合蚌高铁连续梁拱组合结构设计及后期徐变研究

齐 林

(中铁上海设计院集团有限公司，上海 200070)

1 工程概况

新建铁路合肥至蚌埠高铁于DK49+145.107处跨越淮南铁路，线位与既有线夹角为13°。该段既有淮南线为双线，线间距4.0 m，路基宽12 m，填土高1.8 m，正在进行电气化改造。合蚌客专采用主跨为160 m连续梁－拱组合桥跨越。

合蚌高铁跨淮南铁路特大桥主桥采用(76+160+76)m预应力混凝土连续梁拱的组合结构(见图1)。

主要技术标准如下。

(1)线路:高铁，双线，主桥平面位于曲线，纵坡i=9‰，设计行车速度为350 km/h。

图1 主桥总布置(单位:cm)

(2)设计恒载:混凝土容重26.5 kN/m3;二期恒载141.37 kN/m;支点不均匀沉降2 cm。

(3)设计活载:ZK活载。

(4)线路条件:本桥位于半径R=10 000 m的平曲线上，半径30 000 m的竖曲线上。

2 主桥结构设计

2.1 主梁构造及节段划分

(1)截面形式

主梁采用单箱双室变高度箱形截面，直腹板，中支点处梁高8.5 m，跨中及边支点处梁高5.0 m，底板下缘采用圆弧过渡，箱梁普通段顶宽13.3 m，底宽10.2 m，中支点处顶部加宽至16.1 m、底宽14.3 m。

箱梁顶板厚度42 cm，边支点局部加大至72 cm，中支点局部加大至102 cm;底板厚度35～102 cm，边支点局部加大至80 cm，中支点局部加大至140 cm;横向三腹板等厚，厚度沿纵向分为40 cm、55 cm、70 cm三种，边支点局部加大至85 cm，中支点局部加大至130 cm。

(2)横隔板设置

全梁共设置5道横隔板，其中边支点、中支点各2道，中跨1道，厚度分别为1.6 m，4.0 m，1.0 m。

(3)吊点横梁设置

对应全桥17道吊杆，梁部设置17道吊点横梁，横梁高1.54 m，宽0.4 m，横向长13.3 m。

2.2 主梁预应力

主梁设置纵向、竖向双向预应力，纵向预应力筋采用1x7－15.2－1860－GB/5224－2003预应力钢绞线。纵向预应力钢束采用OVM锚具，管道采用金属波纹管成孔。由于主梁横向采用单箱三室截面，该桥未设置横向预应力。

竖向预应力采用φ32 mm高强精轧螺纹钢筋，内径45 mm铁皮管成孔。腹板厚0.4～0.7 m，竖向预应力均于梁顶张拉。

2.3 拱肋构造

主拱采用钢管混凝土结构，计算跨度L=160 m，设计矢高f=32 m，矢跨比f/L=1/5，拱轴线采用二次抛物线，设计拱轴线方程:Y=－1/200X2+0.8X。拱肋弦管及缀板内填充C55微膨胀混凝土，拱肋截面如图2。

图2 拱肋截面(单位:cm)

2.4 横撑

两榀拱肋中心距12.5 m，全桥共设11道横撑，横撑均采用空间桁架撑，各横撑由4根φ450×12 mm主钢管和32根φ250×10 mm连接钢管组成，横撑和斜撑均采用Q235qD钢材，钢管内部不填混凝土，如图3。

图3 横撑截面(单位:mm)

2.5 吊杆

吊杆顺桥向间距8m，全桥共设17组双吊杆。吊杆采用PES(FD)7－55型低应力防腐拉索(平行钢丝束)，外套复合不锈钢管，配套使用LZM7－55型冷铸镦头锚。吊杆上端穿过拱肋，锚于拱肋上缘张拉底座，下端锚于吊点横梁下缘固定底座。

3 施工方法

该桥施工方法采用“先梁后拱”，主梁采用挂篮悬灌、主拱肋采用“异桥位拼装、纵移就位”施工，下部结构的圆端形实体桥墩采用现浇，基础采用钻孔桩。

4 主梁工后徐变影响因素分析

连续梁－拱组合桥由主梁、拱肋及横撑、吊杆三部分组成，主梁工后徐变表现为:连续梁的徐变以及拱肋、吊杆协同抑制主梁变形的作用，即理论上主梁产生的挠度是拱肋挠度与吊杆伸长量之和。对于连续梁的工后徐变，其主要影响因素除了空气相对湿度、水泥品种、混凝土配合比外，结构构造及加载龄期也影响较大，结构构造表现为结构的截面高度，加载龄期表现为全桥合龙时间及合龙索的张拉顺序、二期恒载的加载时间;对于拱肋及吊杆对主梁工后徐变的影响因素，主要表现为拱肋结构高度、吊杆类型选择及其间距布置等因素。针对上述影响因素进行了计算分析，初步反映了连续梁－拱组合桥三构件的徐变变形关系。

