长联大跨结构桥式方案设计论文

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1桥式方案设计比选

本桥主墩最小墩高约20m，最大墩高不超过30m，主墩抗推刚度较大，兼之单主跨达180m，属国内外均罕见的铁路长联大跨结构。若采用连续刚构方案，则收缩徐变及温度荷载产生的次内力过大，结构受力严重不合理，故本方案比选主要针对连续梁体系和连续+刚构组合体系进行深入研究，进而确定本桥合理的结构体系。

1.1连续梁方案设计研究

鉴于本桥主墩较矮，从加强桥墩防撞，增加桥墩整体抗推刚度及降低施工难度等角度考虑，主桥桥墩统一采用大尺寸实心墩较为合理。故连续梁方案的研究重点是梁高及梁宽的合理性问题。

1.1.1不同梁高设计比选此次方案比选是基于梁顶宽8.5m，箱宽7.0m保持不变的基础上进行的，相应的细部尺寸（顶板厚65cm，底板厚0.55m~1.2m，腹板厚0.6m~1.2m）及纵向预应力配置等亦保持不变，仅通过有规律的改变梁高进行相关研究。本次计算主要采用midas/civil2011进行计算分析，因附加力的作用对连续梁结构的内力影响较小，鉴于篇幅所限，表1仅列出梁部在主力组合作用下的主要计算结果。由表1数据可知，梁高的变化对正截面抗弯强度的影响较大，对梁体刚度有一定的影响，对其斜截面抗剪，正截面抗裂，斜截面抗裂及横向自振周期四项指标的影响不是很明显。梁体受力的最不利位置均位于主跨跨中。本着降低恒载，节约造价考虑，可选择梁高较小的方案4进行进一步研究分析。

1.1.2不同梁宽设计比选本方案研究依据上述梁高变化研究成果，在梁高由跨中7.2m按二次抛物线渐变至支点梁高13.4m保持不变的基础上重点考察梁体箱宽变化对结构的造成的相关影响。表2为不同梁宽变化的结构主要计算结果。由表2的数据，梁顶宽保持8.5m不变，梁底宽的变化，对正截面抗弯、正截面抗裂、横向刚度及横向自振周期影响很大，对梁体的竖向刚度有一定的影响，对斜截面抗剪和斜截面抗裂这两个指标的影响不大，而且，箱宽越大，受力越有利；梁底宽保持6.5m不变，梁顶宽的变化，对正截面抗弯、竖向刚度、横向刚度这个指标的影响很大，对梁体的横向自振周期有一定的影响，对正截面抗裂、斜截面抗裂和斜截面抗剪这三个指标的影响不大。梁顶宽度越小，对正截面抗弯有利，但对梁体整体刚度及横向自振周期不利。梁体受力的最不利位置均位于主跨跨中。因本桥主桥属典型的单线长联大跨结构，结构在车桥耦合及地震力作用下的动力特性显著，对横向刚度要求较高，故梁顶宽及箱宽均不宜过窄，并结合梁体纵向预应力布置构造要求，综合考虑后梁体结构顶宽取8.5m，箱宽取7.5m较为合适。综合上述研究分析，本连续梁方案梁部结构较合理的构造尺寸为箱梁采用二次抛物线变高截面，单箱单室，边墩及跨中处梁高7.2m，主墩处梁高13.4m，顶板厚0.65m，顶板宽8.5m；底板厚由0.55m按二次抛物线渐变至1.2m，底板宽7.5m；腹板采用竖直腹板，厚度由0.6m线性变化至1.2m。连续梁方案立面布置如图1所示。

1.2连续+刚构组合体系方案设计研究

本方案采用通航主孔两侧墩梁固结，其余主墩顶设纵向活动支座的结构体系。由于墩高受限，使得墩体受力成为桥梁设计的主要控制因素之一。本次研究的侧重点在于墩体受力。本方案计算分析时梁部结构采用连续梁方案分析研究得出的推荐结构尺寸，桥墩采用C40砼，受力主筋采用2根一束Φ32@10cm的HRB400普通钢筋，表3为刚构墩的主要计算结果。通过上述计算结果可以看出，该桥若采用连续+刚构组合结构，双肢薄壁墩比薄壁空心单墩受力相对有利，但无论采取那种桥墩形式，桥墩受力均严重不合理，截面检算不满足规范要求，究其原因，主要是由于刚构墩高度过矮（42号墩最大墩高28m，43号墩最大墩高22m），桥墩抗推刚度较大，采用墩梁固结的结构形式造成桥墩结构的墩顶与墩底附加弯矩过大，造成墩身难以通过相关检算，故该方案不可行。

2结论

（1）单线铁路长联大跨结构应根据工程实际对桥式方案进行深入分析，在此基础上确定经济合理的设计方案。

（2）长联大跨结构因收缩徐变及温度作用下对结构产生的效应突出，控制结构设计，应特别注意。

（3）该结构应采用变高度梁，梁高取值宜满足以下条件：边支点和跨中高跨比一般可取1/22~1/25，中支点处高跨比一般为1/12~1/14；梁宽可根据计算及预应力构造优化确定，但不宜过窄，以适应结构的整体受力要求。

（4）通过本桥的方案设计研究，可对类似结构设计提供一定的参考，并为该类结构向更大规模发展提供一定的借鉴意义。

作者：龚志勇 吴益波 单位：中铁二院重庆公司