龙烟铁路单线(60+100+60)m连续梁设计

谢国平，聂 磊

(中铁工程设计咨询集团有限公司济南设计院，济南 250022)

龙烟铁路单线(60+100+60)m连续梁设计

谢国平，聂 磊

(中铁工程设计咨询集团有限公司济南设计院，济南 250022)

单线铁路大跨连续箱梁因具有受力大而截面尺寸小的特点，导致体内纵、竖向钢束布置空间有限，增加了桥梁设计的难度。以龙烟线(60+100+60)m连续梁为例，旨在总结单线铁路大跨连续箱梁的设计思路、方法及经验。结合已有的设计经验，拟定结构几何尺寸和材料类型，布置预应力钢筋;采用BSAS及Midas Civil软件分别对结构进行纵向及横向计算。计算分析表明，通过合理的布置纵、竖向预应力钢束，单线铁路(60+100+60)m大跨连续梁的设计是可行的，并对设计经验进行总结。

单线铁路;连续梁;结构设计

随着大跨径预应力混凝土连续梁的设计和施工水平的日益成熟，大跨径连续梁在铁路桥梁上应用越来越广泛［1］，如宜万铁路叶溪河大桥采用双线主跨108 m连续梁［2］、京沪高铁沧德特大桥跨京杭运河桥采用双线主跨128m连续梁［3］、郑机城际跨石武客运专线及西南上下行联络线采用单线主跨94m连续梁等。

由此可知目前铁路主跨100m及以上连续梁大多应用于双线桥梁上，单线桥梁应用并不多。通过对单线主跨100m连续梁的设计，从结构尺寸拟定、结构计算等进行归纳总结，为单线铁路大跨连续梁的设计提供参考。

1 工程概况

藏家特大桥上跨黄金河、S302省道、长江路及荣乌高速公路古现互通立交匝道(以下简称“匝道”)，其中跨越匝道为本桥控制性工程。桥位处匝道采用路基形式，顺桥向匝道两侧路基坡脚距离约为82m，两侧坡脚与桥中心夹角分别约为45°、36°，桥高约23 m。线路为单线Ⅰ级，设计时速160 km，位于缓和曲线及半径R=2 800m的圆曲线上，桥面纵坡度为+3.9‰。主梁采用(60+100+60)m跨度组合，单联长221.5m(不含梁端梁缝宽度)。见图1。

图1 臧家特大桥主桥立面布置(单位:cm)

桥址处是一般大气环境，环境作用等级为H1、L1、Y1、D3。地震动峰值加速度为0.10g，抗震设防烈度为7度。拟建场地地基土类型为中硬土，场地类别为Ⅱ类，地震动反应谱特征周期为0.40 s。连续梁施工采用悬臂浇筑法施工［4，5］。

2 主梁构造

2.1 桥面宽度

桥面布置考虑将所有过桥设备(如通信、信号、电力光缆等)均放置于桥面上，在满足桥梁限界、规范［6］规定的条件下，桥面宽度取值7.5m，截面形式采用单箱单室的箱形截面。

2.2 梁底线型

为适应连续梁内力变化的需要，设计经济合理，连续梁的纵向截面采用变高度梁布置，梁底线型采用常用的圆曲线形式，曲线半径为382.117m。

2.3 跨中及支点处截面高度

变高度梁截面高度参照以往设计经验取值，一般跨中截面梁高度取(1/30～1/50)L，支点截面梁高度取(1/12～1/16)L，且满足一般 h支/h中=1.5～2.0的构造要求［7］。L 为主跨跨度。

顶板、底板以及腹板尺寸确定前要预估预应力钢筋根数，保证预应力钢筋布置时能够满足构造要求。腹板间距应考虑主梁的跨度，防止主梁扭转破坏，同时应结合顶板尺寸验算其横截面抗弯抗剪能力，确定是否需要配置横向预应力钢筋。主梁加腋应结合规范设置，高宽比例不宜大于1/3。

