齊 林

(中鐵上海設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，上海 200070)

1 工程概況

新建鐵路合肥至蚌埠高鐵于DK49+145.107處跨越淮南鐵路，線位與既有線夾角為13°。該段既有淮南線為雙線，線間距4.0 m，路基寬12 m，填土高1.8 m，正在進(jìn)行電氣化改造。合蚌客專采用主跨為160 m連續(xù)梁－拱組合橋跨越。

合蚌高鐵跨淮南鐵路特大橋主橋采用(76+160+76)m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁拱的組合結(jié)構(gòu)(見圖1)。

主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)如下。

(1)線路:高鐵，雙線，主橋平面位于曲線，縱坡i=9‰，設(shè)計(jì)行車速度為350 km/h。

圖1 主橋總布置(單位:cm)

(2)設(shè)計(jì)恒載:混凝土容重26.5 kN/m3;二期恒載141.37 kN/m;支點(diǎn)不均勻沉降2 cm。

(3)設(shè)計(jì)活載:ZK活載。

(4)線路條件:本橋位于半徑R=10 000 m的平曲線上，半徑30 000 m的豎曲線上。

2 主橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 主梁構(gòu)造及節(jié)段劃分

(1)截面形式

主梁采用單箱雙室變高度箱形截面，直腹板，中支點(diǎn)處梁高8.5 m，跨中及邊支點(diǎn)處梁高5.0 m，底板下緣采用圓弧過渡，箱梁普通段頂寬13.3 m，底寬10.2 m，中支點(diǎn)處頂部加寬至16.1 m、底寬14.3 m。

箱梁頂板厚度42 cm，邊支點(diǎn)局部加大至72 cm，中支點(diǎn)局部加大至102 cm;底板厚度35～102 cm，邊支點(diǎn)局部加大至80 cm，中支點(diǎn)局部加大至140 cm;橫向三腹板等厚，厚度沿縱向分為40 cm、55 cm、70 cm三種，邊支點(diǎn)局部加大至85 cm，中支點(diǎn)局部加大至130 cm。

(2)橫隔板設(shè)置

全梁共設(shè)置5道橫隔板，其中邊支點(diǎn)、中支點(diǎn)各2道，中跨1道，厚度分別為1.6 m，4.0 m，1.0 m。

(3)吊點(diǎn)橫梁設(shè)置

對(duì)應(yīng)全橋17道吊桿，梁部設(shè)置17道吊點(diǎn)橫梁，橫梁高1.54 m，寬0.4 m，橫向長(zhǎng)13.3 m。

2.2 主梁預(yù)應(yīng)力

主梁設(shè)置縱向、豎向雙向預(yù)應(yīng)力，縱向預(yù)應(yīng)力筋采用1x7－15.2－1860－GB/5224－2003預(yù)應(yīng)力鋼絞線。縱向預(yù)應(yīng)力鋼束采用OVM錨具，管道采用金屬波紋管成孔。由于主梁橫向采用單箱三室截面，該橋未設(shè)置橫向預(yù)應(yīng)力。

豎向預(yù)應(yīng)力采用φ32 mm高強(qiáng)精軋螺紋鋼筋，內(nèi)徑45 mm鐵皮管成孔。腹板厚0.4～0.7 m，豎向預(yù)應(yīng)力均于梁頂張拉。

2.3 拱肋構(gòu)造

主拱采用鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，計(jì)算跨度L=160 m，設(shè)計(jì)矢高f=32 m，矢跨比f/L=1/5，拱軸線采用二次拋物線，設(shè)計(jì)拱軸線方程:Y=－1/200X2+0.8X。拱肋弦管及綴板內(nèi)填充C55微膨脹混凝土，拱肋截面如圖2。

圖2 拱肋截面(單位:cm)

2.4 橫撐

兩榀拱肋中心距12.5 m，全橋共設(shè)11道橫撐，橫撐均采用空間桁架撐，各橫撐由4根φ450×12 mm主鋼管和32根φ250×10 mm連接鋼管組成，橫撐和斜撐均采用Q235qD鋼材，鋼管內(nèi)部不填混凝土，如圖3。

圖3 橫撐截面(單位:mm)

