(70+125+70) m跨铁路转体连续梁桥设计

2013-01-16刘润舟

铁道标准设计 2013年12期

刘润舟

(南昌铁路勘测设计院有限责任公司,南昌 330002)

1 概述

共安大桥全长约750 m，双向6车道，行车速度40 km/h，主桥为(70+125+70) m三跨预应力混凝土变截面连续箱梁桥[1-2]，其平面位于半径1 500 m的圆曲线上，桥面全宽26.5 m，主跨跨度为125 m，跨越(南)昌九(江)城际铁路、京九铁路，桥梁中心线与铁路线路斜交，斜交角度为79°15′23″。桥下净空满足电力牵引区段双层集装箱桥梁建筑限界的要求，净高不低于8.5 m，并考虑转体半径范围内可能存在有关设备影响，成桥后桥下净高为9.65 m。该桥为两幅桥在同一个桥墩上转体，其转体总质量达14 510 t，在我国目前在建及已建成的转体连续梁桥[3-7]中较为罕见。

2 桥位、桥型比选

2.1 桥位比选

共安大桥位于江西省九江市德安县开发区，跨越德安站站场内(南)昌九(江)城际铁路及京九铁路(共9股道)，分别为货场线2股道，京九线3股道和昌九城际铁路4股道。大里程方向有德安站高站台、站房及雨棚等建(构)筑物，小里程方向为2-12 m排水框架桥，故拟定桥位在两者之间，与京九下行线交叉里程为K1365+564。

2.2 桥型比选

由于桥型选择关系到跨度组成、施工方法及工程投资等诸多因素，根据安全、适用、耐久、经济的桥梁设计原则及桥位处路基宽度达70 m以上的实际情况，并综合考虑各种桥型结构受力的合理性、技术先进性且施工时桥梁结构及模板、机具设备等不得侵入限界、不影响路基边坡稳定及线路排水侧沟等因素，经过(100+100) m挂篮施工后转体平行双索面独塔斜拉桥、(54+90+54) m悬臂浇筑预应力混凝土连续梁桥、(35+125+35) m中承式钢管混凝土拱桥和(70+125+70) m转体预应力混凝土连续梁桥4个桥型方案的比选，最终确定采用(70+125+70) m转体预应力混凝土连续梁桥方案。

3 主梁结构设计

主桥计算跨度为(70+125+70) m，主梁采用双幅单箱单室截面，中支点梁高7.0 m，边支点梁高3.2 m，箱梁底宽7.0 m，两侧悬臂长度均为3.0 m，箱梁顶宽13 m，翼缘悬臂板端部厚20 cm，根部厚70 cm，其间折线变化。梁体边支点及中支点处设端横梁及中横梁，端横梁厚1.5 m，中横梁厚3.6 m。边支座至梁端0.7 m，主梁单幅设3个合龙段，合龙段长度2.0 m。箱梁支点底部为满足放置支座的尺寸要求，底部加宽至7.6 m。主梁边跨、中跨之比为0.56/1，中支点梁高与跨度之比为1/17.86，跨中梁高与跨度之比为1/39.1。梁顶设2.0%的横坡，梁底板水平，梁底曲线及底板厚度均采用二次抛物线变化，曲线变化段长度54 m。箱梁横断面顶板厚度为30 cm，底板厚度为30～80 cm，腹板厚度为50～80 cm，顶板、底板及腹板在支点及其附近截面局部加厚，其立面布置见图1，跨中及中支点横截面见图2。

图1 全桥立面布置(单位：m)

图2 跨中及支点处横断面(单位：cm)

梁体采用三向预应力体系。纵向预应力钢束主要采用15φs15.2抗拉强度标准值为fpk=1 860 MPa的高强度低松弛钢绞线，预应力管道采用金属波纹管成孔，张拉端及固定端锚具采用圆锥形锚具；横向预应力钢筋采用3φs15.2型预应力束，扁形金属波纹管成孔，单端张拉；竖向预应力筋采用JL32精轧螺纹钢筋，其抗拉强度标准值fpk=930 MPa。

4 结构整体计算

4.1 计算原则及参数

(1)梁体自重：26.25 kN/m3。

(2)二期恒载：51.5 kN/m。

(3)汽车荷载：按城-A级采用。

(4)温度荷载：结构沿截面均匀温度变化产生的内力按结构整体升、降温20 ℃计算；非均匀温度变化按照采用沥青混凝土桥面铺装对应温度基数，即正温差时梯度温度T1=14 ℃，T2=5.5 ℃，反温差为正温差乘以-0.5。

(5)预应力钢筋参数：钢束与管道壁间的摩阻系数μ取0.23，管道偏差系数κ取0.0015，锚具回缩量每端取6 mm，锚下控制应力取1 395 MPa。

(6)不均匀沉降：每支点按20 mm考虑。

(7)混凝土收缩徐变：按10年采用。

4.2 计算方法

采用桥梁博士及BSAS两套有限元软件进行整体计算，主梁划分为83个单元，15个不同截面，边支点及中支点处取其附近截面，不模拟横隔板，其自重以集中力形式作用于支点处。根据不同施工阶段，激活相应单元、施加该阶段荷载并张拉预应力钢束模拟施工过程，静力计算模型如图3所示。

