铁路斜交刚架桥设计与分析

景斌

【摘 要】 通过斜交刚架桥的设计，介绍斜交刚架桥的设计原则和技术参数的选用，采用空间有限元分析方法，对结构进行计算分析，为类似工程设计提供设计参考。

【关键词】 铁路  刚架桥  设计

随着铁路工程的发展，铁路与道路、沟渠交叉情况越来越复杂。特别是受j结构高度限制的立交及斜交沟渠，采用斜交刚架结构可以很好的满足工程功能需要，并较大的节约工程造价。本文通过对铁路斜交框架桥设计过程介绍，总结本类桥梁设计过程中的设计原则及注意事项，为类似工程提供设计参考。

1 工程实例

东北地区某新建双线铁路，与既有沟渠斜交75度，施工期间沟渠不能中断，受其它因素影响，最终采用1-20m斜交刚架桥跨越，较好的满足了工程需要。

主要技术标准如下：

（1）线路等级：国铁I级;设计速度：160km/h;直线，线间距5.0m。

（2）荷载：中-活载。二期恒载160KN/m（双线）。

桥址范围内，表层为粗角砾土，之下为石英砂岩。地震基本烈度8度，动峰值加速度0.2g。

场地类别为II类，最大冻结深度1.5m。

本桥采用钢筋混凝土结构，混凝土强度等级为C45，顶板厚1.20m，侧墙厚1.20m。侧墙与顶板相交处采用加腋构造，桥宽13.0m。2.5m宽2.0m高承台，承台下设单排端承桩，桩径2.0m，桩间距2.5m。

2 结构模型

2.1 模型介绍

采用空间有限元程序MIDAS软件建立上部结构模型，顶板、侧墙及承台采用板单元模拟，桩基采用梁单元模拟。按照《铁路桥涵地基和基础设计规范》（TB 10002.5-2005）附录D的方法，按节点弹性支承模拟桩基的侧向边界条件，桩基基底按固结考虑，将桩基模拟到实际模型中。

整体模型如图1：

2.2 荷载组合

设计按以下组合检算结构作用：

荷载组合（恒载包括：自重、二期恒载、收缩、徐变、基础变位）

（1）主力组合：恒载+活载+横向摇摆力。

（2）主力+纵向附加力组合：主力+制动力+温度荷载。

（3）多遇地震力组合（特殊荷载）：恒载+列车竖向静活载+多遇地震作用+50%静荷载横向效应。

（4）罕遇地震力组合（特殊荷载）：恒载+列车竖向静活载+罕遇地震作用+50%静荷载横向效应。

结构温度影响按整体升温按+25℃，整体降温按-25℃计算。桥面板非线性温度变化按顶板升温10℃考虑，并考虑非线性温度负效应。混凝土收缩按降温15℃考虑。

单侧基础不均匀沉降按5mm考虑。

3 计算过程

3.1 侧墙基础桩基设计

根据本桥地质情况，初步拟定为端承桩，桩长为10m，桩径2.0m，桩间距2.5m。按此情况将桩基情况模拟进模型。

计算得桩基反力及内力，并对此桩基检算是否满足要求。若不满足，则对桩基布置进行修改，并从新计算，直至满足要求。

3.2 上部结构内力分析

根据刚架桥的受力特性，选取以下截面检算结构内力：

顶板检算截面为：顶板角偶处截面;顶板厚度变化处截面;跨中截面。

侧墙检算截面为：侧墙角偶处截面;侧墙底截面进行检算。

根据模型计算，内力云图如图2：

由图可以看出，顶板最大正弯矩出现在跨中，最大负弯矩出现在角偶区域。根据内力的分布情况，与线路方向垂直断面内力大小较为一致，钝角处内力较其他位置偏大。

侧墙下端内力较为一致，侧墙上端则与顶板钝角对应位置内力较大。

故在配筋计算时钝角位置宜进行局部加强处理。

3.3 上部结构变形分析

根据规范，钢筋混凝土结构截面刚度按0.8倍EI计算。在列车竖向静活载、温度力作用下的跨中竖向挠度为最大值为7.176mm

由计算模型得主梁最大竖向位移16.376mm。根据《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》当由恒载及静活载引起的竖向挠度等于或小于15mm或跨度的1/1600时，可不设预拱度。

故本桥需要设置预拱度，跨中处的预拱度（上拱）为：

恒载+1/2静活载=11.716+2.33=14.046mm。

边墙顶预拱度为0，之间按二次抛物线过渡。

通过计算侧墙顶及基础顶刚度如表1：

满足规范设计要求。

3.4 地震力分析

框架桥为整体结构，抗震性能较好，抗震薄弱位置为侧墙底部，在设计计算中需要对其进行抗震设计。

4 设计注意事项

（1）斜交刚架桥的受力较为复杂，不同于框架桥及梁式桥，对基础情况的模拟尤为重要，不同的基础情况，不仅关系的基础自身的内力计算，而且会对顶板及侧墙的受力产生影响。

（2）斜交刚架桥钝角区域内力较大，且斜交角度越大，增大值越大。故在配筋计算时必须对相应区域进行加强。

5 结语

（1）斜交刚架桥可以有效的满足特殊情况下的功能需求，对既有道路或沟渠影响较小。并且造价相对较低，有较好的应用前景。

（2）设计过程中的难点在于基础边界条件的拟定，可根据实际地质情况设置适宜的基础形式。并可选用不同的基础刚度对结构内力进行包络计算，增大设计安全系数。

参考文献

[1]《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》（TB1000 2.3-2005）.

[2]《铁路桥涵地基和基础设计规范》（TB10002.5-2005）.

[3]范立础.桥梁工程[M].北京：人民交通出版社.2001.

[4]杜振华.沈轶勇.斜交刚构桥的空间有限元分析[J].铁道勘测与设计.2011.04.