曹吉星

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司橋梁處，天津300142)

客運(yùn)專線無(wú)砟軌道岔區(qū)剛架橋的設(shè)計(jì)

曹吉星

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司橋梁處，天津300142)

濱海西線路所剛架橋位于京津城際延伸線濱海西線路所的岔區(qū)范圍。為滿足道岔的需要，采用了多聯(lián)14.6 m跨度剛架并置的結(jié)構(gòu)，同時(shí)為解決道岔范圍線路變寬的問(wèn)題，剛架橋順線路方向也采用了變寬的形式。本文較詳細(xì)地介紹了濱海西線路所剛架橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以及主梁與橋墩的變形、應(yīng)力、裂縫等相關(guān)計(jì)算，可為以后同類設(shè)計(jì)提供借鑒。

客運(yùn)專線 道岔區(qū) 剛架橋 設(shè)計(jì)

隨著中國(guó)鐵路大規(guī)模發(fā)展和深入推進(jìn)，高速鐵路橋梁技術(shù)也取得了重大進(jìn)展，橋梁結(jié)構(gòu)在線路長(zhǎng)度中占據(jù)的比例逐漸增大，尤其在寸土寸金的現(xiàn)代城市，高架站(即橋上設(shè)站)在節(jié)約建設(shè)用地、降低鐵路對(duì)城市交通網(wǎng)的分割等方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)，但不可避免地出現(xiàn)了岔區(qū)位于橋上的情況。通常，道岔區(qū)橋梁一般采用與常用簡(jiǎn)支梁相同跨度的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁。在填土高度較低時(shí)，道岔連續(xù)梁橋下凈空很小，通視性較差，景觀效果不佳，越來(lái)越無(wú)法滿足城市建設(shè)對(duì)高鐵車站景觀效果的要求。

為高架站岔區(qū)專門設(shè)計(jì)的多聯(lián)連續(xù)小剛架結(jié)構(gòu)，各聯(lián)順線路方向跨度一致、聯(lián)間過(guò)渡平順，不但具備與道岔連續(xù)梁相同的使用條件，而且具有上部結(jié)構(gòu)高度低、橋梁剛度大、梁端變形小、結(jié)構(gòu)靈活等特點(diǎn)，同時(shí)省去了大量支座，便于養(yǎng)護(hù)維修。

1 設(shè)計(jì)方案

1.1 工點(diǎn)簡(jiǎn)介

京津城際延伸線正線(雙線)采用CRTSⅡ型板式無(wú)砟軌道，為滿足京津城際延伸線至濱海西站的疏解，于京津城際延伸線正線橋梁段設(shè)置線路所，線路所道岔型號(hào)為42號(hào)。在順線路方向，道岔的影響范圍約350 m。橋梁采用3聯(lián)(4×14.6 m)+4聯(lián)(3× 14.6 m)剛架并置的結(jié)構(gòu)，每聯(lián)長(zhǎng)度分別為58.42 m和43.82 m。

結(jié)構(gòu)采用的橋面寬度根據(jù)道岔及其它橋上設(shè)備要求確定，剛架橋面設(shè)計(jì)為變寬，標(biāo)準(zhǔn)段橋面寬為14.8 m，變寬段橋面最寬處為28.73 m。

經(jīng)綜合分析，選取第一聯(lián)進(jìn)行計(jì)算，橋梁分跨布置如圖1所示。

圖1 剛架橋總體平面布置

1.2 尺寸擬定(圖2)

本橋第一聯(lián)橋跨組合為4×14.6 m，采用普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。上部結(jié)構(gòu)梁部截面均為帶翼緣實(shí)體截面，跨中處梁高1 m，墩頂處梁高1.6 m，與立柱連接處設(shè)60 cm×180 cm梗脅。梁部頂寬變寬，梁部橫向懸臂1.0 m。

