（72+136+72）m鐵路雙線連續橋梁設計

魏洪山 中國鐵路上海局集團有限公司建設部

1 概述

近年來，在我國高速鐵路建設穩步推進的背景下，“八縱八橫”路網主骨架已逐步構建完成，高速鐵路具有等級高、速度快、舒適性好等特點，是安全現代的交通運輸方式。

預應力混凝土連續梁具有整體性能好、結構剛度大、變形小、抗震性能好、行車舒適、養護工作簡單等優點，在鐵路橋梁工程中得到廣泛應用。

本文以一座跨度為（72+136+72）m鐵路雙線連續梁橋設計為例，詳細說明了高速鐵路混凝土連續梁橋的應用。

2 設計基本情況

（1）設計速度：350 km/h。

（2）線路情況：雙線，線間距5.0 m，直線，平坡。

（3）環境：一般大氣條件下無防護措施的地面結構，環境類別為碳化環境，作用等級為T2。

（4）軌道結構型式：CRTSI型雙塊式。

（5）設計使用年限：正常使用條件下梁體結構設計使用壽命為100年。

（6）施工方法：懸臂澆筑施工。

（7）地震動峰值加速度Ag≤0.15 g。

3 結構構造

3.1 主梁構造

梁體為單箱單室、變高度、變截面結構。箱梁頂寬12.6 m，箱梁底寬7.0 m。頂板厚度50 cm；底板厚度52 cm~120 cm，按圓曲線變化至中支點梁根部，中支點處加厚到197.9 cm；腹板厚60 cm~110 cm，按折線變化。全聯在端支點及中支點處共設4個橫隔板，橫隔板設有孔洞，梁端底板開槽與相鄰梁底板槽口對應，中墩底板靠近中跨側設底板進人孔，供檢查人員通過。

梁全長為281.6 m，計算跨度為（72+136+72）m，中支點處梁高10.015 m，邊支點梁高6.015 m，邊支座中心線至梁端0.8 m。梁底下緣按圓曲線變化，圓曲線半徑為401.0313 m。

全聯共分73個梁段，A0號梁段長度14 m；一般梁段分成3.0 m、3.5 m、4.0 m，合龍段長2.0 m，邊跨直線段長5.8 m，最大懸臂澆筑梁段重2462.3 kN。

中支點截面及邊支點截面如圖1所示。

圖1 中支點截面及邊支點截面（單位：cm）

3.2 預應力體系

主梁采用縱、橫、豎向預應力體系。

縱向預應力采用21-φj15.2 mm、19-φj15.2 mm、17-φj15.2 mm以及15-φj15.2 mm鋼絞線，其抗拉標準強度fpk=1 860 MPa。

橫向預應力鋼束采用5-φj15.2 mm、4-φj15.2 mm鋼絞線，僅在橋梁中支點進人孔處設置橫向預應力鋼束。橫向預應力采用單端交錯張拉方法。

豎向預應力采用25 mm預應力混凝土用螺紋鋼筋。其抗拉標準強度830 MPa。

4 設計荷載

4.1 恒載

（1）結構自重

混凝土容重按《鐵路橋涵設計規范》（TB 10002-2017/J 460-2017）采用。

（2）二期恒載

二期恒載包括鋼軌、扣件、軌道板、砂漿墊層、混凝土基座等線路設備重，以及防水層、保護層、人行道欄桿、遮板、防護墻、接觸網支柱、電纜槽蓋板及豎墻等附屬設施重量。本梁為曲線有聲屏障，二期恒載按180 kN/m計。

（3）混凝土收縮徐變

根據《鐵路橋涵設計規范》（TB 10002-2017/J 460-2017），計算徐變終極齡期按照成橋1 500天考慮，環境條件按野外一般條件計算，相對濕度75%。

根據老化理論計算混凝土的收縮徐變，系數如下：

徐變系數終極極值：2.0（混凝土齡期6天）

徐變增長速率：0.0055

收縮速度系數：0.00625

收縮終極系數：0.00017

（4）基礎沉降：中墩和邊墩均按2.0 cm考慮。

4.2 活載

（1）列車豎向靜活載：縱向計算采用ZK活載。

（2）列車豎向活載橋面橫向計算采用ZK特種活載，輪重分布寬度縱向取1.5 m。

（3）列車活載動力系數，按照《高速鐵路設計規范》（TB10621-2014）7.2.8條，列車動力系數如下：

本橋計算動力系數0.933，取1.0。

（4）橫向搖擺力：按《高速鐵路設計規范》7.2.12條辦理。

（5）人行道及欄桿荷載：按《高速鐵路設計規范》7.2.17條辦理。

（6）列車氣動力：按《高速鐵路設計規范》7.2.23條辦理。

4.3 附加力

（1）風力：按《鐵路橋涵設計基本規范》4.4.1條辦理，橋址處基本風壓W0=700 Pa。

（2）溫度荷載：按《鐵路橋涵混凝土結構設計規范》（TB 10092-2017/J 462-2017）計算。設計合龍溫度取10℃~20℃，整體升溫按+25℃、整體降溫按-25℃考慮。

