西康二线关庙大桥设计

铁　道　建２０１４年第３期　筑　５　Ｒａｉｌｗａｙ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　文章编号：１００３—１９９５（２０１４）０３－０００５－０３　西康二线关庙大桥设计　欧阳辉来　（中铁第一勘察设计院集团有限公司，陕西西安７１００４３）　摘要：西康二线关庙大桥位于秦岭终南山国家森林公园风景区，桥位处沟槽明显，较顺直，两岸岸坡高　陡。为减少对两岸边坡稳定性的影响，关庙大桥采用了大跨度高墩Ｔ形刚构桥式方案。本文结合关庙　大桥的设计、计算，介绍桥梁结构形式、细部构造，并从结构体系受力分析、收缩徐变影响、抗震性能、行　车动力特性等方面叙述了大跨度高墩Ｔ形刚构桥的主要力学特点和结构性能。　关键词：铁路桥Ｔ形刚构桥梁设计　结构分析　中图分类号：Ｕ４４２．５　文献标识码：Ａ　ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００３・１９９５．２０１４．０３．０２　桥址处控制流域面积１６．５５　ｋｍ　，百年一遇流量　１　工程概述　西安至安康增建二线主要通过渭河冲积平原区、　秦岭中山区、秦岭南部中低山河谷区三个大的区域。　关庙大桥地处终南山国家森林公园风景区，为跨越大　瓢沟而设。桥位处沟槽明显，较顺直，两岸岸坡高陡，　自然坡度约６０。，沟谷深切呈“Ｖ”字形，沟内沉积有大　量的漂石，两岸山坡近沟底基岩裸露，两岸基岩出露，　Ｑ＝２２４　１ＴＩ　／ｓ，桥址处河床纵坡５６．７％ｅ。桥址气候属　于湿润寒冷山地气候，海拔高程１　０００　ｍ以上，年平均　气温１３．２　ｏＣ，极端最高气温３９．０　ｏＣ，极端最低气温　一ｌ７．５℃，平均相对湿度７０％。　综合考虑造价经济、施工方便及对桥位处周边环　境影响等因素，最终确定关庙大桥采用（９５＋９５）ｍ预　应力混凝土Ｔ形刚构方案。全桥布置见图１。　河床为碎石质河床，桥位地处典型Ｖ形沟谷，桥高近　７０　ｍ。关庙大桥位于Ｒ＝１　６００　ｍ的平曲线上，安康侧　接大瓢沟隧道，西安侧接熊沟隧道。桥址处线路与大　瓢沟斜交，斜交角度３０。。　安康一　西安　收稿日期：２０１３—０５—１５；修回日期：２０１３—１１—２０　作者简介：欧阳辉来（１９７５一），男，江西萍乡人，高级工程师。　图１关庙大桥桥型布置（单位：ｃｍ）　线（城际铁路）有砟轨道预制后张法预应力混凝土简支组合箱　７　结论　通过对海南东环铁路跨度３２　ｍ双线组合简支箱　梁进行施工工艺试验、静载试验、自振频率和长期性能　测试，箱梁的制造工艺满足预制箱梁技术条件要求，其　刚度、抗裂性、抗扭性能、自振频率等受力性能指标满　足设计和规范要求，箱梁可以批量生产。　梁（双线、双箱单室）设计书（通桥［２００９］２２２８Ａ—Ｉ）［Ｒ］．武汉：　中铁第四勘察设计院集团有限公司，２００９．　［２］周勇政，朱尔玉，李学民，等．预制混凝土箱梁快速降温的措　施及效果分析［Ｊ］．铁道建筑，２０１０（７）：１Ｏ一１３．　［３］中华人民共和国铁道部．铁科技［２００４］１２０号　客运专线　预应力混凝土预制梁暂行技术条件［ｓ］．北京：中国铁道出版　社，２００４．　