本梁拟定跨中截面高度为4.6 m，支点截面梁高为7.2m。顶板厚38 cm，底板厚为42～100 cm，腹板厚为40～80 cm。

支点及跨中截面如图2所示。

图2 主梁横断面(单位:mm)

2.4 横隔板设置

因主桥截面采用箱形截面，抗扭刚度较大，故横隔板设置于各支点部位及主跨跨中部位。中支点内横隔板传递荷载较大，于中支点处设置刚性横隔板，中部开设过人洞。边跨及跨中处，一般将底板、腹板加厚，以起到柔性横隔板的作用。端横隔板在构造上同时满足钢束弯起锚固、设置过人洞及预留伸缩槽的要求［8］。

2.5 预应力体系

本桥采用二向预应力体系使梁体处于全预应力状态。

纵向预应力索顶板、腹板采用14－7φ5 mm钢绞线，底板采用17－7φ5mm钢绞线，两端张拉。顶板束及腹板束竖弯形状应尽量保持统一，减少锯齿块及梁段普通钢筋的设计难度。顶板束布置原则是一般先锚固的在内侧，后锚固的在外侧，相邻2根钢束交替锚固。腹板束一般先锚固的在下边，后锚固的在上边，同截面内锚固钢束避免在同一水平面上，防止削弱本截面腹板厚度。

竖向预应力筋采用φ25mm高强精轧螺纹钢筋，JLM锚具，梁顶端张拉。竖向预应力筋纵向按0.5 m间距布置，横向腹板内按单根布置。

3 主梁结构计算

3.1 计算参数

连续梁计算荷载取值应按《铁路桥涵设计基本规范》(TB10002.1—2005)采用。

恒载包括结构自重、二期恒载、支点不均匀沉降以及混凝土收缩徐变;活载包括列车及人群，并对运梁车及架桥机过梁进行检算;附加力主要考虑风力及温度变化的作用;特殊荷载主要考虑列车脱轨荷载、施工挂篮、施工机具、人群以及地震力［9］的作用。

3.2 计算内容及计算模型

连续梁计算分为纵向计算和横向计算。

3.2.1 纵向计算

纵向计算主要验算主梁划分梁段是否合理，施工是否可行，主梁截面尺寸拟定是否合理，纵向预应力钢筋布置是否满足要求以及施工和运营阶段主梁的变形。主要有以下几个内容。

(1)施工阶段应力验算;

(2)运营阶段验算:运营阶段验算时应对主力组合、主+附组合分别验算。内容包括:

①运营阶段混凝土的最大应力;

②各截面箍筋间距计算;

③运营阶段正截面抗裂安全系数;

④运营阶段混凝土的主应力;

⑤运营阶段正截面强度安全系数;

⑥运营阶段斜截面强度安全系数;

⑦运营阶段钢束中的钢束应力比及应力幅验算。

本桥主梁纵向计算采用桥梁结构分析系统BSAS软件，模型共分76个节点，75个单元，69个施工阶段，合龙段施工时先合龙边跨，再合龙中跨［10－11］。纵向计算模型见图3。

图3 纵向计算模型

图4～图7分别给出了主梁的应力计算结果。从计算结果可以看出，主梁最大应力为12.80MPa，最小应力为0.85MPa，均能满足规范要求。主梁其他计算结果见表1。

图4 主力组合下主梁上缘正应力最大最小值

图5 主+附组合下主梁上缘正应力最大最小值

图6 主力组合下主梁下缘正应力最大最小值

图7 主+附组合下主梁下缘正应力最大最小值

表1 纵向主要计算结果

3.2.2 横向计算

横向计算主要验算主梁顶板、翼缘、腹板以及底板尺寸拟定是否合理，确定普通钢筋的型号，是否需要设置横向预应力钢筋等问题。

本桥为单线铁路桥梁，腹板间距为5.0m，通过配置普通钢筋能够满足要求。顶板，翼缘及底板按混凝土梁设计，腹板按混凝土柱设计。主要有以下几方面内容:

(1)混凝土压应力验算;

(2)钢筋拉应力验算;

