2×20m连续刚构一框架墩体系设计研究

・桥　梁・　２ｘ２０　ｍ连续刚构一框架墩体系设计研究　肖登平　（铁道第三勘察设计院集团有限公司桥梁处，天津３００１４２）　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｎ　２　ｘ２０ｍ　Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　Ｒｉｇｉｄ　Ｆｒａｍｅ　Ｐｉｅｒ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｘｉａｏ　Ｄｅｎｇｐｉｎｇ　摘要：目前国内外铁路、公路、城市轨道交通桥梁广泛采用框　环境条件按野外一般条件计算，相对湿度　架墩解决小角度跨越问题，其采用的上部结构一般为简支、连　续等结构。某既有线上跨道路立交，斜交角度约为２２．６５。，由　于斜交角度较小，且受到桥下净空限制，因此采用２ｘ２０　ｍ连续　刚构一框架墩结构，即主梁与框架墩横梁固接。本结构具有建　筑高度低、受力复杂等特点。详细介绍主梁及框架墩横梁固接　结构计算分析方法，对今后同类结构的设计具有一定的参考　价值。　关键词：连续刚构；框架墩；固接　中图分类号：Ｕ４４２．５；Ｕ４４３．２　文献标识码：Ａ　文章编号：１００４—２９５４（２０ｌ１）０７—００４４—０４　１　概况　某既有线上跨道路立交，斜交角度约为２２．６５。。　由于斜交角度较小，且受到桥下净空限制，采用２×　２０　ｍ连续刚构一框架墩结构，即纵梁与框架墩横梁相　交并固接，降低结构高度。主桥桥型布置见图１。　２技术标准　（１）线路：双线Ｉ级铁路，线间距４．４　ｍ，主桥平面　位于Ｒ＝５　５００　ｍ的曲线上；　（２）设计恒载：结构构件自重按《铁路桥涵设计基　本规范》（ＴＢ１０００２．１—２００５）采用；二期恒载按　１６７．４　ｋＮ／ｍ计算；支座不均匀沉降按３　ｍｍ考虑；　（３）设计活载：中活载；　（４）设计行车速度：列车最高运行速度２００　ｋｍ／ｈ；　（５）地震烈度：７度震区（地震动峰值加速度为　０．１ｇ），反应谱特征周期值Ｔ　＝０．３５　Ｓ；　（６）体系温度根据当地气候采用＋２５℃，一２０℃。　日照温差的影响参照《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力　混凝土结构设计规范》（ＴＢ１０００２・３—２００５）之附录Ｂ　执行；　（７）环境：一般大气条件下无防护措施的地面结　构，环境类别为碳化锈蚀环境Ｔ１、Ｔ２级。　收稿日期：２０１１—０５—１６　作者简介：肖登平（１９７７一），男，工程师，２００２年毕业于北方交通大学　土木工程专业，工学学士，Ｅ－ｍａｉｌ：ｊｄｔｊｘｄｐ＠１６３．ｔｏｍ。　取７０％。　３主桥结构设计　本工点桥梁结构采用连续刚构一框架墩结构，联长　２ｘ２０．６６　ｍ，主纵梁和框架墩横梁固接。结构如图２、　图３、图４所示。　（１）主纵梁为２—２０　ｍ预应力混凝土连续箱梁，梁　长４１．３２　ｍ，采用单箱单室结构，梁高１．８　ｍ，梁面宽　１２　ｍ，顶底板厚３０　ｃｍ，腹板由跨中５０　ｃｍ至梁端支点　１０５　ｃｍ渐变，横向支座中心距为４．９　ｍ，边跨支点到梁　端０．５５　ｍ。根据维修养护的需要，在梁端底板设置　０．２５　ｍ×１．５　ｍ的槽口。为减少槽口的应力集中，在槽　口设置半径为２５０　ｍｍ的倒角。梁部腹板外侧与底板　相交处采用Ｒ＝２０　ｃｍ圆弧倒角过渡；悬臂板与腹板相　交处采用Ｒ＝７５　Ｃｌｎ园弧倒角过渡。　主纵梁采用单向预应力体系，混凝土强度等级　Ｃ５０。主纵梁中支点截面上缘共布置６束１５—７４）５　ｍｉｌｌ　通长钢束，下缘布置６束１５—７＋５　ｍｍ通长钢束、６束　１２—７６５　ｍｍ短钢束，两侧腹板布置１２束１７—７＋５　ｍｍ　通长钢束。