合蚌高铁(76+160+76)m连续梁拱组合结构设计研究

齐 林

(中铁上海设计院集团有限公司，上海 200070)

合蚌高铁(76+160+76)m连续梁拱组合结构设计研究

齐 林

(中铁上海设计院集团有限公司，上海 200070)

通过对合蚌高铁(76+160+76)m连续梁拱组合结构的研究，介绍了主桥结构设计要点和施工方法，指出采用“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，降低了运营风险。

连续梁拱，组合结构，动力分析，拱肋稳定计算

1 工程概况

新建铁路合肥—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。主桥桥型布置图见图1。

主要技术标准如下：

1)线路：高铁，双线，线间距5 m，主桥平面位于曲线，纵坡i=9‰，设计行车速度为350 km/h。

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)截面尺寸。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、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，中支点处顶局部加宽至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 cm～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，中跨中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。主桥横断面见图2。

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1×7-15.2-1860-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，虽横向较宽(达13.3 m)，该桥并未设置横向预应力。

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 m～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。拱肋截面见图3。

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，见图4。

2.5 吊杆

吊杆顺桥向间距8 m，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)，抗拉强度标准值fpk=1 670 MPa，Ep=2.0×105MPa。

2.6 拱脚构造

1)拱脚尺寸。纵向12 m，横向1.8 m，对应边腹板范围由2.75 m加宽至3.35 m，以将拱脚竖向力传至支座、桥墩。

2)联接铰。联接铰为临时构件，设在拱脚第一、二次浇筑混凝土面上，铰间涂抹黄油，以保证铰能转动。

3)预埋钢管。沿拱脚混凝土浇筑分层线以下，预埋钢管外壁满布剪力钉，钢管底部与圆形钢板并通过加劲肋加强，圆形钢板下设4层承压钢筋网。

4)预应力筋及普通钢筋设置。拱脚段沿拱肋轴线两侧满布φ32的竖向预应力筋，下端固定在梁底。

普通钢筋主要是面筋，沿纵、横向设置两层圈梁式面筋，另外沿预埋钢管轴向设置@15 cm的箍筋。

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。

拱脚混凝土浇筑分为两阶段，一期部分混凝土随0号块一起施工，混凝土浇筑之前、定位角钢、预埋钢管、联结铰下部及预应力筋锚固端精确定位、预埋，待0号块纵向索张拉完成后，张拉拱脚竖向预应力筋；随后悬臂浇筑并合龙梁部，在梁上拼装拱肋，安装联结铰，竖转并合龙拱肋，施工拱脚嵌补段，拆除联结铰，再浇筑拱脚二期混凝土。

4 主要计算结果

主梁在成桥阶段及运营阶段的正应力计算结果见表1，主应力计算结果见表2，主梁抗裂及强度计算见表3，拱肋强度计算结果见表4。

表1 主梁正应力计算结果 MPa

表2 主梁主应力计算结果 MPa

表3 主梁抗裂及强度计算结果

表4 拱肋强度计算结果

从表1～表4可见，主梁正应力、主应力、抗裂、强度及拱肋强度均满足规范要求。

理论计算残余徐变变形：中跨跨中上拱16.6 mm，边跨跨中下挠5.3 mm。

在ZK静活载作用下中跨最大挠度值-30.4 mm,为跨度的1/5 263，小于L/1 500，边跨挠度-11.4，为跨度的1/6 667，小于L/1 500。

在ZK静活载作用下，边跨与中跨支座转角为0.595‰(rad)和0.564‰(rad)，均小于1‰(rad)。

5 拱肋稳定计算[1-6]

拱肋稳定计算的模式即格构柱的稳定计算模式，格构柱一般纵、横向均存在整体与局部稳定，分述如下：

1)纵向稳定：由于拱肋纵向上、下钢管之间采用连续的缀板或很密的弦管，其单管局部稳定可以保障，因此规范对纵向只检算整体稳定。

2)横向稳定：由于拱肋横向撑不连续且刚度变化较大，一般存在局部稳定问题，规范中横向稳定的计算公式综合考虑了整体与局部两个方面，其中拱肋间距、双拱特性是整体方面的，单拱特性、横撑特性、横撑间距是局部方面的。

拱肋稳定的特点：该桥为强梁弱拱结构，单拱拱肋采用哑铃型截面。相对四管的截面而言，哑铃型截面纵向刚度大、横向刚度小，相应拱肋横向局部稳定问题比较突出，需要较强的横向撑，对横向撑的布置密度及自身刚度均有一定的要求。

拱肋稳定系数计算值：该桥两榀拱肋之间共设11道“一”字形横撑，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，经过计算得出如下结果：

1)纵向稳定性。

拱肋的最大水平推力Hmax1=42 494.1 kN；

极限水平推力Hcr=409 779.7 kN;

拱的纵向稳定安全系数K=Hcr/Hmax1=9.64>8，满足要求。

2)横向稳定性。

拱肋L/4处最大轴力Nmax1=54 419.0 kN。

临界轴力Ncr=300 218.2 kN。

拱的横向稳定安全系数K=Ncr/Nmax1=5.52>4，满足要求。

6 结语

1)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。

2)提出了拱脚复杂结构有效的加强措施，有效的保证了结构的可靠及安全，为同类桥梁进一步发展提供了有益的借鉴。

3)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。

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Design and research of(76+160+76)m continuous beam arch combination structure of Hefei-Bengbu high-speed railway

QI Lin

(ChinaRailwayShanghaiDesignInstituteGroupCo.,Ltd,Shanghai200070,China)

According to the research on (76+160+76)m continuous beam arch combination structural design along Hefei-Bengbu Express Railway, the paper introduces the design points and the construction methods of the main bridge structure, points out the main arch erection method of the non-bridge-place assembling and longitudinal positioning, and solves the safety hidden hazards on existing railway caused by the long assembling period of the traditional methods, so as to relieve the operation risk.

continuous beam arch, combination structure, dynamic analysis, arch stability calculation

1009-6825(2014)11-0187-03

2014-01-26

齐 林(1981- )，男，硕士，工程师

U448.215

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