梅 山 徐升橋 沈 平 劉玉亮 徐立松

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)橋梁工程設(shè)計(jì)研究院，北京 100055)

研究范圍為蒙西至華中地區(qū)鐵路煤運(yùn)通道有砟軌道跨度32 m、24 m、20 m、16 m、12 m后張法預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支T梁(無(wú)聲屏障)，有砟軌道跨度32 m、24 m、20 m、16 m、12 m后張法預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支T梁(設(shè)聲屏障)。適用于新建蒙西至華中地區(qū)鐵路煤運(yùn)通道單、雙線橋梁，滿足大機(jī)養(yǎng)護(hù)要求的最小曲線半徑1 200 m，結(jié)構(gòu)承載力允許最小曲線半徑800 m，特殊困難條件下，單線梁最小曲線半徑600 m。

1 設(shè)計(jì)原則

1.1 設(shè)計(jì)活載

列車(chē)活載采用中－活載(2010)ZH標(biāo)準(zhǔn)(z=1.1)，活載圖式如圖1。

圖1 列車(chē)活載

動(dòng)力系數(shù)按《鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范》公式(4.3.5－3))計(jì)算，即:1+μ=1+α×6/(30+L)

其中α取2，L為計(jì)算跨度。

1.2 人行道

無(wú)聲屏障區(qū)段人行道采用角鋼欄桿形式，角鋼支架利用預(yù)埋于梁體擋砟墻中的T形鋼與梁體連結(jié)，有聲屏障區(qū)段人行道采用整體橋面形式。

1.3 線間距

雙線線間距按4.0 m和4.2 m進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2 材料的選用

2.1 混凝土

根據(jù)強(qiáng)度及抗裂要求及經(jīng)濟(jì)性比選，梁體混凝土強(qiáng)度等級(jí):無(wú)聲屏障梁采用 C55，有聲屏障梁采用C60。

2.2 預(yù)應(yīng)力筋

縱向預(yù)應(yīng)力筋和橋面板處橫向預(yù)應(yīng)力筋采用直徑為15.2 mm的鋼絞線，抗拉強(qiáng)度為1 860 MPa，彈性模量為1.95×105MPa。

橫隔板處橫向預(yù)應(yīng)力筋采用直徑16 mm預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼棒，抗拉強(qiáng)度1 420 MPa，彈性模量為2.0×105MPa，松弛率2%，其技術(shù)條件符合GB/T5223.3—2005的要求。

3 設(shè)計(jì)方案及比選

3.1 橋面布置

單線梁由2片梁、雙線梁由4片梁組成，雙線梁按照線間距4.2 m設(shè)計(jì)，當(dāng)線間距為4.0 m時(shí)，通過(guò)調(diào)整中梁與中梁間濕接縫的寬度適應(yīng)線間距的變化。橋面布置考慮最小曲線半徑1 200 m時(shí)，擋砟墻內(nèi)側(cè)距離線路中心不小于2.2 m，滿足大機(jī)養(yǎng)護(hù)的要求，人行道寬度采用1.05 m。無(wú)聲屏障區(qū)段人行道采用角鋼支架方案，橋面布置見(jiàn)圖2、圖3;設(shè)聲屏障區(qū)段人行道采用整體橋面方案，橋面布置見(jiàn)圖4、圖5。整孔梁采用橋面板和橫隔板濕接縫連成整體，無(wú)聲屏障梁僅橫隔板處設(shè)置橫向預(yù)應(yīng)力筋，設(shè)聲屏障梁除橫隔板外，橋面也設(shè)置橫向預(yù)應(yīng)力筋，橋面橫向預(yù)應(yīng)力筋順橋向設(shè)置，間距為1 m。擋砟墻高度:直線梁及曲線梁內(nèi)側(cè)高度450 mm，曲線梁外側(cè)高度580 mm。

圖4 設(shè)聲屏障單線梁橋面布置(單位:mm)

3.2 預(yù)制梁構(gòu)造

(1)無(wú)聲屏障區(qū)段梁

方案一:預(yù)制梁梁高與通橋(2012)2201梁保持一致。邊梁橋面寬2.28 m，中梁橋面寬1.7 m，腹板厚度24 cm，預(yù)制梁跨中截面結(jié)構(gòu)尺寸見(jiàn)圖6。擋砟墻現(xiàn)澆，為便于安裝人行道支架預(yù)埋T形鋼及防水層保護(hù)層施工，預(yù)制梁時(shí)預(yù)制擋砟墻高度8 cm，系列各跨度梁高見(jiàn)表1。

圖5 設(shè)聲屏障雙線梁橋面布置(單位:mm)

表1 方案一各跨度梁高 m

方案二:優(yōu)化梁高方案，預(yù)制梁參照山西中南部鐵路系列梁基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，按設(shè)計(jì)活載對(duì)預(yù)應(yīng)力筋配置進(jìn)行優(yōu)化，橋面防水層及保護(hù)層厚度加厚至6 cm。預(yù)制梁跨中截面結(jié)構(gòu)尺寸見(jiàn)圖7。擋砟墻高度450 mm，與梁體一同預(yù)制，曲線梁外側(cè)加設(shè)擋砟塊。系列梁各跨度梁高見(jiàn)表2。

