摘要 伴隨著我國鐵路建設的快速發(fā)展，曲線連續(xù)梁橋越來越多地應用于鐵路建設中。鐵路工程由于速度快、荷載重、跨度大，因此需要對鐵路曲線連續(xù)梁進行專門研究，尤其是小半徑大跨度曲線連續(xù)梁的關鍵技術研究。文章以洋呂鐵路位于線路曲線半徑為600 m的（65+114+114+65）m連續(xù)梁工程為例，對鐵路小半徑大跨度曲線連續(xù)梁關鍵技術進行了研究，利用有限元空間模型對主梁進行縱、橫向受力進行了計算分析，對結構的強度、剛度等多種設計指標進行了檢算，并根據(jù)計算結果指導優(yōu)化設計。同時對結構進行了車橋耦合振動計算，對鐵路小半徑大跨度曲線連續(xù)梁和列車的動力響應進行了分析與評價。

關鍵詞 小半徑曲線；大跨度連續(xù)梁；有限元法；關鍵技術；車橋耦合

中圖分類號 U441 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）13-0046-03

0 引言

伴隨著經(jīng)濟建設的發(fā)展，我國鐵路曲線形橋屢見不鮮，有關曲線梁橋的研究、設計、建造、監(jiān)控水平也取得了長足的發(fā)展。和直線連續(xù)梁橋相比，曲線連續(xù)梁橋具有線條流暢明快、外形優(yōu)美、能夠很好地適應地形特點、改善行車條件、縮短線路的里程從而降低工程造價等優(yōu)點。同時隨之而來的是曲線連續(xù)梁橋的不足：存在彎扭耦合嚴重[1]、內(nèi)外側支座受力不均、內(nèi)外側梁體受力不均、剪力滯效應明顯、墩臺受力趨于復雜等[2]。鐵路工程由于速度快、荷載重、跨度大，因此需要對鐵路曲線連續(xù)梁進行專門研究，尤其是小半徑大跨度曲線連續(xù)梁的關鍵技術研究。

1 工程概況

洋呂鐵路是我國《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》中普速鐵路網(wǎng)“三門峽經(jīng)禹州至江蘇沿海港口鐵路”的重要組成部分。項目建成后將串聯(lián)起沿海的主要港口，實現(xiàn)市域鐵路成網(wǎng)成環(huán)，打通鐵路進港的“最后一公里”。線路支線段以（65+114+114+65）m連續(xù)梁跨越G328一級公路、老海堤道路、高壓燃氣管、規(guī)劃南一主干河等諸多控制因素，同時此段線路平面曲線半徑為600 m，并靠近另外一個半徑為600 m的反向曲線。橋址平面圖如圖1所示。

2 主橋總體設計

2.1 主橋總體布置

（65+114+114+65）m單線預應力混凝土連續(xù)梁為單箱單室變截面箱梁，主梁全長為359.5 m。邊支點和跨中段梁高為4.4 m，中支點處梁高為8.9 m，梁底縱橋向按圓曲線變化。箱梁頂總寬為8.0 m，箱梁底寬為6.0 m，在中支點局部范圍內(nèi)加寬到7.8 m，在邊支點局部范圍內(nèi)加寬到7.0 m。

