公跨鐵裝配式小半徑曲線箱梁橋設計

王清照

吉林鐵道勘察設計院有限公司 吉林 吉林 132001

正文：

1.概述

國道丹東至阿勒泰公路改建項目對繁榮區(qū)域經(jīng)濟、促進旅游開發(fā)，調(diào)整農(nóng)業(yè)生產(chǎn)布局和結構，提高邊防部隊的快速反應能力都具有十分重要的意義。有助于完善國家級干線公路網(wǎng)、改善現(xiàn)有公路通行條件，提高現(xiàn)有公路抗災能力。

改建丹阿公路與朝開線鐵路交叉，交叉角度45°,交叉處鐵路里程為K57+269, 位于開山屯站朝陽川側(cè)咽喉區(qū)?？缭借F路位置處共3條鐵路線，分別為朝開線正線1條、造紙廠專用線1條、專用線安全線1條?？玷F路部分道路平面位于R=380m、R=350m圓曲線及緩和曲線上?？紤]對鐵路運營安全的影響并考慮投資成本，經(jīng)與鐵路管理等部門協(xié)商，將主橋橋型確定為4-30m預應力混凝土簡支箱梁橋，架橋機施工。

2.技術標準

（1）道路等級：二級公路， 60km/h；（2）設計荷載：公路-Ⅰ級*1.3倍；（3）設計安全等級：一級；重要性系數(shù)1.1；（4）設計基準期：橋梁結構100年；（5）環(huán)境類別：Ⅰ類；（6）橋面凈寬：整幅8.5m；（7）橋面橫坡：1.5%；（8）地震動峰值加速度為0.05g，地震基本烈度為6度；（9）建筑限界：執(zhí)行“客貨共線鐵路建筑限界（V≤160km/h）”標準，預留電氣化限界條件，軌面以上凈高不小于6.55m，同時預留0.25m抬道量，橋下凈高相對于軌面標高不小于6.8m。

3.基本結構形式

（1）基本結構形式

結構簡支橋面連續(xù)，箱梁直接預制為簡支形式，箱梁架設完畢后，每聯(lián)中墩縱橋向設雙排支座，橋面縫隙通過橋面連續(xù)鋼筋實現(xiàn)連續(xù)。

（2）箱梁斷面

2007年，人民交通出版社出版的公路橋梁通用圖中，30m跨徑小箱梁梁高1.6m?！惰F路橋涵設計規(guī)范》（TB10002-2017）規(guī)定上跨鐵路的公路橋汽車設計荷載采用相應標準設計荷載的1.3倍，且本橋位于曲線超高漸變段上，橋面鋪裝需加厚，本橋梁高取1.70m，較通用圖梁高增加10cm。在結構尺寸方面，頂板厚0.20m，中梁寬2.40m，邊梁寬2.65m。腹板厚度跨中處0.20m，支點處0.32m，底板厚度跨中處0.20m，支點處0.32m，跨中處底板、腹板厚度較通用圖均增加2cm，支點處底板、腹板厚度較通用圖均增加7cm，腹板斜率4：1。具體尺寸見下圖。

圖1 中梁-跨中處（單位：mm）

圖2 中梁-支點處（單位：mm）

圖3 邊梁-支點處（單位：mm）

圖4 邊梁-跨中處（單位：mm）

（3）曲線梁的布置

梁部布置采用平分中失法。本橋位于圓曲線的緩和曲線上，同一聯(lián)濕接縫采用變寬設計，濕接縫最大寬度控制在100cm，邊梁翼緣最大寬度控制在165cm。每孔橋各片梁中心線不平行。本橋第一孔梁布置見下圖。

圖5 第一孔梁板平面布置圖（單位：cm）

（4）曲線超高的處理

橋面超高連續(xù)變化，橋面橫坡由+4.0%過渡到-2.1%，如果通過調(diào)整箱梁兩側(cè)腹板高差實現(xiàn)橋面超高過渡，將給施工帶來極大不便。本橋采用箱梁平行斜置和調(diào)整各片梁橋面鋪裝厚度的方法實現(xiàn)曲線超高漸變。小箱梁預制時頂?shù)装迤叫小⑾淞簝蓚?cè)腹板等高，梁端設置楔形塊保證支座位置處梁底水平。