橋墩均采用普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。橋墩與正線線路中心線垂直，斷面為平行四邊形，墩厚為1.0 m，橋墩橫橋向?qū)挾扰c主梁底寬同寬，橋墩順橋向外輪廓線與主梁梁底輪廓線重合。

基礎(chǔ)采用鉆孔樁基礎(chǔ)。承臺(tái)垂直路線中心線設(shè)置，承臺(tái)橫橋向尺寸根據(jù)主梁底面寬度設(shè)置，中墩承臺(tái)縱橋向尺寸采用2.3 m，樁基采用縱向單排直徑1.25 m鉆孔樁，樁長(zhǎng)50 m，聯(lián)間墩承臺(tái)縱橋向尺寸采用4.8 m，樁基采用縱向雙排直徑1.0 m鉆孔樁，樁長(zhǎng)47 m。

1.3 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

1)設(shè)計(jì)活載:ZK標(biāo)準(zhǔn)活載，詳見(jiàn)圖3。

圖2 剛架橋第一聯(lián)立面(單位:cm)

圖3 ZK活載圖式

2)正線數(shù)目:一次雙線，區(qū)間線間距5.0 m。

3)軌道形式:CRTSⅡ型板式無(wú)砟軌道，軌道高度679 mm。

4)設(shè)計(jì)速度:設(shè)計(jì)行車速度300 km/h。

5)地震設(shè)防烈度:Ⅶ度;設(shè)計(jì)水平地震動(dòng)峰值加速度Ag=0.15g。

6)施工工法:原位現(xiàn)澆施工。

7)設(shè)計(jì)恒載:結(jié)構(gòu)自重，混凝土重度按26 kN/m3取值;二期恒載，按149 kN/m計(jì)算。

2 模型的建立

剛架橋第一聯(lián)主梁及橋墩均采用梁?jiǎn)卧M(jìn)行計(jì)算。本次計(jì)算使用Midas/Civil進(jìn)行控制性計(jì)算。墩底采用節(jié)點(diǎn)彈性支撐模擬，各墩墩底基礎(chǔ)剛度見(jiàn)表1。主梁及橋墩的單元?jiǎng)澐质疽饧斑吔鐥l件如圖4所示。

表1 剛架橋第一聯(lián)基礎(chǔ)剛度

圖4 剛架橋第一聯(lián)主梁及墩單元?jiǎng)澐质疽?/p>

3 檢算結(jié)果

3.1 結(jié)構(gòu)變形及基礎(chǔ)不均勻沉降計(jì)算

1)結(jié)構(gòu)變形分析

道岔對(duì)結(jié)構(gòu)變形的要求非常嚴(yán)格，根據(jù)《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范(試行)》(TB 10621—2009)的相關(guān)要求，有砟及無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)在鋪設(shè)后允許的垂直偏差均為10 mm。因此剛架結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)計(jì)算中最大變形值按不超過(guò)10 mm進(jìn)行控制。

各跨度剛架結(jié)構(gòu)在其最適合墩高及截面尺寸條件下，各部位變形情況如表2所示，滿足規(guī)范要求。

表2 運(yùn)營(yíng)狀態(tài)結(jié)構(gòu)各部位變形mm

2)基礎(chǔ)不均勻沉降分析

根據(jù)《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范(試行)》中的相關(guān)規(guī)定，橋梁結(jié)構(gòu)相鄰墩臺(tái)工后沉降差，有砟軌道為15 mm，無(wú)砟軌道為5 mm。

在剛架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，每個(gè)剛臂墩與相鄰墩的不均勻沉降差按照10 mm進(jìn)行計(jì)算控制，結(jié)果滿足規(guī)范要求。

3.2 主梁截面應(yīng)力及裂縫計(jì)算

根據(jù)控制截面位置、控制截面寬度，將控制截面分為第1跨墩頂截面、第1跨跨中截面、第2～4跨墩頂截面、第2～4跨跨中截面四類。對(duì)主力組合、主力加附加力組合下主梁截面受力情況分別進(jìn)行了檢算?？刂平孛孀畈焕闆r下的檢算結(jié)果如表3所示，應(yīng)力及裂縫寬度均滿足規(guī)范要求。

