張春芳,宋順忱

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司,天津 300142)

1 工程概況

津秦客專下塢薊運河特大橋在DK73+170.67處跨越京山下行線,交角167°49′；在DK73+190.95處跨越京山上行線,交角166°40′,凈高要求7.96 m,擬采用框架墩跨越,框架墩上部結(jié)構(gòu)采用7×16 m連續(xù)箱梁(104～111號墩)。

根據(jù)地質(zhì)專業(yè)資料,工點處基本地震烈度8度(地震動峰值加速度Ag=0.2g),Ⅳ類場地土,地震動反應(yīng)譜特征周期分區(qū)為一區(qū)。橋址平面如圖1所示。

2 框架墩的布置原則

框架墩的布置首先要滿足既有線的限界、滿足施工條件(特別是減少基礎(chǔ)施工對既有線運營的影響),其次考慮景觀要求,并盡量減小框架墩的跨度,做到經(jīng)濟實用。設(shè)計時,框架墩垂直于既有線布設(shè),使框架墩最小跨度減為20 m；框架墩上作用7×16 m小跨度連續(xù)梁,使橫梁寬度不致太大,既提高了整體剛度,又解決了凈空受限時橫梁構(gòu)造尺寸影響限界的難題。從所取用的截面尺寸和計算結(jié)果看,方案可行,也較合理。

3 墩梁連接方式

框架墩與上部連續(xù)梁的連接可分為2種方式：

圖1 下塢薊運河特大橋平面布置(單位：cm)

(1)常規(guī)墩梁連接,連續(xù)梁通過支座與下部橋墩相連。連續(xù)梁的固定支座又可分單固定和多固定(2個或3個固定)2種形式；

(2)墩梁固結(jié),即框架墩的橫梁作為連續(xù)梁底板的一部分成為十字梁結(jié)構(gòu)。

2種連接方式優(yōu)缺點對比如表1所示。

表1 連接方式優(yōu)缺點對比

綜合這2種方式的優(yōu)缺點,結(jié)合工點處的具體施工條件,本設(shè)計采用常規(guī)墩梁連接形式,即7×16 m連續(xù)梁-框架墩取最中間的3個框架墩作為固定墩進行分析計算。

4 結(jié)構(gòu)分析

4.1 主要構(gòu)造特點

圖3 框架墩結(jié)構(gòu)(單位：cm)

截面尺寸的擬定首先要滿足構(gòu)造要求,并根據(jù)墩梁連接方式，墩、梁結(jié)構(gòu)受力特點及總體變形情況來進行調(diào)整,使其在滿足橋梁剛度要求的同時,使結(jié)構(gòu)受力合理。

7×16 m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁采用單箱單室截面,梁高2.0 m,梁寬12.0 m,頂?shù)装搴?0 cm,腹板厚由跨中0.45 m變?yōu)橹c處1.05 m,橫向支座中心距為4.9 m,邊跨支點到梁端0.75 m,梁截面形式如圖2所示。

圖2 連續(xù)梁截面(單位：cm)

框架墩橫梁除與立柱交接處采用實體截面外其他采用箱形截面,截面高2.8 m,縱寬3.0 m,頂板、底板、腹板厚均采用0.5 m,橫梁在支座位置處設(shè)1.2 m厚的隔板；兩立柱中心距為20.0 m, 柱高11.5～12.2 m,立柱采用矩形截面向外一側(cè)縱向加弧,墩高方向呈上、下大,中間小的曲線線形,柱上、下端截面2.7 m×3.15 m(縱×橫),中間截面2.7 m×2.4 m(縱×橫)?？蚣芏战孛嫘问饺鐖D3所示。

4.2 空間結(jié)構(gòu)分析

用MIDAS程序建立梁與墩的整體空間模型,計算各種情況下軌面在最不利荷載組合下的不平順變形；計算結(jié)構(gòu)各部分的剛度和結(jié)構(gòu)的自振頻率,對各種工況的計算情況進行分析。