(3)裂缝宽度验算。

本桥横向计算采用Midas Civil软件，取1m宽截面进行计算，并按规范考虑温度、离心力、脱轨荷载以及横向摇摆力的作用，模型共分50个节点，46个单元，横向计算模型见图8。

图8 横向计算模型

通过计算，各指标均能满足规范［12］要求。主要计算结果见表2。

表2 横向主要计算结果

4 结论与建议

大跨连续梁设计复杂，梁段数量多，预应力布置复杂，从连续梁的尺寸拟定到结构计算进行了叙述及总结，设计成果满足规范要求，为以后类似工程提供参考。基于大跨连续梁的设计经验，总结出以下几点注意事项，以供参考借鉴。

(1)梁段划分要合理，在保证每段质量相差不大的前提下，尽可能使梁段长度一致。

(2)由于单线大跨连续梁截面小，纵向预应力钢筋多，导致钢束布置空间小，因此，在设计时应注意纵向与竖向预应力钢筋布置的位置及合理性，避免相互冲突的问题。

(3)箱梁顶板尺寸较小，横向普通钢筋布置时，应于加腋附近适当布置一定数量的弯起通长筋满足抗弯与抗剪要求。

(4)箱梁腹板间距应适当加大，以满足预应力钢筋的布置及增加结构的抗扭能力。

［1］范立础．预应力混凝土连续梁桥［M］．北京:人民交通出版社，1988．

［2］杨帆．宜万铁路叶溪河大桥(70+108+70)m连续梁桥合龙方案优化设计［J］．铁道标准设计，2012(7):55－59．

［3］王宏利．128m大跨连续梁低温合龙施工技术［J］．铁道标准设计，2010(6):39－42．

［4］张继尧，王昌将．悬臂浇筑预应力混凝土连续梁桥［M］．北京:人民交通出版社，2004．

［5］雷俊卿．桥梁悬臂施工与设计［M］．北京:人民交通出版社，2000．

［6］TB10002.1—2005，铁路桥涵设计基本规范［S］．北京:中国铁道出版社，2005．

［7］胡人礼．桥梁力学［M］．北京:中国铁道出版社，1999．

［8］杜士杰，肖飞．秦沈客运专线悬臂施工预应力混凝土连续箱梁设计［J］．铁道标准设计，2001(9):21－23．

［9］范立础．桥梁抗震［M］．上海:同济大学出版社，1997．

［10］ 吴建中．多跨连续梁的合龙设计［J］．桥梁建设，1999(3):30－33．

［11］陈剑峰，等．非对称连续梁设计与施工［J］．铁道工程学报，2006(9):31－35．

［12］TB10002.3—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．

Design of(60+100+60)－m Continuous Girder w ith Single Track on Longkou-Yantai Railway

XIE Guo-ping，NIE Lei

(Jinan Design Institute，China Railway Engineering Consulting Group Co．，Ltd．，Jinan 250022，China)

Because a large-span continuous box girder on single-track railway is characterized by large stresses and small cross-section size，the space for arrangementof longitudinal and vertical tendons inside the structure is limited，and thismay give rise to a difficulty in bridge design．This paper took the(60+100+60)－m continuous girder on Longkou-Yantai Railway as an example，in the hope of summarizing the design ideas，methods and experience of large-span continuous box girder on single-track railway．Meanwhile，combined with the existing design experience，the structure geometry size and material type were determined and the prestressing tendons were arranged．Afterwards，the structure was calculated longitudinally and transversely by using software BSAS and Midas Civil．The result of calculation and analysis shows that by reasonably arranging the longitudinal and vertical prestressing tendons，this design of(60+100+60)－m large-span continuous girder on single track railway is feasible．Besides，this design experience was summarized in this paper．

single-track railway;continuous girder;structure design

U448.21+5

A

10．13238/j．issn．1004－2954．2014．03．016

1004－2954(2014)03－0067－04

2013－07－04;

2013－08－07

谢国平(1984—)，男，工程师，2005年毕业于华东交通大学，工学学士。