针对试验研究过程中发现的问题，建议：①梁端锚　穴上方增强横向钢筋配置，以改善梁端局部受力性能；　②鉴于海南地区气温高、日照强烈，宜严格混凝土施工　及养护工艺的控制措施。　参　考　文　献　［１］中铁第四勘察设计院集团有限公司．时速２５０公里客运专　［４］中华人民共和国铁道部．ＴＢ／Ｔ　２０９２－－２００３　预应力混凝土　铁路梁静载弯曲试验方法及评定标准［ｓ］．北京：中国铁道出版　社，２００４．　［５］中华人民共和国铁道部．铁建设［２００５］１４０号　新建时速　２００—２５０公里客运专线铁路设计暂行规定［Ｓ］．北京：中国铁　道出版社，２００５．　（责任审编　盂庆伶）　６　铁道建筑　２主要技术标准　１）铁路等级：Ｉ级。　２）正线数目：单线（增建二线）。　３）限制坡度：６％ｏ，双机１３％ｏ。　寸长（顺桥向）×宽（横桥向）×高为（１６×１９×１５）ｍ。　桥墩及基础构造见图３。　［＝　・－｛，：Ｌ　ｈ　１　；‘　０　４）旅客列车设计行车速度及最小曲线半径：设计　０　行车速度１６０　ｋｍ／ｈ，最小曲线半径１　６００　ｍ。　５）牵引种类：电力　６）重车方向：安康　７）建筑限界：桥梁建筑限界采用“客货共线铁路　建筑限界（　≤１６０　ｋｍ／ｈ）桥梁建筑限界图（电力牵引　区段）”。　８）地震烈度：地震动峰值加速度０．１０ｇ（相当于地　震基本烈度七度），场地特征周期０．４０　Ｓ。　３　结构设计　３．１　主梁　由于本桥位于Ｒ＝１　６００　ｍ的平曲线上，故箱梁为　曲梁，半径为１　６００　ｍ。　主梁采用悬臂浇注法施工。　梁体为单箱单室变高度直腹板箱形截面，墩顶处　梁高１１．０　ｍ，梁端直线段高４．５　ｍ，梁底曲线线型采用　１．８次抛物线。箱梁的箱顶宽７．５　ｍ，单侧悬臂长　１．２５　ｍ，箱底宽５．０　ｍ。腹板厚度０．５０～１．１０　ｍ，底板　由箱梁根部１．３０　ｍ，渐变至边跨直线段０．５０　ｍ。顶板　厚０．５３５　ｍ。梁端断面见图２。在梁端设有２．５　ｍ厚　的横隔墙，箱梁在墩顶处设置２道２．０　ｍ厚的横隔墙。　１２５　Ｉ　５００　Ｉ　１２５　图２梁端横断面（单位：ｃｍ）　３．２桥墩及基础　桥墩采用矩形截面钢筋混凝土空心墩，墩高　５８　ｍ；墩身厚度（顺桥向）８．０　ｍ，壁厚１．２　ｍ，内外壁为　直坡变化；墩顶横桥向宽度７．５　ｍ，壁厚为１．２　ｍ，墩身　横桥外侧按４０：１、内侧按６０：１的坡度变化，墩底横桥　向宽度１０．４０　ｍ。　基础采用矩形明挖满灌混凝土扩大基础，基础尺　景　ｌ　１　０　＋’　ｔ　景　ｎ　一　０　４００　８ｌ　）Ｏ　４０ｄ　１　＾一－Ｉｌ。ｔ景　。　ｌ＿＿　１　６００　．　（ａ）顺桥向　（ｂ）横桥向　图３桥墩及基础构造（单位：ｏｍ）　４　结构分析　４．１静力分析　将（９５＋９５）ｍ预应力混凝土Ｔ形刚构作为分析　对象，主要用于纵向静力计算，对其施工阶段、运营阶　段的内力和应力状况进行分析。本模型采用西南交通　大学编制的桥梁结构分析系统ＢＳＡＳ程序进行计算。　按照主桥梁部的实际构造进行结构离散，共划分７６个　单元、７８个节点。根据设计施工流程，全桥施工分为　７０个阶段，第７０阶段为运营阶段。　分析工况考虑了结构自重、预加应力、混凝土收缩　徐变、基础变位影响、中一活载、温度荷载、风荷载、施　工荷载等。　经分析，成桥阶段主梁上缘最大应力（压应力）为　１４．１１　ＭＰａ，上缘最小应力（压应力）为０．