章開東

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

1 工程概況

閩江特大橋位于福建省南平市延平區(qū)境內(nèi)。橋位處跨越峰福鐵路，閩江和朱熹路；橋梁與峰福鐵路夾角為85°，與朱熹路夾角114°，與閩江夾角112°。橋址上游流域面積42 320 km2，設(shè)計(jì)洪水頻率為1/100，設(shè)計(jì)流量為33 200 m3/s，設(shè)計(jì)水位為73.87 m，設(shè)計(jì)流速為3.3 m/s。

橋位所在河段規(guī)劃為IV級(jí)航道，2×500 t級(jí)頂推船隊(duì)作為閩江干流通航船型，最高通航水位為69.02 m，最低通航水位為57.02 m。為了滿足單孔雙向通航150 m的要求，閩江特大橋主橋孔跨采用（118+216+138+83）m雙線剛構(gòu)連續(xù)梁。

經(jīng)地質(zhì)鉆探，橋址區(qū)的巖土層主要有：第四系人工填土層、第四系全新統(tǒng)沖洪積層卵石土、第四系殘坡積層粉質(zhì)黏土、燕山早期第二次侵入花崗閃長巖構(gòu)成。綜合分析，地基穩(wěn)定性較好。

閩江特大橋?yàn)棰窦?jí)雙線鐵路有碴軌道橋，客貨共線，列車設(shè)計(jì)行車速度為200 km/h?？卓绮贾脼?（1×32+2×24+7×32）m單線簡支T梁+（2×32+2×24+2×32）m雙線簡支 T梁 +1×（118+216+138+83）m雙線剛構(gòu)連續(xù)梁。主橋位于直線上，線間距為4.4 m，主橋位于平坡上，見圖1所示。

圖1 主橋孔跨布置圖

2 剛構(gòu)連續(xù)梁上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 主要計(jì)算參數(shù)

（1）線路等級(jí)：200 km/h雙線有砟軌道。

（2）設(shè)計(jì)活載：中活載。

（3）體系溫差：升溫25℃，降溫20℃。

（4）日照溫差：按規(guī)范不考慮沿梁高方向的溫差荷載[1,2]。

（5）支座不均勻沉降：2mm。

2.2 主梁構(gòu)造

主梁采用（118.85+216+138+83.85）m預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)連續(xù)梁，截面形式為單箱單室直腹板[3]梁體混凝土采用C55高性能混凝土[4]。梁高按圓曲線變化，中支點(diǎn)處梁高16.5 m（高跨比1/13.1）,邊支點(diǎn)和跨中位置梁高7.5 m（高跨比1/28.8）。箱梁頂寬12.0 m，底寬9.2 m，箱梁底寬在邊支點(diǎn)處局部加寬至10.2 m。主梁橫截面見圖2所示.

圖2 主梁橫截面圖

2.3 主梁平面靜力計(jì)算

將主橋的整個(gè)施工過程模擬為79個(gè)施工階段，利用橋梁結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng)BSASV4.33，對(duì)結(jié)構(gòu)在自重、預(yù)應(yīng)力、臨時(shí)施工荷載、活載、支座不均勻沉降等荷載工況下進(jìn)行平面靜力分析。按照最不利組合進(jìn)行檢算，主梁控制截面計(jì)算結(jié)果見表1所列。由表1可知，主梁各截面應(yīng)力均能滿足相關(guān)現(xiàn)行規(guī)范的要求。

表1 主梁控制截面計(jì)算結(jié)果一覽表

利用“橋梁博士”軟件建立單箱單室箱梁節(jié)段有限元模型，對(duì)箱梁在自重、二期荷載、特種荷載、溫度變化、收縮徐變等荷載工況下，進(jìn)行截面橫向受力分析計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明，箱梁截面橫向受力滿足相關(guān)現(xiàn)行規(guī)范的要求。

2.4 主梁撓度、預(yù)拱度及支座預(yù)偏量

在活載作用下，主梁最大撓度值-61.62 mm，為跨度的1/3505.4

根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求對(duì)主梁設(shè)置反向預(yù)拱度。反向預(yù)拱度值為恒載與1/2活載所產(chǎn)生的撓度之和。

為了補(bǔ)償結(jié)構(gòu)在溫度變化、混凝土收縮、徐變及合龍后張拉鋼束所引起的水平位移，各活動(dòng)支座處均設(shè)置順橋向水平預(yù)偏值。表2為合龍溫度按16℃計(jì)算的支座安裝預(yù)偏量，施工時(shí)應(yīng)按實(shí)際合龍溫度進(jìn)行調(diào)整。

表2 支座安裝預(yù)偏量一覽表

3 剛構(gòu)連續(xù)梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

剛構(gòu)連續(xù)梁16號(hào)、19號(hào)橋墩采用圓端形空心橋墩，17號(hào)、18號(hào)墩采用雙柱式矩形薄壁墩，1號(hào)～19號(hào)墩高為 61 m、64.5 m、64.5 m、53 m，龍巖臺(tái)臺(tái)高11 m。

17號(hào)、18號(hào)剛構(gòu)墩采用雙柱式矩形薄壁墩，縱向?qū)挾?.5 m，墩底30 m范圍內(nèi)加寬至3.5 m，兩柱中心距8.7 m。橫向?qū)挾?1.2 m，在墩底4 m范圍內(nèi)漸變至14.2 m，雙壁之間在距墩底15 m處設(shè)一道2.5 m×11.2 m的系梁。

