公跨铁2×65mT构转体桥梁设计与荷载敏感性分析

董月龙

(中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京 102600)

1 工程概况

桥址位于河南省洛阳市，玻璃厂路下行匝道采用2×65 m预应力混凝土T 构转体施工跨越陇海铁路等7 条铁路线[1]。公路与铁路交叉角度100°，成交状态净距，7 号桥墩下承台边缘距西迁出线中心最小距离6.65 m，7 号桥墩钢板桩边缘距西迁出线中心最小距离5.40 m，8 号桥墩下承台边缘距机车折返3线中心最小距离8.33m，8 号桥墩挖孔桩边缘距机车折返3 线中心最小距离5.92 m，图1为桥址面布置。图2为桥型布置图。

陇海铁路为国铁Ⅰ级客货共线双线电气化铁路，本区间设计速度90 km/h。本项目跨越陇海铁路处共7 股道，从北往南依次为洛阳机车折返段3 股道、陇海货运线1 股道、陇海区间正线2 股道和迁出线1 股道。

标准横断面为单向两车道，标准段桥宽9.2 m，主桥横断面布置：9.2 m 单向两车道=0.6 m(HA 级防撞墙）+0.5 m(路缘安全带）+3.5 m×2(两车道）+0.5 m(路缘安全带）+0.6 m(HA 级防撞墙），图3为桥面布置图。

2 主要技术标准及设计参数[2-4]

1）荷载标准：城-A 级，提高30%。

2）道路等级：城市主干道匝道，单向两车道，设计行车速度30～40 km/h。

3）结构设计基准期：100年。

4）设计安全等级：一级。

5）铁路限界：陇海铁路净高≥7.96 m，西迁出线及机车折返段铁路净高≥6.55 m。

6）路面横坡：单向1.5%～2%变化。

7）一期恒载：主梁自重，按结构实际截面尺寸计入，取26 kN/m3；二期恒载：二期恒载包括防水层、沥青、防护屏、防护栏等附属设施重量。沥青：19.37 kN/m； 调平层：16.14 kN/m；HA 防撞墙：25.50 kN/m(两侧）；防护屏：5 kN/m(两侧）。

8）桥墩不均匀沉降:边墩按10 mm 考虑，主墩按20 mm计算。

9）全桥梯度温度：采用14℃～5.5℃～0℃和-7℃～-2.75℃～0℃考虑。

10）全桥整体升温25 ℃，整体降温25 ℃。

3 主桥设计要点

3.1 上部结构设计

上部结构采用单箱单室直腹板箱形截面； 沿箱梁结构中心线中支点处梁高7.0 m，边支点等高段梁高3.5 m，等高段长4.95 m；其余梁底线形按圆曲线变化。箱梁顶板宽10.7～9.2 m，底板宽5.8 m。两侧悬臂长度为2.45～1.7 m；悬臂板端部厚0.3 m，根部厚0.5 m，距离端部1.7～2.45 m 位置悬臂厚度为0.3 m(悬臂端等厚加宽）；箱梁顶板厚0.28～0.5 m，中支点和边支点处分别增至0.85～0.55 m；底板厚度为0.25～0.9 m，中支点和边支点处分别增至1.5 m、0.55 m；腹板厚度为0.5～0.8 m，中支点和边支点处分别增至1.1 m、0.8 m。中支点处对应墩身设置中横梁，厚为3.6 m，边支点处端横梁厚1.5 m。图4为箱梁横断面布置。

