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      蘭渝鐵路漁家咀渠江特大橋設(shè)計比選

      2022-06-07 06:01:07雷敏
      交通科技與管理 2022年10期
      關(guān)鍵詞:長聯(lián)剛構(gòu)高墩

      雷敏

      摘要 文章比選了連續(xù)梁、剛構(gòu)-連續(xù)組合梁、連續(xù)剛構(gòu)的橋式方案,比選了不同頂推力的合龍頂推方案,選擇了經(jīng)濟(jì)合理、受力合理、外觀協(xié)調(diào)的(48+4×80+48)m剛構(gòu)-連續(xù)組合梁方案,此方案集高墩、長聯(lián)于一橋。研究結(jié)果表明:通過選取剛構(gòu)墩數(shù)量及尺寸、合龍頂推力,可優(yōu)化、平衡施工過程及成橋后的橋墩受力狀態(tài),充分利用橋墩混凝土性能且保證全橋縱向線剛度足夠大。研究過程及結(jié)論可為高墩、長聯(lián)鐵路預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的設(shè)計提供有益的經(jīng)驗。

      關(guān)鍵詞 剛構(gòu)-連續(xù)組合梁;高墩;長聯(lián);比選

      中圖分類號 U448.35 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949(2022)10-0128-04

      0 引言

      連續(xù)梁結(jié)構(gòu)體系通常分為連續(xù)梁橋、連續(xù)剛構(gòu)橋和剛構(gòu)-連續(xù)組合梁橋。剛構(gòu)-連續(xù)組合梁橋是連續(xù)梁橋與連續(xù)剛構(gòu)橋的結(jié)合體,兼顧了兩者的優(yōu)點而揚棄兩者的缺點,在結(jié)構(gòu)受力、使用性能等方面均具有一定的優(yōu)越性。剛構(gòu)墩墩身內(nèi)力與其順橋向抗推剛度、距主梁順橋向水平位移變形零點的距離密切相關(guān)。抗推剛度小的墩身能有效地降低其內(nèi)力,但隨聯(lián)長的加大,墩身距主梁順橋向水平位移變形零點的距離亦將加大,在溫度、混凝土收縮徐變等荷載的作用下,墩頂與主梁產(chǎn)生很大的順橋向水平和轉(zhuǎn)角位移,墩身剪力和彎矩將迅速增大,致使部分剛構(gòu)墩難以滿足受力要求,為此,解除受力困難的剛構(gòu)墩,采用順橋向水平和轉(zhuǎn)角位移自由的支座形式,墩身受力問題得以解決。

      該文以蘭渝鐵路漁家咀渠江特大橋為例,通過連續(xù)梁橋、剛構(gòu)-連續(xù)組合梁橋、連續(xù)剛構(gòu)橋的比較分析,進(jìn)一步研究各體系的受力特點。

      1 工程概述

      漁家咀渠江特大橋位于重慶廣安市化龍寺漁家咀,屬川東丘陵地貌,地形起伏較大。橋位河段內(nèi)地層平緩,構(gòu)造單一,未見斷裂構(gòu)造。年日平均氣溫17.1°,年平均降雨量1 200 mm。地震動峰值加速度值為0.05 g,地震動反應(yīng)譜特征周期值為0.35 s。

      渠江為通航河流,航道等級為Ⅳ級。

      該橋為客貨共線單線鐵路橋梁,位于蘭渝鐵路廣安支線上,線路等級為國鐵I級,設(shè)計旅客列車行車速度為160 km/h。橋梁幾近垂直橫跨渠江,橋梁主要受地形、水文和通航控制。線路平面位于半徑為R=2 500 m、R=2 000 m 的兩反向曲線上,縱坡為?5.7‰、?5.4‰,變坡點設(shè)置在ID1K847+400處。主跨立面布置圖如圖1。

      根據(jù)地形、水文和通航情況,對主橋作了方案比選[1]。

      2 主跨跨度、主跨孔數(shù)比選

      橋址處,河槽深度大,墩高普遍較大。當(dāng)墩體及基礎(chǔ)工程量占總體工程量比重較大時,適當(dāng)增加跨長,減少高墩數(shù)量可以起到節(jié)約工程量的作用。

      主橋橫跨水面寬度340 m并需滿足雙孔單向通航Ⅳ級航道凈空要求,單孔通航需要68 m凈寬,故考慮橋墩尺寸后主跨至少大于72 m且至少布置兩個主跨。

      綜合考慮航道寬度富余量、主跨與墩高比例關(guān)系、上下部總工程量規(guī)模,對(48+2×80+48)m、(48+3×80+48)m、(48+4×80+48)m、(48+5×80+48)m四種方案進(jìn)行比選,(48+4×80+48)m方案符合各項要求且總工程量最為節(jié)約。故主橋孔跨選擇(48+4×80+48)m,后文比選均在此孔跨方案下進(jìn)行。

