高速鐵路大跨預應力混凝土連續梁設計

王玉玨

(中鐵二院工程集團有限責任公司，四川成都610031)

1 設計概況

西成客專嘉陵江特大橋，跨越嘉陵江及綿廣高速公路。是西成客專最大跨度的預應力混凝土連續梁橋。設計行車速度250 km/h，設計荷載ZK活載，線路鋪設CRTSI型雙塊式無砟軌道。梁體自重γ取26.5 kN/m3，二期恒載按145 kN/m計，相鄰支點不均勻沉降1 cm，溫度變化按整體升降溫20℃，頂板升溫5℃考慮。

2 構造及施工方法

本橋梁體設計為單箱單室、變高度、變截面箱梁(圖1)，梁體混凝土強度等級為C55，梁體全長297.5 m,中跨中部18 m梁段和邊跨端部13.75 m梁段為等高梁段,梁高6 m；中墩處梁高為11 m,其余梁段梁底下緣按二次拋物線Y=6+5×X2/3481m變化，其中以6號或42號截面頂板頂為原點，x=0～59 m。箱梁頂板寬12.2 m,箱底寬7.2 m。全橋頂板厚50 cm;底板厚48～100 cm，在梁高變化段范圍內按折線變化,邊跨端塊處底板厚由48 cm漸變至100 cm;腹板厚45～100 cm,按折線變化，邊跨端塊處腹板厚由45 cm漸變至100 cm。梁體在支座處設橫隔板,全聯共設4道橫隔板,橫隔板中部板中部設有孔洞,以利檢查人員通過。

圖1 梁體構造

梁體按三向預應力設計，縱向、橫向、豎向均設預應力。

(1) 縱向：梁體縱向頂板、底板、腹板束采用19-15.2高強度低松弛鋼絞線，并采用內徑100 mm、外徑114 mm的塑料波紋管成孔，M15A-19群錨錨固。施工時采用真空壓漿工藝。鋼絞線抗拉強度標準值fpk=1 860 MPa，彈性模量Ep=195 GPa,公稱直徑為15.20 mm，其技術條件應符合(GB/T 5224-2003)標準。張拉千斤頂均采用YCW500B型。

(2) 豎向：梁體腹板豎向預應力采用公稱直徑32 mm的PSB830預應力混凝土用螺紋鋼筋，其抗拉強度標準值fpk=830 MPa、彈性模量Ep=200 GPa。內徑45 mm鐵皮管成孔，JLM-32型錨具錨固；在腹板內單、雙排布置。

(3) 橫向：梁體橫向頂板束采用4-15.2高強度低松弛鋼絞線，并采用內徑寬72 mm、高23 mm的扁形塑料波紋管成孔，BM15-4扁形錨具(張拉端)和BM15P-4扁形錨具(非張拉端)錨固。施工時采用真空壓漿工藝。鋼絞線抗拉強度標準值fpk=1 860 MPa，彈性模量Ep=195 GPa,公稱直徑為15.20 mm，其技術條件應符合(GB/T 5224-2003)標準。張拉千斤頂采用YCW100B型。

本橋采用懸臂澆筑施工，先中后邊的合龍方式，邊跨不設合龍段。

3 設計難點

鋪設無砟軌道的橋梁，尤其是大跨橋梁，工后徐變的要求很高。因此，如何將工后徐變控制在要求的范圍內，是本橋的設計重點。大量研究表明，控制恒載上下緣應力差在3 MPa以內可以有效的控制工后徐變。因此，通過調整鋼束的配制，控制恒載上下緣應力差(恒載作用下，梁體上下緣應力如圖2所示)，工后徐變為-2.26 mm。

圖2 恒載作用下，梁體上下緣應力

4 計算結果

(1)運營階段應力：在最不利組合下，梁體最大壓應力為15.8 MPa，最小壓應力為0.53 MPa；梁體最大剪應力為4.58 MPa。

(2)施工階段應力：梁體最大壓應力為15.3 MPa，梁體最大拉應力為-1.09 MPa。

(3)正截面抗裂性：梁體最不利截面安全系數Kf=1.44(主力+附加力)。

(4)斜截面抗裂性：梁體最大主拉應力為-2.1 MPa，最大主壓應力為15.08 MPa。

(5)靜活載作用下的撓度值：在靜活載作用下,邊跨最大撓度值16.16 mm，小于1.1L/1400=59.7 mm。中跨最大撓度值-55.69 mm，小于1.1L/1000=158.4 mm。靜活載與溫度共同作用下，邊跨最大撓度值17.01 mm，小于1.1L/1400=59.7 mm。中跨最大撓度值-53.74 mm，小于1.1L/1000=158.4 mm。梁端豎向轉角為0.66‰ rad。

(6)正截面強度檢算：梁體最不利截面安全系數K=2.26(主力)、2.17(主+附)。

(7)本設計二期恒載上橋時間按預加應力60 d后計算，梁體徐變上拱度在軌道鋪設后為-2.26 mm。

(8)連續梁全橋豎向自振周期0.88 s(圖3)。

圖3 連續梁一階豎向自振振形

5 小結

連續梁是鐵路橋梁中常見的結構形式。無砟軌道橋梁設計與有砟軌道橋梁設計的重點在于要嚴格控制工后徐變及梁端轉角，以保證無砟軌道的變形要求及行車的平穩性。如上所述，主跨144 m的混凝土連續梁，完全滿足高速鐵路的設計要求。

[1] 田仲初，彭蓉，蔣田勇. 高速鐵路大跨度連續梁橋邊跨不設合攏段的溫度效應分析[J]. 交通科學與工程，2011(3)

[2] 黃毅.混凝土連續箱梁日照溫度場及溫度效應研究[D]. 武漢：武漢理工大學，2009

[3] 劉興法.混凝土結構的溫度應力分析[M]. 北京：人民交通出版社，1991

[4] 付玉春.混凝土梁橋的溫度場與溫度應力研究[D]. 成都：西南交通大學，2006

[5] 陳寶春.鋼管混凝土拱橋計算理論研究進展[J].土木工程學報，2003(12)

[6] 劉永鋒.南廣鐵路南江大橋預應力混凝土連續梁設計[J].高速鐵路技術，2010(z1)