2.5 吊桿

吊桿順橋向間距8m，全橋共設(shè)17組雙吊桿。吊桿采用PES(FD)7－55型低應(yīng)力防腐拉索(平行鋼絲束)，外套復(fù)合不銹鋼管，配套使用LZM7－55型冷鑄鐓頭錨。吊桿上端穿過拱肋，錨于拱肋上緣張拉底座，下端錨于吊點(diǎn)橫梁下緣固定底座。

3 施工方法

該橋施工方法采用“先梁后拱”，主梁采用掛籃懸灌、主拱肋采用“異橋位拼裝、縱移就位”施工，下部結(jié)構(gòu)的圓端形實(shí)體橋墩采用現(xiàn)澆，基礎(chǔ)采用鉆孔樁。

4 主梁工后徐變影響因素分析

連續(xù)梁－拱組合橋由主梁、拱肋及橫撐、吊桿三部分組成，主梁工后徐變表現(xiàn)為:連續(xù)梁的徐變以及拱肋、吊桿協(xié)同抑制主梁變形的作用，即理論上主梁產(chǎn)生的撓度是拱肋撓度與吊桿伸長(zhǎng)量之和。對(duì)于連續(xù)梁的工后徐變，其主要影響因素除了空氣相對(duì)濕度、水泥品種、混凝土配合比外，結(jié)構(gòu)構(gòu)造及加載齡期也影響較大，結(jié)構(gòu)構(gòu)造表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)的截面高度，加載齡期表現(xiàn)為全橋合龍時(shí)間及合龍索的張拉順序、二期恒載的加載時(shí)間;對(duì)于拱肋及吊桿對(duì)主梁工后徐變的影響因素，主要表現(xiàn)為拱肋結(jié)構(gòu)高度、吊桿類型選擇及其間距布置等因素。針對(duì)上述影響因素進(jìn)行了計(jì)算分析，初步反映了連續(xù)梁－拱組合橋三構(gòu)件的徐變變形關(guān)系。

4.1 結(jié)構(gòu)構(gòu)造因素對(duì)主梁工后徐變影響計(jì)算

在主梁支點(diǎn)截面梁高8.5 m基礎(chǔ)上，根據(jù)鋪軌后的時(shí)間長(zhǎng)短，進(jìn)行主跨跨中、邊跨支點(diǎn)截面梁高4 m和5 m、吊桿間距8 m和9 m、拱肋高度3 m和4 m進(jìn)行組合，其代表性截面－主跨跨中截面的計(jì)算結(jié)果如表1。

表1 跨中截面徐變值 mm

從表1可以看出，當(dāng)支點(diǎn)截面梁高一定時(shí)，主要比選結(jié)果如下:

①3 m拱高和8 m吊桿間距情況下，主梁跨中，邊跨支點(diǎn)截面4 m、5 m梁高的主梁徐變值分別為18.23 mm，16.13 mm;4 m拱高和8 m吊桿間距情況下，主跨跨中，邊跨支點(diǎn)截面4 m、5 m梁高的主梁徐變值分別為19.41 mm，16.83 mm?？梢?，主跨跨中、邊跨支點(diǎn)截面高度增加，主梁工后徐變值降低，變化幅度約10%，效果較為明顯。

②主跨跨中和邊跨支點(diǎn)截面梁高4 m、3 m拱肋高，吊桿間距8 m、9 m，主梁徐變值分別為18.23 mm、18.38 mm?？梢姡鯒U間距減小，主梁徐變變形值降低，但效果不太明顯。

③8 m吊桿間距布置，主跨跨中、邊跨支點(diǎn)截面梁高4 m，3 m、4 m拱肋高主梁的徐變變形值分別為18.23 mm，19.41 mm;主跨跨中、邊跨支點(diǎn)截面梁高5 m，3 m、4 m拱肋高主梁的徐變變形值分別為16.13 mm，16.83 mm;可見，隨著拱肋高度增加，主梁的工后徐變值增大。

根據(jù)以上計(jì)算研究成果，該連續(xù)梁－拱的設(shè)計(jì)采用支點(diǎn)截面梁高8.5 m，主跨跨中、邊跨支點(diǎn)截面梁高5 m，拱肋高3 m，吊桿間距8 m的參數(shù)，對(duì)控制主梁工后徐變影響是合理的。