表2 方案二各跨度梁高 m

圖6 方案一無(wú)聲屏障邊梁及中梁跨中截面構(gòu)造(單位:mm)

圖7 方案二無(wú)聲屏障邊梁及中梁跨中截面構(gòu)造(單位:mm)

(2)有聲屏障區(qū)段梁

設(shè)聲屏障區(qū)段人行道采用整體橋面方案，外側(cè)現(xiàn)澆橋面板與預(yù)制橋面板搭接，橋面設(shè)置橫向預(yù)應(yīng)力筋。梁高與通橋(2012)2201保持一致，跨度32 m，梁高2.7 m，預(yù)制梁跨中截面結(jié)構(gòu)尺寸見(jiàn)圖8。

圖8 設(shè)聲屏障邊梁及中梁跨中截面構(gòu)造(單位:mm)

3.3 設(shè)計(jì)指標(biāo)

各方案計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3～表4(以跨度32 m梁為例)。

表3 預(yù)制梁主要指標(biāo)

表4 橋面板主要指標(biāo)

設(shè)計(jì)指標(biāo)均滿足規(guī)范相關(guān)要求，方案二因橋面板厚度較薄，采用鋼筋直徑較粗，鋼筋及混凝土應(yīng)力均大于方案一。

3.4 工程數(shù)量及造價(jià)

從主要工程數(shù)量上比較，方案一梁體混凝土數(shù)量略高于方案二，但因?yàn)榱焊呦鄬?duì)較高，橋面較厚，普通鋼筋數(shù)量明顯低于方案二，預(yù)制梁含筋率方案一為134.9 kg/m3，方案二為166.8 kg/m3，預(yù)應(yīng)力筋數(shù)量也略有減小。聲屏障梁含筋率為189.9 kg/m3。梁體混凝土強(qiáng)度等級(jí)方案一為C55，方案二為C60。

每孔跨度32 m梁概算指標(biāo)顯示，單線梁的造價(jià)方案一和方案二基本相當(dāng)，雙線梁的造價(jià)方案一優(yōu)于方案二。

3.5 方案綜合比較

方案一和方案二的主要差別為梁的高度，方案一比方案二梁高高10 cm。在單片預(yù)制梁重滿足鐵路運(yùn)輸?shù)幕A(chǔ)上，適當(dāng)采用較高的梁高，可以增大梁的剛度，降低梁體混凝土強(qiáng)度等級(jí)，對(duì)活載系數(shù)的提高也具有更好的適應(yīng)性。

兩方案比較，方案一由于梁高較高，橋面板較厚，混凝土數(shù)量雖大于方案二，但混凝土強(qiáng)度等級(jí)比方案二低，且鋼筋及預(yù)應(yīng)力鋼絞線數(shù)量均較小，綜合造價(jià)優(yōu)于方案二。方案一梁高與聲屏障梁等高，對(duì)有無(wú)聲屏障區(qū)段墩臺(tái)墊石高度沒(méi)有影響，方案二梁高比聲屏障梁低10cm，需要通過(guò)墩臺(tái)支承墊石的高度進(jìn)行調(diào)整，對(duì)設(shè)計(jì)和施工均會(huì)造成不利影響。方案一邊梁的輪廓尺寸與通橋(2012)2201相同，預(yù)制梁模板可以通用，中梁的輪廓尺寸與通橋(2012)2201相比，橋面窄20cm，其它部位相同，模板僅需局部改造即可利用。綜合考慮，推薦采用方案一。

4 設(shè)聲屏障梁結(jié)構(gòu)構(gòu)造及主要設(shè)計(jì)指標(biāo)

本設(shè)計(jì)為后張法預(yù)應(yīng)力混凝土多片式T梁，單線采用兩片梁，雙線采用四片梁。多片T梁采用橋面板及橫隔板連接的措施聯(lián)成整體，在隔板處施加橫向預(yù)應(yīng)力。橋面兩側(cè)設(shè)人行道，人行道寬1.05 m。人行道采用整體橋面形式，橋面板設(shè)置橫向預(yù)應(yīng)力。聲屏障設(shè)置于人行道外端，聲屏障內(nèi)側(cè)至線路中心線距離為3.5 m。兩側(cè)現(xiàn)澆橋面板與預(yù)制梁之間采用疊合搭接方案，現(xiàn)澆懸臂板與邊梁之間設(shè)置橫向預(yù)應(yīng)力，橫向預(yù)應(yīng)力筋采用3根一束鋼絞線，順橋向間距1 m，錨具采用低回縮錨具。每片預(yù)制T梁的重量控制在148t以內(nèi)，滿足運(yùn)架需要。

