（72+136+72）m铁路双线连续桥梁设计

魏洪山 中国铁路上海局集团有限公司建设部

1 概述

近年来，在我国高速铁路建设稳步推进的背景下，“八纵八横”路网主骨架已逐步构建完成，高速铁路具有等级高、速度快、舒适性好等特点，是安全现代的交通运输方式。

预应力混凝土连续梁具有整体性能好、结构刚度大、变形小、抗震性能好、行车舒适、养护工作简单等优点，在铁路桥梁工程中得到广泛应用。

本文以一座跨度为（72+136+72）m铁路双线连续梁桥设计为例，详细说明了高速铁路混凝土连续梁桥的应用。

2 设计基本情况

（1）设计速度：350 km/h。

（2）线路情况：双线，线间距5.0 m，直线，平坡。

（3）环境：一般大气条件下无防护措施的地面结构，环境类别为碳化环境，作用等级为T2。

（4）轨道结构型式：CRTSI型双块式。

（5）设计使用年限：正常使用条件下梁体结构设计使用寿命为100年。

（6）施工方法：悬臂浇筑施工。

（7）地震动峰值加速度Ag≤0.15 g。

3 结构构造

3.1 主梁构造

梁体为单箱单室、变高度、变截面结构。箱梁顶宽12.6 m，箱梁底宽7.0 m。顶板厚度50 cm；底板厚度52 cm~120 cm，按圆曲线变化至中支点梁根部，中支点处加厚到197.9 cm；腹板厚60 cm~110 cm，按折线变化。全联在端支点及中支点处共设4个横隔板，横隔板设有孔洞，梁端底板开槽与相邻梁底板槽口对应，中墩底板靠近中跨侧设底板进人孔，供检查人员通过。

梁全长为281.6 m，计算跨度为（72+136+72）m，中支点处梁高10.015 m，边支点梁高6.015 m，边支座中心线至梁端0.8 m。梁底下缘按圆曲线变化，圆曲线半径为401.0313 m。

全联共分73个梁段，A0号梁段长度14 m；一般梁段分成3.0 m、3.5 m、4.0 m，合龙段长2.0 m，边跨直线段长5.8 m，最大悬臂浇筑梁段重2462.3 kN。

中支点截面及边支点截面如图1所示。

图1 中支点截面及边支点截面（单位：cm）

3.2 预应力体系

主梁采用纵、横、竖向预应力体系。

纵向预应力采用21-φj15.2 mm、19-φj15.2 mm、17-φj15.2 mm以及15-φj15.2 mm钢绞线，其抗拉标准强度fpk=1 860 MPa。

横向预应力钢束采用5-φj15.2 mm、4-φj15.2 mm钢绞线，仅在桥梁中支点进人孔处设置横向预应力钢束。横向预应力采用单端交错张拉方法。

竖向预应力采用25 mm预应力混凝土用螺纹钢筋。其抗拉标准强度830 MPa。

4 设计荷载

4.1 恒载

（1）结构自重

混凝土容重按《铁路桥涵设计规范》（TB 10002-2017/J 460-2017）采用。

（2）二期恒载

二期恒载包括钢轨、扣件、轨道板、砂浆垫层、混凝土基座等线路设备重，以及防水层、保护层、人行道栏杆、遮板、防护墙、接触网支柱、电缆槽盖板及竖墙等附属设施重量。本梁为曲线有声屏障，二期恒载按180 kN/m计。

（3）混凝土收缩徐变

根据《铁路桥涵设计规范》（TB 10002-2017/J 460-2017），计算徐变终极龄期按照成桥1 500天考虑，环境条件按野外一般条件计算，相对湿度75%。

根据老化理论计算混凝土的收缩徐变，系数如下：

徐变系数终极极值：2.0（混凝土龄期6天）

徐变增长速率：0.0055

收缩速度系数：0.00625

收缩终极系数：0.00017

（4）基础沉降：中墩和边墩均按2.0 cm考虑。

4.2 活载

（1）列车竖向静活载：纵向计算采用ZK活载。

（2）列车竖向活载桥面横向计算采用ZK特种活载，轮重分布宽度纵向取1.5 m。

（3）列车活载动力系数，按照《高速铁路设计规范》（TB10621-2014）7.2.8条，列车动力系数如下：

本桥计算动力系数0.933，取1.0。

（4）横向摇摆力：按《高速铁路设计规范》7.2.12条办理。

（5）人行道及栏杆荷载：按《高速铁路设计规范》7.2.17条办理。

（6）列车气动力：按《高速铁路设计规范》7.2.23条办理。

4.3 附加力

（1）风力：按《铁路桥涵设计基本规范》4.4.1条办理，桥址处基本风压W0=700 Pa。

（2）温度荷载：按《铁路桥涵混凝土结构设计规范》（TB 10092-2017/J 462-2017）计算。设计合龙温度取10℃~20℃，整体升温按+25℃、整体降温按-25℃考虑。