纵向预应力钢束均采用ＯＶＭ系列锚具，　金属波纹管成孔，两端张拉。　（２）框架墩横梁柱中心距跨度１３　ｍ，梁高２．１　ｍ，　横梁与京哈改线正交布置，横梁高２．１　ｍ，宽３．２　ｍ。　横梁为实体矩形截面，预应力钢筋混凝土结构，　Ｃ５０混凝土，横梁跨中截面上缘共布置２束ｌ５—　７＋５　ｍｍ通长钢束，下缘布置３束１５—７＋５　ｍｍ通长钢　束，１７束１２—７＋５　ｍｍ通长钢束。横向预应力钢束均　采用ＯＶＭ系列锚具，金属波纹管成孔，两端张拉。　（３）框架墩立柱高７　ｍ；采用矩形截面，截面尺寸　２．２　ｍＸ１．８　ｍ，采用钢筋混凝土结构。　（４）３号墩基础为桩基础，每根立柱下采用５根　１．２５　ｍ桩基础。　（５）支座采用ＴＧＰＺ盆式橡胶支座。　（６）线形控制：按预施应力后６０　ｄ铺设二期恒载，　二期恒载上桥后６个月开始运营计算，恒载＋静活载　的最大竖向变形小于Ｌ／１　６００，故不设置预拱度。　铁道标准设计ＲＡＩＬＷＡＹ　ＳＴＡＮＤＡＲＤ　ＤＥＳＩＧＮ　２０１１（　）　肖登平一２ｘ２０　ｉｎ连续刚构一框架墩体系设计研究　・桥　梁・　３５０　．１３．５７　３　１０　６７；７　、，１０　６３　桥墩　昌１Ｏ　７８ｎ　、　一　梁缝中心线』　中心线　…Ｉ－—　：桥墩中心线　０Ｉ２０１０　１０　Ｏ５厂一　￣１３２４ｒ．５　７４　ｊ　Ｉ　Ｉ—　　｝～　３．１３２Ｏ１０３．．．５５－－　区　５Ｏ５　】　Ｏ｛　』　宝　—　———————～　５　１８　一王　一粉质黏土　Ｌｆ７．ｉｏ￣２０１０．ｏ９．２２　ｌ１ｌ一　２　ｒ＝二二　————一　ｌ　ｊ　爻　—’Ｊ　ｌ０　—————一——　——　：　；　ｓ　２　：．　二　粗砂　１Ｏ５０　．至　０＝３７０　ｋＰａ一～　粗砂　＞　ｊ　粉质黏十————一　——　一囊　－＆：　—＿　＝　——　１＝　砂～．二＝　ｌ１　４０　粉质黏＝已。＝１６０　ｋＰａ——　　二　１——　一ｘ　１：　均质混合岩一一一一Ｏ－０＝３００　ｋＰ　一…一　均质混合岩０＂０＝３００　ｋＰａ　ｏＣ　＼　＼＼　、均质混合岩Ｏ－。＝５００　ｋＰａ　均质混合岩￣ｏ００、　（ｐ　、、、、　＼　＼　２１　２　６‘　）０　２７　１０　均质混合岩ｏ＇０＝８００　ｋｆ，ａ　１Ｏ—ＺＤ－９０７１　１ｎ　ｒ、ｒ、　１０一ＺＤ－９０７３　一～　～～～～～　～～～～～＿ｌ　１０一ＺＤ－９｛　６　＿Ｊ　ｆａ）立面　（ｂ）平面　图１　全桥布置（单位：ｃｍ）　图２主纵梁１／２立面（单位：ｃｒｒ１）　４施工方法　５　结构计算分析　采用支架现浇法施工，先施工基础、框架墩柱；再　采用西南交大“桥梁结构分析系统ＢＳＡＳ　４．２６”程　序，采用结构分离，通过考虑有效宽度折减，不同荷载　组合（计算荷载包括恒载、活载、支座不均匀沉降、温　度变化、预加应力、混凝土收缩、徐变影响等）、体系转　换的影响等进行平面结构验算。同时用ＭＩＤＡＳ空间　浇筑墩柱顶部２　ｍ以内段落、横梁混凝土，主梁先浇段　混凝土，待混凝土达到设计强度，张拉横梁钢束；最后　浇筑主梁后浇段混凝土，待混凝土达到设计强度，张拉　纵梁钢束。　程序整体结构分析计算进行校核，空间计算模型见　铁道标准设计ＲＡＩＬＷＡＹ　ＳＴＡＮＤＡＲＤ　ＤＥＳＩＧＮ　０ｊｊ（７）　４５　桥　梁・　・肖登平一２×２Ｏ　ｉｎ连续刚构一框架墩体系设计研究　横梁固接处结构在各种加载工况下做有限元计算。从　而为优化结构设计和钢筋配置提供重要依据。主梁和　框架墩横梁固接区域内的刚臂区域模拟，通过对梁单　元模型中主梁刚域内采用约束纵向转角的主从约束，　７７５　横梁中心线　横梁刚域内采用约束横向转角的主从约束来实现。