曲線連續T 型剛構橋應力優化

范琴鋒

(中鐵四院集團廣州設計院有限公司，廣東廣州　510600)

曲線連續T 型剛構橋應力優化

范琴鋒

(中鐵四院集團廣州設計院有限公司，廣東廣州510600)

摘要:以穗莞深城際鐵路新塘站特大橋為背景，采用Midas civil 2012建立該橋的空間有限元模型，并對調整前后的預應力鋼束張拉控制應力進行模擬計算，結果表明:調整曲線梁橋內外側預應力鋼束張拉控制應力，可明顯減小曲線梁橋截面內外側的應力差。關鍵詞: T型剛構橋，曲線梁橋，應力優化

1　工程概況

穗莞深城際鐵路新塘站特大橋上跨既有廣深鐵路的連接線4線采用半徑R =410 m的曲線。受既有廣深鐵路新塘站站場以及規劃線的影響，綜合考慮橋梁的整體穩定性、墩高較矮、主橋前半部分位于圓曲線與緩和曲線上等情況，主橋采用( 62 +82 +62) m連續T型剛構橋跨越，2號墩為墩梁固結，3號墩與梁之間設置支座。全橋曲線部分采用曲線曲做，主橋橋形布置與平面布置圖如圖1，圖2所示。

圖1　（62+82+62）m連續T型剛構橋布置圖（單位：cm）

圖2　（62+82+62）m連續T型剛構橋平面布置圖（單位：cm）

橋梁主要技術標準: 1)設計速度: 80 km/h; 2)線路情況:單線，城市軌道交通; 3)軌道類型:無砟軌道; 4)設計活載: 0.6UIC; 5)地震設防烈度:設計地震動峰值加速度0.1g，地震動反應譜特征周期0.35 s。

2　主要建筑材料

梁體采用C50混凝土，墩采用C40混凝土，樁基礎采用C35混凝土;梁體縱向預應力鋼束采用17-Φs15.24 mm，15-Φs15.24 mm和12-Φs15.24 mm高強度低松弛鋼絞線。箱梁豎向預應力鋼筋采用直徑32 mm的PSB830螺紋鋼筋，JLM-32軋絲錨錨固，內徑50 mm鐵皮波紋管成孔;梁體普通鋼筋采用HRB400。

3　橋梁結構設計

橋梁結構形式采用單箱單室變高度直腹板等寬箱形截面，橋梁跨中及邊跨端部截面中心處梁高為4.033 m，中支點截面中心處梁高為7.033 m，箱梁頂寬7.2 m，底板寬5.0 m，頂板厚0.4 m，底板厚0.5 m～1.0 m，其厚度方程為(單位: cm) : d =－4 789.1，x的變化范圍為: 0≤x≤3 820;箱梁變化段范圍內梁高按圓曲線變化，其截面中心處梁高方程為(單位: cm) : H =403.3 +24 470.7－x的變化范圍為: 0≤x≤3 820;腹板厚0.5 m～1.0 m，按折線變化;全聯在中支點和邊支點處設置端橫隔板，在邊跨跨中和中跨跨中分別設置30 cm厚的中橫隔板，端橫隔板和中橫隔板均設置過人洞，主梁跨中及墩頂橫截面如圖3，圖4所示。

圖3　主梁跨中橫截面(單位：cm)

橋梁結構按縱、豎雙向預應力體系設計，縱向按全預應力構件設計。豎向預應力鋼筋在腹板沿順橋向每50 cm設置一根。

4　施工方法

主梁采用掛籃懸臂現澆法施工，其主要施工順序如下: 1)依次完成樁基礎、承臺及墩身施工，架設0號塊現澆支架，在支架上施工0號塊，待0號塊施工完畢后，依次懸臂現澆剩余節段; 2)合龍順序:先合龍邊跨，后合龍中跨; 3)施工橋面系等附屬設施，完成全橋施工。

圖4　主梁墩頂橫截面（單位: cm）

5　截面應力優化計算

1)結構計算模型。

橋梁結構采用Midas civil 2012建立結構空間桿系有限元模型，計算中按照實際的施工順序進行模擬，全橋共分為175個單元，183個節點;結構有限元模型如圖5所示。

