田 青

(中鐵工程設(shè)計咨詢集團有限公司， 北京 100055)

城市軌道交通具有速度快捷、載客容量較大、站段距離合理的優(yōu)點，很大程度上保障了城市居民出行的需求。介紹我國北方某城市城際鐵路高架橋跨越城市主干道(50+82+82+50)m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁設(shè)計。本工程下部結(jié)構(gòu)采用矩形實體橋墩，基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。

1 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

設(shè)計荷載：zc活載(0.6UIC)；

軌道類型：有砟軌道；

抗震設(shè)防烈度：6度。

2 截面設(shè)計

考慮施工周期和不影響道路交通運營，采用受力合理、經(jīng)濟性能較高的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁體系，截面形式采用抗扭剛度大、動力性能好、后期徐變拱度小的單箱單室變高度箱形截面。中跨跨中及邊支點處梁高3.50 m，中支點處梁高6.00 m，梁底上、下緣按二次拋物線變化。

箱梁頂面寬12.00 m，腹板采用直腹板，跨中截面與邊支點截面箱梁頂板厚0.40 m，底板厚0.40 m，腹板厚0.45 m；中支點截面箱梁頂板厚0.65 m，底板厚0.90 m，腹板厚0.80 m；根據(jù)計算需要，底板、腹板、頂板局部向內(nèi)側(cè)加厚。

箱梁在端支點、中跨跨中及中支點處共設(shè)置7道橫隔板，邊支點橫隔板厚1.50 m，中支點橫隔板厚2.40 m，中跨跨中橫隔板厚0.80 m。各橫隔板均設(shè)置進人孔，方便施工和維修。主梁截面如圖1、圖2、圖3。

圖1 1/2主梁立面(單位：cm)

圖2 1/2主梁平面(單位：cm)

圖3 1/2中支點截面和1/2中跨跨中截面(單位：cm)

3 結(jié)構(gòu)計算

3.1 主梁計算

主梁為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，主梁混凝土強度等級為C50，混凝土容重γ=26.0 kN/m3，彈性模量Ec=3.55×104MPa。梁體內(nèi)布置縱向預(yù)應(yīng)力鋼筋和豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋。

梁體縱向預(yù)應(yīng)力鋼筋采用標(biāo)準(zhǔn)強度為fpk=1 860 MPa的高強度、低松弛鋼絞線，彈性模量Ep=195 GPa，其技術(shù)條件符合GB/T5224—2003的要求。

箱梁縱向預(yù)應(yīng)力鋼筋：腹板采用12-7φ5鋼絞線，頂板采用17-7φ5鋼絞線，中跨底板采用17-7φ5鋼絞線，邊跨底板采用15-7φ5鋼絞線。錨頭變形引起的預(yù)應(yīng)力鋼筋回縮量：每端6 mm；錨下控制應(yīng)力：頂板為0.688fpk，腹板和底板為0.70fpk。

箱梁豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋采用φ25 mm高強精扎螺紋鋼筋，極限強度為785 MPa，外側(cè)腹板各布置1只，采用JLM錨具，間距為0.5 m。錨下控制應(yīng)力σcon=700 MPa，管道摩阻損失μ=0.35，管道偏差系數(shù)k=0.003 0/m，錨頭變形引起的預(yù)應(yīng)力鋼筋回縮量：每端1 mm，鋼筋與錨圈口摩擦損失為0.05σcon=35 MPa。梁體預(yù)應(yīng)力鋼筋布置見圖4、圖5。

圖4 1/2跨預(yù)應(yīng)力鋼筋立面(單位：cm)

圖5 1/2跨預(yù)應(yīng)力鋼筋平面

3.2 梁體計算主要參數(shù)

溫度荷載：按《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(TB10002.3—2005)計算?？v向計算設(shè)計合龍溫度取橋位處最低和最高月平均溫度平均值，均勻溫差按升降溫20 ℃，日照溫差按頂板升溫5 ℃計算。實際合龍溫度與設(shè)計不一致時，應(yīng)根據(jù)實際合龍溫度進行檢算。橫向按支承在主梁腹板中心線下緣的箱形框架計算，按升溫、降溫兩種情況，計算圖式見圖6。