本橋位于超高變化段，道路橫坡不斷變化。為保證全橋范圍內(nèi)水泥混凝土整平層厚度滿足規(guī)范要求，現(xiàn)澆整體化C50防腐蝕補償收縮防水混凝土在道路設計中心線處由10cm調(diào)整為15cm。橫斷面布置見下圖。

4.箱梁結構分析

（1）設計荷載

①恒載

恒載包括結構自重、基礎沉降及二期荷載。其中二期荷載包括橋面鋪裝、防撞護欄、防護網(wǎng)。

②預應力荷載

計算鋼束坐標并導入Midas預應力鋼束形狀，然后建立預應力荷載，預應力鋼束張拉控制應力取1395MPa；

③活載

荷載標準：公路-Ⅰ級*1.3倍。

汽車活載計算考慮沖擊系數(shù)，沖擊系數(shù)μ按《公路橋涵設計通用規(guī)范》考慮。

④溫度作用及風荷載

整體溫度荷載：體系溫度按整體升溫28.2℃、整體降溫43.7℃考慮。

溫度梯度荷載：豎向日照正溫差計算的溫度基數(shù)T1=14℃,T2=5.5℃。

風荷載：按《公路橋涵設計通用規(guī)范》的要求進行計算。

⑤汽車離心力

離心力系數(shù)C=602/(127*R)=0.075

橫向車道布載系數(shù)：1.0

離心力F=550kN*0.075=41.25kN

離心力作用于跨中位置橋面處。

（2）分析計算

主梁按A類預應力混凝土構件設計，采用Midas Civil 2019版軟件梁格法建模和Midas Civil Designer 2019版軟件對主梁進行施工階段、成橋階段及運營階段分析。

上部結構由3片箱梁組成，建模時采用3道縱梁模擬。箱梁濕接縫及橋面板的橫向聯(lián)系采用虛擬橫梁模擬，為避免橋面自重重復計入，將虛擬橫梁的自重調(diào)整系數(shù)設為零。此外虛擬橫梁的抗扭剛度及繞其豎軸的抗彎剛度對縱向梁格有利，不應重復計入，也應將其調(diào)整系數(shù)設為零。Midas建模見下圖。

圖8 Midas模型

5.其它

本工程上部結構最初設計為4-30m預應力混凝土簡支轉(zhuǎn)連續(xù)箱梁橋，由于全聯(lián)范圍內(nèi)橋面橫坡由+4.0%過渡到-2.1%，現(xiàn)澆整體化C50防腐蝕補償收縮防水混凝土在道路設計中心線處最大為26.9cm，較標準厚度增加16.9cm。且設計活載采用公路-Ⅰ級荷載的1.3倍。當梁高增至1.8m時，中支點附近截面上緣使用階段抗裂驗算較難通過，考慮本橋平面為小半徑曲線，采用簡支轉(zhuǎn)連續(xù)箱梁結構受力復雜，故終采用4-30m簡支箱梁橋面連續(xù)結構。

6.結語

丹阿公路上跨朝開線鐵路立交橋，滿足了項目建設周期短，對鐵路交通影響小的要求。在實際工程設計中，由于受到橋下凈空要求、線路布設等因素的限制，小箱梁總體布置往往面臨著橋梁變寬、曲線段超高、橋梁軸線與墩臺斜交等問題，應結合工程實際情況，可參考本橋設計中采用的方法，并考慮施工的便捷性和經(jīng)濟性，合理處理相關問題。當曲線半徑過小時，裝配式小箱梁施工困難將會增大，如跨越鐵路線路等級較低時，可考慮現(xiàn)澆曲線箱梁橋等方案。