同　时计算考虑刚域和不考虑刚域两种情况，进行了结果　对照，考虑刚域后总体竖向刚度提高了约３倍。由于　考虑刚域效应后，梁单元模型更接近于实际情况，对竖　向挠度有分担的效益，对竖向刚度有提高作用。　框架墩为超静定结构，基础的刚度和不均匀沉降　非常敏感。基础刚度较大时，主梁、框架墩横梁设计不　圈３框架墩正面（单位：ｃｍ）　安全，墩柱和基础设计较困难；基础刚度较小时，主梁、　框架墩横梁设计较困难，墩柱和基础设计不安全；所以　图５。　对于结构不同的部位，需根据实际基础布置采用不同　的基础刚度进行验算。本结构主梁、框架墩横梁设计　采用１倍的基础刚度验算，墩柱和基础设计采用３倍　的基础刚度验算。　ｌ　２００／２　主梁和框架墩横梁固接处的强度安全是设计的主　要控制因素，因此，对该区域的局部应力和构造措施进　行分析和研究。通过建立空间模型，对主梁和框架墩　１　２００／２　一整　一体横　Ｌ——焦间距４４　』　目一结梁　项一构单　一刚独　一度　善　熹垂　图４纵梁跨中截面（单位：ｃｍ）　向度　ｎ　纵刚　ｌ詈　横刚　向度　Ｉ吕∞　向度　竖刚一　ｎ　∞　要求，２０　ｍ简支梁８０／２０＝４　Ｈｚ。　表２　主梁与框架墩横梁固接点刚度　ｋＮ／ｃｍ　弯度　加面　　弯度　加　筋面　图５空间模型　纵梁单独　５．２６Ｅ＋０６　２．７６Ｅ＋０６　８．９３Ｅ＋０４　３．５７Ｅ＋０７　１　２５Ｅ＋０８　５．１　基础刚度计算（表１）　采用桩基计算程序ＲＢＣＡＤ，基础配置５根１．２５　ｍ　桩计算。　表１　基础刚度计算　部位　横向　ｋＮ／ｃｍ　纵向弯　横向弯　刚度　平刚度　刚度　曲刚壶　纵向水　竖向　刚　左柱１倍刚度４．９１　Ｅ＋０５　４．５６Ｅ＋０５　１．３７Ｅ＋０７　３．４４Ｅ＋０７　９．４８Ｅ＋０７　基础３倍刚度１．４７Ｅ＋０６　１．３７Ｅ＋０６　４．１０Ｅ＋０７　１．０３Ｅ＋０８　２．８４Ｅ＋０８　右柱１倍刚度４．９１Ｅ＋０５　４．５４Ｅ＋０５　１．３１Ｅ＋０７　３．３０Ｅ＋０７　９．０７Ｅ＋０７　基础３倍刚度１．４７Ｅ＋０６　１．３６Ｅ＋０６　３．９２Ｅ＋０７　９８９Ｅ＋０７　２．７２Ｅ＋０８　．模态号　频率／Ｈｚ　２．６１３　６．７８２　７．４３６　７．９５３　周期／ｓ　０．３８３　０．１４７　０．１３４　０．１２６　Ｏ．１２ｌ　０　０９９　５．２　空间结构的刚度拆分计算　８．２７８　１０．０５６　１０　２５７　ｌ１　ｌ２９　ｌ９．６２２　１倍基础刚度计算结果见表２。　５．３结构整体特性计算（表３、表４）　０　０９７　０．０９０　０．Ｏ５ｌ　０　０４１　根据振型判断第四阶频率为竖向基频，满足规范　４６　２４．２９９　铁道标准设计ＲＡＩＬＷＡＹ　ＳＴＡＮＤＡＲＤ　ＤＥＳＩＧＮ　２０１１（７）　・桥　梁・　向莆铁路东新赣江大桥６５０　ｋＮ浮吊施工设计　龚国锋　（中铁大桥局股份有限公司，武汉４３００５０）　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｎ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　６５０ｋＮ　Ｆｌｏａｔｉｎｇ　Ｃｒａｎｅ　ｆｏｒ　Ｄｏｎｇｘｉｎ　Ｇａｎｊｉａｎｇ　Ｂｒｉｄｇｅ　Ｇｏｎｇ　Ｇｕｏｆｅｎｇ　摘要：向莆铁路东新赣江特大桥为（１２６＋１９６＋１２６）１１３变高度　线，东新赣江特大桥作为项目控制性工程之一，桥址位　于既有生米公路大桥上游１．５　ｋｍ处。桥址处通航等　连续钢桁梁桥。大桥钢梁架设吊装吊高高，吊重、吊距大，目前　赣江里没有能满足６０　ｍ吊高、４２　ＩＩ１吊距的大型浮吊。如果采　用梁上架梁吊机架设本桥钢梁，则须同时具备上、下坡（＋　级为Ⅱ一３级航道，通航净空１０　ｍ，施工水位＋１６．