單線鐵路橋面寬7.6 m，雙線鐵路橋面寬11.8 m。本設(shè)計(jì)按照雙線線間距4.2 m進(jìn)行設(shè)計(jì)，考慮雙線設(shè)計(jì)線間距4.0 m(含)至5.0 m(含)的荷載影響，當(dāng)設(shè)計(jì)線間距與本設(shè)計(jì)不符時(shí)可通過(guò)調(diào)整中梁間濕接縫寬度，以滿足實(shí)際線間距的需要。如設(shè)計(jì)線間距大于5.0 m則需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)。橋上設(shè)計(jì)線間距變化不得大于15cm，可采用最大線間距全橋等寬布置。如設(shè)計(jì)線間距變化大于15cm，應(yīng)進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)。

32 m梁計(jì)算跨度32 m，全長(zhǎng)32.6 m，梁高2.7 m，軌底至梁底建筑高度為3.4 m。預(yù)制單線梁及雙線邊梁頂寬為2.28 m，雙線中梁頂寬1.6 m，下緣寬均為0.88 m。直線梁和曲線梁內(nèi)側(cè)擋砟墻高450 mm，曲線梁外側(cè)擋砟墻高800 mm。曲線外側(cè)及直線重車(chē)線側(cè)擋砟墻頂加設(shè)擋砟塊。橋面鋪設(shè)防水層和保護(hù)層，擋砟墻內(nèi)側(cè)防水層及保護(hù)層總厚度60 mm，擋砟墻外側(cè)人行道處防水層及保護(hù)層總厚度40 mm。電纜槽可設(shè)置于人行道上，放置于聲屏障內(nèi)側(cè)。

接觸網(wǎng)支柱均設(shè)于橋墩上，梁端現(xiàn)澆橋面板局部加寬，聲屏障從接觸網(wǎng)支柱外側(cè)繞過(guò)，接觸網(wǎng)支柱處現(xiàn)澆橋面板預(yù)留缺口，缺口大小按照G200型鋼立柱輪廓尺寸及底部?jī)?nèi)側(cè)邊距離線路中心線3.1 m進(jìn)行預(yù)留。

避車(chē)臺(tái)設(shè)置于梁端橋面板局部加寬處，與接觸網(wǎng)支柱處橋面加寬合并處理，聲屏障內(nèi)側(cè)距離線路中心線4.25 m。檢查梯設(shè)置于接觸網(wǎng)支柱內(nèi)側(cè)預(yù)留缺口中，缺口上采用花紋鋼蓋板覆蓋。鋼蓋板搭接在梁端現(xiàn)澆橋面板的擋水臺(tái)上，一端采用螺栓固定在擋水臺(tái)上，另一端自由伸縮。

五種跨度梁跨中截面最大彎矩計(jì)算結(jié)果詳見(jiàn)表5。

表5 跨中截面最大彎矩 kN·m

五種跨度梁支點(diǎn)截面最大剪力見(jiàn)表6。

表6 支點(diǎn)截面最大剪力 kN

梁體主要設(shè)計(jì)指標(biāo)見(jiàn)表7。

表7 跨中截面主要設(shè)計(jì)指標(biāo)

預(yù)應(yīng)力混凝土梁梁體在持續(xù)的預(yù)壓應(yīng)力作用下，由于混凝土徐變使其變形持續(xù)增長(zhǎng)，梁體會(huì)逐漸向上拱起，設(shè)計(jì)按照預(yù)應(yīng)力筋終張拉后90 d鋪設(shè)軌道設(shè)備等二期恒載進(jìn)行計(jì)算，梁體各時(shí)間段上拱度如表8所示。

表8 梁體上拱度 mm

為抵消預(yù)應(yīng)力引起的梁體上拱度，保證梁體線形滿足使用要求，制梁時(shí)須根據(jù)實(shí)際情況及鋪?lái)臅r(shí)間在橋面板和梁底預(yù)設(shè)反拱。

5 結(jié)束語(yǔ)

研究結(jié)果表明，在單片預(yù)制梁重滿足鐵路運(yùn)輸?shù)幕A(chǔ)上，適當(dāng)采用較高的梁高，可以增大梁的剛度，降低梁體混凝土強(qiáng)度等級(jí)，對(duì)活載系數(shù)的提高也具有更好的適應(yīng)性。方案一雖然混凝土數(shù)量略大，但混凝土強(qiáng)度等級(jí)比方案二低，且鋼筋及預(yù)應(yīng)力鋼絞線數(shù)量均較小，綜合造價(jià)優(yōu)于方案二。且方案一梁高與聲屏障梁等高，邊梁預(yù)制梁模板可以通用，中梁模板僅需局部改造即可利用。聲屏障模板可以和部通圖通用。綜合考慮，推薦采用方案一。計(jì)算分析結(jié)果表明，設(shè)計(jì)方案合理，各項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)均滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，同時(shí)整體橋面方案大大提高了橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性。

［1］ TB10002.1—2005 鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范［S］

［2］ TB10005—2010 鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范［S］