汪　禹

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,湖北 武漢　430063)

0　引言

鐵路常采用斜交剛構(gòu)跨越既有的斜交道路與河流溝渠，固結(jié)的剛壁墩增強(qiáng)了橋梁整體性和抗震性，保證橋下道路行車視距通暢，并能有效降低主梁結(jié)構(gòu)高度和工程造價(jià)。本文以時(shí)速250 km高速鐵路斜交剛構(gòu)為例，結(jié)合主要設(shè)計(jì)原則及技術(shù)參數(shù)，比較結(jié)構(gòu)整體式與雙線分離的受力特點(diǎn)，并分析基礎(chǔ)剛度、剛壁墩壁厚對(duì)結(jié)構(gòu)配筋的影響。

1　適用范圍

鐵路斜交剛構(gòu)連續(xù)梁一般采用中墩與梁部固結(jié)，邊墩及橋臺(tái)采用活動(dòng)支座。固結(jié)的主墩與梁部增強(qiáng)了橋梁整體性和抗震性，而梁部、橋墩均可斜交斜做，與鐵路跨越的斜交道路、河流相適應(yīng)協(xié)調(diào)，其能有效減小主梁結(jié)構(gòu)高度。常見(jiàn)的鐵路剛構(gòu)連續(xù)梁跨徑組合及斜交角度如表1所示。

表1　常見(jiàn)鐵路剛構(gòu)連續(xù)梁跨徑組合及斜交角度

2　主要設(shè)計(jì)原則和技術(shù)參數(shù)

2.1　主要設(shè)計(jì)原則

1)適用范圍：適用于時(shí)速250 km高速鐵路；

2)設(shè)計(jì)速度：250 km/h；

3)線路情況：雙線，直、曲線，最小曲線半徑7 000 m、困難條件下5 500 m，雙線線間距4.6 m,5.0 m；

4)橋面寬度：橋面頂寬12.2 m,12.6 m分別對(duì)應(yīng)線間距4.6 m,5.0 m；

5)軌道結(jié)構(gòu)型式：有砟軌道。

2.2　主要技術(shù)參數(shù)

1)列車活載：采用ZK活載，活載圖示如圖1所示。

列車活載的動(dòng)力作用，按“高鐵規(guī)范”第7.2.8條辦理：

2)二期恒載：對(duì)于雙線橋面二期恒載(包括鋼軌、扣件、墊板、枕木、道碴、防水層、保護(hù)層、電纜槽、擋碴墻、遮板、隔音墻、接觸網(wǎng)支架、人行道板、聲屏障等)，具體見(jiàn)表2。

表2　有砟軌道二期恒載

3)橫向搖擺力：取120 kN作為集中荷載作用于橋梁最不利位置，對(duì)于雙線橋只取一線上的搖擺力。

4)溫度荷載：整體升降溫按升溫20 ℃、降溫20 ℃計(jì)算；溫度梯度按沿板厚5 ℃計(jì)算。

5)基礎(chǔ)不均勻沉降：按相鄰墩臺(tái)沉降差10 mm考慮。

6)其他荷載：制動(dòng)力、離心力、風(fēng)力等荷載按照《鐵路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》取值。

2.3　選用材料

1)梁體和剛壁墩均采用C40混凝土。

2)活動(dòng)墩頂帽、墩身采用C35混凝土。

3)支承墊石采用C40混凝土。

4)普通鋼筋采用HRB400鋼筋和HPB300鋼筋。

5)支座采用球形鋼支座。

2.4　主要輪廓尺寸

剛構(gòu)連續(xù)梁主體部分寬10 m，單側(cè)懸臂長(zhǎng)1.1 m～1.3 m，分別對(duì)應(yīng)橋面總寬12.2 m～12.6 m。懸臂端部厚度0.2 m，根部厚0.3 m。剛構(gòu)連續(xù)梁正交時(shí)按整幅考慮，斜交時(shí)主梁、剛壁墩按兩幅考慮，見(jiàn)圖2。

2.5　控制截面應(yīng)力及裂縫限值

最大負(fù)彎矩的控制截面位于剛壁墩墩頂，最大正彎矩則位于次邊跨跨中，C40混凝土容許壓應(yīng)力13.4 MPa，HRB400鋼筋應(yīng)力控制：主力組合容許應(yīng)力不大于210 MPa，主+附組合容許應(yīng)力不大于270 MPa，裂縫寬度限值為0.2 mm。

3　結(jié)構(gòu)受力分析

3.1　計(jì)算方法

主梁采用鋼筋混凝土實(shí)體板梁，由于主梁及橋墩斜交布置，梁體內(nèi)力沿橫向分布不均勻。采用橋梁博士程序按平面桿系建模計(jì)算時(shí)，可取剛壁墩邊線所在縱向截面建模，即建立“大小跨”模型。根據(jù)截面內(nèi)力對(duì)各截面進(jìn)行配筋計(jì)算，再將全梁配筋沿中跨跨中對(duì)稱按大配筋量布置。

為較準(zhǔn)確模擬斜交剛構(gòu)的受力特性，本文以斜交25°的(13+3×16+13)m剛構(gòu)連續(xù)梁為例，分析基礎(chǔ)剛度、剛壁墩壁厚對(duì)結(jié)構(gòu)配筋影響。采用空間計(jì)算軟件midas civil建立空間分析模型，梁部采用板單元模擬，剛壁墩采用梁?jiǎn)卧M；剛壁墩墩底節(jié)點(diǎn)再加上5個(gè)方向彈簧剛度以模擬基礎(chǔ)邊界，計(jì)算模型如圖3所示。

