◎楊建強(qiáng) 中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司鄭州分院

T型剛構(gòu)橋具有良好的整體性，較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)剛度，節(jié)省材料且施工簡便等優(yōu)點(diǎn)。同常規(guī)連續(xù)梁不同之處在于T型剛構(gòu)橋于抗震方面有較大的提高，在梁體變形方面更為平緩，提高了行車的舒適性且后期養(yǎng)護(hù)方便。另外，T型剛構(gòu)橋采用墩梁固結(jié)，能夠抵消溫度變化、混凝土收縮徐變及施工誤差等不利因素產(chǎn)生的不平衡彎矩，由此在設(shè)計(jì)方面難度有所提高，施工方面更需嚴(yán)格把控。在跨越山川河流等不易支架澆筑的復(fù)雜地形路段，為便于施工多采用節(jié)段懸澆。在施工過程中，需采用特殊設(shè)計(jì)的掛籃結(jié)構(gòu)進(jìn)行加工，同時(shí)需要兩側(cè)同步同質(zhì)量進(jìn)行施工，以保證對(duì)稱受力，避免產(chǎn)生不平衡彎矩。針對(duì)大跨結(jié)構(gòu)的需求，高強(qiáng)材質(zhì)及施工精度等方面發(fā)展進(jìn)步迅速，相應(yīng)對(duì)設(shè)計(jì)師本身的要求、計(jì)算軟件的合理性與復(fù)雜性以及施工質(zhì)量的提升，均得以深入發(fā)展與創(chuàng)新。

本篇文章通過某工程應(yīng)用實(shí)例，以（64+64）m預(yù)應(yīng)力混凝土懸臂澆筑T 型剛構(gòu)橋作為分析對(duì)象，利用midas Civil和橋梁結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng)BSAS兩種有限元分析軟件，對(duì)比總結(jié)T型剛構(gòu)橋于結(jié)構(gòu)本身受力及線型結(jié)果等的設(shè)計(jì)合理性，分析對(duì)比節(jié)段懸澆對(duì)T型剛構(gòu)橋的力學(xué)性能影響，望能夠?yàn)楸拘袠I(yè)同仁于類似結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供理論參考。

1.應(yīng)用實(shí)例

杭州某一鐵路T型剛構(gòu)橋，構(gòu)造跨度為（64+64）m預(yù)應(yīng)力混凝土懸臂澆筑T型剛構(gòu)橋。防護(hù)墻內(nèi)側(cè)橋面凈寬度9.0m，橋上人行道欄桿內(nèi)側(cè)凈寬12.4m，橋面板寬12.6m，橋梁建筑總寬12.93m。

橋梁全長為129.5m，計(jì)算跨度為（64+64）m，中支點(diǎn)處梁高7.0m，邊支點(diǎn)梁高4.0m，邊支座中心線至梁端0.75m。梁底下緣按圓曲線變化，圓曲線半徑為333.386m。全聯(lián)共分30個(gè)梁段，A0號(hào)梁段長度10m；一般梁段分成3.5m、4.0m，邊跨直線段長18.25m，最大懸臂澆筑梁段重1906kN。

梁體為單箱單室、變高度、變截面結(jié)構(gòu)。箱梁頂寬12.6m，箱梁底寬6.7m。頂板厚度40cm；底板厚度40～100cm，按圓曲線變化至中支點(diǎn)梁根部，中支點(diǎn)處加厚到170cm；腹板厚50～90cm，按折線變化。全聯(lián)在端支點(diǎn)及中支點(diǎn)處共設(shè)3個(gè)橫隔板（圖1-3）。

圖1 構(gòu)造立面圖（單位：cm）

圖2 A-A斷面圖

圖3 B-B斷面圖

橋墩設(shè)計(jì)墩高5.5m，采用圓端形實(shí)體橋墩，橋墩縱、橫向均不放坡，縱向尺寸4.0m，橫向尺寸8.7m（其中平直線長度6.7m），基礎(chǔ)采用15根1.5m鉆孔灌注樁基礎(chǔ)（圖4）。

