重庆地铁六号线高架段(40+64+64+40)m连续刚构桥的设计

姜宁宁

(中铁第一勘察设计院集团有限公司桥隧处，陕西西安 710043)

1 工程概况

2 全桥主要结构尺寸

梁体采用单箱单室变高度直腹板箱形截面，中支点处梁高3.8 m，跨中及边墩现浇段处梁高2.0 m，梁底曲线为二次抛物线，抛物线方程为y=0.002 07x2。箱梁顶宽5.5 m，底宽3.3 m，悬臂端厚15 cm，悬臂根部厚35 cm，悬臂长1.1 m。箱梁腹板厚40～60 cm;底板厚30～60 cm;顶板厚30 cm。顶板设60 cm×20 cm的梗胁，底板设20 cm×20 cm的梗胁，箱梁中支点设置厚300 cm横隔墙，梁端设厚100 cm横隔墙。为增强施工过程中的抗扭刚度，在中跨的跨中以及1/4跨处，增设30 cm厚的横隔板。横截面尺寸见图1。

图1 箱梁横截面(单位:cm)

受城市规划的控制，此处可以放置墩身的绿化带最大横向宽度为6 m，故刚构墩采用矩形实体桥墩，墩顶截面尺寸为3.3 m(横桥向)×3.0 m(顺桥向)，墩身直线段2 m，随后横向、纵向放坡，坡率42∶1。墩顶与箱梁0号段一起浇筑。

箱梁钢束:箱梁采用全预应力理论设计，钢束均采用12φs15.2 mm钢绞线。中支点处配置纵向10束腹板钢绞线，顶板配置纵向14束钢绞线;边跨顶板配置纵向3束钢绞线，底板配置纵向6束钢绞线;中跨跨中顶板配置纵向2束较短的钢绞线，底板配置纵向10束钢绞线。中跨箱梁截面预应力布置图见图2。

同时，箱梁腹板内设置竖向预应力钢筋，纵向间距约0.5 m，采用直径32 mm的PSB830螺纹钢筋，抗拉强度标准值 fpk=830 MPa，弹性模量 Ep=2.0×105MPa。

图2 箱梁截面预应力布置(单位:cm)

3 结构计算

3.1 计算方法

平面静力计算采用西南交大BSAS软件，空间计算分析采用Midas建模分析。

3.2 静力计算

梁部计算模式共划分108个单元，109个节点，共33个施工阶段。全桥梁部采用C50混凝土，考虑混凝土的收缩、徐变，分别考虑主力、主力+附加力两种荷载组合。预应力钢束的各项损失均按《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》执行。

3.2.1 箱梁纵向计算

由于地质条件相对较好，因此未按等刚度原理对桩基础进行模拟，即不计桩基础的影响，近似按承台底固接考虑，中主墩与主梁固接。

杨湾在杆子的带领下，很快搭起了几十座一模一样的庵棚。庵棚前的红布早换成红旗了，哗啦啦地飘着。当破犁铧的铃声在晨雾中响起时，一村的男女老少揉揉惺忪的眼睛，拿着碗筷围到高岗上热气腾腾的几口大锅前。杨湾人重新吃起了大锅饭。上边发放的救济物品全都集中到生产队，衣服按人头发放，破了交给缝纫组缝补，头痛发烧有赤脚医生。就连住的，也不分亲疏远近，男的一堆女的一块。杆子说，咱们这可是因祸得福了，提前迈进了共产主义。

按《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》要求分别对混凝土和预应力钢束的各项指标进行控制。

部分计算参数:箱梁采用C50混凝土，混凝土弹性模量为3.55×104MPa，极限抗压强度33.5 MPa，极限抗拉强度3.10 MPa。环境相对湿度70%，混凝土平均加载龄期按10 d计，终极龄期按1 500 d计。预应力钢束管道摩阻系数 μ=0.23，管道偏差系数 k=0.002 5，一端锚具回缩6 mm，松弛损失0.03σcon，锚下张拉力采用2 047.6 kN。考虑相邻两桥墩基础不均匀沉降值取1 cm。桥梁合龙温度按10℃ ～15℃考虑，整体升温按20℃考虑，整体降温按15℃考虑(不含混凝土收缩影响)，不均匀升温按照《公路桥涵设计通用规范》取值。

