某（2×70）mT型剛構鐵路跨線橋總體設計

收稿日期：2024-02-22

作者簡介：曾曉茜（1987—），女，碩士研究生，工程師，從事橋梁設計咨詢工作。

摘要 該橋位于某城市主干路延伸段，上跨既有漳龍線、龍東線、煤廠專用線三條鐵路線。為減少對鐵路運輸的干擾，主橋采用（2×70）mT型剛構、支架澆筑后轉體施工。建立空間有限元模型對結構靜力特性、轉體施工階段進行分析，研究結果可為類似項目提供參考。

關鍵詞 混凝土T型剛構；總體設計；箱形主梁；轉體施工

中圖分類號 U445.40文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）09-0034-03

0 引言

T型剛構橋是主梁與橋墩剛性連接，并與橋墩一起形成剛架的梁橋。它結合了連續梁和和懸臂梁的優點，可實現“異地澆筑，轉體就位”。橋梁轉體施工憑借墩身的球鉸既能完成跨越既有線路的建設任務，又能最大限度減小對既有交通線路的影響，在跨線、跨溝谷橋梁建設中頗受青睞[1]。

1 工程概況

某市工業東路規劃為城市主干路，設計行車速度為40 km/h，雙向六車道，其延伸段需設計跨漳龍線、龍東線、煤廠專用線的橋梁。其中，既有漳龍線為單線電氣化鐵路，區間內無動車組通行，電氣化立柱立于線路右側路肩，其中086#下錨柱位于擬建橋梁下方，柱頂高程332.8 m。龍東線位于漳龍線左側，為非電氣化鐵路，與漳龍線間距約5.5 m。煤廠專用線位于龍東線左側，為非電氣化鐵路。橋址區既有鐵路現狀如圖1所示。

圖1 橋址區既有鐵路現狀圖

橋址區地形較為平坦，擬建場地原始地貌屬沖洪積地貌，巖土層自上而下依次為第四紀人工堆積成因的素填土（Q4ml），沖洪積成因的卵石、粉質黏土、角礫粉質黏土（Q4al+pl），下伏基巖為二疊系棲霞組的灰巖（P1q）。

2 方案構思

該橋擬建區既有鐵路線客運、貨運繁忙，如何減少對鐵路運輸的干擾，快速、安全地在電氣化鐵路上架橋施工，是該橋設計最大的技術難點。選擇合理的結構形式和相應的施工方法，是該橋方案設計成功與否的關鍵。

混凝土梁與鋼結構梁是小跨度橋梁上部結構常用的結構形式，前者自重較大，但剛度和強度較好，后期維護成本低；后者自重輕、柔性大、造價偏高，構件節點多，更換不便。該橋優先選用上跨既有鐵路線的混凝土結構型式[2]。T型剛構橋采用轉體施工，可避免長時間封鎖鐵路或頻繁干擾鐵路運輸造成較大經濟損失，能在較短時間（60 min）內將結構平轉到橋位，工藝成熟、施工設備少、操作簡便，結合同步千斤頂和計算機自動控制技術可實現精準施工[3]。

3 技術標準

①道路等級：城市主干道。②設計速度：40 km/h。③設計荷載：1.3×城-A級。④橋面寬度：2 m×16 m。⑤抗震設防：地震動峰值加速度為0.1 g。⑥設計安全等級：一級。

4 總體設計

4.1 橋跨布置

該橋采用雙幅分離式橋梁，單幅橋寬16 m，中間分隔帶1 m，全寬33 m。主橋為（2×70）mT型剛構，支架澆筑后轉體施工。為保證轉體順利，左右幅主墩分別設于三條鐵路線兩側，平面布置如圖2所示。