非線性溫差按指數曲線變化，并考慮負溫效應。考慮無砟軌道、保護層、電纜槽等附屬結構的遮擋作用，縱向計算按Ty=10e-5y(升溫），Ty=-5e-5y（降溫）兩種情況計算。橫向計算按Ty=T0e-10y（升溫），Ty=T0e-14y（降溫）兩種情況計算。

（3）列車制動力：

橋上列車制動力或牽引力按列車豎向靜活載的10%計算。

4.4 特殊荷載

（1）列車脫軌荷載：按《高速鐵路設計規范》（TB 10621-2014）第7.2.15條辦理。

（2）施工荷載：施工掛籃、機具、人群等按1 200 kN（最大懸灌節段重量50%）計；邊跨、中跨合龍段吊架平臺總重量按掛籃重量一半計。

（3）地震力：按《鐵路工程抗震設計規范》（GB50111-2006）（2009年版）規定計算。

4.5 荷載組合

荷載組合分別以主力、主力+附加力進行組合，取最不利荷載組合進行設計，并對特殊荷載進行檢算。

5 主梁變形限值

（1）在ZK靜活載和溫度荷載組合作用下，梁體豎向撓度△限值如下：

邊跨Δ≤L/1727，中跨Δ≤L/1363

其中，L為計算跨度。

（2）ZK靜活載作用下，梁端豎向折角不應大于1×10-3弧度。

（3）在列車橫向搖擺力、離心力、風力和溫度的作用下，梁體的水平撓度應小于或等于梁體計算跨度的1/4000。在ZK活載、橫向搖擺力、離心力、風力和溫度的作用下，橋跨結構橫向水平變形引起的梁端水平折角應不大于1×10-3弧度。

（4）以一段3 m長的線路為基準，ZK活載作用下，一線兩根鋼軌的豎向相對變形量不大于1.5 mm。

（5）軌道鋪設后，跨度大于50 m的無砟橋面豎向變形不應大于L/5000且不應大于20 mm。

6 結構計算分析

該橋主梁結構計算采用西南交通大學“橋梁結構分析系統BSAS5.01”。全梁共劃分為168個單元，169個節點。

計算荷載包括恒載、活載、支座不均勻沉降、溫度變化、預應力、體系轉換影響以及混凝土收縮、徐變等。

6.1 運營階段截面應力

運營階段截面應力見表1。

表1 運營階段截面應力值（單位：MPa）

6.2 運營階段截面強度

運營階段截面強度見表2。

表2 運營階段截面強度匯總表

6.3 線型控制（符號：向上變形為“+”，向下變形為“-”）

ZK靜活載、ZK靜活載與溫度荷載組合作用下最大撓度：中跨-44.7 mm，為跨度的1/3043，小于1/1363；邊跨-8.0 mm，為跨度的1/9000，小于1/1727。

ZK靜活載作用下梁端轉角為0.47×10-3rad，小于1×10-3rad。

6.4 工后殘余徐變控制

經過計算，本梁運營后，中跨徐變變形值為-15.5 mm，邊跨徐變變形值為+4.0 mm。

6.5 全梁支點反力

全梁各支點反力見表3。

表3 支點反力表（每墩）（單位：kN）

根據計算結果，本橋應力、強度等各項指標均滿足設計要求。

7 結束語

本文針對（72+136+72）m雙線連續梁設計，對設計中的設計概況、梁體結構、荷載分析等進行了介紹。通過結果分析驗證了混凝土連續梁具有抗彎強度高、整體剛度好、抗裂性能高等優點，憑借其優勢成為鐵路特殊結構設計的方案首選。

預應力混凝土連續梁橋設計時，應當結合現場施工的實際情況選擇合適的施工方法。支架現澆法施工進度較快，根據工期要求可同時進行多跨橋梁施工。懸臂澆筑法施工工期較長，適用于深谷、河道通航及交通要道等各種特殊情況施工。

預應力混凝土連續梁是一種常見的橋梁形式，它的設計和施工技術在國內外已經相當成熟，設計時應在滿足結構應力、強度、剛度等要求的情況下，還需有足夠的動力，以保證行車的平穩度與舒適度，同時兼顧連續梁橋外形的美觀簡潔及橋梁建設成本的經濟性。