黃韓侯鐵路2×64 m T形剛構橋設計

鄢玉勝

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司，西安 710043)

黃韓侯鐵路2×64 m T形剛構橋設計

鄢玉勝

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司，西安 710043)

重點研究雙薄壁橋墩T形剛構橋的設計要點。依托黃韓侯鐵路2×64 m T形剛構橋，采用有限元分析方法，建立全橋模型進行計算，研究橋墩橫撐內力特性，采用圓弧形預應力橫撐能較好地解決雙薄壁橋墩橫撐配筋設計。

鐵路橋；T形剛構；結構設計；計算模型；雙薄壁橋墩；圓弧形橫撐

1 工程概況

新建黃韓侯鐵路北塬至芝陽段地處渭北黃土旱塬，塬高溝深，有較多的深切溝槽，T形剛構橋在該種地形中擁有極好的適應能力。該橋跨越長寧河支溝，靠近溝頭位置，溝槽深切，橋高約45 m[1]。深溝兩側地形陡峭，不宜設橋墩，考慮橋梁造型與美學的關系，重視橋梁與環境協調[2]，綜合考慮推薦選用2×64 m T形剛構橋，全橋立面布置見圖1。

圖1 全橋立面布置 (單位：cm)

2 結構設計

2.1 上部結構設計

T形剛構橋一般采用變高度的箱形截面[3]，本設計梁體采用預應力混凝土變高度連續箱梁，全聯總長130.3 m，計算跨度為2×64 m。墩頂位置梁高7.50 m，現澆段梁高3.50 m，梁底曲線為1.6次拋物線。箱梁頂寬11.70 m，箱梁底寬6.0 m，單側懸臂長2.85 m，懸臂端厚20 cm，懸臂根部厚65 cm。箱梁腹板厚50～80 cm，局部加厚至110 cm；底板厚35～80 cm，局部加厚至150 cm；頂板厚35 cm，梁體構造見圖2。

箱梁縱向采用全預應力理論設計，縱向預應力鋼束采用高強度低松弛鋼絞線。頂板T束、頂板合龍束采用15φ15.2 mm，腹板束采用12φ15.2 mm，底板束采用17φ15.2 mm，雙端張拉。

圖2 梁體構造 (單位：cm)

2.2 下部結構設計

2.2.1雙薄壁橋墩設計

T形剛構墩梁固結，橋墩剛度不僅影響墩頂位移是否滿足要求，對主梁內力影響也較大[4-6]。墩梁共同承受內力，內力是按剛度分配，如果橋墩剛度大則其分配的內力也大，不能有效發揮主梁的抗彎能力，因此選擇合適的墩形對該橋的設計至關重要[7]。

該橋高約45 m，設計時對墩形進行比選。箱形截面空心墩整體剛度大，抗扭能力強，但外形笨重，施工繁瑣，施工隊伍素質的高低直接影響橋墩的施工質量。雙薄壁橋墩對比箱形截面空心墩，其剛度較弱，但結構簡潔，施工方便，施工質量更有保障，同時橋墩剛度也能滿足設計要求。綜合考慮墩高、跨度及施工等因素，設計時采用雙薄壁帶橫撐橋墩。雙薄壁墩在墩頂處單肢厚1.5 m，橫橋向寬6.0 m。縱向采用直坡，橫向采用20∶1放坡，墩底2.0 m段采用馬蹄形構造，以滿足剛性角要求，降低承臺配筋量。剛構墩立面、側面見圖3。

圖3 剛構墩側面、正面(單位：cm)

結合文獻[11]等相關研究，本設計墩身采用C55混凝土，全墩高均添加聚丙烯纖維以改善混凝土性能，增強抗裂性。

2.2.2 橫撐設計

為克服雙薄壁橋墩剛度較弱的特點，設計時在橋墩中間設置1道橫撐。橫撐的設計在整個下部結構設計中非常重要，直接影響到橋梁的整體剛度和橋墩的受力。本次設計橫撐中間厚度取1.2 m，與雙薄壁橋墩連接位置厚度加大至2.2 m，采用圓弧過渡，以保證力的有效傳遞。

為了克服橫撐構件自身尺寸小、內力大的特點，在橫撐設計時布置預應力鋼束提供軸向力，降低橫撐普通鋼筋配筋難度。橫撐橫向設計寬度取7.19 m，布置32根7φ15.2 mm鋼絞線，分2排布置，單端張拉，每排鋼束交替張拉錨固。橫撐預應力布置和張拉示意見圖4。

圖4 橫撐預應力布置和張拉示意(單位：cm)

3 結構計算

3.1 上部結構縱向靜力計算

3.1.1 計算模型簡述

縱向靜力計算采用BSAS有限元程序，按照梁段施工和鋼束張拉順序對結構進行離散。施工考慮荷載包括自重、預應力、施工掛籃重、體系轉換、風荷載等。運營考慮荷載為頂板不均勻升溫，整體升溫，整體降溫，不均勻沉降等[8]。