圖4 橋墩基礎(chǔ)構(gòu)造圖

2.設(shè)計(jì)基本條件

1）設(shè)計(jì)速度：350km/h。

2）線路情況：雙線，線間距5.0m。

3）環(huán)境：碳化環(huán)境，作用等級(jí)為T2。

4）軌道結(jié)構(gòu)型式：CRTSI型雙塊式無砟軌道。

5）設(shè)計(jì)使用年限：正常使用條件下梁體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用壽命為100年。

6）施工方法：懸灌法施工。

7）地震烈度：地震動(dòng)峰值加速度Ag=0.05g。

圖5 midas Civil三維有限元模型圖示

圖6 BSAS二維有限元模型圖示

3.設(shè)計(jì)材料

1）混凝土：采用符合《鐵路橋涵混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB 10092-2017）（以下簡稱“《鐵混規(guī)》”）標(biāo)準(zhǔn)的混凝土材料。縱梁采用C50混凝土、墩柱和承臺(tái)采用C40混凝土；樁基礎(chǔ)采用C30混凝土。

2）鋼絞線：鋼絞線采用符合《預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絞線》（GB／T 5224-2014）標(biāo)準(zhǔn)的鋼絞線材料。

3）鋼筋：HPB300、HRB400鋼筋分別采用符合《鋼筋混凝土用鋼第1部分：熱軋光圓鋼筋》（GB 1449.1-2017）及《鋼筋混凝土用鋼第 2 部分：熱軋帶肋鋼筋》（GB/T 1499.2-2018）標(biāo)準(zhǔn)的鋼筋材料。

4）波紋管：波紋管采用符合《預(yù)應(yīng)力混凝土用金屬波紋管》(JG 225-2007)標(biāo)準(zhǔn)的波紋管材料。孔道摩阻系數(shù)μ=0.26，孔道偏差系數(shù)k=0.003/m。

4.設(shè)計(jì)荷載

1）恒載：混凝土自重取26kN/m；二期根據(jù)橋面布置取140kN/m，基礎(chǔ)變位按1.5cm計(jì)算。

2）活載：按鐵路標(biāo)準(zhǔn)的ZK活載計(jì)算。

3）溫度：按《鐵混規(guī)》相關(guān)規(guī)定取值。

5.荷載組合

分別以主力、主力+附加力進(jìn)行組合，取最不利組合進(jìn)行計(jì)算。

6.計(jì)算過程介紹

針對(duì)本結(jié)構(gòu)分別采用midas Civil 和BSAS兩種軟件對(duì)比分析。邊墩梁底邊界約束采用常規(guī)約束建模，中墩基礎(chǔ)底部考慮模擬地基剛度。

7.縱梁強(qiáng)度計(jì)算

Civil：縱梁主力組合作用下，最小強(qiáng)度安全系數(shù)2.35，大于規(guī)范限值2.2；主力+附加力組合作用下，最小強(qiáng)度安全系數(shù)2.29，大于規(guī)范限值1.98；滿足規(guī)范要求。

BSAS：縱梁主力組合作用下，最小強(qiáng)度安全系數(shù)2.37，大于規(guī)范限值2.2；主力+附加力組合作用下，最小強(qiáng)度安全系數(shù)2.31，大于規(guī)范限值1.98；滿足規(guī)范要求。

8.縱梁抗裂計(jì)算

Civil：縱梁主力組合作用下，最小抗裂安全系數(shù)1.40，大于規(guī)范限值1.2；主力+附加力組合作用下，最小抗裂安全系數(shù)1.25，大于規(guī)范限值1.2；滿足規(guī)范要求。

BSAS：縱梁主力組合作用下，最小抗裂安全系數(shù)1.41，大于規(guī)范限值1.2；主力+附加力組合作用下，最小抗裂安全系數(shù)1.27，大于規(guī)范限值1.2；滿足規(guī)范要求。

9.縱梁撓度計(jì)算

Civil：縱梁靜活載最大豎向撓度-13.95mm（向下）；靜活載+0.5倍溫度作用最大豎向撓度-14.97mm（向下）；0.63倍靜活載+溫度作用最大豎向撓度-10.82mm（向下），均小于規(guī)范限值-1.4×L/1900=-47.2 mm，滿足規(guī)范要求。