剛構(gòu)連續(xù)梁16號(hào)～19號(hào)墩、龍巖臺(tái)均采用群樁基礎(chǔ)，按柱樁設(shè)計(jì)，16號(hào)墩采用11×Φ2.0 m樁基礎(chǔ)，17號(hào)、18號(hào)墩采用24×Φ2.5 m樁基礎(chǔ)，19號(hào)墩采用10×Φ2.5 m樁基礎(chǔ)，龍巖臺(tái)采用1 2×Φ1.5 m樁基礎(chǔ)，樁長10～18 m。橋墩及基礎(chǔ)計(jì)算結(jié)果均滿足相關(guān)現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

4 剛構(gòu)連續(xù)梁抗震設(shè)計(jì)

主橋按6度（設(shè)計(jì)地震Ag=0.05 g）設(shè)防進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。利用有限元軟件Midas Civil建立有限元模型，分別采用反應(yīng)譜法和時(shí)程分析法計(jì)算結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)，計(jì)算工況見表3所列。

從目前的地震區(qū)剛構(gòu)橋梁的破壞分析，對(duì)于雙肢薄壁墩連續(xù)剛構(gòu)來說，其最不利截面一般出現(xiàn)在墩頂、墩底截面。為此，重點(diǎn)分析了雙肢薄壁墩墩頂、墩底截面的內(nèi)力和位移。橋墩混凝土及鋼筋應(yīng)力水平均在規(guī)范允許范圍內(nèi)，計(jì)算結(jié)果見表4所列。

5 剛構(gòu)連續(xù)梁車橋耦合動(dòng)力響應(yīng)分析

5.1 橋梁空間振動(dòng)分析模型

對(duì)全橋所有構(gòu)件及樁基礎(chǔ)均采用空間梁單元建立空間振動(dòng)分析模型[5,6]，樁基礎(chǔ)采用m法考慮樁土共同作用。分析模型確定后，就可由動(dòng)力學(xué)勢能駐值原理及形成矩陣的“對(duì)號(hào)入座”法則，建立橋梁剛度、質(zhì)量、阻尼等矩陣，模型見圖3所示。

表3 抗震計(jì)算工況一覽表

5.2 橋梁動(dòng)力特性計(jì)算結(jié)果

根據(jù)橋梁空間振動(dòng)分析模型，對(duì)其自振特性進(jìn)行了計(jì)算與分析，前10階自振頻率及振型主要特點(diǎn)見表5所列。

5.3 車橋耦合動(dòng)力響應(yīng)分析結(jié)果

根據(jù)前述計(jì)算模型與計(jì)算原理，對(duì)閩江特大橋（118+216+138+83）m剛構(gòu)連續(xù)梁橋分析模型分別計(jì)算了當(dāng)2種車型（C70貨車、CRH2客車）通過橋梁時(shí)的車橋系統(tǒng)空間動(dòng)力響應(yīng)。計(jì)算工況為：C70貨車分別以車速60～140 k m/h，CRH2客車分別以車速120～240 km/h單線或雙線對(duì)開通過橋梁。橋梁車橋耦合動(dòng)力響應(yīng)計(jì)算結(jié)果表明：在所有計(jì)算工況下，（1）橋梁動(dòng)力響應(yīng)均滿足要求，各車的車體豎、橫向振動(dòng)加速度滿足限值要求；（2）列車行車安全性滿足要求；（3）貨車的行車平穩(wěn)性達(dá)到“良好”標(biāo)準(zhǔn)以上，客車的乘坐舒適度也均達(dá)到“良好”標(biāo)準(zhǔn)以上。

表4 關(guān)鍵截面內(nèi)力表及計(jì)算結(jié)果一覽表

圖3 模型單元?jiǎng)澐质疽鈭D

表5 前10階自振頻率及振型主要特點(diǎn)一覽表

6 結(jié)語

高墩大跨剛構(gòu)連續(xù)梁具有整體性好、梁縫少、支座少、縱向變形約束小、抗震性能好、軌道平順度高等優(yōu)點(diǎn)，有利于高速行車，是非常適合于200 km/h客貨共線的一種橋梁結(jié)構(gòu)形式，在國內(nèi)廣泛應(yīng)用。閩江特大橋主橋剛構(gòu)連續(xù)梁具有“高墩、大跨、長聯(lián)”的特點(diǎn)。該橋的設(shè)計(jì)為今后高墩、大跨度鐵路預(yù)應(yīng)力剛構(gòu)連續(xù)梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)積累了有益的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)同類橋梁設(shè)計(jì)有一定的參考價(jià)值。該橋16號(hào)、18號(hào)、1 9號(hào)主墩樁基已于2 0 1 5年2月完成，目前正在施工17號(hào)墩樁基和1 6號(hào)、18號(hào)、19號(hào)墩墩身部分，計(jì)劃于2017年3月底完成梁部懸臂現(xiàn)澆施工。

[1]TB 10002.1-2005,鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范[S].

[2]TB 10002.3-2005,鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]馮鵬程.連續(xù)鋼構(gòu)橋設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)問題的探討[J].橋梁建設(shè),2009,(4):46-49.

[4]TB 10005-2010,鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

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