3.1.2 主要計算結果

(1)整體剛度控制

豎向靜活載下位移：0.017 m，為跨度的1/3 765，滿足規范要求≤L/800。中-活載作用下梁端轉角：1.14‰，滿足規范要求≤3‰[9]。

(2)截面應力及強度安全系數

運營階段截面最大應力12.94 MPa，最小應力1.20 MPa，強度安全系數2.37(主力)、2.15(主+附)，滿足文獻[9]中相應條款要求。

3.2 箱梁橫向計算

計算思路：箱梁橫向計算采用簡化計算方法，沿橋縱向取1 m梁段簡化為帶剛性支撐的框架結構。計算荷載包括恒載(自重和二期)、活載及溫度力等。

3.3 全橋動力分析

采用元程序MIDAS建立全橋模型，按照剛度等效原則采用彈簧剛度模擬土的約束作用，主梁和薄壁橋墩之間采用剛性連接。動力計算結果見表1。

表1 全橋動力計算結果

4 結語

(1)當線路跨越“V”形溝槽與河谷時，從橋梁建筑美學的基本觀點出發，橋梁除了滿足使用功能外，它更應是一件建筑藝術品。采用T形剛構橋梁，可實現橋梁與環境融為一體，自然和諧。

(2)T形剛構橋整體性較好，抗震性能和抗扭性能更為出色；同時，墩梁固結有利于懸臂施工，且可以減少大型支座及其養護維修和更換[12]。

(3)雙薄壁橋墩地震力作用下除了關注墩底延性設計外，墩頂及橫撐構件配筋設計往往容易忽視。在地震力作用下，橫撐構件內力表現為兩端彎矩大，中間彎矩小。橫撐構件與墩身相接處彎矩往往比墩身還大，但整個橫撐構件軸力又很小，配筋難度很大。此時，結合橫撐受力特點，選用兩端截面大、中間截面小的圓弧形預應力橫撐構件，既能大大降低配筋設計難度，又節省混凝土用量，更經濟、美觀。

本橋的設計為類似地形地段橋梁的選型提供了參考，設計內容和思路為后續T形剛構橋梁的設計提供了技術支持。

[1] 中鐵第一勘察設計院集團有限公司.黃韓侯鐵路長寧河大橋施工圖設計[Z].西安：中鐵第一勘察設計院集團有限公司，2011．

[2] 范立礎.橋梁工程[M].北京:人民交通出版社，2001．

[3] 邵旭東 程翔云 李立峰.橋梁設計與計算[M].北京：人民交通出版社，2007．

[4] 楊正華.西平鐵路(54+3×90+54)m剛構連續梁設計[J].鐵道標準設計，2012(9):64-67．

[5] 錢楓.馬坡洛河特大橋剛構連續梁設計[J].鐵道標準設計，2010(6):87-89．

[6] 宋韜彬.主跨220 m剛構-連續組合梁橋設計[J].鐵道標準設計，2009(3):29-32．

[7] 陳殿邦.雙薄壁高墩連續剛構橋墩頂水平位移分析[D].西安：長安大學，2012．

[8] 中華人民共和國鐵道部.TBl0002.1—2005 鐵路橋涵設計基本規范[S].北京:中國鐵道出版社，2005．

[9] 中華人民共和國鐵道部.TBl0002.3—2005 鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規范[S].北京:中國鐵道出版社，2005．

[10] 中華人民共和國建設部.GB50111—2006 鐵路工程抗震設計規范[S].北京:中國計劃出版社，2009．

[11] 方志 王飛.大跨雙薄壁高墩連續剛構橋雙懸臂施工狀態非線性穩定分析[J].工程力學，2009(7):155-161．

[12] 李亞東.橋梁工程概論[M].成都：西南交通大學出版社，2001．

Design of (2×64)m T Shaped Rigid Frame Bridge on Huangling-Hancheng-Houma Railway

Yan Yusheng

(China Railway First Survey and Design Institute Group Ltd.， Xi’an 710043, China)

This paper studies the design main points of T shaped rigid frame bridge with double thin-wall pier. Relying on the design of 2×64 m T shaped rigid frame bridge on the Huangling-Hancheng-Houma Railway， using finite element analysis， this paper introduces the characteristics of internal forces of the cross-brace. The study shows that arc shaped pre-stressed cross-brace can a better solution for the design of the cross-brace reinforcement for double thin wall piers．

Railway bridge; T shaped rigid frame bridge; Structural design; Calculation model; Double thin-wall pier; Arc shaped cross-brace

2014-02-16；

：2014-03-19

鄢玉勝(1981—)，男，工程師，2008年畢業于西南交通大學橋梁與隧道工程專業，工學碩士，E-mail：563500168@qq.com。

1004-2954(2014)11-0094-03

U448.23+1

：A

10.13238/j.issn.1004-2954.2014.11.022