趙 雨
(中國中鐵二院工程集團有限責(zé)任公司,四川成都 610031)
海南東環(huán)鐵路??诟呒芴卮髽螂p線H形橋墩設(shè)計
趙 雨
(中國中鐵二院工程集團有限責(zé)任公司,四川成都 610031)
海南東環(huán)鐵路海口高架特大橋的雙線H形橋墩作為城際鐵路的重要組成部分,在設(shè)計上既滿足了功能需求,又在外形上突出了輕盈美觀。文章以該雙線H形橋墩為例,就橋墩的設(shè)計方法和設(shè)計流程,以及選擇尺寸和計算時考慮的一些主要因素進行了討論。
雙線; H形鐵路橋墩; 設(shè)計
近年來,隨著我國現(xiàn)代化鐵路的大規(guī)模發(fā)展,鐵路橋墩也在不斷地改進,城際鐵路的一個重要的特點是線路經(jīng)常穿行于經(jīng)濟發(fā)達地區(qū),道路密集、人口稠密,而??诟呒芴卮髽蜃鳛楹D蠔|環(huán)鐵路中一座重要的橋梁,穿行于海口市繁華城區(qū),是國內(nèi)客運專線兼顧城際交通,對其橋墩的設(shè)計提出了相應(yīng)要求:第一,城市道路主管部門要求鐵路位置與城市主干道完全重合,鐵路橋墩必須在6 m寬的綠化帶內(nèi),不準超出。第二,城市景觀要求較高,橋墩過于粗壯顯得不美觀?;谝陨咸囟l件限制,根據(jù)鐵道部鑒定中心批復(fù)意見,??诟呒軜騽?chuàng)新設(shè)計了雙線H形輕型橋墩,橋墩限定在6 m綠化帶內(nèi),整體通透、輕盈(圖1)。此雙線H形輕型橋墩一舉扭轉(zhuǎn)了以往鐵路橋墩“傻、大、粗”的形象,成為海口一道靚麗的風(fēng)景線?,F(xiàn)就H形橋墩設(shè)計中的一些體會作一介紹,以供相互交流和研討。
圖1 H形橋墩
雙線H形橋墩的總體設(shè)計流程如下:(1)選擇墩形;(2)初擬尺寸;(3)計算墩頂位移、縱橫向剛度;(4)滿足規(guī)范(若不滿足則重復(fù)第2步);(5)荷載工況組合;(6)橋墩整體穩(wěn)定性檢算、截面配筋計算(混凝土應(yīng)力、鋼筋應(yīng)力、計算裂縫);(7)調(diào)整鋼筋型號和數(shù)量以滿足規(guī)范確定鋼筋數(shù)量(若配筋不滿足規(guī)范則改變橋墩尺寸重復(fù)第2步)。
H形橋墩墩身的檢算受基礎(chǔ)形式的影響較大,而基礎(chǔ)的設(shè)計又受墩底外力的影響,因而墩身的設(shè)計是一個反復(fù)試算,逐漸逼近的過程。
經(jīng)分析比較,在統(tǒng)一墩身尺寸時,結(jié)合??诟呒軜虻牡刭|(zhì),基礎(chǔ)按樁基礎(chǔ)考慮,對基礎(chǔ)進行試算以確定墩身剛度,再擬定墩身尺寸和坡率,在一定范圍內(nèi)進行篩選、檢算最終確定墩身主要尺寸。H形橋墩墩頂橫向盡量與箱梁底部寬度接近,支墊組合高按60 cm設(shè)計,滿足頂梁千斤頂高度,頂梁千斤頂置于橫橋向支承墊石內(nèi)側(cè)。支承墊石大小按直線和曲線(最小曲線半徑500 m)兩種確定,根據(jù)支承墊石大小確定墩頂平面尺寸。橋墩不區(qū)分頂帽、托盤,采用相切的圓弧均勻過渡,墩身部分均采用直坡設(shè)計。墩身尺寸在滿足各項技術(shù)指標的條件下,優(yōu)化尺寸為2.7 m×5.6 m(直線墩)和3.0 m×5.6 m(曲線墩)兩種,在墩頂采用系梁連接,并可作為墩頂檢查平臺,同時形成鏤空部分,顯得通透(圖2、圖3)。
2.3.1 恒載及活載
恒載按梁圖提供數(shù)值計算?;钶d為ZK活載。
2.3.2 橫向搖擺力
橫向搖擺力按主力計100 kN水平作用于鋼軌頂面計算。按雙線橋梁只計任意一線上的搖擺力。
2.3.3 無縫線路長鋼軌縱向力