非线性温差按指数曲线变化，并考虑负温效应。考虑无砟轨道、保护层、电缆槽等附属结构的遮挡作用，纵向计算按Ty=10e-5y(升温），Ty=-5e-5y（降温）两种情况计算。横向计算按Ty=T0e-10y（升温），Ty=T0e-14y（降温）两种情况计算。

（3）列车制动力：

桥上列车制动力或牵引力按列车竖向静活载的10%计算。

4.4 特殊荷载

（1）列车脱轨荷载：按《高速铁路设计规范》（TB 10621-2014）第7.2.15条办理。

（2）施工荷载：施工挂篮、机具、人群等按1 200 kN（最大悬灌节段重量50%）计；边跨、中跨合龙段吊架平台总重量按挂篮重量一半计。

（3）地震力：按《铁路工程抗震设计规范》（GB50111-2006）（2009年版）规定计算。

4.5 荷载组合

荷载组合分别以主力、主力+附加力进行组合，取最不利荷载组合进行设计，并对特殊荷载进行检算。

5 主梁变形限值

（1）在ZK静活载和温度荷载组合作用下，梁体竖向挠度△限值如下：

边跨Δ≤L/1727，中跨Δ≤L/1363

其中，L为计算跨度。

（2）ZK静活载作用下，梁端竖向折角不应大于1×10-3弧度。

（3）在列车横向摇摆力、离心力、风力和温度的作用下，梁体的水平挠度应小于或等于梁体计算跨度的1/4000。在ZK活载、横向摇摆力、离心力、风力和温度的作用下，桥跨结构横向水平变形引起的梁端水平折角应不大于1×10-3弧度。

（4）以一段3 m长的线路为基准，ZK活载作用下，一线两根钢轨的竖向相对变形量不大于1.5 mm。

（5）轨道铺设后，跨度大于50 m的无砟桥面竖向变形不应大于L/5000且不应大于20 mm。

6 结构计算分析

该桥主梁结构计算采用西南交通大学“桥梁结构分析系统BSAS5.01”。全梁共划分为168个单元，169个节点。

计算荷载包括恒载、活载、支座不均匀沉降、温度变化、预应力、体系转换影响以及混凝土收缩、徐变等。

6.1 运营阶段截面应力

运营阶段截面应力见表1。

表1 运营阶段截面应力值（单位：MPa）

6.2 运营阶段截面强度

运营阶段截面强度见表2。

表2 运营阶段截面强度汇总表

6.3 线型控制（符号：向上变形为“+”，向下变形为“-”）

ZK静活载、ZK静活载与温度荷载组合作用下最大挠度：中跨-44.7 mm，为跨度的1/3043，小于1/1363；边跨-8.0 mm，为跨度的1/9000，小于1/1727。

ZK静活载作用下梁端转角为0.47×10-3rad，小于1×10-3rad。

6.4 工后残余徐变控制

经过计算，本梁运营后，中跨徐变变形值为-15.5 mm，边跨徐变变形值为+4.0 mm。

6.5 全梁支点反力

全梁各支点反力见表3。

表3 支点反力表（每墩）（单位：kN）

根据计算结果，本桥应力、强度等各项指标均满足设计要求。

7 结束语

本文针对（72+136+72）m双线连续梁设计，对设计中的设计概况、梁体结构、荷载分析等进行了介绍。通过结果分析验证了混凝土连续梁具有抗弯强度高、整体刚度好、抗裂性能高等优点，凭借其优势成为铁路特殊结构设计的方案首选。

预应力混凝土连续梁桥设计时，应当结合现场施工的实际情况选择合适的施工方法。支架现浇法施工进度较快，根据工期要求可同时进行多跨桥梁施工。悬臂浇筑法施工工期较长，适用于深谷、河道通航及交通要道等各种特殊情况施工。

预应力混凝土连续梁是一种常见的桥梁形式，它的设计和施工技术在国内外已经相当成熟，设计时应在满足结构应力、强度、刚度等要求的情况下，还需有足够的动力，以保证行车的平稳度与舒适度，同时兼顾连续梁桥外形的美观简洁及桥梁建设成本的经济性。