4.2 主橋上部結構

主橋采用（2×70）m轉體T構上跨既有鐵路線。T構箱梁采用單箱雙室橫截面，箱梁中、邊支點梁高分別為7.5 m、3.2 m，按二次拋物線變化，端部等梁高段長3.92 m，中支點等高段長5 m；箱梁頂寬16 m，兩側懸臂長3 m，底板寬度10 m；頂板厚度30 cm，墩頂附近根據受力需要變厚為100 cm；底板厚度自跨中30 cm按二次拋物線變化為100 cm；箱梁腹板為直腹板，厚度根據受力需要分別采用50 cm、70 cm，中間設8 m漸變段。

箱梁采用C55混凝土，按三向預應力體系設計，預應力鋼束采用φ15.2高強度低松弛鋼絞線。縱向預應力懸臂鋼束采用M15-17型，頂板合攏束采用M15-15型，底板合攏束采用M15-19型；橫橋向預應力采用M15-2型間隔50 cm布置，單端張拉；豎向預應力采用M15-3型配低回縮錨具，橋面張拉，縱橋向間隔50 cm布置，厚度為70 cm的腹板布置兩根，其余腹板布置1根，縱橋向按梅花形布設。主梁縱向預應力鋼束立面布置如圖3所示。

4.3 主橋下部結構

下部結構橋墩采用薄壁空心墩設計，墩高8 m，橫橋向10 m，縱橋向5 m，空心墩壁厚80 cm。縱橋向設一道60 cm厚隔板。采用承臺、樁基礎，承臺平面尺寸16.5 m

×16.5 m，厚度3.6 m，下承16根φ1.8 m的鉆孔灌注樁。

4.4 施工方法

該橋不高，采用先支架現澆T構、后平面轉體就位的施工方法。支架現澆時采用大節段澆筑（如圖3所示），T構分四次澆筑，單次澆筑的最大長度為22 m，待轉體施工完成后再澆筑端頭節段5成橋。該方法與懸臂澆筑相比，可大幅節約施工工期，降低工程造價及施工風險[4]。

4.5 轉體系統

轉體結構設置于主墩底部，由上下轉盤、球鉸、撐腳、環形滑道、牽引系統等部分組成，如圖4所示。上轉盤是轉體時的重要結構，上轉盤共設有8組撐腳，每組撐腳由2個φ600 mm×876 mm鋼管混凝土組成，鋼管內灌注C45微膨脹混凝土，撐腳中心線直徑為6.9 m。轉體前在滑道面內鋪裝20 mm厚的聚四氟乙烯板。轉體前用砂箱作為臨時支撐，在撐腳下方（即下轉盤頂面）設有1.1 m寬滑道，轉體時應保證撐腳在滑道內滑動，以保持轉體結構平穩。根據轉體質量選用豎向承載1萬噸的球鉸，球鉸直徑3.5 m，是轉動系統的核心以及轉體施工的關鍵結構[2-5]。其上、下面板均為40 mm厚鋼板壓制而成的球面，背部設置肋條，防止在加工、運輸過程中出現變形，并方便球鉸的定位、加強以及與周圍混凝土的連接。下轉盤是支撐轉體結構全部重量的基礎，轉體完成后，與上轉盤共同形成基礎。下轉盤設有轉體系統的下球鉸、直徑6.9 m的環形下滑道及8組千斤頂反力座。千斤頂反力座用于轉體的啟動、止動和姿態微調等。

5 有限元分析計算

通過建立MIDAS Civil有限元模型對主橋進行結構受力分析，按全預應力控制進行計算。計算模型如圖5所示。

5.1 主要計算參數

該橋整體計算考慮了結構自重、預應力、混凝土收縮徐變、汽車荷載、溫度、基礎變位等影響。一期恒載為梁部自重（包括隔板及齒板重），按實際斷面計取重量；二期恒載包括8 cm現澆混凝土層和10 cm瀝青混凝土鋪裝，鋪裝層僅作為恒載施加，不參與結構受力。汽車荷載采用1.3倍城-A級荷載，根據橋面車道實際寬度按三車道設計，并計入沖擊力和制動力。基礎變位按隔墩沉降1.5 cm考慮。整體升降溫取±20 ℃，日照正溫度差設計值為T1=14 ℃、T2=5.5 ℃、T3=0 ℃，日照反溫差為正溫差的?0.5倍，即為T1=?7 ℃、T2=?2.75 ℃、T3=0 ℃[6]。

