于 洋

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川成都 610031)

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鐵路四線連續(xù)剛構(gòu)橋分修合修方案研究

于 洋

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川成都 610031)

文章通過某工程實(shí)例對鐵路四線連續(xù)剛構(gòu)橋存在的4種布置方案進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，重點(diǎn)對基礎(chǔ)及墩身下段合修、墩身上段及梁部分修和基礎(chǔ)及墩身合修、梁部分修兩種方案在應(yīng)力、剛度、自振特性、橫向環(huán)框、混凝土用量、普通鋼筋用量等方面進(jìn)行分析。提出基礎(chǔ)及墩身下段合修、墩身上段及梁部分修方案是一種成熟、經(jīng)濟(jì)、合理的方案。

鐵路四線連續(xù)剛構(gòu)橋； 布置方案； 分修； 合修

隨著交通運(yùn)輸事業(yè)的飛速發(fā)展，大跨度高墩連續(xù)剛構(gòu)橋不斷涌現(xiàn)，但建成的三線及三線以上的大跨度連續(xù)剛構(gòu)非常少。隨著全國鐵路的建設(shè)，跨大江、大河的多線連續(xù)剛構(gòu)的應(yīng)用會越來越廣。因此，開展鐵路多線連續(xù)剛構(gòu)橋關(guān)鍵技術(shù)的研究是十分有必要的。本文主要針對蘭渝線新井口嘉陵江四線連續(xù)剛構(gòu)橋分修合修方案進(jìn)行研究。

1 工程概況

1.1 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

(1)鐵路等級：Ⅰ級鐵路。

(2)正線數(shù)目：四線，其中蘭渝線雙線，渝利貨車外繞線雙線。

(3)設(shè)計行車速度：蘭渝線200 km/h，渝利貨車外繞線120 km/h。

(4)設(shè)計荷載：中-活載。

(5)牽引類型：電力牽引。

(6)軌道結(jié)構(gòu)：60 kg/m重型軌，鋪設(shè)Ⅲ型預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕。

(7)環(huán)境：環(huán)境類別為碳化環(huán)境，作用等級為T2。

(8)地震動峰值加速度為0.05g。

(9)施工方法采用懸臂灌注施工。

1.2 橋型方案

該橋采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋型，橋跨布置為(84+152+76) m。本橋位于直線上，為蘭渝線、渝利貨車外繞線共用橋梁。蘭渝線線間距4.6 m。渝利貨車外繞線線間距4.0 m。蘭渝線右線與渝利貨車外繞線左線線間距5.3 m(圖1)。

圖1 新井口嘉陵江特大橋立面布置(單位：cm)

2 橋式方案比選

2.1 分修合修方案比較

本橋蘭渝鐵路與渝利鐵路四線并行，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋方案存在以下4種可能布置形式：

(1)方案1：四線完全分修，即設(shè)置獨(dú)立的兩座雙線橋方案。四線完全分修，橋梁結(jié)構(gòu)為完整的雙線橋，橋梁布置最為簡單，受力最為明確。由于本橋引橋達(dá)數(shù)公里，橋梁穿越城區(qū)，完全的分修方案將大大增加橋墩、基礎(chǔ)的工程數(shù)量，同時也將引起征地拆遷數(shù)量的大幅增加。該方案經(jīng)濟(jì)性差，控制因素較多，實(shí)施難度較大。

(2)方案2：四線基礎(chǔ)及墩身下段合修，墩身上段及梁部分修方案。該方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能較優(yōu)，為本文重點(diǎn)研究的方案。

(3)方案3：四線基礎(chǔ)及墩身合修，梁部分修方案。由于連續(xù)剛構(gòu)橋特殊的墩梁協(xié)同受力特點(diǎn)，作為雙幅橋梁，基礎(chǔ)及墩身合修，梁部分修方案將導(dǎo)致主墩墩頂?shù)目v向變形與梁體變形不協(xié)調(diào)，易導(dǎo)致混凝土開裂及裂縫發(fā)展，結(jié)構(gòu)受力不明確，傳力途徑不合理。