８９　ＭＰａ，下缘　最大应力（压应力）为１２．７４　ＭＰａ，下缘最小应力（压应　力）为０．５１　ＭＰａ；运营阶段主梁上缘最大应力（压应　力）为ｌ５．８４　ＭＰａ，上缘最小应力（压应力）为　０．８３　ＭＰａ，下缘最大应力（压应力）为１４．５０　ＭＰａ，下缘　最小应力（压应力）为０．５０　ＭＰａ，最大主拉应力为　一１．４３　ＭＰａ，最小正截面强度安全系数为２．３３，最小　抗裂安全系数为１．４１；均满足规范要求。　４．２动力特性分析　将（９５＋９５）ｍ预应力混凝土Ｔ形刚构作为分析　对象，主要用于结构动力特性分析和地震荷载作用下　结构的内力和变形。　本模型采用通用有限元程序ＭＩＤＡＳ．ＣＩＶＩＬ程序进　行分析。按照桥梁上下部的实际构造进行结构离散，共　划分１２０个单元、１２２个节点。动力分析模型见图４。　２０１４年第３期　欧阳辉来：西康二线关庙大桥设计　７　图４动力分析模型　主梁、墩柱采用空间梁单元进行离散，二期恒载通　过均布荷载转换成质量施加在主梁上，墩与主梁之问　的连接采用主从关系来模拟。　基础采用六弹簧法模拟桩一土效应，即作用于承　台底的６个弹簧刚度等代基础的作用，这６个单元刚　度为竖向刚度、顺桥向和横桥向的抗推刚度、绕竖轴的　抗扭刚度和绕两个水平轴的抗弯刚度。　模型整体坐标系：顺桥向为　轴，横桥向为ｌ，轴，　竖向为ｚ轴。六弹簧模型见图５。　注：Ｋｌ，Ｋ２，Ｋ３分别为Ｘ，Ｙ，Ｚ方向上的拉压弹簧　，Ｋ　，　分别为Ｘ，Ｙ，Ｚ方向的转动弹簧。甜叶　●　Ｔ　　图５　考虑基础一土共同作用的六弹簧模型　桥梁前５阶频率、周期和振型见表１，均满足规范　要求。　表１桥梁前５阶自振频率、周期及振型　４．３减隔震措施　由于本桥两端接隧道，桥台设置在完整的岩石中，　为充分利用桥台后岩石的抗压强度、减少主墩和基础　承担全联的地震力，故在梁端和桥台前墙处设置橡胶　隔震块，从而到达减隔震的效果，见图６。表２为是否　在梁端和台前设置隔震块时的桥墩受力情况。　设计轨底线　设计路肩线　图６桥台立面构造（单位：ｅｍ）　表２顺桥向罕遇地震内力　从表２可知道，设置橡胶隔震块可将主墩承担的　地震力降低约４０％。　５　施工方法　本桥位两侧边坡陡峭，岩石完整，为了减少施工对　既有植被、岩石等环境因素的影响，故采用挂篮悬臂现　浇方案，并且尽可能地缩短边跨支架现浇段、延长悬臂　浇注的梁段长度。　６　结束语　关庙大桥为西康二线铁路重点工程，位于Ｒ＝　１　６００　ｍ的平曲线上，是国内单线铁路跨度最大的Ｔ形　刚构。大桥结构线型简洁，施工对既有环境的影响较　小。大桥取得的设计成果，为今后在其他铁路干线上　单线大跨Ｔ形刚构设计提供了技术支持，对提高设计　效率有较大帮助。大桥竣工以来运营状态良好。　参　考　文　献　［１］项海帆，姚玲森．高等桥梁结构理论［Ｍ］．北京：人民交通出　版社，２００１．　［２］杜国华，毛昌时，司徒妙龄．桥梁结构分析［Ｍ］．上海：同济　大学出版社，１９９４．　［３］范立础．桥梁抗震［Ｍ］．上海：同济大学出版社，１９９７．　［４］李登科．高墩大跨铁路桥梁动力特性分析［Ｊ］．铁道建筑，　２０１２（７）：ｌ一３．　［５］全开华，冯卫军，李云．连续刚构桥梁的延性地震响应分析　与应用［Ｊ］．铁道建筑，２０１１（１１）：２３—２５．　（责任审编孟庆伶）