城際鐵路(50+82+82+50)m連續梁設計

田 青

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司， 北京 100055)

城市軌道交通具有速度快捷、載客容量較大、站段距離合理的優點，很大程度上保障了城市居民出行的需求。介紹我國北方某城市城際鐵路高架橋跨越城市主干道(50+82+82+50)m預應力混凝土連續梁設計。本工程下部結構采用矩形實體橋墩，基礎采用鉆孔灌注樁基礎。

1 主要技術標準

設計荷載：zc活載(0.6UIC)；

軌道類型：有砟軌道；

抗震設防烈度：6度。

2 截面設計

考慮施工周期和不影響道路交通運營，采用受力合理、經濟性能較高的預應力混凝土連續梁體系，截面形式采用抗扭剛度大、動力性能好、后期徐變拱度小的單箱單室變高度箱形截面。中跨跨中及邊支點處梁高3.50 m，中支點處梁高6.00 m，梁底上、下緣按二次拋物線變化。

箱梁頂面寬12.00 m，腹板采用直腹板，跨中截面與邊支點截面箱梁頂板厚0.40 m，底板厚0.40 m，腹板厚0.45 m；中支點截面箱梁頂板厚0.65 m，底板厚0.90 m，腹板厚0.80 m；根據計算需要，底板、腹板、頂板局部向內側加厚。

箱梁在端支點、中跨跨中及中支點處共設置7道橫隔板，邊支點橫隔板厚1.50 m，中支點橫隔板厚2.40 m，中跨跨中橫隔板厚0.80 m。各橫隔板均設置進人孔，方便施工和維修。主梁截面如圖1、圖2、圖3。

圖1 1/2主梁立面(單位：cm)

圖2 1/2主梁平面(單位：cm)

圖3 1/2中支點截面和1/2中跨跨中截面(單位：cm)

3 結構計算

3.1 主梁計算

主梁為預應力混凝土連續箱梁，主梁混凝土強度等級為C50，混凝土容重γ=26.0 kN/m3，彈性模量Ec=3.55×104MPa。梁體內布置縱向預應力鋼筋和豎向預應力鋼筋。

梁體縱向預應力鋼筋采用標準強度為fpk=1 860 MPa的高強度、低松弛鋼絞線，彈性模量Ep=195 GPa，其技術條件符合GB/T5224—2003的要求。

箱梁縱向預應力鋼筋：腹板采用12-7φ5鋼絞線，頂板采用17-7φ5鋼絞線，中跨底板采用17-7φ5鋼絞線，邊跨底板采用15-7φ5鋼絞線。錨頭變形引起的預應力鋼筋回縮量：每端6 mm；錨下控制應力：頂板為0.688fpk，腹板和底板為0.70fpk。

箱梁豎向預應力鋼筋采用φ25 mm高強精扎螺紋鋼筋，極限強度為785 MPa，外側腹板各布置1只，采用JLM錨具，間距為0.5 m。錨下控制應力σcon=700 MPa，管道摩阻損失μ=0.35，管道偏差系數k=0.003 0/m，錨頭變形引起的預應力鋼筋回縮量：每端1 mm，鋼筋與錨圈口摩擦損失為0.05σcon=35 MPa。梁體預應力鋼筋布置見圖4、圖5。

圖4 1/2跨預應力鋼筋立面(單位：cm)

圖5 1/2跨預應力鋼筋平面

3.2 梁體計算主要參數

溫度荷載：按《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規范》(TB10002.3—2005)計算。縱向計算設計合龍溫度取橋位處最低和最高月平均溫度平均值，均勻溫差按升降溫20 ℃，日照溫差按頂板升溫5 ℃計算。實際合龍溫度與設計不一致時，應根據實際合龍溫度進行檢算。橫向按支承在主梁腹板中心線下緣的箱形框架計算，按升溫、降溫兩種情況，計算圖式見圖6。