5.2 支反力

各單項荷載和標準組合下的邊墩支反力如表1所示。

由表1可知，成橋時邊墩支反力組合值為4 939 kN，成橋10年后邊墩支反力組合值為4 981 kN，表明受結構收縮徐變的影響，邊墩支反力逐漸加大，設計支座選取的6 000 kN承載力滿足要求。

5.3 主梁變形

按《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG 3362—2018）[7]（以下簡稱公預規）規定，箱梁在使用階段的撓度應考慮荷載長期效應的影響，即按短期組合和規范規定剛度計算的撓度值，乘以撓度長期效應增長系數。在消除結構自重產生的長期撓度后主梁的最大撓度不應超過計算跨徑的1/600。

經計算，箱梁最大撓度為44.6 mm<70 000/600=

116.7 mm，結構剛度滿足規范要求。

5.4 主梁應力

頻遇組合作用下梁體未出現拉應力，邊跨最小壓應力0.4 MPa，墩頂最小壓應力0.5 MPa；最大主拉應力為0.7 MPa，出現在中支點附近。標準組合作用下，正截面混凝土主壓應力和斜截面混凝土主壓應力均為16.4 MPa，出現在中支點附近。正截面及斜截面抗裂均滿足規范要求。

5.5 主梁強度

計算表明梁體最大正彎矩出現在跨中，為56 111 kNm，富余度118.8%。最大負彎矩出現在支點處，為?1 313 672 kNm，富余度44.2%；最大剪力出現在墩頂，為57 273 kN，富余度為45.2%。主梁強度滿足規范要求。

5.6 橋墩及基礎

運營階段橋墩墩身計算的長度系數取值為：順橋向取1.8，橫橋向取2.0。

經檢算，橋墩縱橋向最大裂縫寬度為

0.108 mm，橫橋向最大裂縫寬度為0.042 mm，均小于規范限值0.2 mm；橋墩縱向偏心受壓強度富余最小為128.3%，橫向偏心受壓強度富余最小為16.4%，雙向偏心受壓強度富余最小為2.4%。因此，成橋階段橋墩偏心抗壓承載能力滿足規范要求，對承臺正截面抗彎承載力、斜截面抗剪和抗沖切，以及樁基按偏心受壓構件進行驗算，結果表明承臺及樁基均滿足規范要求，且具有一定富余。

6 結束語

該橋跨越既有漳龍線、龍東線及煤廠專用線，既有鐵路線客運、貨運繁忙，通過采用（2×70）m轉體施工的T型剛構，可最大限度地減少橋梁施工對鐵路運輸的干擾，確保鐵路運輸安全，具有良好的社會效益。

參考文獻

[1]翁雪微. 跨鐵路V型剛構橋轉體施工仿真分析研究[J]. 四川建筑， 2023（5）： 104-105+111.

[2]劉振標， 王蒙， 王勇， 等. 上跨鐵路2×85 m預應力混凝土連續板-桁組合雙層轉體橋設計[J]. 鐵道標準設計， 1-8.

[3]萬亞華. 張唐鐵路（64+64）m T型剛構設計分析[J]. 城市道橋與防洪， 2014（2）： 80-83+10.

[4]陳杰. 淺談2×85 m T型剛構橋設計[J]. 城市道橋與防洪， 2014（8）： 96-99+11.

[5]宋陽光， 龍晟. 轉體施工鋼箱梁T型剛構橋橋墩設計方案比選[J]. 湖南交通科技， 2020（4）： 83-86.

[6]公路橋涵設計通用規范： JTG D60—2015[S]. 北京：中交公路規劃設計院有限公司， 2015.

[7]公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范： JTG 3362—2018[S]. 北京：中交公路規劃設計院有限公司， 2018.