2.2 主要技術標準

（1）線路情況：單線客貨共線，有砟鐵路。

（2）設計速度：80 km/h。

（3）橋面布置：橋梁頂面總寬8.0 m。曲線無聲屏障。

（4）地震烈度：7度，Ag=0.05 g。

（5）軌底至梁頂高度：0.65 m。

（6）設計正常使用年限：主體結構設計使用周期為100年。

3 主梁計算結果

3.1 主梁縱向計算結構分析

3.1.1 強度檢算

（1）主梁混凝土檢算。運營階段內(nèi)力計算結果見表1所示，主梁各項指標均滿足規(guī)范要求。

施工階段混凝土最大壓應力在上緣為12.79 MPa，拉應力出現(xiàn)在下緣為?0.46 MPa，拉壓應力均滿足規(guī)范要求。

（2）預應力鋼筋檢算。預應力筋計算結果見表2所示，鋼束應力及應力幅結果均能滿足規(guī)范要求。

3.1.2 剛度檢算

（1）豎向撓度。ZKH靜活載各工況組合下的主梁豎向變形計算結果見表3所示，均滿足規(guī)范要求[3]。

（2）梁端轉角。ZKH靜活載作用下，主梁梁端轉角為+0.759‰rad、?0.902‰rad，滿足《鐵路橋涵設計規(guī)范》表5.2.6-1中有砟軌道橋梁梁端轉角的限值要求（小于3.0‰rad）[4]。

（3）工后徐變。大跨度混凝土主梁工后的徐變變形會造成軌道不平順，從而影響列車行駛的安全性和乘坐舒適度[5]。主梁二期恒載上橋時間按終張拉后60 d進行計算，邊跨、主跨理論計算的殘余徐變變形（向上為正、向下為負）分別為+0.96 mm和?16.79 mm。根據(jù)現(xiàn)場具體情況，并結合恒載、活載影響、預應力張拉、溫度、混凝土收縮徐變等影響因素，主梁按恒載+0.5靜活載撓度考慮設置預拱度。

3.2 主梁橫向計算結構分析

橫向分析時的活載，采用ZKH載特種荷載軸重，單個軸重250 kN，橫向分布寬度取“軌底軌枕寬+頂板厚”。取3個典型的不同厚度腹板的截面進行檢算，縱橋向取1 m梁長，采用Midas Civil有限元軟件進行計算，截面內(nèi)力及檢算結果見表4所示[6]。經(jīng)檢算，橫向框架截面應力強度及裂縫寬度均滿足規(guī)范要求。

3.3 支反力

在各種工況荷載組合情況下，各墩頂支座曲線內(nèi)側支反力均大于曲線外側，詳見表5所示。其中邊墩支反力相差約540 kN，差值幅為15.9%；主墩支反力相差13 607～15 629 kN，差值幅為56.7%。

4 車橋耦合振動分析

4.1 橋梁模型

分析模型采用Midas Civil有限元軟件建立，車橋耦合振動計算取其前150階模態(tài)，其中第150階頻率為50.661 3 Hz。計算時各階模態(tài)阻尼比均取0.02。

4.2 計算工況

為分析橋梁振動、軌道隨機不平順、車輛運行狀況等因素對主橋行車性能的影響，共采用K6轉向架貨車重車編組、空車編組及準高速客車編組三個工況參與計算[7]。

4.3 橋梁動力響應分析與評價

（1）車橋耦合作用下，西港池特大橋主梁跨中最大豎向位移為31.19 mm（限值85.5 mm）；橋梁豎向加速度最大值為0.21 m/s2（限值3.5 m/s2）；橫向加速度的最大值0.37 m/s2（限值1.4 m/s2）；梁端轉角最大值為0.48‰rad（限值3‰rad）。上述橋梁響應均滿足規(guī)范限值或參考標準要求。

（2）主梁最大扭轉角為0.43‰rad，扭轉引起的內(nèi)外軌高差約0.6 mm，可滿足橋梁和軌道結構的安全性要求。

（3）在檢算車速范圍內(nèi)，橋梁運營動力系數(shù)約1.03，小于1.042的設計值。

4.4 列車動力響應分析與評價

列車的動力響應應從行駛安全性及乘坐舒適性（車體平穩(wěn)性）兩方面進行評價。輪重減載率、脫軌系數(shù)、輪軌橫向力等指標反映行駛安全性；車體加速度、Sperling指標等則反映乘坐舒適性[8]。

