王 聰

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司,四川成都 610031)

1 工程概述

新建貴陽(yáng)至廣州鐵路(簡(jiǎn)稱(chēng)貴廣線(xiàn))是我國(guó)西南山區(qū)的一條高標(biāo)準(zhǔn)快速鐵路,起于貴陽(yáng),經(jīng)貴州、廣西、廣東三省區(qū),最終止于廣州,是西南地區(qū)通達(dá)華南沿海地區(qū)的重要區(qū)際鐵路通道。

貴廣線(xiàn)圣泉一號(hào)特大橋是貴廣線(xiàn)引入貴陽(yáng)樞紐的控制工程,線(xiàn)路專(zhuān)業(yè)在該處以R=600m的圓曲線(xiàn)和緩和曲線(xiàn)通過(guò),線(xiàn)路縱坡 -24‰,系地形、景觀及規(guī)劃道路控制工程設(shè)計(jì)。

該橋位于貴陽(yáng)市西北的黔靈公園對(duì)面,出于景觀考慮,橋跨結(jié)構(gòu)在黔靈公園范圍內(nèi)采用連續(xù)結(jié)構(gòu)通過(guò),以盡量減小梁縫所引起的視覺(jué)沖擊效應(yīng)。

因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)聯(lián)長(zhǎng)較長(zhǎng),若全聯(lián)采用連續(xù)梁結(jié)構(gòu),則固定墩所受縱向制動(dòng)力過(guò)大,勢(shì)必引起下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)困難,同時(shí)從經(jīng)濟(jì)和景觀的角度出發(fā),制動(dòng)墩與非制動(dòng)墩結(jié)構(gòu)尺寸難以保持一致,視覺(jué)效果較差,因此本橋最終采用剛構(gòu) -連續(xù)組合梁——?jiǎng)倶?gòu)墩主要承受縱向制動(dòng)力,連續(xù)梁墩主要承受豎向荷載,通過(guò)受力的“分工”來(lái)確保各墩外形輪廓的一致。經(jīng)方案綜合研究,主橋部分?jǐn)M采用(48+6×80+48)m剛構(gòu) -連續(xù)組合梁。主橋范圍內(nèi)各主墩墩高如圖1所示。

圖1 圣泉一號(hào)雙線(xiàn)特大橋三剛構(gòu)方案橋面布置圖

對(duì)于主橋具體采用剛構(gòu)墩的數(shù)目,本文擬從墩頂縱橫向位移、結(jié)構(gòu)自振頻率和墩頂內(nèi)力三個(gè)方面進(jìn)行研究。研究對(duì)象分別為 3剛構(gòu)墩方案、4剛構(gòu)墩方案和 5剛構(gòu)墩方案。圖1為三剛構(gòu)方案總布置圖。

2 方案比選

2.1 各比較方案簡(jiǎn)介

三剛構(gòu)方案中 9#、10#、11#墩采用墩梁固結(jié);四剛構(gòu)方案中 8#～11#墩采用墩梁固結(jié);而五剛構(gòu)方案則在 8#～12#墩采用墩梁固結(jié),其它墩墩頂處設(shè)支座,且連續(xù)梁墩和邊墩墩頂均設(shè)為抗扭支座。

剛構(gòu)墩、連續(xù)梁墩和邊墩外形尺寸保持一致,均采用帶圓弧面的矩形空心墩。各墩截面如圖 2所示。墩身縱向輪廓尺寸及壁厚均采用直坡且一坡到底,橫向外輪廓采用兩段式變坡,即距墩頂 55 m以?xún)?nèi)采用 20∶1坡率,距墩頂 55 m以下部分,除 10#、12#墩采用 1∶1放坡外,其余均采用采用 5∶1放坡;橫向內(nèi)坡采用 60∶1放坡。剛構(gòu)墩僅在墩底設(shè) 4 m厚實(shí)體段;非剛構(gòu)墩墩頂不設(shè)頂帽、托盤(pán),墩頂、墩底分別設(shè) 3 m、4 m厚實(shí)體段。除剛構(gòu)墩墩頂 4 m范圍內(nèi)采用 C 55混凝土外,剛構(gòu)墩其它部位及非剛構(gòu)墩均采用 C 40混凝土?；A(chǔ)均采用 4.0 m厚承臺(tái)和直徑 2.0 m的鉆孔樁樁基礎(chǔ)。承臺(tái)采用 C 40、樁基礎(chǔ)采用 C 35。各墩樁間距縱向采用 4.8 m、橫向采用 5.0 m。