      3 橋式方案比選

      一般來說,剛構(gòu)、剛構(gòu)-連續(xù)組合梁的剛構(gòu)主墩采用無縱坡形式,連續(xù)梁、剛構(gòu)-連續(xù)組合梁的連續(xù)梁主墩采用縱向放坡形式,為達(dá)到形式統(tǒng)一、外觀協(xié)調(diào)的美學(xué)效果,渠江橋多跨結(jié)構(gòu)全部采用無縱坡形式,連續(xù)墩縱向壁厚1.0 m,剛構(gòu)墩縱向壁厚0.9 m。故該橋在主墩無縱坡的條件下比較不同方案墩身混凝土方量。5個主墩(29~33號)墩高分別為64.5 m、67.4 m、69 m、68.5 m和66.0 m[2-4]。

      在結(jié)構(gòu)滿足受力要求條件下,連續(xù)梁主墩混凝土方量較大,剛構(gòu)、剛構(gòu)-連續(xù)組合梁主墩混凝土方量差別不大,故剛構(gòu)、剛構(gòu)-連續(xù)組合梁方案經(jīng)濟(jì)性更佳。

      由于橋址處渠江水位常年較深,只能采用高樁承臺樁基礎(chǔ)形式,而且墩高較大,下部結(jié)構(gòu)(墩體及樁基礎(chǔ))整體剛度相對較小。由表1比較可知:在主+縱向組合下,連續(xù)剛構(gòu)、剛構(gòu)-連續(xù)組合梁縱向剛度較大,縱向位移較小。

      由表2、表3可知:恒載狀態(tài)下,各方案跨中、墩頂彎矩相對趨勢明顯,其中連續(xù)剛構(gòu)各跨跨中彎矩普遍大于其他方案,連續(xù)梁邊主墩墩頂彎矩顯著大于其他方案;連續(xù)剛構(gòu)方案29、33號墩墩底彎矩遠(yuǎn)大于其他方案。由表4可知:恒載+活載+溫度力+制動力+墩體縱向風(fēng)力組合下,連續(xù)梁跨中彎矩普遍偏大,三個方案的各主墩墩頂彎矩差異不大。在混凝土收縮、徐變、溫度力作用下,連續(xù)剛構(gòu)方案的29、33號墩成為設(shè)計難點。由表5可知:29、33號主墩墩頂、墩底彎矩極大,需要采用較大結(jié)構(gòu)尺寸才能滿足規(guī)范要求,而連續(xù)梁、剛構(gòu)-連續(xù)組合梁方案正好避免了該困難。三個方案在31號墩墩頂、墩底彎矩上有一定差異,連續(xù)梁最大,連續(xù)剛構(gòu)最小,剛構(gòu)-連續(xù)組合梁居中。連續(xù)梁墩頂、墩底彎矩巨大,需要采用較大的結(jié)構(gòu)尺寸才能控制全橋的縱向剛度、縱向位移。對于長聯(lián)結(jié)構(gòu),從墩體設(shè)計角度看,剛構(gòu)-連續(xù)組合梁方案較連續(xù)梁、連續(xù)剛構(gòu)方案更合理[7-8]。

      經(jīng)過多方面的比較,發(fā)現(xiàn)剛構(gòu)-連續(xù)組合梁方案在經(jīng)濟(jì)、受力上更具合理性、平衡性。故主橋采用(48+4×80+48)m剛構(gòu)-連續(xù)組合梁,最大墩高69 m。

      4 合龍頂推方案比選

      經(jīng)進(jìn)一步比選,確定梁體尺寸、施工順序,該文對此兩部分比選不作展開。

      梁體為單箱單室變高度箱梁。梁體全長417.2 m,橋面寬7.0 m,箱寬4.0 m,中跨中部和邊跨端部梁高3.3 m,中墩處梁高6.0 m。30~32號剛構(gòu)主墩為墩梁固結(jié)形式,29、33號主墩墩頂設(shè)支座。29~33號墩均采用16根樁徑2.5 m鉆孔樁。

      由于該橋為高墩、長聯(lián)結(jié)構(gòu),由混凝土收縮、徐變、溫度荷載導(dǎo)致的梁體縱向水平位移,引起主墩附加彎矩及變形,同時影響主梁相關(guān)部位的應(yīng)力。為此,該橋決定進(jìn)行合龍頂推方案比選,可頂推的位置有29~30號墩之間、30~31號墩之間、31~32號墩之間、32~33號墩之間,考慮到全橋其他客觀因素決定的合龍順序為:先2、5跨合龍,再1、6合龍,最后3、4跨合龍。