4.1 结构构造因素对主梁工后徐变影响计算

在主梁支点截面梁高8.5 m基础上，根据铺轨后的时间长短，进行主跨跨中、边跨支点截面梁高4 m和5 m、吊杆间距8 m和9 m、拱肋高度3 m和4 m进行组合，其代表性截面－主跨跨中截面的计算结果如表1。

表1 跨中截面徐变值 mm

从表1可以看出，当支点截面梁高一定时，主要比选结果如下:

①3 m拱高和8 m吊杆间距情况下，主梁跨中，边跨支点截面4 m、5 m梁高的主梁徐变值分别为18.23 mm，16.13 mm;4 m拱高和8 m吊杆间距情况下，主跨跨中，边跨支点截面4 m、5 m梁高的主梁徐变值分别为19.41 mm，16.83 mm。可见，主跨跨中、边跨支点截面高度增加，主梁工后徐变值降低，变化幅度约10%，效果较为明显。

②主跨跨中和边跨支点截面梁高4 m、3 m拱肋高，吊杆间距8 m、9 m，主梁徐变值分别为18.23 mm、18.38 mm。可见，吊杆间距减小，主梁徐变变形值降低，但效果不太明显。

③8 m吊杆间距布置，主跨跨中、边跨支点截面梁高4 m，3 m、4 m拱肋高主梁的徐变变形值分别为18.23 mm，19.41 mm;主跨跨中、边跨支点截面梁高5 m，3 m、4 m拱肋高主梁的徐变变形值分别为16.13 mm，16.83 mm;可见，随着拱肋高度增加，主梁的工后徐变值增大。

根据以上计算研究成果，该连续梁－拱的设计采用支点截面梁高8.5 m，主跨跨中、边跨支点截面梁高5 m，拱肋高3 m，吊杆间距8 m的参数，对控制主梁工后徐变影响是合理的。

4.2 合龙索的布置及张拉顺序对主梁徐变上拱影响计算分析

影响徐变上拱度的因素很多，在结构尺寸、外荷载及施工方案确定的情况下，可以进行调控的主要有纵向索的配置和吊杆张力的调整两种方式。由于本桥吊杆终张力已经接近最小值，设计中主要通过梁体纵向索来调整徐变上拱度。对纵向索的布置进行试算，发现合龙索特别是中跨中上缘的合龙索对徐变上拱度影响显著，可进行调索控制。

采用MT1、MT2、MT3进行调索，其中 MT1—中跨合龙索，长度46 m;MT2—中跨合龙索，长度72 m;MT3—中跨合龙索，长度175 m，过中支点。不同的预应力索组合时主梁的徐变及应力结果如表2。

表2 中跨中上缘合龙索配置效应

综合比较，中跨中上缘合龙索采用6+2+0的方案，即6根MT1+2根MT2+0根MT3预应力索时最为合适。

4.3 二期恒载加载时间对主梁工后徐变影响

本次结构设计，分别就成桥后0个月、2个月(60天)、6个月(180天)、8个月(240天)和10个月(300天)加载二期恒载进行了综合计算，结果见表3。

表3 二期恒载加载时间引起的工后徐变值 mm

从表3可以看出，延长加载龄期，混凝土弹性模量提高，减少了弹性变形，徐变终极值也相应变小。

4.4 徐变终极值采用及规范选用结果比较

采用不同的徐变系数计算结果如表4。

表4 成桥1 000天后采用铁路05桥规不同徐变系数下的结果 mm

本次设计采用徐变系数为2.0的结果。

采用不同规范的计算结果如表5。

表5 采用不同规范的计算结果 mm

徐变的计算值与设计规范及计算程序的处理方式均有关系，铁路“05桥规”认为收缩徐变的完成时间设为3年(1 000天)就可以满足收敛要求，“中交85规范”与“中铁05规范”类似，而“中交04规范”计算收缩徐变的完成时间较长(按50年考虑)。

5 结论

九龙岗特大桥主跨采用(76+160+76)m连续梁拱组合桥结构，位于曲线上，是目前国内同类桥型中最大跨度的曲线连续梁拱桥。通过桥式方案的比选，提出了合理的结构，解决了组合结构的构造处理和空间受力问题，降低了梁高，减少桥长，节省了工程费用。

针对桥面采用无砟轨道CRTS－Ⅱ型板的要求，通过研究提出了调整跨中及边跨支点截面高度，减小吊杆间距等设计思想，明显改善了主梁工后徐变作用，解决了列车时速350 km高铁桥梁跨度160 m以上曲线连续梁结构的徐变控制问题。

提出了“异位拼装，纵向就位”的主拱架设方法，解决了传统方法中拼装时间长，给桥下既有铁路带来安全隐患的难题，节省了投资，提高了工效，有效降低了安全风险。

采取以下措施可降低工后徐变值:①增加主跨跨中、边跨支点截面高度;②吊杆间距减小;③拱肋高度降低;④主梁纵向预应力索的布置与调整。

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