4.2 合龍索的布置及張拉順序?qū)χ髁盒熳兩瞎坝绊懹?jì)算分析

影響徐變上拱度的因素很多，在結(jié)構(gòu)尺寸、外荷載及施工方案確定的情況下，可以進(jìn)行調(diào)控的主要有縱向索的配置和吊桿張力的調(diào)整兩種方式。由于本橋吊桿終張力已經(jīng)接近最小值，設(shè)計(jì)中主要通過梁體縱向索來調(diào)整徐變上拱度。對(duì)縱向索的布置進(jìn)行試算，發(fā)現(xiàn)合龍索特別是中跨中上緣的合龍索對(duì)徐變上拱度影響顯著，可進(jìn)行調(diào)索控制。

采用MT1、MT2、MT3進(jìn)行調(diào)索，其中 MT1—中跨合龍索，長(zhǎng)度46 m;MT2—中跨合龍索，長(zhǎng)度72 m;MT3—中跨合龍索，長(zhǎng)度175 m，過中支點(diǎn)。不同的預(yù)應(yīng)力索組合時(shí)主梁的徐變及應(yīng)力結(jié)果如表2。

表2 中跨中上緣合龍索配置效應(yīng)

綜合比較，中跨中上緣合龍索采用6+2+0的方案，即6根MT1+2根MT2+0根MT3預(yù)應(yīng)力索時(shí)最為合適。

4.3 二期恒載加載時(shí)間對(duì)主梁工后徐變影響

本次結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，分別就成橋后0個(gè)月、2個(gè)月(60天)、6個(gè)月(180天)、8個(gè)月(240天)和10個(gè)月(300天)加載二期恒載進(jìn)行了綜合計(jì)算，結(jié)果見表3。

表3 二期恒載加載時(shí)間引起的工后徐變值 mm

從表3可以看出，延長(zhǎng)加載齡期，混凝土彈性模量提高，減少了彈性變形，徐變終極值也相應(yīng)變小。

4.4 徐變終極值采用及規(guī)范選用結(jié)果比較

采用不同的徐變系數(shù)計(jì)算結(jié)果如表4。

表4 成橋1 000天后采用鐵路05橋規(guī)不同徐變系數(shù)下的結(jié)果 mm

本次設(shè)計(jì)采用徐變系數(shù)為2.0的結(jié)果。

采用不同規(guī)范的計(jì)算結(jié)果如表5。

表5 采用不同規(guī)范的計(jì)算結(jié)果 mm

徐變的計(jì)算值與設(shè)計(jì)規(guī)范及計(jì)算程序的處理方式均有關(guān)系，鐵路“05橋規(guī)”認(rèn)為收縮徐變的完成時(shí)間設(shè)為3年(1 000天)就可以滿足收斂要求，“中交85規(guī)范”與“中鐵05規(guī)范”類似，而“中交04規(guī)范”計(jì)算收縮徐變的完成時(shí)間較長(zhǎng)(按50年考慮)。

5 結(jié)論

九龍崗特大橋主跨采用(76+160+76)m連續(xù)梁拱組合橋結(jié)構(gòu)，位于曲線上，是目前國(guó)內(nèi)同類橋型中最大跨度的曲線連續(xù)梁拱橋。通過橋式方案的比選，提出了合理的結(jié)構(gòu)，解決了組合結(jié)構(gòu)的構(gòu)造處理和空間受力問題，降低了梁高，減少橋長(zhǎng)，節(jié)省了工程費(fèi)用。

針對(duì)橋面采用無砟軌道CRTS－Ⅱ型板的要求，通過研究提出了調(diào)整跨中及邊跨支點(diǎn)截面高度，減小吊桿間距等設(shè)計(jì)思想，明顯改善了主梁工后徐變作用，解決了列車時(shí)速350 km高鐵橋梁跨度160 m以上曲線連續(xù)梁結(jié)構(gòu)的徐變控制問題。

提出了“異位拼裝，縱向就位”的主拱架設(shè)方法，解決了傳統(tǒng)方法中拼裝時(shí)間長(zhǎng)，給橋下既有鐵路帶來安全隱患的難題，節(jié)省了投資，提高了工效，有效降低了安全風(fēng)險(xiǎn)。

采取以下措施可降低工后徐變值:①增加主跨跨中、邊跨支點(diǎn)截面高度;②吊桿間距減小;③拱肋高度降低;④主梁縱向預(yù)應(yīng)力索的布置與調(diào)整。

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