(dá)到提高結(jié)構(gòu)剛度的作用，但鋼橋面板的制作和安裝困難，用鋼量較大。縱橫梁結(jié)合橋面因混凝土橋面沿縱向一定間隔設(shè)置橫向斷縫，混凝土橋面板僅起到傳遞橋面豎向荷載的作用，不考慮其參與體系受力，對(duì)剛度沒(méi)有貢獻(xiàn)，橋面系需設(shè)置下平聯(lián)及制動(dòng)聯(lián)結(jié)系，該類橋面系形式不具備結(jié)合梁的優(yōu)點(diǎn)。密布橫梁結(jié)合橋面的優(yōu)點(diǎn)是橫梁及混凝土橋面板提供了較大的橫向剛度，橋面系不需設(shè)置下平縱聯(lián)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，鋼桁梁制作和架設(shè)施工方便，用鋼量較少，但混凝土板承受較大的拉力、易開(kāi)裂。考慮到無(wú)砟軌道對(duì)橋梁剛度的更高要求，采用剛度較好的正交異性板結(jié)合橋面。

3.5 空腹剛構(gòu)方案

3.5.1 主橋孔跨布置

主橋采用8－(108+156+108)m空腹剛構(gòu)(圖8)。

3.5.2 方案構(gòu)思

上述方案主橋范圍內(nèi)均采用等跨布置，本方案采用不等跨布置。綜合考慮地震力及軌道溫度聯(lián)長(zhǎng)，增大了邊跨與中跨比值，縮短了整體聯(lián)長(zhǎng)，為進(jìn)一步減小地震力影響，主跨采用156 m。

圖8 方案五橋式效果圖

3.5.3 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

空腹式剛構(gòu)即通過(guò)鋼腹桿、混凝土頂?shù)装褰Y(jié)構(gòu)將鋼材與混凝土有機(jī)結(jié)合為一體，具有以下主要特點(diǎn):

(1)由于腹板采用鋼腹桿，其結(jié)構(gòu)自重可減少20% ～30%，明顯減小結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)，提高結(jié)構(gòu)在地震作用下的動(dòng)力性能，進(jìn)而降低下部結(jié)構(gòu)的工程造價(jià);

(2)在有效降低箱梁圬工的情況下，該結(jié)構(gòu)可有效提高結(jié)構(gòu)的剛度，對(duì)提高列車運(yùn)行的安全性和舒適度十分有利，從而對(duì)高速鐵路的行車更加有利;

(3)在剪力較大的支點(diǎn)截面和梁端截面采用普通預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，充分發(fā)揮混凝土箱梁抗剪能力強(qiáng)的優(yōu)勢(shì);而在剪力相對(duì)較小的中部斷面則采用空腹式箱梁，以減輕梁體的重量，從而減小結(jié)構(gòu)內(nèi)力，使整個(gè)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力狀態(tài)趨于合理。經(jīng)分析采用空腹式箱梁連續(xù)剛構(gòu)方案后，支點(diǎn)彎矩可下降30%左右。

4 各方案綜合比較(表7)

表7 各橋式方案綜合比較

5 結(jié)論

通過(guò)上述詳細(xì)比較，本橋主橋橋式方案采用方案一。

［1］中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.新建鐵路大同至西安線初步設(shè)計(jì)《晉陜黃河特大橋》專題報(bào)告［Z］.西安:中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，2010.

［2］周孟波，等.斜拉橋手冊(cè)［M］.北京:人民交通出版社，2004.

［3］嚴(yán)國(guó)敏.現(xiàn)代斜拉橋［M］.成都:西南交通大學(xué)出版社，2000.

［4］鐵道部第一勘測(cè)設(shè)計(jì)院，蘭州鐵道學(xué)院.百年涵洞與拱橋［M］.北京:中國(guó)鐵道出版社，1994.

［5］李廉錕.結(jié)構(gòu)力學(xué)(上下冊(cè))［M］.北京:高等教育出版社，1997.

［6］范立礎(chǔ).橋梁工程(上下冊(cè))［M］.北京:人民交通出版社，2001.

［7］TB 10002.3—2005 鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2005.

［8］TB 10020—2009 高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范(試行)［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2009.

［9］徐 強(qiáng)，萬(wàn) 水.波形鋼腹板PC組合箱梁橋設(shè)計(jì)與應(yīng)用［M］.北京:人民交通出版社，2009.

［10］金成棣.預(yù)應(yīng)力混凝土梁拱組合橋梁——設(shè)計(jì)研究與實(shí)踐［M］.北京:人民交通出版社，2001.

［11］羅世東.鐵路橋梁大跨度組合橋式結(jié)構(gòu)的應(yīng)用研究［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2005(11):1-4.

［12］陳曉波.某高速鐵路連續(xù)梁拱組合橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2011(5):60-62.

［13］聶建國(guó).鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)原理與實(shí)例［M］.北京:科學(xué)出版社，2009.

［14］邵旭東，程翔云，李立峰.橋梁設(shè)計(jì)與計(jì)算［M］.北京:人民交通出版社，2007.

［15］宋德文.關(guān)于高速鐵路結(jié)合梁的探討［J］.鐵道建筑技術(shù)，2004(5):8-11.

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