鄢玉胜

(中铁第一勘察设计院集团有限公司，西安 710043)

黄韩侯铁路2×64 m T形刚构桥设计

鄢玉胜

(中铁第一勘察设计院集团有限公司，西安 710043)

重点研究双薄壁桥墩T形刚构桥的设计要点。依托黄韩侯铁路2×64 m T形刚构桥，采用有限元分析方法，建立全桥模型进行计算，研究桥墩横撑内力特性，采用圆弧形预应力横撑能较好地解决双薄壁桥墩横撑配筋设计。

铁路桥；T形刚构；结构设计；计算模型；双薄壁桥墩；圆弧形横撑

1 工程概况

新建黄韩侯铁路北塬至芝阳段地处渭北黄土旱塬，塬高沟深，有较多的深切沟槽，T形刚构桥在该种地形中拥有极好的适应能力。该桥跨越长宁河支沟，靠近沟头位置，沟槽深切，桥高约45 m[1]。深沟两侧地形陡峭，不宜设桥墩，考虑桥梁造型与美学的关系，重视桥梁与环境协调[2]，综合考虑推荐选用2×64 m T形刚构桥，全桥立面布置见图1。

图1 全桥立面布置 (单位：cm)

2 结构设计

2.1 上部结构设计

T形刚构桥一般采用变高度的箱形截面[3]，本设计梁体采用预应力混凝土变高度连续箱梁，全联总长130.3 m，计算跨度为2×64 m。墩顶位置梁高7.50 m，现浇段梁高3.50 m，梁底曲线为1.6次抛物线。箱梁顶宽11.70 m，箱梁底宽6.0 m，单侧悬臂长2.85 m，悬臂端厚20 cm，悬臂根部厚65 cm。箱梁腹板厚50～80 cm，局部加厚至110 cm；底板厚35～80 cm，局部加厚至150 cm；顶板厚35 cm，梁体构造见图2。

箱梁纵向采用全预应力理论设计，纵向预应力钢束采用高强度低松弛钢绞线。顶板T束、顶板合龙束采用15φ15.2 mm，腹板束采用12φ15.2 mm，底板束采用17φ15.2 mm，双端张拉。

图2 梁体构造 (单位：cm)

2.2 下部结构设计

2.2.1双薄壁桥墩设计

T形刚构墩梁固结，桥墩刚度不仅影响墩顶位移是否满足要求，对主梁内力影响也较大[4-6]。墩梁共同承受内力，内力是按刚度分配，如果桥墩刚度大则其分配的内力也大，不能有效发挥主梁的抗弯能力，因此选择合适的墩形对该桥的设计至关重要[7]。

该桥高约45 m，设计时对墩形进行比选。箱形截面空心墩整体刚度大，抗扭能力强，但外形笨重，施工繁琐，施工队伍素质的高低直接影响桥墩的施工质量。双薄壁桥墩对比箱形截面空心墩，其刚度较弱，但结构简洁，施工方便，施工质量更有保障，同时桥墩刚度也能满足设计要求。综合考虑墩高、跨度及施工等因素，设计时采用双薄壁带横撑桥墩。双薄壁墩在墩顶处单肢厚1.5 m，横桥向宽6.0 m。纵向采用直坡，横向采用20∶1放坡，墩底2.0 m段采用马蹄形构造，以满足刚性角要求，降低承台配筋量。刚构墩立面、侧面见图3。

图3 刚构墩侧面、正面(单位：cm)

结合文献[11]等相关研究，本设计墩身采用C55混凝土，全墩高均添加聚丙烯纤维以改善混凝土性能，增强抗裂性。

2.2.2 横撑设计

为克服双薄壁桥墩刚度较弱的特点，设计时在桥墩中间设置1道横撑。横撑的设计在整个下部结构设计中非常重要，直接影响到桥梁的整体刚度和桥墩的受力。本次设计横撑中间厚度取1.2 m，与双薄壁桥墩连接位置厚度加大至2.2 m，采用圆弧过渡，以保证力的有效传递。

为了克服横撑构件自身尺寸小、内力大的特点，在横撑设计时布置预应力钢束提供轴向力，降低横撑普通钢筋配筋难度。横撑横向设计宽度取7.19 m，布置32根7φ15.2 mm钢绞线，分2排布置，单端张拉，每排钢束交替张拉锚固。横撑预应力布置和张拉示意见图4。

图4 横撑预应力布置和张拉示意(单位：cm)

3 结构计算

3.1 上部结构纵向静力计算

3.1.1 计算模型简述

纵向静力计算采用BSAS有限元程序，按照梁段施工和钢束张拉顺序对结构进行离散。施工考虑荷载包括自重、预应力、施工挂篮重、体系转换、风荷载等。运营考虑荷载为顶板不均匀升温，整体升温，整体降温，不均匀沉降等[8]。