墩截面尺寸的选择:由于墩顶与主梁固接，墩身刚度对刚构的内力会产生影响。同时，检算悬臂施工状态下，桥梁的横向抗风稳定性。本次计算选用了3.3 m(横)×3.0 m(纵)和4.319 m(横)×3.0 m(纵)两个尺寸进行了计算比较，见表1，可以看出墩身尺寸减小，而中支点处负弯矩明显减小。

表1 中支点负弯矩比较

3.2.2 箱梁横向计算

箱梁横向按支承在主梁腹板中心线下缘的箱形框架计算。由于箱梁为单箱单室截面，两道腹板下缘的支承刚度相同，据此检算顶板、底板、腹板的厚度并配置钢筋。

3.2.3 空间分析

采用Midas建模。梁与刚构墩之间采用刚度非常大的虚梁连接，分别对梁体的扭转变形、整体结构的竖向自振频率等进行了计算。计算模型见图3。

图3 全桥计算模型

通过计算，可以看出该桥竖向刚度较大，横向刚度较纵向刚度弱。按铁路规范及公路规范要求，本桥主梁的横向自振周期均不满足规定(见表2)。由于本桥的构造尺寸受其它控制因素的影响已经无法有较大的改变，经过反复的研究计算，最后本桥设计参考了南昆铁路设计技术要求(铁建鉴［1992］93号文“关于南昆线四座大桥横向刚度的补充技术要求”)中桥梁横向第一阶振型的自振周期T≤1.7 s的规定，按照此项规定，本桥的横向刚度满足技术要求。本桥现已投入使用，在施工以及运营的过程中，此桥一切状况良好，表明横向刚度的控制是合理的，可以为同类桥梁遇到此类问题提供借鉴。

表2 特征值分析

3.2.4 计算结果

主要计算结果见表3。

表3 主要检算结果

4 结果分析

1)为使边跨正弯矩和中支点负弯矩大致接近，以便布束更趋合理。以此为原则，连续刚构需要设置合理的跨径比，一般认为L1/L2=0.239～0.692(边跨/主跨)，本桥边跨/主跨为0.625。

2)通过计算，连续刚构梁的变形最大为1 cm，在设计规范控制范围内，最大挠度发生在中跨1/2跨度处。说明桥梁的实际刚度要大于理论刚度，有较大的安全储备。1/4和3/4跨度处的挠度值靠近挠度的反弯点，数值较小，综合全桥可以看出，挠度变化值普遍偏小。

3)通过计算，可以看出整个连续刚构梁的截面应力分布比较均匀，说明该梁受力性能良好。需要说明的是墩身截面的选择对桥墩受力影响显著，降低墩身宽度，能有效地降低墩身刚度，从而能迅速减小温度荷载效应。对边主墩效果更为明显。但墩身厚度同时受截面应力状态和稳定性的限制，存在一个低限。

4)对地铁设计来说，由于受控制的条件比较多，现有的铁路及公路规范横向刚度限值有时并不适用，横向刚度的参考值还有待研究;必要时，可以通过车桥系统动力响应计算与分析，寻求保证列车安全、平稳舒适运行的最小横向刚度指标。

5 结语

通过对本桥的计算分析，预应力混凝土连续刚构以结构受力性能好、变形小、伸缩缝少、行车平顺舒适、造型简洁美观、养护工程量小及抗震性能好等特点，成为富有竞争力的桥型之一。

［1］范立础.桥梁工程［M］.北京:人民交通出版社，2001.

［2］周军生，楼庄鸿.大跨径预应力混凝土连续刚构桥的现状和发展趋势［J］.中国公路学院学报，2000，13(1):31-37.

［3］全开华，冯卫军，李云.连续刚构桥梁的延性地震响应分析与应用［J］.铁道建筑，2011(11):23-25.

［4］苏青青，王海良.边中跨比对大跨度连续刚构桥徐变变形影响分析［J］.铁道建筑，2012(1):1-3.

［5］中华人民共和国铁道部.TB 10002.3—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.

［6］中华人民共和国铁道部.铁建鉴［1992］93号 关于南昆线四座大桥横向刚度的补充技术要求［Z］.北京:中华人民共和国铁道部，1992.