蘭渝鐵路漁家咀渠江特大橋設(shè)計(jì)比選

雷敏

摘要 文章比選了連續(xù)梁、剛構(gòu)-連續(xù)組合梁、連續(xù)剛構(gòu)的橋式方案，比選了不同頂推力的合龍頂推方案，選擇了經(jīng)濟(jì)合理、受力合理、外觀協(xié)調(diào)的（48+4×80+48）m剛構(gòu)-連續(xù)組合梁方案，此方案集高墩、長(zhǎng)聯(lián)于一橋。研究結(jié)果表明：通過選取剛構(gòu)墩數(shù)量及尺寸、合龍頂推力，可優(yōu)化、平衡施工過程及成橋后的橋墩受力狀態(tài)，充分利用橋墩混凝土性能且保證全橋縱向線剛度足夠大。研究過程及結(jié)論可為高墩、長(zhǎng)聯(lián)鐵路預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的設(shè)計(jì)提供有益的經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞 剛構(gòu)-連續(xù)組合梁;高墩;長(zhǎng)聯(lián);比選

中圖分類號(hào) U448.35 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2022）10-0128-04

0 引言

連續(xù)梁結(jié)構(gòu)體系通常分為連續(xù)梁橋、連續(xù)剛構(gòu)橋和剛構(gòu)-連續(xù)組合梁橋。剛構(gòu)-連續(xù)組合梁橋是連續(xù)梁橋與連續(xù)剛構(gòu)橋的結(jié)合體，兼顧了兩者的優(yōu)點(diǎn)而揚(yáng)棄兩者的缺點(diǎn)，在結(jié)構(gòu)受力、使用性能等方面均具有一定的優(yōu)越性。剛構(gòu)墩墩身內(nèi)力與其順橋向抗推剛度、距主梁順橋向水平位移變形零點(diǎn)的距離密切相關(guān)。抗推剛度小的墩身能有效地降低其內(nèi)力，但隨聯(lián)長(zhǎng)的加大，墩身距主梁順橋向水平位移變形零點(diǎn)的距離亦將加大，在溫度、混凝土收縮徐變等荷載的作用下，墩頂與主梁產(chǎn)生很大的順橋向水平和轉(zhuǎn)角位移，墩身剪力和彎矩將迅速增大，致使部分剛構(gòu)墩難以滿足受力要求，為此，解除受力困難的剛構(gòu)墩，采用順橋向水平和轉(zhuǎn)角位移自由的支座形式，墩身受力問題得以解決。

該文以蘭渝鐵路漁家咀渠江特大橋?yàn)槔ㄟ^連續(xù)梁橋、剛構(gòu)-連續(xù)組合梁橋、連續(xù)剛構(gòu)橋的比較分析，進(jìn)一步研究各體系的受力特點(diǎn)。

1 工程概述

漁家咀渠江特大橋位于重慶廣安市化龍寺漁家咀，屬川東丘陵地貌，地形起伏較大。橋位河段內(nèi)地層平緩，構(gòu)造單一，未見斷裂構(gòu)造。年日平均氣溫17.1°，年平均降雨量1 200 mm。地震動(dòng)峰值加速度值為0.05 g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期值為0.35 s。

渠江為通航河流，航道等級(jí)為Ⅳ級(jí)。

該橋?yàn)榭拓浌簿€單線鐵路橋梁，位于蘭渝鐵路廣安支線上，線路等級(jí)為國(guó)鐵I級(jí)，設(shè)計(jì)旅客列車行車速度為160 km/h。橋梁幾近垂直橫跨渠江，橋梁主要受地形、水文和通航控制。線路平面位于半徑為R=2 500 m、R=2 000 m 的兩反向曲線上，縱坡為?5.7‰、?5.4‰，變坡點(diǎn)設(shè)置在ID1K847+400處。主跨立面布置圖如圖1。

根據(jù)地形、水文和通航情況，對(duì)主橋作了方案比選[1]。

2 主跨跨度、主跨孔數(shù)比選

橋址處，河槽深度大，墩高普遍較大。當(dāng)墩體及基礎(chǔ)工程量占總體工程量比重較大時(shí)，適當(dāng)增加跨長(zhǎng)，減少高墩數(shù)量可以起到節(jié)約工程量的作用。

主橋橫跨水面寬度340 m并需滿足雙孔單向通航Ⅳ級(jí)航道凈空要求，單孔通航需要68 m凈寬，故考慮橋墩尺寸后主跨至少大于72 m且至少布置兩個(gè)主跨。