５　ｍ。　其中主桥３９号～４２号墩跨间上部结构为（１２６＋　１９６＋１２６）ｍ下承式连续钢桁梁，全长４４８　ｍ，钢桁梁　标准节间长度为１４　ｍ，边跨９个节间，中跨１４个节间，　全桥共计３２个节间。桥式布置如图１所示。　１９。—一１９。）和过拱顶的功能，研制难度大，造价高，工期不能满　足本桥要求。经过研究论证，本桥采用由２艘８００　ｔ双体船＋　１　２００　ｋＮ桅杆吊改制而成的一台６５０　ｋＮ浮吊进行钢梁架设，并　产生良好的经济与社会效益。对６５０　ｋＮ浮吊设计中的重点、　难点进行了充分地讨论，对ＷＤ１２０桅杆吊机、６５０　ｋＮ浮吊的设　计要点作了系统地阐述，并重点研究了双体船连接支架设计和　船舶的纵横向总体稳定问题。　关键词：钢桁梁；浮吊；双体船；稳定性　中图分类号：Ｕ４４５．３２　文献标识码：Ａ　图１　主桥立面布置（单位：ｆｆ１）　文章编号：１００４—２９５４（２０ｌ１）０７—００４８—０４　２　主桥钢梁架设设备比选　１　工程概述　主桥钢梁安装吊机原计划采用南京大胜关长江大　桥２台７００　ｋＮ架梁吊机改制而成，改制后的设备除应　满足原有性能要求外，还应能同时满足上、下坡（＋　１９。—一１９。）和过拱顶的要求。通过方案研究，原来吊　机改制难度较大，费用也很高，特别是改制工期满足不　了本桥钢梁架设的时间要求。在对架梁方案进一步比　◆●◆◆◆●◆●●●●●●●●●　向莆铁路是以客运为主兼顾货运的快速铁路干　收稿日期：２０ｌ１—０２—１５；修回日期：２０１１—０４—２１　作者简介：龚国锋（１９７３一），男，高级工程师，２００３年毕业于重庆交通　学院土木工程专业。　●●●●●●●●●◆◆◆◆●●●●●●●●◆◆◆◆６　结语　参考文献：　［１］　中华人民共和国铁道部．ＴＢ１０００２．１—２ＯＯ５铁路桥涵设计基本　规范［Ｓ］．北京：中国铁道出版社，２００５．　［２］　中华人民共和国铁道部．ＴＢ１０００２．３—２Ｏ０５铁路桥涵钢筋混凝　土和预应力混凝土结构设计规范［Ｓ］．北京：中国铁道出版　社，２００５．　（１）纵梁与框架墩横梁固接结构，框架墩立柱设　计时应保证足够的柔度，减小纵横梁的伸缩对框架墩　立柱产生过大内力。　（２）横梁与纵梁相交接的区域，由于杆系模型计　［３］　李廉锟．结构力学［Ｍ］．北京：中国铁道出版社，２００４．　［４］　田万俊．预应力混凝土框架墩设计研究［Ｊ］．铁道标准设计，　２００３（８）．　算方法的缺陷，应力计算存在着失真的情况。杆系模　型在横梁与纵梁相交的区域应力的计算结果是偏大　的，按此应力进行设计偏于安全，实际应力应予以　折减。　（３）地基基础的刚度对框架墩梁、墩柱结构的内　力影响很明显，设计中应准确模拟基础刚度，同时在结　［５］周敬库．铁路连续刚构桥墩梁固接处的局部应力分析研究［Ｊ］．铁　道建筑，２００８（１０）．　［６］　万志勇，兰　南．框架墩的计算与应用［Ｊ］．城市道桥与防洪，　２００６（１）．　［７］　郝丽维．津滨轻轨先铰接后刚接的钢一混凝土混合框架墩设计　［Ｊ］．铁道标准设计，２００３（８）．　［８］　刘彦文，李玉臣．框架墩纵向受力分析［Ｊ］铁道标准设计，２００３　（８）．　构不同部位验算时，要采用对应的安全数值去检算。　（４）主梁与横梁、横梁与墩柱连接施工与成桥后　体系发生转换，要求在纵梁与框架墩横梁固接处、横梁　［９］　王伟，冯建明．门式框架墩在高速公路的应用［Ｊ］．中国公路，　与墩柱固接处的混凝土分阶段浇筑，以符合设计的　目的　４８　２００８（２２）．　［１０］　张明欣．大跨径框架墩在跨线桥中的应用［Ｊ］．公路，２００９（７）　铁道标准设计ＲＡＩＬＷＡＹ　ＳＴＡＮＤＡＲＤ　ＤＥＳＩＧＮ　２０１１（７）