3.2　整體式與雙線分離比較

鐵路斜交剛構(gòu)通常采用實(shí)體板梁，在斜交角影響下，主梁橫向彎矩及扭矩較大，尤其當(dāng)主梁跨度較小時(shí)，結(jié)構(gòu)寬跨比接近1∶1，此時(shí)整體受力體系較為復(fù)雜。若主梁和剛壁墩采用分離形式，可顯著減小主梁橫向?qū)挾?，使結(jié)構(gòu)配筋計(jì)算更為明確。下面以斜交25°的(13+3×16+13)m剛構(gòu)連續(xù)梁為例，對(duì)整體式與雙線分離的內(nèi)力及應(yīng)力進(jìn)行對(duì)比。

對(duì)于斜交剛構(gòu)的縱向彎矩分布，雙線分離式比整體式內(nèi)力分布更均勻，主力組合下分離式跨中截面的單位寬度縱向彎矩為9.85×102kN·m，略小于整體式的1.05×103kN·m；對(duì)于剛壁墩墩頂截面的單位寬度負(fù)彎矩，雙線分離式比整體式減小4%左右。

對(duì)于斜交剛構(gòu)的橫向彎矩分布，整體式最大橫向彎矩分布范圍明顯大于分離式，且最大值相差40%以上；整體式與雙線分離式結(jié)構(gòu)應(yīng)力對(duì)比如表3所示，可以看出，整體式下的主梁縱向正應(yīng)力比雙線分離增加6%，橫向正應(yīng)力則增加28%以上。

表3　整體式與雙線分離的結(jié)構(gòu)應(yīng)力對(duì)比　MPa

3.3　基礎(chǔ)剛度對(duì)主梁配筋影響

根據(jù)《時(shí)速250、350公里高速鐵路鋼筋混凝土剛構(gòu)連續(xù)梁通用參考圖》，取不同基礎(chǔ)工況下的斜交25°(13+3×16+13)m剛構(gòu)進(jìn)行靜力分析，基礎(chǔ)剛度取值如表4所示。

表4　斜交25°(12+3×16+12)m剛構(gòu)連續(xù)梁的基礎(chǔ)剛度取值

剛壁墩墩高5 m時(shí)，不同基礎(chǔ)剛度工況下的計(jì)算結(jié)果如表5所示。

表5　墩高5 m、不同基礎(chǔ)工況下的(12+3×16+12)m剛構(gòu)計(jì)算結(jié)果

剛壁墩墩高9 m時(shí)，不同基礎(chǔ)剛度工況下的計(jì)算結(jié)果如表6所示。

表6　墩高9 m、不同基礎(chǔ)工況下的(12+3×16+12)m剛構(gòu)計(jì)算結(jié)果

從計(jì)算結(jié)果可以看出：相比于主梁跨中截面，不同基礎(chǔ)剛度對(duì)剛壁墩墩頂內(nèi)力影響較大，最大裂縫值相差11.73%；對(duì)于斜交25°的(12+3×16+12)m剛構(gòu)連續(xù)梁，主梁配筋的控制邊界條件為墩高5 m、明挖基礎(chǔ)工況。

3.4　剛壁墩壁厚對(duì)結(jié)構(gòu)受力影響

為研究剛壁墩壁厚對(duì)斜交剛構(gòu)受力影響，保持斜交(13+3×16+13)m的主梁截面不變，剛壁墩壁厚分別取0.9 m，1.1 m和1.3 m，采用空間計(jì)算模型對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力分析，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表7。

表7　不同壁厚下的(12+3×16+12)m剛構(gòu)縱向彎矩對(duì)比　kN·m

表8　不同壁厚下的(12+3×16+12)m剛構(gòu)墩底截面內(nèi)力對(duì)比　kN·m

從表8可以看出：主梁內(nèi)力隨剛壁墩壁厚的增加而減小，剛壁墩壁厚從0.9 m增加到1.3 m，主梁跨中內(nèi)力最大僅減小5.91%；剛壁墩壁厚的增加對(duì)剛壁墩配筋的影響明顯大于主梁，墩底截面的縱向彎矩隨剛壁墩壁厚的增加增大較為明顯，最大增幅達(dá)27.6%。

4　結(jié)語(yǔ)

鐵路斜交剛構(gòu)能有效跨越既有的斜交道路與河流，在立交凈空受限的情況下有效降低結(jié)構(gòu)高度。本文以時(shí)速250 km高速鐵路斜交剛構(gòu)為例，結(jié)合主要設(shè)計(jì)原則及技術(shù)參數(shù)，比較結(jié)構(gòu)整體式與雙線分離的受力特點(diǎn)，得到如下結(jié)論：相比于主梁截面，不同基礎(chǔ)剛度對(duì)剛壁墩墩頂內(nèi)力影響較大，最大裂縫值相差11.73%；剛壁墩壁厚的增加對(duì)剛壁墩配筋的影響明顯大于主梁，墩底截面的縱向彎矩隨壁厚的增加增大較為明顯，最大增幅達(dá)27.6%。