長聯大跨結構橋式方案設計論文

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1橋式方案設計比選

本橋主墩最小墩高約20m，最大墩高不超過30m，主墩抗推剛度較大，兼之單主跨達180m，屬國內外均罕見的鐵路長聯大跨結構。若采用連續剛構方案，則收縮徐變及溫度荷載產生的次內力過大，結構受力嚴重不合理，故本方案比選主要針對連續梁體系和連續+剛構組合體系進行深入研究，進而確定本橋合理的結構體系。

1.1連續梁方案設計研究

鑒于本橋主墩較矮，從加強橋墩防撞，增加橋墩整體抗推剛度及降低施工難度等角度考慮，主橋橋墩統一采用大尺寸實心墩較為合理。故連續梁方案的研究重點是梁高及梁寬的合理性問題。

1.1.1不同梁高設計比選此次方案比選是基于梁頂寬8.5m，箱寬7.0m保持不變的基礎上進行的，相應的細部尺寸（頂板厚65cm，底板厚0.55m~1.2m，腹板厚0.6m~1.2m）及縱向預應力配置等亦保持不變，僅通過有規律的改變梁高進行相關研究。本次計算主要采用midas/civil2011進行計算分析，因附加力的作用對連續梁結構的內力影響較小，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算結果。由表1數據可知，梁高的變化對正截面抗彎強度的影響較大，對梁體剛度有一定的影響，對其斜截面抗剪，正截面抗裂，斜截面抗裂及橫向自振周期四項指標的影響不是很明顯。梁體受力的最不利位置均位于主跨跨中。本著降低恒載，節約造價考慮，可選擇梁高較小的方案4進行進一步研究分析。

1.1.2不同梁寬設計比選本方案研究依據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梁高13.4m保持不變的基礎上重點考察梁體箱寬變化對結構的造成的相關影響。表2為不同梁寬變化的結構主要計算結果。由表2的數據，梁頂寬保持8.5m不變，梁底寬的變化，對正截面抗彎、正截面抗裂、橫向剛度及橫向自振周期影響很大，對梁體的豎向剛度有一定的影響，對斜截面抗剪和斜截面抗裂這兩個指標的影響不大，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，對正截面抗彎、豎向剛度、橫向剛度這個指標的影響很大，對梁體的橫向自振周期有一定的影響，對正截面抗裂、斜截面抗裂和斜截面抗剪這三個指標的影響不大。梁頂寬度越小，對正截面抗彎有利，但對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。因本橋主橋屬典型的單線長聯大跨結構，結構在車橋耦合及地震力作用下的動力特性顯著，對橫向剛度要求較高，故梁頂寬及箱寬均不宜過窄，并結合梁體縱向預應力布置構造要求，綜合考慮后梁體結構頂寬取8.5m，箱寬取7.5m較為合適。綜合上述研究分析，本連續梁方案梁部結構較合理的構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。連續梁方案立面布置如圖1所示。

1.2連續+剛構組合體系方案設計研究

本方案采用通航主孔兩側墩梁固結，其余主墩頂設縱向活動支座的結構體系。由于墩高受限，使得墩體受力成為橋梁設計的主要控制因素之一。本次研究的側重點在于墩體受力。本方案計算分析時梁部結構采用連續梁方案分析研究得出的推薦結構尺寸，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為剛構墩的主要計算結果。通過上述計算結果可以看出，該橋若采用連續+剛構組合結構，雙肢薄壁墩比薄壁空心單墩受力相對有利，但無論采取那種橋墩形式，橋墩受力均嚴重不合理，截面檢算不滿足規范要求，究其原因，主要是由于剛構墩高度過矮（42號墩最大墩高28m，43號墩最大墩高22m），橋墩抗推剛度較大，采用墩梁固結的結構形式造成橋墩結構的墩頂與墩底附加彎矩過大，造成墩身難以通過相關檢算，故該方案不可行。

2結論

（1）單線鐵路長聯大跨結構應根據工程實際對橋式方案進行深入分析，在此基礎上確定經濟合理的設計方案。

（2）長聯大跨結構因收縮徐變及溫度作用下對結構產生的效應突出，控制結構設計，應特別注意。

（3）該結構應采用變高度梁，梁高取值宜滿足以下條件：邊支點和跨中高跨比一般可取1/22~1/25，中支點處高跨比一般為1/12~1/14；梁寬可根據計算及預應力構造優化確定，但不宜過窄，以適應結構的整體受力要求。

（4）通過本橋的方案設計研究，可對類似結構設計提供一定的參考，并為該類結構向更大規模發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