程序中橋墩和承臺按梁單元輸入；上部連續(xù)梁用板單元輸入；樁基折算成基礎(chǔ)剛度輸入,取最中間的3個框架墩作為固定墩,計算模型如圖4所示。

圖4 7×16 m聯(lián)最中間的3個框架墩作為固定墩計算分析模型

4.3 結(jié)構(gòu)變形計算

4.3.1 常規(guī)方式加載

常規(guī)方式加載時,結(jié)構(gòu)在各荷載工況下的主要變形值統(tǒng)計見表2。

表2 7×16 m連續(xù)梁-框架墩體系最大變形統(tǒng)計

4.3.2 雙線列車對向加載

雙線列車對向加載時一個軸距范圍的軌面扭轉(zhuǎn)變形,計算時考慮ZK活載雙向不對稱加載,按加載位置分8種加載模式,計算一線兩軌各位置的扭轉(zhuǎn)角。最大變形值見表3。

表3 三固定墩體系18 m軸距范圍不平順變形統(tǒng)計

計算結(jié)果分析：

(1)結(jié)構(gòu)在各荷載工況的變形,均符合《新建時速300～350 km客運專線鐵路設(shè)計暫行規(guī)定》第6.3條規(guī)定；

(2)在靜活載作用下,沿線路3 m長范圍內(nèi)一線2根軌道的最大不平順變形發(fā)生在兩線滿布的荷載工況下,說明偏載對結(jié)構(gòu)不平順變形的影響不大；

(3)溫度作用下產(chǎn)生的一線2根軌道的最大不平順變形比靜活載產(chǎn)生的變形要大；說明溫度是控制整個體系軌面扭轉(zhuǎn)變形的重要因素；

(4)雙線列車對向加載時,在18 m軸距范圍,ZK均布加載時的最大反扭角為0.216/‰,梁體的扭轉(zhuǎn)變形很小,滿足規(guī)范要求。

5 設(shè)計中應(yīng)注意的問題

(1)由于本連續(xù)梁為多固定體系,跨度較小,恒載(預(yù)應(yīng)力、收縮徐變)引起的固定支座縱向水平力(約1 100 kN/單支座)較大,加之溫度、制動力和長鋼軌作用力的影響,支座水平力比常規(guī)連續(xù)梁大許多,設(shè)計中考慮梁體施工時,在臨時支架上張拉預(yù)應(yīng)力鋼束(梁縱向為自由伸縮狀態(tài)),停梁1個月后,進行支座轉(zhuǎn)換,即安裝永久支座,以減小縱向水平力。

(2)大跨度框架墩對基礎(chǔ)的約束條件非常敏感,模擬約束較實際強時,橫梁設(shè)計不安全,同時使立柱與基礎(chǔ)的設(shè)計困難；模擬約束較實際弱時,情況正好相反,橫梁設(shè)計困難,而立柱與基礎(chǔ)的設(shè)計不安全。因此,應(yīng)根據(jù)工點處的地質(zhì)條件和基礎(chǔ)設(shè)計情況,合理確定約束剛度。

上部連續(xù)梁支座處考慮框架墩的彈性約束,橫向兩支座彈性支承剛度不同,以模擬扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。

(3) 溫度是控制軌面變形的重要因素,如何采用合理的溫度變化模式有待進一步研究。

6 結(jié)語

(1)綜合以上計算和分析,表明了連續(xù)梁-框架墩體系構(gòu)造較簡單,受力明確,能較好地滿足規(guī)范中各項設(shè)計指標,從仿真試驗結(jié)果看,此方案具有良好的動力特性和列車走行性,值得推薦。

(2)有效解決了津秦客專小角度跨越津山鐵路時,用小跨度連續(xù)梁-框架墩結(jié)構(gòu)代替常規(guī)大跨梁結(jié)構(gòu),既經(jīng)濟又能縮短工期的難題。而且此工點框架墩采用棚架現(xiàn)澆施工,上部連續(xù)梁采用頂推施工,合理的施工方法縮短了鐵路要點時間,減少了對鐵路運營的干擾。

(3)為我國在時速350 km客運專線無砟軌道鐵路橋梁上采用框架墩體系積累經(jīng)驗,為客運專線與既有鐵路、公路等小角度交叉提供一種新的橋梁結(jié)構(gòu)形式。

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