圖6 溫度荷載計算圖示

收縮徐變：梁體收縮徐變損失按老化理論計算，徐變系數(shù)為2.137，收縮應(yīng)變?yōu)?.37×10-4。

支點強迫位移：各支點強迫位移均按20 mm計算。

3.3 荷載組合

(1)主力

組合Ⅰ：結(jié)構(gòu)自重+預(yù)加力+收縮徐變+支座強迫位移+活載。

(2)主力加附加力

組合Ⅱ：結(jié)構(gòu)自重+預(yù)加力+收縮徐變+支座強迫位移+活載+均勻升溫20 ℃+頂板升溫5 ℃。

組合Ⅲ：結(jié)構(gòu)自重+預(yù)加力+收縮徐變+支座強迫位移+活載+均勻降溫20度+頂板升溫5 ℃。

3.4 梁體反力計算

本工程軌下枕底最小道砟厚度為300 mm，包括鋼軌、道砟、軌枕、防水層、保護層、人行道欄桿或聲屏障、遮板、擋砟墻、接觸網(wǎng)支柱、電纜槽蓋板及豎墻等，二期恒載計算值為169.5 kN/m。梁體計算支反力見表1。

表1 支反力計算 kN

3.5 運營階段應(yīng)力、強度、抗裂、徐變計算

針對上述三種主要荷載組合工況，分別對梁體截面正應(yīng)力、剪應(yīng)力、強度安全系數(shù)、抗裂安全系數(shù)、徐變拱度等進行了分析計算，下面將主要控制截面的正應(yīng)力、剪應(yīng)力、強度安全系數(shù)、抗裂安全系數(shù)、徐變拱度計算值列于表2，表3。

表2 運營階段梁體截面正應(yīng)力 MPa

表3 運營階段剪應(yīng)力、強度、抗裂、徐變計算

根據(jù)《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(TB 10002.3—2005)第6.3.10條，運營荷載作用下正截面混凝土壓應(yīng)力應(yīng)符合下列規(guī)定。

主力組合作用時：σc≤0.5fc=16.75 MPa；主力加附加力組合作用時：σc≤0.55fc=18.42 MPa。

根據(jù)《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(TB 10002.3—2005)第6.3.11條，運營荷載作用下正截面混凝土受拉區(qū)應(yīng)力應(yīng)符合下列規(guī)定：對不允許出現(xiàn)拉應(yīng)力的構(gòu)件σct≤0。

由表2的截面正應(yīng)力計算值可以看出，運營荷載作用下梁體截面各組合工況下最大正應(yīng)力為13.83 MPa，最小正應(yīng)力為1.55 MPa，均能滿足《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(TB10002.3—2005)的要求，預(yù)應(yīng)力鋼筋布置合理，截面正應(yīng)力計算值有效。

根據(jù)《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(TB 10002.3—2005)，運營荷載作用下，混凝土最大剪應(yīng)力應(yīng)符合下列要求：σc≤0.17fc=5.695 MPa，運營荷載作用下，強度安全系數(shù)：K≥2.2，抗裂安全系數(shù)：Kf≥1.2。由表3的計算值可以看出，運營荷載作用下，梁體混凝土最大剪應(yīng)力σc=5.04 MPa≤5.695 MPa，最小強度安全系數(shù)K=2.33≥2.2，最小抗裂安全系數(shù)Kf=1.325 ≥1.2。計算結(jié)果均能滿足《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(TB10002.3—2005)第6.3.5條和第6.3.15條的規(guī)定。因此，本結(jié)構(gòu)在運營狀態(tài)下是安全的。

4 結(jié)束語

本工程建在城市市區(qū)，主要為解決城市居民的交通出行而修建。雖然工程的功能定位為城際鐵路，受線位曲線半徑偏小因素的制約，速度目標(biāo)值并不高，列車設(shè)計荷載采用了ZC(0.6UIC)荷載。考慮到居民乘坐城際鐵路的舒適性和穩(wěn)定性，在設(shè)計中部分計算參數(shù)的取值在滿足鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范的前提下參考了客運專線和高速鐵路的相關(guān)設(shè)計規(guī)范和規(guī)定。目前，城際鐵路相關(guān)設(shè)計規(guī)范及規(guī)定還未正式頒布，希望本結(jié)構(gòu)的設(shè)計思路能為今后城際鐵路預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁的設(shè)計提供參考。

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[4] TB 10621—2009 高速鐵路設(shè)計規(guī)范(試行)[S]

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