刘国

（中国铁路设计集团有限公司，天津 300308）

1 引言

本文结合某高速铁路四线H型框架墩的设计，介绍了框架墩的构造特点，对框架墩结构进行检算，为后续高铁工程类似结构的设计提供参考。

2 力学性能分析

2.1 桥墩概况

横梁采用预应力混凝土结构，混凝土等级为C50。墩柱顶部1.5m范围内采用C50混凝土，顶部1.5m以下部分采用C40混凝土。框架墩上部支撑32m+32m简支梁，采用钻孔桩基础。框架墩横向跨度16m，上部高铁处墩高30.5m，下部机场线与高铁高差4m。横梁跨中处梁高3m，支点处梁高3.8m。

考虑到左右侧墩柱承受荷载不同，墩柱的强度需求不同，其横截面尺寸也不同，左柱横向宽度3.6m，纵向宽度4m，右柱横向宽度3m，纵向宽度3.6m。左柱处横梁纵向宽度4.2m，右柱处横梁纵向宽度3.8m，下层横梁纵向做成变截面结构。

高铁线先于机场线运营，双层框架墩上层为高铁线，下层为机场线。在高铁线运营期间，施工机场线箱梁，完成后高铁线与机场线同时运营。

2.2 结构计算

采用MIDAS/Civil程序空间梁单元建模，检算横梁受力；采用偏心受压构件计算程序，检算桥墩受力。因基础的刚度对结构计算的影响比较大[1]，大跨度框架墩对基础的约束非常敏感[2,3]，本设计取0.5～2倍基础理论刚度包络计算。

2.2.1 横梁检算

竖向静活载引起的框架墩横梁跨中处挠度为-5.05mm，静活载挠度为横梁跨度的1/3168，满足规范要求。

1）施工阶段应力检算

由于架桥机荷载远小于（二恒+活载）值，因此，施工阶段仅验算停梁工况（钢束张拉到位未架梁之前工况）。停梁工况下应力计算结果如表1所示。

表1 停梁工况应力计算结果

停梁工况下，横梁上缘最大压应力为9.02MPa，混凝土出现拉应力，最大拉应力为0.2MPa；横梁下缘最大压应力为8.85MPa，最小压应力为1.11MPa。施工阶段横梁上下缘应力均满足规范要求。

2）运营阶段应力检算

主力及主+附工况下运营阶段应力检算结果如表2和表3所示。

表2 主力工况下运营阶段应力计算结果

表3 主+附工况下运营阶段应力计算结果

运营阶段主力工况下，横梁上缘最大压应力为7.76MPa，最小压应力为1.75MPa；横梁下缘最大压应力为8.72MPa，最小压应力为1.52MPa。运营阶段主+附工况下，横梁上缘最大压应力为11.20MPa，混凝土出现拉应力，最大拉应力为1.00MPa；横梁下缘最大压应力为9.35MPa，最小压应力为0.80MPa。施工阶段横梁上下缘应力均满足规范要求。

2.2.2 墩柱刚度

H型框架墩采用1倍基础刚度，墩身刚度按以下方式提取。方式一：仅在上层横梁相应梁位处添加单位力，提取上层横梁垫石顶处的位移；方式二：在上下层横梁相应梁位处同时添加单位力，提取上层横梁垫石顶处的位移。刚度结果如表4所示。

表4 墩身刚度结果

2种方式下框架墩墩顶纵向刚度均满足规范要求。

3 结语

考虑到高铁运营时，机场线梁部尚未架设，合理确定了框架墩横梁应力控制指标。根据设计经验、结合高铁及机场线加载位置拟定结构尺寸，选用有限元软件进行分析计算，评判结构尺寸、墩柱刚度等的合理性。