魏洪山 中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司建設(shè)部

1 概述

近年來，在我國高速鐵路建設(shè)穩(wěn)步推進(jìn)的背景下，“八縱八橫”路網(wǎng)主骨架已逐步構(gòu)建完成，高速鐵路具有等級高、速度快、舒適性好等特點(diǎn)，是安全現(xiàn)代的交通運(yùn)輸方式。

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁具有整體性能好、結(jié)構(gòu)剛度大、變形小、抗震性能好、行車舒適、養(yǎng)護(hù)工作簡單等優(yōu)點(diǎn)，在鐵路橋梁工程中得到廣泛應(yīng)用。

本文以一座跨度為（72+136+72）m鐵路雙線連續(xù)梁橋設(shè)計(jì)為例，詳細(xì)說明了高速鐵路混凝土連續(xù)梁橋的應(yīng)用。

2 設(shè)計(jì)基本情況

（1）設(shè)計(jì)速度：350 km/h。

（2）線路情況：雙線，線間距5.0 m，直線，平坡。

（3）環(huán)境：一般大氣條件下無防護(hù)措施的地面結(jié)構(gòu)，環(huán)境類別為碳化環(huán)境，作用等級為T2。

（4）軌道結(jié)構(gòu)型式：CRTSI型雙塊式。

（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：懸臂澆筑施工。

（7）地震動(dòng)峰值加速度Ag≤0.15 g。

3 結(jié)構(gòu)構(gòu)造

3.1 主梁構(gòu)造

梁體為單箱單室、變高度、變截面結(jié)構(gòu)。箱梁頂寬12.6 m，箱梁底寬7.0 m。頂板厚度50 cm；底板厚度52 cm~120 cm，按圓曲線變化至中支點(diǎn)梁根部，中支點(diǎn)處加厚到197.9 cm；腹板厚60 cm~110 cm，按折線變化。全聯(lián)在端支點(diǎn)及中支點(diǎn)處共設(shè)4個(gè)橫隔板，橫隔板設(shè)有孔洞，梁端底板開槽與相鄰梁底板槽口對應(yīng)，中墩底板靠近中跨側(cè)設(shè)底板進(jìn)人孔，供檢查人員通過。

梁全長為281.6 m，計(jì)算跨度為（72+136+72）m，中支點(diǎn)處梁高10.015 m，邊支點(diǎn)梁高6.015 m，邊支座中心線至梁端0.8 m。梁底下緣按圓曲線變化，圓曲線半徑為401.0313 m。

全聯(lián)共分73個(gè)梁段，A0號梁段長度14 m；一般梁段分成3.0 m、3.5 m、4.0 m，合龍段長2.0 m，邊跨直線段長5.8 m，最大懸臂澆筑梁段重2462.3 kN。

中支點(diǎn)截面及邊支點(diǎn)截面如圖1所示。

圖1 中支點(diǎn)截面及邊支點(diǎn)截面（單位：cm）

3.2 預(yù)應(yīng)力體系

主梁采用縱、橫、豎向預(yù)應(yīng)力體系。

縱向預(yù)應(yīng)力采用21-φj15.2 mm、19-φj15.2 mm、17-φj15.2 mm以及15-φj15.2 mm鋼絞線，其抗拉標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度fpk=1 860 MPa。

橫向預(yù)應(yīng)力鋼束采用5-φj15.2 mm、4-φj15.2 mm鋼絞線，僅在橋梁中支點(diǎn)進(jìn)人孔處設(shè)置橫向預(yù)應(yīng)力鋼束。橫向預(yù)應(yīng)力采用單端交錯(cuò)張拉方法。

豎向預(yù)應(yīng)力采用25 mm預(yù)應(yīng)力混凝土用螺紋鋼筋。其抗拉標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度830 MPa。

4 設(shè)計(jì)荷載

4.1 恒載

（1）結(jié)構(gòu)自重

混凝土容重按《鐵路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB 10002-2017/J 460-2017）采用。

（2）二期恒載

二期恒載包括鋼軌、扣件、軌道板、砂漿墊層、混凝土基座等線路設(shè)備重，以及防水層、保護(hù)層、人行道欄桿、遮板、防護(hù)墻、接觸網(wǎng)支柱、電纜槽蓋板及豎墻等附屬設(shè)施重量。本梁為曲線有聲屏障，二期恒載按180 kN/m計(jì)。

（3）混凝土收縮徐變

根據(jù)《鐵路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB 10002-2017/J 460-2017），計(jì)算徐變終極齡期按照成橋1 500天考慮，環(huán)境條件按野外一般條件計(jì)算，相對濕度75%。

根據(jù)老化理論計(jì)算混凝土的收縮徐變，系數(shù)如下：

徐變系數(shù)終極極值：2.0（混凝土齡期6天）

徐變增長速率：0.0055

收縮速度系數(shù)：0.00625

收縮終極系數(shù)：0.00017

（4）基礎(chǔ)沉降：中墩和邊墩均按2.0 cm考慮。

4.2 活載

（1）列車豎向靜活載：縱向計(jì)算采用ZK活載。

（2）列車豎向活載橋面橫向計(jì)算采用ZK特種活載，輪重分布寬度縱向取1.5 m。

（3）列車活載動(dòng)力系數(shù)，按照《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB10621-2014）7.2.8條，列車動(dòng)力系數(shù)如下：

本橋計(jì)算動(dòng)力系數(shù)0.933，取1.0。

（4）橫向搖擺力：按《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》7.2.12條辦理。

（5）人行道及欄桿荷載：按《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》7.2.17條辦理。

（6）列車氣動(dòng)力：按《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》7.2.23條辦理。

