收稿日期：2024-02-22

作者簡(jiǎn)介：曾曉茜（1987—），女，碩士研究生，工程師，從事橋梁設(shè)計(jì)咨詢(xún)工作。

摘要 該橋位于某城市主干路延伸段，上跨既有漳龍線(xiàn)、龍東線(xiàn)、煤廠(chǎng)專(zhuān)用線(xiàn)三條鐵路線(xiàn)。為減少對(duì)鐵路運(yùn)輸?shù)母蓴_，主橋采用（2×70）mT型剛構(gòu)、支架澆筑后轉(zhuǎn)體施工。建立空間有限元模型對(duì)結(jié)構(gòu)靜力特性、轉(zhuǎn)體施工階段進(jìn)行分析，研究結(jié)果可為類(lèi)似項(xiàng)目提供參考。

關(guān)鍵詞 混凝土T型剛構(gòu)；總體設(shè)計(jì)；箱形主梁；轉(zhuǎn)體施工

中圖分類(lèi)號(hào) U445.40文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2024）09-0034-03

0 引言

T型剛構(gòu)橋是主梁與橋墩剛性連接，并與橋墩一起形成剛架的梁橋。它結(jié)合了連續(xù)梁和和懸臂梁的優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)“異地澆筑，轉(zhuǎn)體就位”。橋梁轉(zhuǎn)體施工憑借墩身的球鉸既能完成跨越既有線(xiàn)路的建設(shè)任務(wù)，又能最大限度減小對(duì)既有交通線(xiàn)路的影響，在跨線(xiàn)、跨溝谷橋梁建設(shè)中頗受青睞[1]。

1 工程概況

某市工業(yè)東路規(guī)劃為城市主干路，設(shè)計(jì)行車(chē)速度為40 km/h，雙向六車(chē)道，其延伸段需設(shè)計(jì)跨漳龍線(xiàn)、龍東線(xiàn)、煤廠(chǎng)專(zhuān)用線(xiàn)的橋梁。其中，既有漳龍線(xiàn)為單線(xiàn)電氣化鐵路，區(qū)間內(nèi)無(wú)動(dòng)車(chē)組通行，電氣化立柱立于線(xiàn)路右側(cè)路肩，其中086#下錨柱位于擬建橋梁下方，柱頂高程332.8 m。龍東線(xiàn)位于漳龍線(xiàn)左側(cè)，為非電氣化鐵路，與漳龍線(xiàn)間距約5.5 m。煤廠(chǎng)專(zhuān)用線(xiàn)位于龍東線(xiàn)左側(cè)，為非電氣化鐵路。橋址區(qū)既有鐵路現(xiàn)狀如圖1所示。

圖1 橋址區(qū)既有鐵路現(xiàn)狀圖

橋址區(qū)地形較為平坦，擬建場(chǎng)地原始地貌屬?zèng)_洪積地貌，巖土層自上而下依次為第四紀(jì)人工堆積成因的素填土（Q4ml），沖洪積成因的卵石、粉質(zhì)黏土、角礫粉質(zhì)黏土（Q4al+pl），下伏基巖為二疊系棲霞組的灰?guī)r（P1q）。

2 方案構(gòu)思

該橋擬建區(qū)既有鐵路線(xiàn)客運(yùn)、貨運(yùn)繁忙，如何減少對(duì)鐵路運(yùn)輸?shù)母蓴_，快速、安全地在電氣化鐵路上架橋施工，是該橋設(shè)計(jì)最大的技術(shù)難點(diǎn)。選擇合理的結(jié)構(gòu)形式和相應(yīng)的施工方法，是該橋方案設(shè)計(jì)成功與否的關(guān)鍵。

