公跨铁装配式小半径曲线箱梁桥设计

王清照

吉林铁道勘察设计院有限公司 吉林 吉林 132001

正文：

1.概述

国道丹东至阿勒泰公路改建项目对繁荣区域经济、促进旅游开发，调整农业生产布局和结构，提高边防部队的快速反应能力都具有十分重要的意义。有助于完善国家级干线公路网、改善现有公路通行条件，提高现有公路抗灾能力。

改建丹阿公路与朝开线铁路交叉，交叉角度45°,交叉处铁路里程为K57+269, 位于开山屯站朝阳川侧咽喉区。跨越铁路位置处共3条铁路线，分别为朝开线正线1条、造纸厂专用线1条、专用线安全线1条。跨铁路部分道路平面位于R=380m、R=350m圆曲线及缓和曲线上。考虑对铁路运营安全的影响并考虑投资成本，经与铁路管理等部门协商，将主桥桥型确定为4-30m预应力混凝土简支箱梁桥，架桥机施工。

2.技术标准

（1）道路等级：二级公路， 60km/h；（2）设计荷载：公路-Ⅰ级*1.3倍；（3）设计安全等级：一级；重要性系数1.1；（4）设计基准期：桥梁结构100年；（5）环境类别：Ⅰ类；（6）桥面净宽：整幅8.5m；（7）桥面横坡：1.5%；（8）地震动峰值加速度为0.05g，地震基本烈度为6度；（9）建筑限界：执行“客货共线铁路建筑限界（V≤160km/h）”标准，预留电气化限界条件，轨面以上净高不小于6.55m，同时预留0.25m抬道量，桥下净高相对于轨面标高不小于6.8m。

3.基本结构形式

（1）基本结构形式

结构简支桥面连续，箱梁直接预制为简支形式，箱梁架设完毕后，每联中墩纵桥向设双排支座，桥面缝隙通过桥面连续钢筋实现连续。

（2）箱梁断面

2007年，人民交通出版社出版的公路桥梁通用图中，30m跨径小箱梁梁高1.6m。《铁路桥涵设计规范》（TB10002-2017）规定上跨铁路的公路桥汽车设计荷载采用相应标准设计荷载的1.3倍，且本桥位于曲线超高渐变段上，桥面铺装需加厚，本桥梁高取1.70m，较通用图梁高增加10cm。在结构尺寸方面，顶板厚0.20m，中梁宽2.40m，边梁宽2.65m。腹板厚度跨中处0.20m，支点处0.32m，底板厚度跨中处0.20m，支点处0.32m，跨中处底板、腹板厚度较通用图均增加2cm，支点处底板、腹板厚度较通用图均增加7cm，腹板斜率4：1。具体尺寸见下图。

图1 中梁-跨中处（单位：mm）

图2 中梁-支点处（单位：mm）

图3 边梁-支点处（单位：mm）

图4 边梁-跨中处（单位：mm）

（3）曲线梁的布置

梁部布置采用平分中失法。本桥位于圆曲线的缓和曲线上，同一联湿接缝采用变宽设计，湿接缝最大宽度控制在100cm，边梁翼缘最大宽度控制在165cm。每孔桥各片梁中心线不平行。本桥第一孔梁布置见下图。

图5 第一孔梁板平面布置图（单位：cm）

（4）曲线超高的处理

桥面超高连续变化，桥面横坡由+4.0%过渡到-2.1%，如果通过调整箱梁两侧腹板高差实现桥面超高过渡，将给施工带来极大不便。本桥采用箱梁平行斜置和调整各片梁桥面铺装厚度的方法实现曲线超高渐变。小箱梁预制时顶底板平行、箱梁两侧腹板等高，梁端设置楔形块保证支座位置处梁底水平。

本桥位于超高变化段，道路横坡不断变化。为保证全桥范围内水泥混凝土整平层厚度满足规范要求，现浇整体化C50防腐蚀补偿收缩防水混凝土在道路设计中心线处由10cm调整为15cm。横断面布置见下图。

4.箱梁结构分析

（1）设计荷载

①恒载

恒载包括结构自重、基础沉降及二期荷载。其中二期荷载包括桥面铺装、防撞护栏、防护网。

②预应力荷载

计算钢束坐标并导入Midas预应力钢束形状，然后建立预应力荷载，预应力钢束张拉控制应力取1395MPa；

③活载

荷载标准：公路-Ⅰ级*1.3倍。

汽车活载计算考虑冲击系数，冲击系数μ按《公路桥涵设计通用规范》考虑。

④温度作用及风荷载

整体温度荷载：体系温度按整体升温28.2℃、整体降温43.7℃考虑。

温度梯度荷载：竖向日照正温差计算的温度基数T1=14℃,T2=5.5℃。

风荷载：按《公路桥涵设计通用规范》的要求进行计算。

⑤汽车离心力

离心力系数C=602/(127*R)=0.075

横向车道布载系数：1.0

离心力F=550kN*0.075=41.25kN

离心力作用于跨中位置桥面处。

（2）分析计算

主梁按A类预应力混凝土构件设计，采用Midas Civil 2019版软件梁格法建模和Midas Civil Designer 2019版软件对主梁进行施工阶段、成桥阶段及运营阶段分析。

上部结构由3片箱梁组成，建模时采用3道纵梁模拟。箱梁湿接缝及桥面板的横向联系采用虚拟横梁模拟，为避免桥面自重重复计入，将虚拟横梁的自重调整系数设为零。此外虚拟横梁的抗扭刚度及绕其竖轴的抗弯刚度对纵向梁格有利，不应重复计入，也应将其调整系数设为零。Midas建模见下图。

图8 Midas模型

5.其它

本工程上部结构最初设计为4-30m预应力混凝土简支转连续箱梁桥，由于全联范围内桥面横坡由+4.0%过渡到-2.1%，现浇整体化C50防腐蚀补偿收缩防水混凝土在道路设计中心线处最大为26.9cm，较标准厚度增加16.9cm。且设计活载采用公路-Ⅰ级荷载的1.3倍。当梁高增至1.8m时，中支点附近截面上缘使用阶段抗裂验算较难通过，考虑本桥平面为小半径曲线，采用简支转连续箱梁结构受力复杂，故终采用4-30m简支箱梁桥面连续结构。

6.结语

丹阿公路上跨朝开线铁路立交桥，满足了项目建设周期短，对铁路交通影响小的要求。在实际工程设计中，由于受到桥下净空要求、线路布设等因素的限制，小箱梁总体布置往往面临着桥梁变宽、曲线段超高、桥梁轴线与墩台斜交等问题，应结合工程实际情况，可参考本桥设计中采用的方法，并考虑施工的便捷性和经济性，合理处理相关问题。当曲线半径过小时，装配式小箱梁施工困难将会增大，如跨越铁路线路等级较低时，可考虑现浇曲线箱梁桥等方案。