(4)方案4：四線完全合修方案。該方案亦為可行方案，技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能較好，為本文重點(diǎn)研究的比較方案。

2.2 方案比選

上述4個方案，我們將技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能的四線基礎(chǔ)及墩身下段合修、墩身上段及梁部分修方案(下文稱方案1)和四線完全合修方案(下文稱方案2)進(jìn)行比較。

方案1：蘭渝線與渝利線分別布置于一個梁體上，梁體均采用單箱單室箱梁截面，其箱梁截面、橋墩構(gòu)造見圖2、圖3。

圖2 方案1梁體橫斷面

圖3 方案1橋墩構(gòu)造

方案2：蘭渝線與渝利線共用一個箱梁，截面為單箱雙室截面，其箱梁截面、橋墩構(gòu)造見圖4、圖5。

方案1和方案2的主要區(qū)別在于是采用整體布置還是分幅布置。方案1基礎(chǔ)和下部墩身合修，梁部采用兩個獨(dú)立的小箱梁，橋墩頂部20 m范圍也由整體橋墩分岔為兩個獨(dú)立的橋墩。方案2為四線鐵路共用一個大箱梁，橋墩也為一個整體。為了對兩種方案的適用性及合理性進(jìn)行對比，本文將從應(yīng)力水平、梁體剛度、自振特性、橫向環(huán)框、混凝土用量、普通鋼筋用量等方面進(jìn)行對比分析。

2.2.1 梁體應(yīng)力

主力組合、主力+附加力組合作用下兩種不同梁型的各截面應(yīng)力包絡(luò)圖如圖6～圖9所示。運(yùn)營階段及施工階段應(yīng)力最值見表1、表2。

由圖6、圖7可知，橋梁運(yùn)營階段各不利工況作用下兩種不同梁型沿梁體的應(yīng)力分布規(guī)律大致相同，均在中支點(diǎn)以及跨中截面位置達(dá)到應(yīng)力最值，且方案1頂板、底板的應(yīng)力包絡(luò)范圍大于方案2。結(jié)合表1可知，主力以及主力加附加力最大工況作用下，方案1頂板、底板最大應(yīng)力大于方案2；主力以及主力加附加力最小工況作用下，方案1頂板、底板最小應(yīng)力小于布置方案2。故運(yùn)營階段方案2受力更佳。

由表2可知，兩種不同梁型橋梁懸臂施工過程中底板均出現(xiàn)了拉應(yīng)力。方案2頂板最小應(yīng)力小于方案1，且其最大應(yīng)力大于方案1；方案2底板最小應(yīng)力小于方案1，而且其最大應(yīng)力小于方案1。故懸臂施工階段方案1的受力更佳。

兩種方案在施工、運(yùn)營階段的應(yīng)力最值均未超過C55混凝土容許應(yīng)力18.5 MPa。

2.2.2 梁體豎向撓度

列車荷載作用下兩種不同梁型梁體的撓度值見表3。

圖4 方案2梁體橫斷面

圖5 方案2橋墩構(gòu)造

圖6 主力作用下箱梁頂板最大應(yīng)力

圖7 主力作用下箱梁底板最大應(yīng)力

從表3可知，列車荷載作用下方案2梁體撓度略小于方案1，即方案2梁體剛度相對方案1梁體更大。活載作用下兩種不同梁型的梁體撓度值均小于規(guī)范所規(guī)定的撓度限值。