混凝土梁與鋼結(jié)構(gòu)梁是小跨度橋梁上部結(jié)構(gòu)常用的結(jié)構(gòu)形式，前者自重較大，但剛度和強(qiáng)度較好，后期維護(hù)成本低；后者自重輕、柔性大、造價(jià)偏高，構(gòu)件節(jié)點(diǎn)多，更換不便。該橋優(yōu)先選用上跨既有鐵路線(xiàn)的混凝土結(jié)構(gòu)型式[2]。T型剛構(gòu)橋采用轉(zhuǎn)體施工，可避免長(zhǎng)時(shí)間封鎖鐵路或頻繁干擾鐵路運(yùn)輸造成較大經(jīng)濟(jì)損失，能在較短時(shí)間（60 min）內(nèi)將結(jié)構(gòu)平轉(zhuǎn)到橋位，工藝成熟、施工設(shè)備少、操作簡(jiǎn)便，結(jié)合同步千斤頂和計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)施工[3]。

3 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

①道路等級(jí)：城市主干道。②設(shè)計(jì)速度：40 km/h。③設(shè)計(jì)荷載：1.3×城-A級(jí)。④橋面寬度：2 m×16 m。⑤抗震設(shè)防：地震動(dòng)峰值加速度為0.1 g。⑥設(shè)計(jì)安全等級(jí)：一級(jí)。

4 總體設(shè)計(jì)

4.1 橋跨布置

該橋采用雙幅分離式橋梁，單幅橋?qū)?6 m，中間分隔帶1 m，全寬33 m。主橋?yàn)椋?×70）mT型剛構(gòu)，支架澆筑后轉(zhuǎn)體施工。為保證轉(zhuǎn)體順利，左右幅主墩分別設(shè)于三條鐵路線(xiàn)兩側(cè)，平面布置如圖2所示。

4.2 主橋上部結(jié)構(gòu)

主橋采用（2×70）m轉(zhuǎn)體T構(gòu)上跨既有鐵路線(xiàn)。T構(gòu)箱梁采用單箱雙室橫截面，箱梁中、邊支點(diǎn)梁高分別為7.5 m、3.2 m，按二次拋物線(xiàn)變化，端部等梁高段長(zhǎng)3.92 m，中支點(diǎn)等高段長(zhǎng)5 m；箱梁頂寬16 m，兩側(cè)懸臂長(zhǎng)3 m，底板寬度10 m；頂板厚度30 cm，墩頂附近根據(jù)受力需要變厚為100 cm；底板厚度自跨中30 cm按二次拋物線(xiàn)變化為100 cm；箱梁腹板為直腹板，厚度根據(jù)受力需要分別采用50 cm、70 cm，中間設(shè)8 m漸變段。

箱梁采用C55混凝土，按三向預(yù)應(yīng)力體系設(shè)計(jì)，預(yù)應(yīng)力鋼束采用φ15.2高強(qiáng)度低松弛鋼絞線(xiàn)?？v向預(yù)應(yīng)力懸臂鋼束采用M15-17型，頂板合攏束采用M15-15型，底板合攏束采用M15-19型；橫橋向預(yù)應(yīng)力采用M15-2型間隔50 cm布置，單端張拉；豎向預(yù)應(yīng)力采用M15-3型配低回縮錨具，橋面張拉，縱橋向間隔50 cm布置，厚度為70 cm的腹板布置兩根，其余腹板布置1根，縱橋向按梅花形布設(shè)。主梁縱向預(yù)應(yīng)力鋼束立面布置如圖3所示。

4.3 主橋下部結(jié)構(gòu)

下部結(jié)構(gòu)橋墩采用薄壁空心墩設(shè)計(jì)，墩高8 m，橫橋向10 m，縱橋向5 m，空心墩壁厚80 cm?？v橋向設(shè)一道60 cm厚隔板。采用承臺(tái)、樁基礎(chǔ)，承臺(tái)平面尺寸16.5 m