圖5　橋梁結構三維空間模型

2)計算荷載及參數。

設計活載為0.6UIC，二期恒載單線曲線段按98.5 kN/m、直線段按95 kN/m考慮，基礎不均勻沉降為0.15 cm，根據當地氣候條件，結構整體升降溫按±20℃考慮，主梁頂板升溫按10℃、降溫按－5℃考慮，其他設計荷載及相關參數按TB 10623—2014城際鐵路設計規范取值。

3)應力計算結果比較。

a.鋼束張拉控制應力調整前的計算。在模擬計算時，曲線梁內外側的縱向預應力鋼束張拉控制應力均采用0.68fpk=1 264.8 MPa，在運營階段主+附加力作用下，橋梁跨中底緣正應力見表1。

表1　跨中截面底緣正應力(一)　MPa

從表1的計算結果可以看出，第一跨跨中截面底緣曲線內側的應力是2.02 MPa，是曲線外側的2.2倍;第二跨跨中截面底緣曲線內側的應力是1.2 MPa，是曲線外側的1.5倍，第三跨跨中底緣曲線內側的應力與曲線外側的應力差別不大。從圖1可知，第一跨與第二跨位于圓曲線與緩和曲線上，第三跨位于直線上;此外，曲線梁橋由于腹板內短外長，曲線梁橋外側的腹板受力要比內側腹板大，因而曲線梁橋曲線外側的應力比內側的應力要小，并且曲率越小，截面內外側的應力相差越大。

b.鋼束張拉控制應力調整后的計算。為減少曲線梁截面底緣內外側應力差，可通過調整曲線梁底板內外側鋼束張拉控制應力，把部分梁底板外側的鋼束張拉控制應力調整為0.75fpk= 1 395 MPa，內側的鋼束張拉應力調整為0.65fpk=1 209 MPa;通過模擬計算，在運營階段主+附加力作用下，橋梁跨中底緣正應力見表2。

表2　跨中截面底緣正應力(二)　MPa

從表2的計算結果可以看出，鋼束張拉控制應力調整后，曲線內側的應力略為減小，但不明顯;第一、第二跨跨中截面曲線外側的應力增加比較明顯，分別增加了28%和30%，第三跨由于位于直線上，底板的鋼束張拉控制應力沒有調整，其對應的截面內外側的應力基本無變化。

6　結語

1)曲線梁橋由于腹板內短外長，在同樣的荷載作用效應下，曲線梁橋外側的腹板受力要比內側腹板大，截面外側的應力比內側的應力要小，并且曲率越小，截面內外側的應力相差越大。

2)通過調整曲線梁橋底板內外側的張拉控制應力差，可明顯減小曲線梁橋截面內外側的應力差，使曲線梁橋截面內外側應力趨于均勻。

3)曲線梁橋由于橋梁結構自身受力的特殊性，相比同等跨徑的直線梁橋要復雜，曲線梁橋的受力不可避免地存在“彎—扭”耦合作用，這會引起曲線梁橋截面內外側應力存在差異，因而要在結構計算和設計中引起足夠的重視。本文通過調整內外側預應力鋼束張拉控制應力的方法來優化截面應力，用三維計算軟件Midas civil 2012進行模擬計算，并驗證了其有效性，可以為同類橋梁的設計提供參考。

參考文獻:

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Stress optimization of the curve continuous T-shaped rigid frame bridge

Fan Qinfeng
( Guangzhou Institute of the China Railway Siyuan Survey＆Design Group Co.，Ltd，Guangzhou 510600，China)

Abstract:This paper takes Xintang station grand bridge of Guangzhou Dongguan Shenzhen intercity railway as the background，using Midas civil 2012 to build space finite element model of the bridge.Simulation calculation is carried out on tension control stress for prestressing of adjustment before and after adjustment，the results show: adjusting the tension control stress of internal and external prestressing tendons of curved girder bridge can significantly reduce the stress difference of the section of curved girder bridge.

Key words:T-shaped rigid frame bridge，curve beam bridge，stress optimization

作者簡介:范琴鋒(1982-)，男，碩士，工程師

收稿日期:2015-11-24

文章編號:1009-6825( 2016) 04-0176-02

中圖分類號:U448.231

文獻標識碼:A