綜合考慮航道寬度富余量、主跨與墩高比例關(guān)系、上下部總工程量規(guī)模，對(duì)（48+2×80+48）m、（48+3×80+48）m、（48+4×80+48）m、（48+5×80+48）m四種方案進(jìn)行比選，（48+4×80+48）m方案符合各項(xiàng)要求且總工程量最為節(jié)約。故主橋孔跨選擇（48+4×80+48）m，后文比選均在此孔跨方案下進(jìn)行。

3 橋式方案比選

一般來(lái)說，剛構(gòu)、剛構(gòu)-連續(xù)組合梁的剛構(gòu)主墩采用無(wú)縱坡形式，連續(xù)梁、剛構(gòu)-連續(xù)組合梁的連續(xù)梁主墩采用縱向放坡形式，為達(dá)到形式統(tǒng)一、外觀協(xié)調(diào)的美學(xué)效果，渠江橋多跨結(jié)構(gòu)全部采用無(wú)縱坡形式，連續(xù)墩縱向壁厚1.0 m，剛構(gòu)墩縱向壁厚0.9 m。故該橋在主墩無(wú)縱坡的條件下比較不同方案墩身混凝土方量。5個(gè)主墩（29～33號(hào)）墩高分別為64.5 m、67.4 m、69 m、68.5 m和66.0 m[2-4]。

在結(jié)構(gòu)滿足受力要求條件下，連續(xù)梁主墩混凝土方量較大，剛構(gòu)、剛構(gòu)-連續(xù)組合梁主墩混凝土方量差別不大，故剛構(gòu)、剛構(gòu)-連續(xù)組合梁方案經(jīng)濟(jì)性更佳。

由于橋址處渠江水位常年較深，只能采用高樁承臺(tái)樁基礎(chǔ)形式，而且墩高較大，下部結(jié)構(gòu)（墩體及樁基礎(chǔ)）整體剛度相對(duì)較小。由表1比較可知：在主+縱向組合下，連續(xù)剛構(gòu)、剛構(gòu)-連續(xù)組合梁縱向剛度較大，縱向位移較小。

由表2、表3可知：恒載狀態(tài)下，各方案跨中、墩頂彎矩相對(duì)趨勢(shì)明顯，其中連續(xù)剛構(gòu)各跨跨中彎矩普遍大于其他方案，連續(xù)梁邊主墩墩頂彎矩顯著大于其他方案;連續(xù)剛構(gòu)方案29、33號(hào)墩墩底彎矩遠(yuǎn)大于其他方案。由表4可知：恒載+活載+溫度力+制動(dòng)力+墩體縱向風(fēng)力組合下，連續(xù)梁跨中彎矩普遍偏大，三個(gè)方案的各主墩墩頂彎矩差異不大。在混凝土收縮、徐變、溫度力作用下，連續(xù)剛構(gòu)方案的29、33號(hào)墩成為設(shè)計(jì)難點(diǎn)。由表5可知：29、33號(hào)主墩墩頂、墩底彎矩極大，需要采用較大結(jié)構(gòu)尺寸才能滿足規(guī)范要求，而連續(xù)梁、剛構(gòu)-連續(xù)組合梁方案正好避免了該困難。三個(gè)方案在31號(hào)墩墩頂、墩底彎矩上有一定差異，連續(xù)梁最大，連續(xù)剛構(gòu)最小，剛構(gòu)-連續(xù)組合梁居中。連續(xù)梁墩頂、墩底彎矩巨大，需要采用較大的結(jié)構(gòu)尺寸才能控制全橋的縱向剛度、縱向位移。對(duì)于長(zhǎng)聯(lián)結(jié)構(gòu)，從墩體設(shè)計(jì)角度看，剛構(gòu)-連續(xù)組合梁方案較連續(xù)梁、連續(xù)剛構(gòu)方案更合理[7-8]。

經(jīng)過多方面的比較，發(fā)現(xiàn)剛構(gòu)-連續(xù)組合梁方案在經(jīng)濟(jì)、受力上更具合理性、平衡性。故主橋采用（48+4×80+48）m剛構(gòu)-連續(xù)組合梁，最大墩高69 m。

4 合龍頂推方案比選

經(jīng)進(jìn)一步比選，確定梁體尺寸、施工順序，該文對(duì)此兩部分比選不作展開。

梁體為單箱單室變高度箱梁。梁體全長(zhǎng)417.2 m，橋面寬7.0 m，箱寬4.0 m，中跨中部和邊跨端部梁高3.3 m，中墩處梁高6.0 m。30～32號(hào)剛構(gòu)主墩為墩梁固結(jié)形式，29、33號(hào)主墩墩頂設(shè)支座。29～33號(hào)墩均采用16根樁徑2.5 m鉆孔樁。

