劉國(guó)

（中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，天津 300308）

1 引言

本文結(jié)合某高速鐵路四線H型框架墩的設(shè)計(jì)，介紹了框架墩的構(gòu)造特點(diǎn)，對(duì)框架墩結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢算，為后續(xù)高鐵工程類似結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供參考。

2 力學(xué)性能分析

2.1 橋墩概況

橫梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土等級(jí)為C50。墩柱頂部1.5m范圍內(nèi)采用C50混凝土，頂部1.5m以下部分采用C40混凝土?？蚣芏丈喜恐?2m+32m簡(jiǎn)支梁，采用鉆孔樁基礎(chǔ)?？蚣芏諜M向跨度16m，上部高鐵處墩高30.5m，下部機(jī)場(chǎng)線與高鐵高差4m。橫梁跨中處梁高3m，支點(diǎn)處梁高3.8m。

考慮到左右側(cè)墩柱承受荷載不同，墩柱的強(qiáng)度需求不同，其橫截面尺寸也不同，左柱橫向?qū)挾?.6m，縱向?qū)挾?m，右柱橫向?qū)挾?m，縱向?qū)挾?.6m。左柱處橫梁縱向?qū)挾?.2m，右柱處橫梁縱向?qū)挾?.8m，下層橫梁縱向做成變截面結(jié)構(gòu)。

高鐵線先于機(jī)場(chǎng)線運(yùn)營(yíng)，雙層框架墩上層為高鐵線，下層為機(jī)場(chǎng)線。在高鐵線運(yùn)營(yíng)期間，施工機(jī)場(chǎng)線箱梁，完成后高鐵線與機(jī)場(chǎng)線同時(shí)運(yùn)營(yíng)。

2.2 結(jié)構(gòu)計(jì)算

采用MIDAS/Civil程序空間梁?jiǎn)卧?，檢算橫梁受力；采用偏心受壓構(gòu)件計(jì)算程序，檢算橋墩受力。因基礎(chǔ)的剛度對(duì)結(jié)構(gòu)計(jì)算的影響比較大[1]，大跨度框架墩對(duì)基礎(chǔ)的約束非常敏感[2,3]，本設(shè)計(jì)取0.5～2倍基礎(chǔ)理論剛度包絡(luò)計(jì)算。

2.2.1 橫梁檢算

豎向靜活載引起的框架墩橫梁跨中處撓度為-5.05mm，靜活載撓度為橫梁跨度的1/3168，滿足規(guī)范要求。

1）施工階段應(yīng)力檢算

由于架橋機(jī)荷載遠(yuǎn)小于（二恒+活載）值，因此，施工階段僅驗(yàn)算停梁工況（鋼束張拉到位未架梁之前工況）。停梁工況下應(yīng)力計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1 停梁工況應(yīng)力計(jì)算結(jié)果

停梁工況下，橫梁上緣最大壓應(yīng)力為9.02MPa，混凝土出現(xiàn)拉應(yīng)力，最大拉應(yīng)力為0.2MPa；橫梁下緣最大壓應(yīng)力為8.85MPa，最小壓應(yīng)力為1.11MPa。施工階段橫梁上下緣應(yīng)力均滿足規(guī)范要求。

2）運(yùn)營(yíng)階段應(yīng)力檢算

主力及主+附工況下運(yùn)營(yíng)階段應(yīng)力檢算結(jié)果如表2和表3所示。

表2 主力工況下運(yùn)營(yíng)階段應(yīng)力計(jì)算結(jié)果

表3 主+附工況下運(yùn)營(yíng)階段應(yīng)力計(jì)算結(jié)果

運(yùn)營(yíng)階段主力工況下，橫梁上緣最大壓應(yīng)力為7.76MPa，最小壓應(yīng)力為1.75MPa；橫梁下緣最大壓應(yīng)力為8.72MPa，最小壓應(yīng)力為1.52MPa。運(yùn)營(yíng)階段主+附工況下，橫梁上緣最大壓應(yīng)力為11.20MPa，混凝土出現(xiàn)拉應(yīng)力，最大拉應(yīng)力為1.00MPa；橫梁下緣最大壓應(yīng)力為9.35MPa，最小壓應(yīng)力為0.80MPa。施工階段橫梁上下緣應(yīng)力均滿足規(guī)范要求。

2.2.2 墩柱剛度

H型框架墩采用1倍基礎(chǔ)剛度，墩身剛度按以下方式提取。方式一：僅在上層橫梁相應(yīng)梁位處添加單位力，提取上層橫梁墊石頂處的位移；方式二：在上下層橫梁相應(yīng)梁位處同時(shí)添加單位力，提取上層橫梁墊石頂處的位移。剛度結(jié)果如表4所示。

表4 墩身剛度結(jié)果

2種方式下框架墩墩頂縱向剛度均滿足規(guī)范要求。

3 結(jié)語(yǔ)

考慮到高鐵運(yùn)營(yíng)時(shí)，機(jī)場(chǎng)線梁部尚未架設(shè)，合理確定了框架墩橫梁應(yīng)力控制指標(biāo)。根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、結(jié)合高鐵及機(jī)場(chǎng)線加載位置擬定結(jié)構(gòu)尺寸，選用有限元軟件進(jìn)行分析計(jì)算，評(píng)判結(jié)構(gòu)尺寸、墩柱剛度等的合理性。