预应力混凝土连续梁拱桥主梁结构横向截面验算设计

安坤

摘 要：新建高速铁路徐宿淮盐线、盐城特大桥跨西塘河，主跨结构采用（100+200+100）m预应力混凝土连续梁-拱结构，盐城特大桥考虑运架设备过梁，要求在主梁中跨合龙后，拱脚二次混凝土浇筑和拱肋拼装之前进行。本文结合工程实例，对该桥主梁上部结构横向截面进行验算设计。

关键词：高速铁路；连续梁拱桥；主梁上部结构；横向截面

中图分类号：U448.225 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）06-0125-03

1 项目概况

新建铁路徐宿淮盐线后马庄特大桥跨徐淮高速公路、徐洪河特大桥跨越徐沙河以及盐城特大桥跨西塘河主跨上部结构采用（100+200+100）m预应力混凝土连续梁-拱结构，其中后马庄特大桥和徐洪河特大桥不通过运架梁设备，盐城特大桥考虑运架设备过梁，要求在主梁中跨合龙后，拱脚二次混凝土浇筑和拱肋拼装之前进行。

2 桥梁结构设计情况

2.1 主梁构造

主梁采用单箱双室、变高度、变截面箱梁，两边腹板为直腹板。端支座处及边跨直线段和跨中处梁高为6.0m，中支点处梁高12.0m，梁底下缘按圆曲线变化。箱梁顶宽14.2m，箱梁底宽12.0m，在中支座处20m范围内顶宽加宽到17.2m，底宽加宽到15.2m。

箱梁顶板厚43cm～62cm，底板厚度40cm～110cm，按圆曲线变化至中支点梁根部，顶板及底板均在隔墙位置加厚；腹板厚度为40cm～55cm～70cm～90cm（100cm），按折线变化。全桥（除吊杆处外）共设5道横隔梁，分别设于中支点、端支点及1/2中跨，其中中支点处横隔板厚450cm，端支座处横隔板厚180cm，跨中横隔板厚80cm。

2.2 预应力体系

采用纵、横、竖三向预应力体系。纵向预应力束分顶板束、腹板束、中跨底板束、边跨底板束、顶板合龙束和备用束。纵向预应力钢束分别采用19-Φ15.2mm、15-Φ15.2mm钢绞线。横向预应力采用5-Φ15.2mm、9-Φ15.2mm钢绞线。竖向预应力采用Ф32预应力混凝土用螺纹钢筋。

2.3 拱肋及横撑

拱肋采用钢管混凝土结构，计算跨度200m，设计矢高40m，矢跨比，拱轴线采用二次抛物线，设计拱轴线方程。

拱肋采用钢管混凝土哑铃形结构，拱管直径1.2m，高3.2m，管壁厚24/28mm，拱管内灌注C50自密实混凝土。上下拱管之间设置腹腔，腹腔宽0.80m，壁厚24mm；两拱肋中心距13.0m，拱肋之间采用桁架式横撑，各横撑由4根Φ600×14mm主钢管和32根Φ300×12mm连接钢管组成，钢管为空钢管，内部不填充混凝土。

2.4 建筑材料

2.4.1 混凝土

箱梁A0号梁段及拱座采用C60聚丙烯纤维混凝土，其余梁段采用C55混凝土，钢管拱拱肋采用C50自密实混凝土。封锚采用C55干硬性聚合物混凝土，管道压浆所用水泥浆强度等级不低于M50。

2.4.2 预应力体系

纵、横向预应力筋采用15.2mm-1860MPa钢绞线，竖向预应力采竖向预应力采用Φ32预应力混凝土用螺纹钢筋，钢筋抗拉强度标准值为830MPa，锚下张拉控制应力为747MPa。锚固体系采用JLM-32型锚具，采用Φ51mm铁皮管制孔，壁厚0.05mm。

2.4.3 普通鋼筋

本桥梁普通钢筋钢筋采用HPB300、HRB400钢筋两种。

3 主梁上部结构横向截面验算设计计算总体原则

上部结构横向验算使用Midas Civil 2015软件建模，根据《铁路桥涵设计规范》等相关规范要求对桥梁进行验算。横向验算截面选择中支点附近0#块端部截面（以下简称中支点截面）和跨中截面。

4 截面尺寸

4.1 中支点截面

中支点截面梁高11.06m，边腹板厚度0.9m，中腹板厚1.0m，顶板厚度0.62m，底板厚度1.11m，线间距4.6m。

4.2 跨中截面

跨中截面梁高6m，腹板厚度0.4m，顶板厚度0.43m，底板厚度0.4m。

4.3 计算参数输入

4.3.1 计算荷载

（1）恒载。恒载包括结构自重、桥面横坡和底板预应力钢筋径向力。混凝土容重取26.25kN/m3，钢束容重取78.5kN/m3，底板预应力筋径向力取18.5kN/m。

（2）附加力。整体升降温：考虑均匀升温+25℃，均匀降温-25℃。

梯度温差：考虑两种日照温差和寒潮降温温差，温差模式图见图1至图3。偏晒模式顶板温差沿板厚按计算，腹板温差沿板厚分别按和计算；裸梁曝晒模式顶板温差沿板厚按计算；寒潮模式温差沿板厚按计算。

（3）横向风荷载。依据《铁路桥涵设计规范》（TB 10002-2017），风荷载强度取1.25kPa，分为左侧风荷载和右侧风荷载。

4.3.2 特种活载

特种活载为架桥机荷载和运梁车荷载，具体布置情况见图4。横向计算考虑荷载折减，荷载值为将原轴重除以轴距，横向布置位置不变。

4.4 荷载组合

箱梁横向内力计算荷载组合分为三种组合，恒载组合、恒载+附加力组合和恒载+特种活载组合。

（1）恒载组合：恒载。

（2）恒载+附加力组合：恒载组合+升温荷载1/升温荷载2/寒潮荷载+左风荷载/右风荷载。

（3）恒载+特种活载组合：恒载+附加力组合+架桥机/运梁车。

4.5 预应力

箱梁每隔0.5m布设一根横向预应力钢束，在悬臂端部斜向张拉，在箱梁中部距顶板底距离均为0.11m。钢束选用5-Φ15.2mm钢绞线，锚下张拉控制应力为1302MPa。张拉端锚具选用BM15-5，固定端锚具选用BMP15-5。

5 验算控制指标

按钢筋混凝土构件验算强度及裂缝宽度是否满足规范要求，顶板、底板按受弯构件计算，腹板按压弯构件计算，将控制指标列于表1。

6 计算模型简介

顺桥向取1m宽的主梁梁体，简化成框架模型。模型采