×16.5 m，厚度3.6 m，下承16根φ1.8 m的鉆孔灌注樁。

4.4 施工方法

該橋不高，采用先支架現(xiàn)澆T構(gòu)、后平面轉(zhuǎn)體就位的施工方法。支架現(xiàn)澆時(shí)采用大節(jié)段澆筑（如圖3所示），T構(gòu)分四次澆筑，單次澆筑的最大長(zhǎng)度為22 m，待轉(zhuǎn)體施工完成后再澆筑端頭節(jié)段5成橋。該方法與懸臂澆筑相比，可大幅節(jié)約施工工期，降低工程造價(jià)及施工風(fēng)險(xiǎn)[4]。

4.5 轉(zhuǎn)體系統(tǒng)

轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)設(shè)置于主墩底部，由上下轉(zhuǎn)盤(pán)、球鉸、撐腳、環(huán)形滑道、牽引系統(tǒng)等部分組成，如圖4所示。上轉(zhuǎn)盤(pán)是轉(zhuǎn)體時(shí)的重要結(jié)構(gòu)，上轉(zhuǎn)盤(pán)共設(shè)有8組撐腳，每組撐腳由2個(gè)φ600 mm×876 mm鋼管混凝土組成，鋼管內(nèi)灌注C45微膨脹混凝土，撐腳中心線(xiàn)直徑為6.9 m。轉(zhuǎn)體前在滑道面內(nèi)鋪裝20 mm厚的聚四氟乙烯板。轉(zhuǎn)體前用砂箱作為臨時(shí)支撐，在撐腳下方（即下轉(zhuǎn)盤(pán)頂面）設(shè)有1.1 m寬滑道，轉(zhuǎn)體時(shí)應(yīng)保證撐腳在滑道內(nèi)滑動(dòng)，以保持轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)平穩(wěn)。根據(jù)轉(zhuǎn)體質(zhì)量選用豎向承載1萬(wàn)噸的球鉸，球鉸直徑3.5 m，是轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的核心以及轉(zhuǎn)體施工的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)[2-5]。其上、下面板均為40 mm厚鋼板壓制而成的球面，背部設(shè)置肋條，防止在加工、運(yùn)輸過(guò)程中出現(xiàn)變形，并方便球鉸的定位、加強(qiáng)以及與周?chē)炷恋倪B接。下轉(zhuǎn)盤(pán)是支撐轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)全部重量的基礎(chǔ)，轉(zhuǎn)體完成后，與上轉(zhuǎn)盤(pán)共同形成基礎(chǔ)。下轉(zhuǎn)盤(pán)設(shè)有轉(zhuǎn)體系統(tǒng)的下球鉸、直徑6.9 m的環(huán)形下滑道及8組千斤頂反力座。千斤頂反力座用于轉(zhuǎn)體的啟動(dòng)、止動(dòng)和姿態(tài)微調(diào)等。

5 有限元分析計(jì)算

通過(guò)建立MIDAS Civil有限元模型對(duì)主橋進(jìn)行結(jié)構(gòu)受力分析，按全預(yù)應(yīng)力控制進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算模型如圖5所示。

5.1 主要計(jì)算參數(shù)

該橋整體計(jì)算考慮了結(jié)構(gòu)自重、預(yù)應(yīng)力、混凝土收縮徐變、汽車(chē)荷載、溫度、基礎(chǔ)變位等影響。一期恒載為梁部自重（包括隔板及齒板重），按實(shí)際斷面計(jì)取重量；二期恒載包括8 cm現(xiàn)澆混凝土層和10 cm瀝青混凝土鋪裝，鋪裝層僅作為恒載施加，不參與結(jié)構(gòu)受力。汽車(chē)荷載采用1.3倍城-A級(jí)荷載，根據(jù)橋面車(chē)道實(shí)際寬度按三車(chē)道設(shè)計(jì)，并計(jì)入沖擊力和制動(dòng)力。基礎(chǔ)變位按隔墩沉降1.5 cm考慮。整體升降溫取±20 ℃，日照正溫度差設(shè)計(jì)值為T(mén)1=14 ℃、T2=5.5 ℃、T3=0 ℃，日照反溫差為正溫差的?0.5倍，即為T(mén)1=?7 ℃、T2=?2.75 ℃、T3=0 ℃[6]。

