長(zhǎng)聯(lián)大跨結(jié)構(gòu)橋式方案設(shè)計(jì)論文

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1橋式方案設(shè)計(jì)比選

本橋主墩最小墩高約20m，最大墩高不超過(guò)30m，主墩抗推剛度較大，兼之單主跨達(dá)180m，屬?lài)?guó)內(nèi)外均罕見(jiàn)的鐵路長(zhǎng)聯(lián)大跨結(jié)構(gòu)。若采用連續(xù)剛構(gòu)方案，則收縮徐變及溫度荷載產(chǎn)生的次內(nèi)力過(guò)大，結(jié)構(gòu)受力嚴(yán)重不合理，故本方案比選主要針對(duì)連續(xù)梁體系和連續(xù)+剛構(gòu)組合體系進(jìn)行深入研究，進(jìn)而確定本橋合理的結(jié)構(gòu)體系。

1.1連續(xù)梁方案設(shè)計(jì)研究

鑒于本橋主墩較矮，從加強(qiáng)橋墩防撞，增加橋墩整體抗推剛度及降低施工難度等角度考慮，主橋橋墩統(tǒng)一采用大尺寸實(shí)心墩較為合理。故連續(xù)梁方案的研究重點(diǎn)是梁高及梁寬的合理性問(wèn)題。

1.1.1不同梁高設(shè)計(jì)比選此次方案比選是基于梁頂寬8.5m，箱寬7.0m保持不變的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，相應(yīng)的細(xì)部尺寸（頂板厚65cm，底板厚0.55m~1.2m，腹板厚0.6m~1.2m）及縱向預(yù)應(yīng)力配置等亦保持不變，僅通過(guò)有規(guī)律的改變梁高進(jìn)行相關(guān)研究。本次計(jì)算主要采用midas/civil2011進(jìn)行計(jì)算分析，因附加力的作用對(duì)連續(xù)梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)力影響較小，鑒于篇幅所限，表1僅列出梁部在主力組合作用下的主要計(jì)算結(jié)果。由表1數(shù)據(jù)可知，梁高的變化對(duì)正截面抗彎強(qiáng)度的影響較大，對(duì)梁體剛度有一定的影響，對(duì)其斜截面抗剪，正截面抗裂，斜截面抗裂及橫向自振周期四項(xiàng)指標(biāo)的影響不是很明顯。梁體受力的最不利位置均位于主跨跨中。本著降低恒載，節(jié)約造價(jià)考慮，可選擇梁高較小的方案4進(jìn)行進(jìn)一步研究分析。

1.1.2不同梁寬設(shè)計(jì)比選本方案研究依據(jù)上述梁高變化研究成果，在梁高由跨中7.2m按二次拋物線漸變至支點(diǎn)梁高13.4m保持不變的基礎(chǔ)上重點(diǎn)考察梁體箱寬變化對(duì)結(jié)構(gòu)的造成的相關(guān)影響。表2為不同梁寬變化的結(jié)構(gòu)主要計(jì)算結(jié)果。由表2的數(shù)據(jù)，梁頂寬保持8.5m不變，梁底寬的變化，對(duì)正截面抗彎、正截面抗裂、橫向剛度及橫向自振周期影響很大，對(duì)梁體的豎向剛度有一定的影響，對(duì)斜截面抗剪和斜截面抗裂這兩個(gè)指標(biāo)的影響不大，而且，箱寬越大，受力越有利；梁底寬保持6.5m不變，梁頂寬的變化，對(duì)正截面抗彎、豎向剛度、橫向剛度這個(gè)指標(biāo)的影響很大，對(duì)梁體的橫向自振周期有一定的影響，對(duì)正截面抗裂、斜截面抗裂和斜截面抗剪這三個(gè)指標(biāo)的影響不大。梁頂寬度越小，對(duì)正截面抗彎有利，但對(duì)梁體整體剛度及橫向自振周期不利。梁體受力的最不利位置均位于主跨跨中。因本橋主橋?qū)俚湫偷膯尉€長(zhǎng)聯(lián)大跨結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)在車(chē)橋耦合及地震力作用下的動(dòng)力特性顯著，對(duì)橫向剛度要求較高，故梁頂寬及箱寬均不宜過(guò)窄，并結(jié)合梁體縱向預(yù)應(yīng)力布置構(gòu)造要求，綜合考慮后梁體結(jié)構(gòu)頂寬取8.5m，箱寬取7.5m較為合適。綜合上述研究分析，本連續(xù)梁方案梁部結(jié)構(gòu)較合理的構(gòu)造尺寸為箱梁采用二次拋物線變高截面，單箱單室，邊墩及跨中處梁高7.2m，主墩處梁高13.4m，頂板厚0.65m，頂板寬8.5m；底板厚由0.55m按二次拋物線漸變至1.2m，底板寬7.5m；腹板采用豎直腹板，厚度由0.6m線性變化至1.2m。連續(xù)梁方案立面布置如圖1所示。