      最終采用頂推位置為3、4跨跨中(即30~31號墩之間、31~32號墩之間)。若2、5跨也頂推施工,對30、32號墩的彎矩及墩頂縱向位移不利,對30、32號墩靠內(nèi)側(cè)的支承處下緣應(yīng)力沒有改善。故擬對該橋3、4跨進(jìn)行合龍頂推方案比選。選取主+附荷載組合:恒載+活載+溫度力+制動力+墩體縱向風(fēng)力;墩體縱向風(fēng)力、制動力均向大里程方向加載;模型中未考慮28、29、33、34號墩支座摩阻力;考慮基礎(chǔ)沉降影響;頂推力每級50 t,最大計算頂推力400 t。

      經(jīng)分析,隨頂推力增大,由頂推力引起的各主墩墩頂位移相應(yīng)增大;當(dāng)頂推力為300 t時,各主墩墩頂位移達(dá)到約50 mm,位移在施工受控范圍。

      由表6可知:在主+附組合下,施加合龍頂推力對30、32號墩墩頂彎矩影響不大,對30、32號墩墩底彎矩影響明顯,當(dāng)頂推力達(dá)到一定時,墩底彎矩的最大值、最小值的絕對值更為接近且絕對最大值較合理,此時,30、32號橋墩在相同結(jié)構(gòu)尺寸、鋼筋配置下,能更充分發(fā)揮材料性能,提高經(jīng)濟(jì)性;施加頂推力對31號墩墩頂、墩底影響較小。

      由表7可知:施加頂推力減小了D點下緣壓應(yīng)力,由1.86 MPa減小到0.5 MPa;增加了A、B、C點上、下緣及D點上緣的壓應(yīng)力,特別是對主梁設(shè)計較為控制的B點,下緣壓應(yīng)力由0.59 MPa增加到0.9 MPa;當(dāng)頂推力為300 t時,B、D下緣壓應(yīng)力接近,兩點對設(shè)計的控制程度接近,對主梁正應(yīng)力控制點來說,300 t頂推力為最優(yōu)頂推力。

      綜上所述:300 t頂推力使主梁正應(yīng)力控制點的壓應(yīng)力得到最有利調(diào)整;頂推力引起的位移在施工受控范圍;有利地調(diào)整了大部分主墩的彎矩,改善了受力情況[5-6]。

      5 結(jié)語

      該文比選了連續(xù)梁、剛構(gòu)-連續(xù)組合梁、連續(xù)剛構(gòu)的橋式方案,并且比選了不同頂推力的合龍頂推方案,選擇了經(jīng)濟(jì)合理、受力合理、外觀協(xié)調(diào)的(48+4×80+48)m剛構(gòu)-連續(xù)組合梁方案,此方案集高墩、長聯(lián)于一橋。

      研究結(jié)果表明:通過選取剛構(gòu)墩數(shù)量及尺寸、合龍頂推力,可優(yōu)化、平衡施工過程及成橋后的橋墩受力狀態(tài),充分利用橋墩混凝土性能且保證全橋縱向線剛度足夠大。剛構(gòu)-連續(xù)組合梁橋兼顧了連續(xù)梁橋、連續(xù)剛構(gòu)橋的優(yōu)點而揚棄兩者的缺點,可作為山區(qū)鐵路的優(yōu)選橋式方案。

      研究過程及結(jié)論可為高墩、長聯(lián)鐵路預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的設(shè)計提供有益的經(jīng)驗。

      參考文獻(xiàn)

      [1]劉學(xué)謙, 陳玉龍, 潘誠. 大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋設(shè)計淺析[J]. 智城建設(shè), 2019(7): 22-23.

      [2]劉彬. 四線鐵路連續(xù)梁空心薄壁剛架主墩設(shè)計[J]. 高速鐵路技術(shù), 2019(1): 97-100.

      [3]武松. 連續(xù)梁橋懸臂現(xiàn)澆施工技術(shù)研究[J]. 技術(shù)與市場, 2019(2): 62-63.

      [4]曹愛虎. 連續(xù)梁橋設(shè)計與結(jié)構(gòu)計算分析[J]. 安徽建筑, 2019(9): 161-162.

      [5]江山. 高速鐵路橋梁連續(xù)梁工程技術(shù)要求及施工后果控制[J]. 建筑技術(shù)開發(fā), 2019(9): 136-137.

      [6]蔡忠亮. 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋施工控制及線形分析[J]. 低碳世界, 2019(5): 244-246.

      [7]鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范: TB10002. 1—2005[S]. 北京:中國鐵道出版社, 2005.

      [8]鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范:TB10002. 3—2005[S]. 北京:中國鐵道出版社, 2005.

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