圖6 溫度荷載計算圖示

收縮徐變：梁體收縮徐變損失按老化理論計算，徐變系數為2.137，收縮應變為1.37×10-4。

支點強迫位移：各支點強迫位移均按20 mm計算。

3.3 荷載組合

(1)主力

組合Ⅰ：結構自重+預加力+收縮徐變+支座強迫位移+活載。

(2)主力加附加力

組合Ⅱ：結構自重+預加力+收縮徐變+支座強迫位移+活載+均勻升溫20 ℃+頂板升溫5 ℃。

組合Ⅲ：結構自重+預加力+收縮徐變+支座強迫位移+活載+均勻降溫20度+頂板升溫5 ℃。

3.4 梁體反力計算

本工程軌下枕底最小道砟厚度為300 mm，包括鋼軌、道砟、軌枕、防水層、保護層、人行道欄桿或聲屏障、遮板、擋砟墻、接觸網支柱、電纜槽蓋板及豎墻等，二期恒載計算值為169.5 kN/m。梁體計算支反力見表1。

表1 支反力計算 kN

3.5 運營階段應力、強度、抗裂、徐變計算

針對上述三種主要荷載組合工況，分別對梁體截面正應力、剪應力、強度安全系數、抗裂安全系數、徐變拱度等進行了分析計算，下面將主要控制截面的正應力、剪應力、強度安全系數、抗裂安全系數、徐變拱度計算值列于表2，表3。

表2 運營階段梁體截面正應力 MPa

表3 運營階段剪應力、強度、抗裂、徐變計算

根據《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規范》(TB 10002.3—2005)第6.3.10條，運營荷載作用下正截面混凝土壓應力應符合下列規定。

主力組合作用時：σc≤0.5fc=16.75 MPa；主力加附加力組合作用時：σc≤0.55fc=18.42 MPa。

根據《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規范》(TB 10002.3—2005)第6.3.11條，運營荷載作用下正截面混凝土受拉區應力應符合下列規定：對不允許出現拉應力的構件σct≤0。

由表2的截面正應力計算值可以看出，運營荷載作用下梁體截面各組合工況下最大正應力為13.83 MPa，最小正應力為1.55 MPa，均能滿足《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規范》(TB10002.3—2005)的要求，預應力鋼筋布置合理，截面正應力計算值有效。

根據《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規范》(TB 10002.3—2005)，運營荷載作用下，混凝土最大剪應力應符合下列要求：σc≤0.17fc=5.695 MPa，運營荷載作用下，強度安全系數：K≥2.2，抗裂安全系數：Kf≥1.2。由表3的計算值可以看出，運營荷載作用下，梁體混凝土最大剪應力σc=5.04 MPa≤5.695 MPa，最小強度安全系數K=2.33≥2.2，最小抗裂安全系數Kf=1.325 ≥1.2。計算結果均能滿足《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規范》(TB10002.3—2005)第6.3.5條和第6.3.15條的規定。因此，本結構在運營狀態下是安全的。

4 結束語

本工程建在城市市區，主要為解決城市居民的交通出行而修建。雖然工程的功能定位為城際鐵路，受線位曲線半徑偏小因素的制約，速度目標值并不高，列車設計荷載采用了ZC(0.6UIC)荷載。考慮到居民乘坐城際鐵路的舒適性和穩定性，在設計中部分計算參數的取值在滿足鐵路橋涵設計基本規范的前提下參考了客運專線和高速鐵路的相關設計規范和規定。目前，城際鐵路相關設計規范及規定還未正式頒布，希望本結構的設計思路能為今后城際鐵路預應力混凝土連續梁的設計提供參考。

[1] TB 10002.3—2005 鐵路橋涵設計基本規范[S]

[2] TB 10002.3—2005 鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規范[S]

[3] 鐵建設函[2003]205號 新建鐵路橋上無縫線路設計暫行規定[S]

[4] TB 10621—2009 高速鐵路設計規范(試行)[S]

[5] TB 10005—2010 鐵路混凝土結構耐久性設計規范[S]

[6] 范立礎.預應力混凝土連續梁橋[M].北京：人民交通出版社，2001

[7] 胡國華.山西中南部鐵路通道重載連續梁設計[J].鐵道勘察，2012(3)

[8] 楊鴻浩.大跨度預應力混凝土連續梁懸臂施工監測與控制[J].鐵道勘察，2007(4)

[9] 王宏利.128 m大跨連續梁低溫合龍施工技術[J].鐵道標準設計，2010(6)

[10] 童智洋,陳愛萍.預應力索對連續曲線箱梁橋受力的影響分析[J].橋梁建設，2008(1)