图3 1/2计算模型节段划分(单位：cm)

4.3 施工阶段划分

主要施工步骤为对称悬臂浇筑箱梁节段、张拉相应节段的预应力筋、称重、配重、转体、封铰、浇筑边跨直线段、浇筑边跨合龙段、张拉边跨合龙钢束、浇筑中跨合龙段，张拉中跨合龙钢束、施工桥面系。据此共划分为40个施工阶段。

4.4 静力计算结果

经计算，荷载短期效应组合计算的长期挠度为66 mm，在消除自重产生的长期挠度后主梁的最大挠度为46 mm，不超过计算跨度的L/600=208 mm，符合规范要求。

计算结果表明在各控制组合作用下，梁体应力分布较为均匀，箱梁顶、底板均未出现拉应力，并有一定的压应力储备，主要静力计算结果见表1～表5，表中数据表明结构能够满足全预应力构件的要求。

表1 长期效应组合下结构正应力 MPa

表2 短期效应组合下结构正应力 MPa

表3 标准组合下结构正应力 MPa

表4 短期效应组合下结构主应力 MPa

表5 标准效应组合下结构主应力 MPa

5 转体施工

5.1 系统组成

转体[8-9]系统由转动、牵引和平衡系统组成，其核心部件是球铰[10-12](图4)，球铰安装在上下承台中，在连续张拉千斤顶的作用下可绕桥墩中心的一根定位钢轴转动，从而带动上部结构整体旋转。当转体结构处于平衡状态时由下部球铰支承，转体结构发生倾斜时由球铰和撑脚共同支承。

图4 转体系统构造(单位：cm)

球铰选用725所设计生产的14 500 t转体球铰，平面直径D=4.0 m。其中上球铰镶嵌于上转盘，下转盘埋入下承台，通过型钢支架与下承台固定。

在上转盘上设置8对D=90 cm的钢管混凝土撑脚，管内填充C50钢纤维混凝土。撑脚中心与滑道中心一致，滑道为中心直径12.4 m，宽度1.2 m的环形带状区域，滑道与撑脚之间留10 mm的间隙，以保证在转体过程中发生倾斜时能够支承于滑道上，不至于发生较大的位移。

牵引索埋于上转盘内，采用15φs15.2预应力钢绞线穿过反力座，采用单端张拉，2根牵引索连接到同步张拉千斤顶，其平面布置见图5。

图5 转体系统平面(单位：cm)

5.2 转体过程

施工时先在路基外顺线路方向挂篮悬臂浇筑两幅箱梁各节段，至形成转体前长达123 m最大悬臂状态T构[13-14]后，进行称重以明确梁体施工过程中的不平衡状态，同时确定转体所需配置的平衡重。转体速度约为0.02 rad/min，转动角度为80°，单个T构转体用时约80 min。转体到位后立即进行封铰，以避免球铰再发生微小转动引起梁体的较大位移。

6 结语

跨线桥跨度的确定除应满足结构受力合理性外，还应满足《铁路技术管理规程》有关限界、线路设备安全、路基边坡稳定及临近既有线施工对既有线影响等诸多因素，需经过全面调查并进行方案比选后确定。而连续梁结构具有结构刚度大，施工工艺成熟，外形曲线优美等特点，结合跨越铁路相关要求，且转体施工方法能有效减少跨线桥对既有线运营的影响，故转体连续梁桥具有较好的经济和社会效益，已经越来越多地应用于上跨公路、铁路立交桥中。

[1] 中华人民共和国交通部.JTG D62—2004 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].北京:人民交通出版社，2004．

[2] 中华人民共和国交通部.JTG D60—2004 公路桥涵设计通用规范[S].北京:人民交通出版社，2004．

[3] 范立础.预应力混凝土连续梁桥[M].北京:人民交通出版社，2001．

[4] 马玉方.变截面预应力混凝土连续梁桥合龙段施工时间确定研究[J].公路，2008(10):57-59．

[5] 刘玲.温福铁路鳌江特大桥主跨130 m双线连续梁设计研究[J].铁道勘测与设计，2005(1):24-27．

[6] 彭海军.都匀老豹窝大桥连续梁设计[J].中国水运，2010(3):156-157.

[7] 张新宇.昌南大道跨京九线(90+132+90) m预应力连续梁设计[J].铁道标准设计，2009(6):28-30．

[8] 张联燕，程懋方，等.桥梁转体施工[M].北京:人民交通出版社，2002．

[9] 王建斌，张为，赵星.跨苏嘉杭特大桥主桥转体施工技术[J].铁道标准设计，2006(6):54-56．

[10] 刘建红.绥芬河斜拉桥设计与转体施工[J].铁道标准设计，2009(8):48-50．

[11] 王文利.双幅同步转体法施工大吨位T构桥设计研究[J].铁道标准设计，2009(12):75-78．

[12] 毕树兵.2×96 m斜拉桥跨铁路线的转体施工[J].铁道建筑，2012(2):19-21．