由于該橋?yàn)楦叨铡㈤L(zhǎng)聯(lián)結(jié)構(gòu)，由混凝土收縮、徐變、溫度荷載導(dǎo)致的梁體縱向水平位移，引起主墩附加彎矩及變形，同時(shí)影響主梁相關(guān)部位的應(yīng)力。為此，該橋決定進(jìn)行合龍頂推方案比選，可頂推的位置有29～30號(hào)墩之間、30～31號(hào)墩之間、31～32號(hào)墩之間、32～33號(hào)墩之間，考慮到全橋其他客觀因素決定的合龍順序?yàn)椋合?、5跨合龍，再1、6合龍，最后3、4跨合龍。

最終采用頂推位置為3、4跨跨中（即30～31號(hào)墩之間、31～32號(hào)墩之間）。若2、5跨也頂推施工，對(duì)30、32號(hào)墩的彎矩及墩頂縱向位移不利，對(duì)30、32號(hào)墩靠?jī)?nèi)側(cè)的支承處下緣應(yīng)力沒有改善。故擬對(duì)該橋3、4跨進(jìn)行合龍頂推方案比選。選取主+附荷載組合：恒載+活載+溫度力+制動(dòng)力+墩體縱向風(fēng)力;墩體縱向風(fēng)力、制動(dòng)力均向大里程方向加載;模型中未考慮28、29、33、34號(hào)墩支座摩阻力;考慮基礎(chǔ)沉降影響;頂推力每級(jí)50 t，最大計(jì)算頂推力400 t。

經(jīng)分析，隨頂推力增大，由頂推力引起的各主墩墩頂位移相應(yīng)增大;當(dāng)頂推力為300 t時(shí)，各主墩墩頂位移達(dá)到約50 mm，位移在施工受控范圍。

由表6可知：在主+附組合下，施加合龍頂推力對(duì)30、32號(hào)墩墩頂彎矩影響不大，對(duì)30、32號(hào)墩墩底彎矩影響明顯，當(dāng)頂推力達(dá)到一定時(shí)，墩底彎矩的最大值、最小值的絕對(duì)值更為接近且絕對(duì)最大值較合理，此時(shí)，30、32號(hào)橋墩在相同結(jié)構(gòu)尺寸、鋼筋配置下，能更充分發(fā)揮材料性能，提高經(jīng)濟(jì)性;施加頂推力對(duì)31號(hào)墩墩頂、墩底影響較小。

由表7可知：施加頂推力減小了D點(diǎn)下緣壓應(yīng)力，由1.86 MPa減小到0.5 MPa;增加了A、B、C點(diǎn)上、下緣及D點(diǎn)上緣的壓應(yīng)力，特別是對(duì)主梁設(shè)計(jì)較為控制的B點(diǎn)，下緣壓應(yīng)力由0.59 MPa增加到0.9 MPa;當(dāng)頂推力為300 t時(shí)，B、D下緣壓應(yīng)力接近，兩點(diǎn)對(duì)設(shè)計(jì)的控制程度接近，對(duì)主梁正應(yīng)力控制點(diǎn)來(lái)說，300 t頂推力為最優(yōu)頂推力。

綜上所述：300 t頂推力使主梁正應(yīng)力控制點(diǎn)的壓應(yīng)力得到最有利調(diào)整;頂推力引起的位移在施工受控范圍;有利地調(diào)整了大部分主墩的彎矩，改善了受力情況[5-6]。

5 結(jié)語(yǔ)

該文比選了連續(xù)梁、剛構(gòu)-連續(xù)組合梁、連續(xù)剛構(gòu)的橋式方案，并且比選了不同頂推力的合龍頂推方案，選擇了經(jīng)濟(jì)合理、受力合理、外觀協(xié)調(diào)的（48+4×80+48）m剛構(gòu)-連續(xù)組合梁方案，此方案集高墩、長(zhǎng)聯(lián)于一橋。

研究結(jié)果表明：通過選取剛構(gòu)墩數(shù)量及尺寸、合龍頂推力，可優(yōu)化、平衡施工過程及成橋后的橋墩受力狀態(tài)，充分利用橋墩混凝土性能且保證全橋縱向線剛度足夠大。剛構(gòu)-連續(xù)組合梁橋兼顧了連續(xù)梁橋、連續(xù)剛構(gòu)橋的優(yōu)點(diǎn)而揚(yáng)棄兩者的缺點(diǎn)，可作為山區(qū)鐵路的優(yōu)選橋式方案。

研究過程及結(jié)論可為高墩、長(zhǎng)聯(lián)鐵路預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的設(shè)計(jì)提供有益的經(jīng)驗(yàn)。

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