2.2.3 自振特性

對兩種不同梁型橋梁進(jìn)行自振特性分析，其自振特性結(jié)果見表4。

兩種方案的自振特性分析表明：兩種布置方案的縱向、橫向和豎向基頻相差很小。差異最大的橫向自振頻率基頻也僅相差3 %。

2.2.4 橫向環(huán)框分析

針對兩種布置方案進(jìn)行橫向環(huán)框分析，建立橫向環(huán)框模型見圖10、圖11。

表1 運(yùn)營階段箱梁頂板、底板應(yīng)力最值匯總 MPa

表2 施工期間梁體頂板、底板應(yīng)力最值 MPa

橫向環(huán)框模型選取最為控制的主跨跨中截面進(jìn)行計算，計算結(jié)果見表5、表6。

由計算結(jié)果和配筋檢算結(jié)果可知，方案2相對于布置方案1橫橋向?qū)挾雀?，頂?shù)装搴透拱逶谥髁椭骷痈焦r下彎矩更大，其頂?shù)装逅枧渲玫臋M向鋼筋數(shù)量也更大。

經(jīng)計算，方案2所需鋼筋重量比方案1大10.9 %左右，綜合考慮，布置方案1經(jīng)濟(jì)性更好。

3 結(jié)論

綜合以上對應(yīng)力、剛度、自振特性、橫向環(huán)框分析、混凝土用量、鋼筋用量的分析對比結(jié)果可知：

(1)梁體應(yīng)力：對于運(yùn)營階段，布置方案1和布置方案2梁體的最大壓應(yīng)力值分別是14.4 MPa和12.9 MPa，兩者相差12 %，兩種布置方案的最大應(yīng)力值均小于規(guī)范限值，但布置方案2在施工階段的最大壓應(yīng)力值16.48 MPa已接近容許應(yīng)力值，因此從安全度的角度來看，布置方案1更為合理。

圖8 主力+附加力組合作用下箱梁頂板最大應(yīng)力

圖9 主力+附加力組合作用下箱梁底板最大應(yīng)力

表4 橋梁自振特性

表5 方案1橫向環(huán)框截面配筋檢算

(2)梁體豎向撓度：在列車活載作用下，方案1和方案2梁體主跨的豎向撓度值分別為39.11 mm和34.63 mm，兩者相差13 %，但均遠(yuǎn)小于規(guī)范所要求的豎向撓跨比限值，表明兩種方案的豎向剛度均有較大的安全富裕。

(3)自振特性：兩種方案的自振頻率相差很小。

(4)橫向環(huán)框分析：方案2相對于方案1橫橋向?qū)挾雀螅數(shù)装搴透拱逶谥髁椭骷痈阶饔孟路桨?彎矩更大，其頂?shù)装逅枧渲玫臋M向鋼筋數(shù)量也更大，全橋來看方案2所需橫向鋼筋重量大約比布置方案1大10.9 %，綜合考慮，方案1經(jīng)濟(jì)性更好。

表6 方案2橫向環(huán)框截面配筋檢算

圖10 方案1橫向環(huán)框模型

圖11 方案2橫向環(huán)框模型

整體來看，兩種方案均能滿足本項(xiàng)目的需求。方案1與普通雙線剛構(gòu)橋差別不大，是一種成熟、經(jīng)濟(jì)的布置方案；方案2采用單箱雙室截面，梁體寬度大，施工節(jié)段重量大。從受力的角度橫向剪力滯效應(yīng)較明顯，應(yīng)力的不均勻分布程度較大容易引起結(jié)構(gòu)的病害，并且在施工階段其壓應(yīng)力水平接近規(guī)范的容許限值；且其橫橋向?qū)挾雀?，橫向彎矩更大，頂?shù)装逍枰渲酶嗟臋M向鋼筋；從施工的角度不能夠利用普通橋梁的既有設(shè)備，需專門研制大噸位、大尺寸掛籃，這會導(dǎo)致掛籃前移等工序的施工時間增長，總體上會增長施工時間，且增大施工設(shè)備的投入。

因此本橋采用基礎(chǔ)及墩身下段合修、墩身上段及梁部分修的布置方案較為合理。

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于洋(1976～)，男，學(xué)士，高級工程師，主要研究方向?yàn)闃蛄骸?/p>

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[定稿日期]2017-02-21