伸縮力、撓曲力按主力考慮,斷軌力按特殊荷載考慮。
2.3.4 制動力或牽引力
列車制動力或牽引力按列車豎向靜活載的10 %計算,與離心力同時組合時列車制動力或牽引力按列車豎向靜活載的7 %計算。雙線只計單線的制動力或牽引力。計算時移至支座中心處。
2.3.5 離心力
離心力的計算設(shè)計速度取80 km/h,曲線半徑取500 m,按水平向外作用于軌頂以上1.8 m處。
圖2 5~15 m橋墩構(gòu)造(單位: cm)
圖3 墩頂平面(單位: cm)
2.3.6 風(fēng)荷載
按有車和無車兩種考慮,海南省基本風(fēng)壓值取1 200 Pa。
2.3.7 汽車撞擊力
墩柱位于綠化帶中央,有可能受到汽車撞擊,撞擊力順行車方向采用1 000 kN,橫行車方向采用500 kN,兩個等效力不同時考慮,作用于路面上1.2 m高度處。
2.3.8 地震力
按多遇地震水平地震加速度0.07g、0.1g對墩身和基礎(chǔ)驗算強度及穩(wěn)定性,按罕遇地震水平地震加速度0.38g、0.57g進行延性驗算。
2.3.9 工況組合
橋墩設(shè)計考慮可能的最不利組合情況進行計算。主力加附加力僅考慮主力與一個方向(順橋向或橫橋向)的附加力相結(jié)合??拐痱炈銜r,分別考慮順橋向和橫橋向的的水平地震作用。
在計算出各種行車工況、地震力工況下橋墩各種荷載組合值后,按最不利截面內(nèi)力值進行配筋計算,計算公式采用TB 10002.3-2005《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》計算出混凝土正應(yīng)力、受壓鋼筋應(yīng)力、受拉鋼筋應(yīng)力、截面裂縫寬度。并使配筋結(jié)果滿足規(guī)范各項要求。海口高架橋H形橋墩位于7度、8度地震區(qū),水平地震基本加速度Ag=0.2g、0.3g,作為鋼筋混凝土橋墩進行了延性設(shè)計,墩身主筋全截面配筋率不小于0.5 %,不大于4 %,對橋墩底部塑性鉸區(qū)域箍筋進行了加強,加強高度為截面高度。配筋結(jié)果見表1,鋼筋布置示意見圖4。
表1 配筋結(jié)果
為了便于檢查及維修,墩頂系梁上設(shè)置圍欄。梁部與系梁間設(shè)置檢查梯,檢查梯與梁、橋墩的連接形式采用栓接,以適應(yīng)梁部變形。
通過對雙線H形橋墩的設(shè)計,筆者對規(guī)范、規(guī)定以及地震區(qū)鋼筋混凝土橋墩的抗震設(shè)計有一定的認識和了解,希望能對類似的鐵路橋墩設(shè)計有一定的啟迪。
圖4 墩身鋼筋布置圖示意(Ag=0.2g)
[1] 鐵道第三勘察設(shè)計院. 鐵路工程設(shè)計技術(shù)手冊·橋梁墩臺[M]. 北京:中國鐵道出版社,1999.
[2] TB 10002.1-2005 鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范[S]. 北京:中國鐵道出版社,2005.
[3] TB 10002.3-2005 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[S]. 北京:中國鐵道出版社,2005.
[4] GB 50111-2006 鐵路工程抗震設(shè)計規(guī)范[S]. 北京:中國計劃出版社,2006.
U442.5+4
A
[定稿日期]2017-06-06
趙雨(1982~),男,大學(xué)本科,工程師,從事橋梁設(shè)計工作。
本刊啟事
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