1.2連續(xù)+剛構(gòu)組合體系方案設(shè)計(jì)研究

本方案采用通航主孔兩側(cè)墩梁固結(jié)，其余主墩頂設(shè)縱向活動(dòng)支座的結(jié)構(gòu)體系。由于墩高受限，使得墩體受力成為橋梁設(shè)計(jì)的主要控制因素之一。本次研究的側(cè)重點(diǎn)在于墩體受力。本方案計(jì)算分析時(shí)梁部結(jié)構(gòu)采用連續(xù)梁方案分析研究得出的推薦結(jié)構(gòu)尺寸，橋墩采用C40砼，受力主筋采用2根一束Φ32@10cm的HRB400普通鋼筋，表3為剛構(gòu)墩的主要計(jì)算結(jié)果。通過(guò)上述計(jì)算結(jié)果可以看出，該橋若采用連續(xù)+剛構(gòu)組合結(jié)構(gòu)，雙肢薄壁墩比薄壁空心單墩受力相對(duì)有利，但無(wú)論采取那種橋墩形式，橋墩受力均嚴(yán)重不合理，截面檢算不滿(mǎn)足規(guī)范要求，究其原因，主要是由于剛構(gòu)墩高度過(guò)矮（42號(hào)墩最大墩高28m，43號(hào)墩最大墩高22m），橋墩抗推剛度較大，采用墩梁固結(jié)的結(jié)構(gòu)形式造成橋墩結(jié)構(gòu)的墩頂與墩底附加彎矩過(guò)大，造成墩身難以通過(guò)相關(guān)檢算，故該方案不可行。

2結(jié)論

（1）單線鐵路長(zhǎng)聯(lián)大跨結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際對(duì)橋式方案進(jìn)行深入分析，在此基礎(chǔ)上確定經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)計(jì)方案。

（2）長(zhǎng)聯(lián)大跨結(jié)構(gòu)因收縮徐變及溫度作用下對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的效應(yīng)突出，控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，應(yīng)特別注意。

（3）該結(jié)構(gòu)應(yīng)采用變高度梁，梁高取值宜滿(mǎn)足以下條件：邊支點(diǎn)和跨中高跨比一般可取1/22~1/25，中支點(diǎn)處高跨比一般為1/12~1/14；梁寬可根據(jù)計(jì)算及預(yù)應(yīng)力構(gòu)造優(yōu)化確定，但不宜過(guò)窄，以適應(yīng)結(jié)構(gòu)的整體受力要求。

（4）通過(guò)本橋的方案設(shè)計(jì)研究，可對(duì)類(lèi)似結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供一定的參考，并為該類(lèi)結(jié)構(gòu)向更大規(guī)模發(fā)展提供一定的借鑒意義。

作者：龔志勇 吳益波 單位：中鐵二院重慶公司