（1）在車速100 km/h內(nèi)，機車豎向加速度最大為0.67 m/s2，橫向加速度最大為0.56 m/s2，豎向平穩(wěn)性指標最大為1.68，橫向平穩(wěn)性指標最大為1.52，輪重減載率最大為0.19，脫軌系數(shù)最大為0.20，輪軌橫向力最大為37.98 kN，其安全性與舒適性指標均滿足規(guī)范要求，平穩(wěn)性為優(yōu)秀。

（2）在車速100 km/h內(nèi)，客車豎向加速度最大為0.73 m/s2，橫向加速度最大為0.71 m/s2，豎向平穩(wěn)性指標最大為1.83，橫向平穩(wěn)性指標最大為1.89，輪重減載率最大為0.11，脫軌系數(shù)最大為0.13，輪軌橫向力最大為18.04 kN，其安全性與舒適性指標均滿足規(guī)范要求，平穩(wěn)性為優(yōu)秀。

（3）在車速80 km/h內(nèi)，K6轉向架貨車豎向加速度最大為4.60 m/s2，橫向加速度最大為3.56 m/s2，豎向平穩(wěn)性指標最大為3.44，橫向平穩(wěn)性指標最大為3.27，輪重減載率最大為0.57，脫軌系數(shù)最大為0.25，輪軌橫向力最大為38.75 kN，其安全性滿足規(guī)范要求，車體橫向加速度合格，平穩(wěn)性達到優(yōu)秀。

5 結論

（1）該工程采用有限元軟件對鐵路小半徑大跨度曲線連續(xù)梁的關鍵技術進行了計算與分析，對結構的各項技術指標進行了檢算。從最終計算結果顯示，梁部縱向強度、抗裂及應力運營階段位移、橫向框架截面等應力強度及裂縫寬度均滿足規(guī)范要求，滿足鐵路相關技術變形沉降各項要求。

（2）在各種工況荷載組合情況下，各墩頂支座曲線內(nèi)側支反力大于曲線外側支反力，支座選擇時應考慮曲線對支座噸位的影響。

（3）針對主橋的車橋耦合振動問題，在多種工況下及最不利工況組合下開展了數(shù)值仿真計算分析。主梁的各項動力響應指標均小于規(guī)范限值或相關參考規(guī)定，滿足橋梁和軌道結構的安全性、穩(wěn)定性要求。車輛響應的舒適性、安全性指標均滿足規(guī)范要求，平穩(wěn)性為優(yōu)秀。

參考文獻

[1]馬坤全， 張陽， 郭玉坤. 小半徑曲線段鐵路槽型梁力學性能及計算模型研究[J]. 橋梁建設， 2017（6）： 30-35.

[2]王存國， 彭華春， 段竑. 鐵路小半徑曲線剛構-連續(xù)梁橋設計研究[J]. 鐵道標準設計， 2017（8）： 55-59.

[3]王德志， 薛照鈞， 陳順平. 客運專線鐵路長大跨度曲線連續(xù)梁設計研究[J]. 鐵道標準設計， 2009（1）： 28-30.

[4]寇延春. 客運專線大跨度曲線連續(xù)梁變形研究[J]. 鐵道工程學報， 2015（4）： 71-75.

[5]黃國興， 惠榮炎， 王秀軍. 混凝土徐變與收縮[M]. 北京：中國電力出版社， 2012.

[6]白鵬宇， 丁少凌， 彭元誠， 等. 小半徑曲線剛構-連續(xù)梁橋單箱雙室主梁合理構造設計研究[J]. 世界橋梁， 2018（3）： 7-11.

[7]孫善超， 王衛(wèi)東， 劉金朝. 小半徑曲線動力學超限成因分析及影響因素研究[J]. 鐵道建筑， 2012（2）： 82-86.

[8]翟婉明， 夏禾. 列車-軌道-橋梁動力相互作用理論與工程應用[M]. 北京：科學出版社， 2011.

收稿日期：2024-01-29

作者簡介：柴永飛（1988—），男，碩士研究生，高級工程師，從事橋梁工程設計及咨詢工作。