3.3 橋墩截面應(yīng)力及裂縫計(jì)算

對(duì)主力組合、主力加附加力組合下橋墩截面受力情況分別進(jìn)行了檢算。控制截面最不利情況下的檢算結(jié)果如表4所示，應(yīng)力及裂縫寬度均滿足規(guī)范要求。

表3 主梁截面應(yīng)力及裂縫計(jì)算結(jié)果

注:①σc為混凝土最大壓應(yīng)力;σs為受拉鋼筋最大拉應(yīng)力;σs1為受壓鋼筋最大壓應(yīng)力;σtp為混凝土主拉應(yīng)力;σcc為混凝土局部承壓應(yīng)力;τ為中性軸處剪應(yīng)力;ωf為裂縫寬度。②應(yīng)力單位為MPa，裂縫寬度單位為mm。

表4 橋墩截面應(yīng)力及裂縫計(jì)算結(jié)果

4 結(jié)語(yǔ)

在客專鐵路網(wǎng)日益密集的今天，高架站及站間連接線越來(lái)越多，需要岔區(qū)結(jié)構(gòu)物在滿足無(wú)砟軌道強(qiáng)度、剛度、沉降需求的同時(shí)，也對(duì)結(jié)構(gòu)物的美觀、養(yǎng)護(hù)等多方面提出了更高的要求。多聯(lián)連續(xù)小剛架結(jié)構(gòu)無(wú)論在聯(lián)間平順性、梁體變形及沉降等各方面，都能更好地滿足無(wú)砟軌道的要求。另外，岔區(qū)鋼筋混凝土連續(xù)剛架結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)剛度大、受力明確、便于養(yǎng)護(hù)維修及施工周期短、施工難度低等優(yōu)點(diǎn)。在景觀上，小跨度剛架橋結(jié)構(gòu)尺寸小，橋下空間較大，通視效果好，可以很好地融合到現(xiàn)代城市環(huán)境中;在可以采用小跨度結(jié)構(gòu)且墩高較低的橋梁區(qū)段有著明顯的優(yōu)勢(shì)，值得推廣。

［1］中華人民共和國(guó)鐵道部．TB 10621—2009高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范(試行)［S］．北京:中國(guó)鐵道出版社，2010．

［2］中華人民共和國(guó)鐵道部．TB 10002.1—2005鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范［S］．北京:中國(guó)鐵道出版社，2005．

［3］中華人民共和國(guó)鐵道部．TB 10002.3—2005鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．北京:中國(guó)鐵道出版社，2005．

［4］中華人民共和國(guó)鐵道部．TB 10002.5—2005鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．北京:中國(guó)鐵道出版社，2005．

［5］鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院．橋涵地基和基礎(chǔ)［M］．北京:中國(guó)鐵道出版社，2002．

［6］王小民．蘭州至中川城際鐵路西固黃河特大橋設(shè)計(jì)［J］．鐵道建筑，2014(6):14-16．

［7］項(xiàng)海帆．高等橋梁結(jié)構(gòu)理論［M］．北京:人民交通出版社，2001．

［8］榮先成．有限元法［M］．成都:西南交通大學(xué)出版社，2006．

［9］徐桂弘，徐浩，王平，等．無(wú)砟軌道連續(xù)梁橋與道岔縱向相互作用規(guī)律的研究［J］．鐵道建筑，2011(5):119-122．

(責(zé)任審編孟慶伶)

U442．5

A

10．3969/j．issn．1003-1995．2015．03．08

1003-1995(2015)03-0027-03

2014-09-20;

2014-10-15

曹吉星(1982—)，男，河北吳橋人，工程師。