梁体梁顶和梁底保持水平，通过整体箱梁刚性扭转形成桥面横坡。桥面横坡与道路横坡保持一致，为1.5%～2%单向坡。

该桥与部分国内同类公路桥梁细部尺寸及用料指标比较列于表1[5-7]。

表1 某桥与部分国内同类公路桥梁上部结构主要指标比较表

3.2 下部结构设计

中墩为墩梁固结箱形实体截面，墩身纵横向尺寸为3.6 m×5.8 m，直坡。主墩采用9 根φ1.5 m 钻孔灌注桩基础，按摩擦桩设计。承台分上下两层，上承台兼做转体支座的上转盘，上承台纵横向尺寸为8.6 m×8.6 m，高2.0 m，下承台纵横向尺寸为10.5 m×10.5 m，高3.5 m，转体施工完毕后，用C50 微膨胀混凝土封闭转体支座。边墩为花瓶式实体墩，墩身纵横向尺寸为1.8 m×3.9 m，直坡，承台纵横向尺寸为5.7 m×5.7 m，高2.0 m，桩基为4 根φ1.2m 的钻孔桩，按摩擦桩设计。

4 结构分析计算

4.1 设计材料

主梁采用C55 混凝土，按部分预应力混凝土A 类构件设计。桥墩、承台采用C50 混凝土，桩采用水下C30 混凝土，防撞护栏采用C40 混凝土。

预应力体系： 纵向预应力采用φs15.2 mm 高强度低松弛预应力钢绞线，弹性模量：1.95×105MPa，标准强度：1 860 MPa，抗拉强度设计值：1 260 MPa，钢绞线松弛系数：0.3，孔道偏差系数：0.001 5，孔道摩阻系数：0.23，锚具变形及钢束回缩每端按6 mm 计，波纹管均采用金属波纹管。腹板竖向预应力采用直径32 mm 预应力混凝土用螺纹钢筋，抗拉标准强度930 MPa，锚下张拉控制应力697.5 MPa，弹性模量E=2.0×105MPa，铁皮管成孔，以50 cm 间隔布置在A0和A1节段，每一节段靠近施工接头的最后一根顶板竖向预应力束待下一节段浇筑完成后再张拉，竖向预应力混凝土用螺纹钢筋施工中应采用低回缩张拉体系施工并采用二次张拉工艺，竖向预应力孔道注浆采用回缩灌浆料灌浆工艺。墩梁固结处纵竖向钢束布置见图5。

4.2 结构模型

利用有限元计算软件桥梁博士V4.0.2，模型采用平面杆系单元，对桥梁结构在各个施工阶段进行分析，将箱梁结构纵桥向划分为70 个单元，71 个节点；梁按节段现浇施工，共分为4 个施工段，各节段长度分别为A0=20 m、A1=12 m、A2=12 m、A3=26 m、A4=4.95 m，模型见图6。

计算得到持久状况承载能力极限状态、正常使用极限状态；持久状况构件应力。

4.3 箱梁计算结果

箱梁计算结果均满足计算要求，详见表2。

表2 计算结果汇总表

4.4 箱梁各分项荷载作用敏感性分析

计算的分项荷载包括恒载、预应力、汽车活载、整体升降温、梯度升降温、收缩、徐变及基础不均匀沉降，各分项荷载作用下结构内力见表3[8-10]。

表3 各分项荷载作用下结构内力汇总表

根据表3进行敏感性分析，对于主梁纵桥向的弯矩，恒载是最主要的荷载作用，预应力是最主要的抗力，汽车荷载是次要敏感性荷载，温度、收缩徐变和基础不均匀沉降的影响均较小。

5 结论

1）转体桥梁应满足铁路建筑限界、线路既有设备安全、路基边坡稳定等要求选取合理的桥梁结构类型及施工方法。

2）上部结构计算各项指标均满足规范要求，且本桥已运营通车，全桥工作状态良好。

3）恒载是影响结构受力的最主要敏感因素，活载是次主要敏感因素，温度、收缩徐变和基础不均匀沉降的影响均较小。

6 展望

1）本桥高跨比较同类桥梁较大，分析原因可能与本桥桥面较窄有关，下一步将分析同孔径不同桥宽的指标及内力进行分析研究。

2）在本桥前期设计计算过程中由于多次计算通不过，经过几次梁高增加调整，分析可能是由于桥面较窄，重力集成较大，且温度、收缩徐变等对计算分析有一定影响，下一步将对Midas 和桥梁博士分析数据进行对比研究，并对同孔径不同桥宽设计进行研究对比，从而得出关键控制因素。