3.1.2 主要计算结果

(1)整体刚度控制

竖向静活载下位移：0.017 m，为跨度的1/3 765，满足规范要求≤L/800。中-活载作用下梁端转角：1.14‰，满足规范要求≤3‰[9]。

(2)截面应力及强度安全系数

运营阶段截面最大应力12.94 MPa，最小应力1.20 MPa，强度安全系数2.37(主力)、2.15(主+附)，满足文献[9]中相应条款要求。

3.2 箱梁横向计算

计算思路：箱梁横向计算采用简化计算方法，沿桥纵向取1 m梁段简化为带刚性支撑的框架结构。计算荷载包括恒载(自重和二期)、活载及温度力等。

3.3 全桥动力分析

采用元程序MIDAS建立全桥模型，按照刚度等效原则采用弹簧刚度模拟土的约束作用，主梁和薄壁桥墩之间采用刚性连接。动力计算结果见表1。

表1 全桥动力计算结果

4 结语

(1)当线路跨越“V”形沟槽与河谷时，从桥梁建筑美学的基本观点出发，桥梁除了满足使用功能外，它更应是一件建筑艺术品。采用T形刚构桥梁，可实现桥梁与环境融为一体，自然和谐。

(2)T形刚构桥整体性较好，抗震性能和抗扭性能更为出色；同时，墩梁固结有利于悬臂施工，且可以减少大型支座及其养护维修和更换[12]。

(3)双薄壁桥墩地震力作用下除了关注墩底延性设计外，墩顶及横撑构件配筋设计往往容易忽视。在地震力作用下，横撑构件内力表现为两端弯矩大，中间弯矩小。横撑构件与墩身相接处弯矩往往比墩身还大，但整个横撑构件轴力又很小，配筋难度很大。此时，结合横撑受力特点，选用两端截面大、中间截面小的圆弧形预应力横撑构件，既能大大降低配筋设计难度，又节省混凝土用量，更经济、美观。

本桥的设计为类似地形地段桥梁的选型提供了参考，设计内容和思路为后续T形刚构桥梁的设计提供了技术支持。

[1] 中铁第一勘察设计院集团有限公司.黄韩侯铁路长宁河大桥施工图设计[Z].西安：中铁第一勘察设计院集团有限公司，2011．

[2] 范立础.桥梁工程[M].北京:人民交通出版社，2001．

[3] 邵旭东 程翔云 李立峰.桥梁设计与计算[M].北京：人民交通出版社，2007．

[4] 杨正华.西平铁路(54+3×90+54)m刚构连续梁设计[J].铁道标准设计，2012(9):64-67．

[5] 钱枫.马坡洛河特大桥刚构连续梁设计[J].铁道标准设计，2010(6):87-89．

[6] 宋韬彬.主跨220 m刚构-连续组合梁桥设计[J].铁道标准设计，2009(3):29-32．

[7] 陈殿邦.双薄壁高墩连续刚构桥墩顶水平位移分析[D].西安：长安大学，2012．

[8] 中华人民共和国铁道部.TBl0002.1—2005 铁路桥涵设计基本规范[S].北京:中国铁道出版社，2005．

[9] 中华人民共和国铁道部.TBl0002.3—2005 铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范[S].北京:中国铁道出版社，2005．

[10] 中华人民共和国建设部.GB50111—2006 铁路工程抗震设计规范[S].北京:中国计划出版社，2009．

[11] 方志 王飞.大跨双薄壁高墩连续刚构桥双悬臂施工状态非线性稳定分析[J].工程力学，2009(7):155-161．

[12] 李亚东.桥梁工程概论[M].成都：西南交通大学出版社，2001．

Design of (2×64)m T Shaped Rigid Frame Bridge on Huangling-Hancheng-Houma Railway

Yan Yusheng

(China Railway First Survey and Design Institute Group Ltd.， Xi’an 710043, China)

This paper studies the design main points of T shaped rigid frame bridge with double thin-wall pier. Relying on the design of 2×64 m T shaped rigid frame bridge on the Huangling-Hancheng-Houma Railway， using finite element analysis， this paper introduces the characteristics of internal forces of the cross-brace. The study shows that arc shaped pre-stressed cross-brace can a better solution for the design of the cross-brace reinforcement for double thin wall piers．

Railway bridge; T shaped rigid frame bridge; Structural design; Calculation model; Double thin-wall pier; Arc shaped cross-brace

2014-02-16；

：2014-03-19

鄢玉胜(1981—)，男，工程师，2008年毕业于西南交通大学桥梁与隧道工程专业，工学硕士，E-mail：563500168@qq.com。

1004-2954(2014)11-0094-03

U448.23+1

：A

10.13238/j.issn.1004-2954.2014.11.022