4.3 附加力

（1）風(fēng)力：按《鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范》4.4.1條辦理，橋址處基本風(fēng)壓W0=700 Pa。

（2）溫度荷載：按《鐵路橋涵混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB 10092-2017/J 462-2017）計(jì)算。設(shè)計(jì)合龍溫度取10℃~20℃，整體升溫按+25℃、整體降溫按-25℃考慮。

非線性溫差按指數(shù)曲線變化，并考慮負(fù)溫效應(yīng)?？紤]無砟軌道、保護(hù)層、電纜槽等附屬結(jié)構(gòu)的遮擋作用，縱向計(jì)算按Ty=10e-5y(升溫），Ty=-5e-5y（降溫）兩種情況計(jì)算。橫向計(jì)算按Ty=T0e-10y（升溫），Ty=T0e-14y（降溫）兩種情況計(jì)算。

（3）列車制動(dòng)力：

橋上列車制動(dòng)力或牽引力按列車豎向靜活載的10%計(jì)算。

4.4 特殊荷載

（1）列車脫軌荷載：按《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB 10621-2014）第7.2.15條辦理。

（2）施工荷載：施工掛籃、機(jī)具、人群等按1 200 kN（最大懸灌節(jié)段重量50%）計(jì)；邊跨、中跨合龍段吊架平臺(tái)總重量按掛籃重量一半計(jì)。

（3）地震力：按《鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50111-2006）（2009年版）規(guī)定計(jì)算。

4.5 荷載組合

荷載組合分別以主力、主力+附加力進(jìn)行組合，取最不利荷載組合進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對特殊荷載進(jìn)行檢算。

5 主梁變形限值

（1）在ZK靜活載和溫度荷載組合作用下，梁體豎向撓度△限值如下：

邊跨Δ≤L/1727，中跨Δ≤L/1363

其中，L為計(jì)算跨度。

（2）ZK靜活載作用下，梁端豎向折角不應(yīng)大于1×10-3弧度。

（3）在列車橫向搖擺力、離心力、風(fēng)力和溫度的作用下，梁體的水平撓度應(yīng)小于或等于梁體計(jì)算跨度的1/4000。在ZK活載、橫向搖擺力、離心力、風(fēng)力和溫度的作用下，橋跨結(jié)構(gòu)橫向水平變形引起的梁端水平折角應(yīng)不大于1×10-3弧度。

（4）以一段3 m長的線路為基準(zhǔn)，ZK活載作用下，一線兩根鋼軌的豎向相對變形量不大于1.5 mm。

（5）軌道鋪設(shè)后，跨度大于50 m的無砟橋面豎向變形不應(yīng)大于L/5000且不應(yīng)大于20 mm。

6 結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

該橋主梁結(jié)構(gòu)計(jì)算采用西南交通大學(xué)“橋梁結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng)BSAS5.01”。全梁共劃分為168個(gè)單元，169個(gè)節(jié)點(diǎn)。

計(jì)算荷載包括恒載、活載、支座不均勻沉降、溫度變化、預(yù)應(yīng)力、體系轉(zhuǎn)換影響以及混凝土收縮、徐變等。

6.1 運(yùn)營階段截面應(yīng)力

運(yùn)營階段截面應(yīng)力見表1。

表1 運(yùn)營階段截面應(yīng)力值（單位：MPa）

6.2 運(yùn)營階段截面強(qiáng)度

運(yùn)營階段截面強(qiáng)度見表2。

表2 運(yùn)營階段截面強(qiáng)度匯總表

6.3 線型控制（符號：向上變形為“+”，向下變形為“-”）

ZK靜活載、ZK靜活載與溫度荷載組合作用下最大撓度：中跨-44.7 mm，為跨度的1/3043，小于1/1363；邊跨-8.0 mm，為跨度的1/9000，小于1/1727。

ZK靜活載作用下梁端轉(zhuǎn)角為0.47×10-3rad，小于1×10-3rad。

6.4 工后殘余徐變控制

經(jīng)過計(jì)算，本梁運(yùn)營后，中跨徐變變形值為-15.5 mm，邊跨徐變變形值為+4.0 mm。

6.5 全梁支點(diǎn)反力

全梁各支點(diǎn)反力見表3。

表3 支點(diǎn)反力表（每墩）（單位：kN）

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，本橋應(yīng)力、強(qiáng)度等各項(xiàng)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求。

7 結(jié)束語

本文針對（72+136+72）m雙線連續(xù)梁設(shè)計(jì)，對設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)概況、梁體結(jié)構(gòu)、荷載分析等進(jìn)行了介紹。通過結(jié)果分析驗(yàn)證了混凝土連續(xù)梁具有抗彎強(qiáng)度高、整體剛度好、抗裂性能高等優(yōu)點(diǎn)，憑借其優(yōu)勢成為鐵路特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方案首選。

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)結(jié)合現(xiàn)場施工的實(shí)際情況選擇合適的施工方法。支架現(xiàn)澆法施工進(jìn)度較快，根據(jù)工期要求可同時(shí)進(jìn)行多跨橋梁施工。懸臂澆筑法施工工期較長，適用于深谷、河道通航及交通要道等各種特殊情況施工。

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁是一種常見的橋梁形式，它的設(shè)計(jì)和施工技術(shù)在國內(nèi)外已經(jīng)相當(dāng)成熟，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)在滿足結(jié)構(gòu)應(yīng)力、強(qiáng)度、剛度等要求的情況下，還需有足夠的動(dòng)力，以保證行車的平穩(wěn)度與舒適度，同時(shí)兼顧連續(xù)梁橋外形的美觀簡潔及橋梁建設(shè)成本的經(jīng)濟(jì)性。