BSAS：縱梁靜活載最大豎向撓度-12.10mm（向下）；靜活載+0.5倍溫度作用最大豎向撓度-13.01mm（向下）；0.63倍靜活載+溫度作用最大豎向撓度-9.47mm（向下），均小于規(guī)范限值-1.4×L/1900=-47.2 mm，滿足規(guī)范要求。

10.縱梁應(yīng)力計(jì)算

1）正應(yīng)力計(jì)算。Civil：縱梁主力組合作用下，最小壓應(yīng)力為1.65 MPa，最大壓應(yīng)力為10.79MPa；主力+附加力組合作用下，最小壓應(yīng)力為0.41MPa，最大壓應(yīng)力為12.99MPa；縱梁上下緣均無拉應(yīng)力出現(xiàn)，滿足《鐵混規(guī)》中第7.3.10～7.3.11條規(guī)范要求。

BSAS：縱梁主力組合作用下，最小壓應(yīng)力為1.34MPa，最大壓應(yīng)力為11.08MPa；主力+附加力組合作用下，最小壓應(yīng)力為0.36MPa，最大壓應(yīng)力為12.39MPa；縱梁上下緣均無拉應(yīng)力出現(xiàn)，滿足《鐵混規(guī)》中第7.3.10～7.3.11條規(guī)范要求。

2）主應(yīng)力計(jì)算。Civil：縱梁主力組合作用下，最大主拉應(yīng)力為1.13 MPa，最大主壓應(yīng)力為10.80MPa；主力+附加力組合作用下，最大主拉應(yīng)力為1.19MPa，最大主壓應(yīng)力為12.99MPa；滿足《鐵混規(guī)》中第7.3.9～7.3.12條規(guī)范要求。

BSAS：縱梁主力組合作用下，最大主拉應(yīng)力為2.36MPa，最大主壓應(yīng)力為12.40MPa；主力+附加力組合作用下，最大主拉應(yīng)力為2.60MPa，最大主壓應(yīng)力為12.75MPa；滿足《鐵混規(guī)》中第7.3.9和第7.3.12條規(guī)范要求。

3）剪應(yīng)力計(jì)算。Civil：縱梁主力組合作用下，最大剪應(yīng)力為2.79MPa；主力+附加力組合作用下，最大剪應(yīng)力為2.82MPa；滿足《鐵混規(guī)》中第7.3.15條規(guī)范要求。

BSAS：縱梁主力組合作用下，最大剪應(yīng)力為2.81MPa；主力+附加力組合作用下，最大剪應(yīng)力為2.84MPa；滿足《鐵混規(guī)》中第7.3.15條規(guī)范要求。

11.殘余變形計(jì)算

根據(jù)《鐵路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB 10002-2017）第5.2.2條要求，本橋軌道鋪設(shè)完成后，豎向殘余變形不應(yīng)大于20mm。

Civil：軌道鋪設(shè)完成后，豎向最大殘余變形2.07mm；滿足規(guī)范要求。

BSAS：軌道鋪設(shè)完成后，豎向最大殘余變形3.15mm；滿足規(guī)范要求。

12.梁端轉(zhuǎn)角位移計(jì)算

根據(jù)《鐵路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB 10002-2017）第5.2.6條要求，本橋列車豎向靜活載作用下，梁端轉(zhuǎn)角位移不應(yīng)大于1‰。

Civil：列車豎向靜活載作用下，梁端轉(zhuǎn)角位移最大0.73‰；滿足規(guī)范要求。

BSAS：列車豎向靜活載作用下，梁端轉(zhuǎn)角位移最大0.75‰；滿足規(guī)范要求。

13.結(jié)論

結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸的取值以及鋼絞線設(shè)計(jì)是大跨度橋梁設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)也是重點(diǎn)。本文結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，主要給出了一案例中midas Civil 和BSAS兩種軟件計(jì)算（64+64）m預(yù)應(yīng)力混凝土懸臂澆筑T型剛構(gòu)橋的強(qiáng)度、抗裂、應(yīng)力以及剛度情況等詳細(xì)的結(jié)果。通過結(jié)果分析，驗(yàn)證了本橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，同時(shí)從結(jié)果對(duì)比來看，驗(yàn)證了兩款軟件對(duì)于分析該類橋的正確性，且結(jié)果相差不大。望本文案例能對(duì)同類橋梁設(shè)計(jì)有所幫助。