5.2 支反力

各單項(xiàng)荷載和標(biāo)準(zhǔn)組合下的邊墩支反力如表1所示。

由表1可知，成橋時(shí)邊墩支反力組合值為4 939 kN，成橋10年后邊墩支反力組合值為4 981 kN，表明受結(jié)構(gòu)收縮徐變的影響，邊墩支反力逐漸加大，設(shè)計(jì)支座選取的6 000 kN承載力滿(mǎn)足要求。

5.3 主梁變形

按《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG 3362—2018）[7]（以下簡(jiǎn)稱(chēng)公預(yù)規(guī)）規(guī)定，箱梁在使用階段的撓度應(yīng)考慮荷載長(zhǎng)期效應(yīng)的影響，即按短期組合和規(guī)范規(guī)定剛度計(jì)算的撓度值，乘以撓度長(zhǎng)期效應(yīng)增長(zhǎng)系數(shù)。在消除結(jié)構(gòu)自重產(chǎn)生的長(zhǎng)期撓度后主梁的最大撓度不應(yīng)超過(guò)計(jì)算跨徑的1/600。

經(jīng)計(jì)算，箱梁最大撓度為44.6 mm<70 000/600=

116.7 mm，結(jié)構(gòu)剛度滿(mǎn)足規(guī)范要求。

5.4 主梁應(yīng)力

頻遇組合作用下梁體未出現(xiàn)拉應(yīng)力，邊跨最小壓應(yīng)力0.4 MPa，墩頂最小壓應(yīng)力0.5 MPa；最大主拉應(yīng)力為0.7 MPa，出現(xiàn)在中支點(diǎn)附近。標(biāo)準(zhǔn)組合作用下，正截面混凝土主壓應(yīng)力和斜截面混凝土主壓應(yīng)力均為16.4 MPa，出現(xiàn)在中支點(diǎn)附近。正截面及斜截面抗裂均滿(mǎn)足規(guī)范要求。

5.5 主梁強(qiáng)度

計(jì)算表明梁體最大正彎矩出現(xiàn)在跨中，為56 111 kNm，富余度118.8%。最大負(fù)彎矩出現(xiàn)在支點(diǎn)處，為?1 313 672 kNm，富余度44.2%；最大剪力出現(xiàn)在墩頂，為57 273 kN，富余度為45.2%。主梁強(qiáng)度滿(mǎn)足規(guī)范要求。

5.6 橋墩及基礎(chǔ)

運(yùn)營(yíng)階段橋墩墩身計(jì)算的長(zhǎng)度系數(shù)取值為：順橋向取1.8，橫橋向取2.0。

經(jīng)檢算，橋墩縱橋向最大裂縫寬度為

0.108 mm，橫橋向最大裂縫寬度為0.042 mm，均小于規(guī)范限值0.2 mm；橋墩縱向偏心受壓強(qiáng)度富余最小為128.3%，橫向偏心受壓強(qiáng)度富余最小為16.4%，雙向偏心受壓強(qiáng)度富余最小為2.4%。因此，成橋階段橋墩偏心抗壓承載能力滿(mǎn)足規(guī)范要求，對(duì)承臺(tái)正截面抗彎承載力、斜截面抗剪和抗沖切，以及樁基按偏心受壓構(gòu)件進(jìn)行驗(yàn)算，結(jié)果表明承臺(tái)及樁基均滿(mǎn)足規(guī)范要求，且具有一定富余。

6 結(jié)束語(yǔ)

該橋跨越既有漳龍線(xiàn)、龍東線(xiàn)及煤廠(chǎng)專(zhuān)用線(xiàn)，既有鐵路線(xiàn)客運(yùn)、貨運(yùn)繁忙，通過(guò)采用（2×70）m轉(zhuǎn)體施工的T型剛構(gòu)，可最大限度地減少橋梁施工對(duì)鐵路運(yùn)輸?shù)母蓴_，確保鐵路運(yùn)輸安全，具有良好的社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)

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