圖 2 主墩墩頂截面示意

計(jì)算采用大型有限元程序 ANSYS9.0和橋梁專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)軟件GQJS9.7。其中靜力計(jì)算中預(yù)應(yīng)力效應(yīng)、列車(chē)移動(dòng)加載和支座沉降通過(guò)GQJS計(jì)算,其它荷載通過(guò) ANSYS計(jì)算,然后與 GQJS計(jì)算結(jié)果進(jìn)行手動(dòng)組合。

分析中,首先按墩底固結(jié)情況計(jì)算出各種方案中各墩墩底內(nèi)力,然后根據(jù)墩底內(nèi)力配置樁基,樁基布置如圖 1所示。最后在計(jì)算結(jié)構(gòu)自振頻率和墩頂位移時(shí),將基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換為雙向門(mén)式桿件,并與原模型共同受力。

2.2 各方案自振頻率比較

三種方案下,橋跨結(jié)構(gòu)的縱橫向首階振型及周期如圖 3所示。

圖 3 各方案首階縱橫向自振頻率示意圖

從圖 3可以看出,橋跨結(jié)構(gòu)的縱向自振周期隨剛構(gòu)墩的 增加而減小,說(shuō)明增加墩梁固結(jié)約束,能提高結(jié)構(gòu)順線(xiàn)路方向剛度。

橫向自振周期(頻率)幾乎不受墩梁固結(jié)約束的影響,這是因?yàn)槎樟汗探Y(jié)與抗扭支座對(duì)于約束梁部、墩部的面外變形是完全等效的,因此對(duì)其面外剛度及振型均影響較小。

2.3 各方案墩頂縱橫向位移比較

各方案下,各墩墩頂縱橫向位移分別如表 1、表 2所示。

從表 1、表 2可以看出,增加墩梁固結(jié)約束,可提高橋跨結(jié)構(gòu)抵抗縱向變形的剛度,減小墩頂縱向位移;但其對(duì)墩頂橫向位移影響不大。本結(jié)構(gòu)中墩梁固結(jié)約束的增加導(dǎo)致墩頂橫向位移略有增大,主要由建模誤差所引起。因?yàn)槎樟汗探Y(jié)處梁部與墩身是通過(guò)虛擬單元連接而成,而設(shè)支座處則通過(guò)剛臂連接梁、墩,剛臂的抗彎剛度遠(yuǎn)大于虛擬單元,因而在墩梁連接處,剛構(gòu)墩產(chǎn)生的變形大于連續(xù)梁墩。

2.4 各方案墩頂內(nèi)力比較

各方案墩頂控制組合如表3所示,各組合均為彎矩最大時(shí)所對(duì)應(yīng)的荷載。

從表 3中內(nèi)力組合可以看出,增加墩梁固結(jié)約束將增加結(jié)構(gòu)超靜定次數(shù),導(dǎo)致在溫度荷載下的次內(nèi)力急劇增加,不利于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。從墩頂內(nèi)力來(lái)看,采用三剛構(gòu)墩方案優(yōu)于其它方案。

3 結(jié)論

(1)圣泉一號(hào)雙線(xiàn)特大橋位于最小半徑為 600 m的曲線(xiàn)上,對(duì)于此類(lèi)結(jié)構(gòu),一般是第一階橫彎自振周期和墩頂橫向位移控制設(shè)計(jì)。但通過(guò)計(jì)算及概念分析表明,增加或減少墩梁固結(jié)約束,對(duì)橫向自振周期和墩頂橫向位移均無(wú)明顯改善。

(2)增加墩梁固結(jié)約束后,溫度荷載將在結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生較大的次內(nèi)力,控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

(3)對(duì)于剛構(gòu)連續(xù)梁組合結(jié)構(gòu),建議在能滿(mǎn)足墩頂縱向位移的基礎(chǔ)上,盡可能減少墩梁固結(jié)約束。

[1] T B10002.1-2005鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范[S]

[2] T B10002.5-2005鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S]

[3] 陳思孝,岳強(qiáng).牛角坪雙線(xiàn)特大橋剛構(gòu) -連續(xù)組合梁及連續(xù)剛構(gòu)橋式研究[J].鐵道勘察,2007(增刊)

[4] JTGD 62-2004公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范[S]