略說高鐵搖橋的設(shè)計(jì)特點(diǎn)
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選擇本橋主梁采用懸澆法施工,因跨度較大,所以主梁墩頂負(fù)彎矩較大,同時主墩承受較大的恒載。上述情況均有可能成為設(shè)計(jì)控制因素,為此盡量減少懸澆長度的施工方法對本橋顯得很重要。本橋結(jié)合現(xiàn)場地形,主梁兩端各設(shè)置了長達(dá)19m的現(xiàn)澆段,大大減少了懸澆長度,降低了主梁的墩頂負(fù)彎矩和主墩承受的豎向恒載,取得了良好的效果。鋼束布置優(yōu)化為避免豎向預(yù)應(yīng)力筋損失過大引起的腹板主應(yīng)力狀態(tài)惡化導(dǎo)致的大跨度主梁下?lián)显龃?每個懸澆節(jié)段的每側(cè)腹板均設(shè)置2束下彎鋼束,同時鋼束盡量向底板方向延伸。設(shè)計(jì)中綜合考慮頂板和腹板縱向鋼束布置,經(jīng)優(yōu)化,在頂板豎向只布置1排縱向束,因此,頂板厚度不受構(gòu)造控制,而按受力需要采用35cm厚。頂板厚度減薄后結(jié)構(gòu)圬工量減少,自重降低,整體改善了梁體受力狀態(tài)。該橋梁部混凝土每延米19郾9m3,鋼束每延米1286kg,在相近跨度的類似結(jié)構(gòu)中是較為節(jié)省的。收縮徐變控制近幾年,在我國修建的大跨連續(xù)梁(剛構(gòu))橋中,箱梁跨中下?lián)喜『^為普遍,其中徐變是重要的影響因素。徐變變形隨時間的增長而增大,一般前3年影響較大,3年過后變形減緩。初始加載齡期越短徐變速率對撓度的后期影響越大,隨時間的增長混凝土梁的剛度越來越大,初始加載齡期在60d時徐變速率對撓度的后期影響非常小。為減小徐變的影響,主梁設(shè)計(jì)時盡量減小上、下緣的恒載應(yīng)力差,使梁體在恒載作用下趨近于軸壓狀態(tài)。經(jīng)計(jì)算本橋二期恒載上橋時間按全聯(lián)合龍后90d計(jì)算,理論計(jì)算殘余徐變拱度值跨中為-7郾7mm,滿足使用要求。
2下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)
下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2郾3郾1搖主墩構(gòu)造主墩采用矩形空心墩,墩頂及墩底分別設(shè)置2m和10郾2m的實(shí)體段,下端實(shí)體段的高度主要結(jié)合河道百年水位確定。主墩墩高47郾5m,墩身縱向上下等寬,寬度為10m;橫向?yàn)樽儗捲O(shè)計(jì),墩頂橫向?qū)挾?郾9m,底寬14郾4m。墩頂縱、橫向壁厚分別為1郾6m、1郾4m?？v向內(nèi)坡為直坡;橫向外坡為14頤1,橫向內(nèi)坡為18頤1。墩底以上10m設(shè)置圓包頭。墩底實(shí)體段頂部對稱設(shè)2個排水孔,其上每隔4m在墩身周圍交錯設(shè)置通風(fēng)孔,直徑0郾2m,孔口用鋼筋織成的井字網(wǎng)封護(hù)。墩身材料分界線(梁底以下2m)以下采用C50混凝土,以上采用與梁體同強(qiáng)度等級的C55混凝土。為提高墩底實(shí)體段及墩頂與梁體相接段混凝土的抗裂性及耐久性,在上述部位采用纖維混凝土。主墩構(gòu)造見圖6。在確定該橋主墩形式時,分別對矩形空心墩和雙壁墩進(jìn)行了動、靜力分析,經(jīng)過計(jì)算分析比較后,確定采用矩形空心墩,其優(yōu)點(diǎn)如下:矩形空心墩的縱、橫向剛度及抗扭剛度大,增加了懸臂施工及最大懸臂時的搖安全度;在橋墩縱、橫向位移及橫向剛度基本一致的前提下,雙壁墩較矩形空心墩截面尺寸大,導(dǎo)致基礎(chǔ)圬工量增加;空心墩橫向自振頻率明顯優(yōu)于雙壁墩;張家鄢溝百年設(shè)計(jì)流量854m3/s,山區(qū)溝道洪水來勢兇猛,加帶大量泥石,采用墩底設(shè)置實(shí)體段的空心墩更有利于保證橋墩安全。2郾3郾2搖主墩基礎(chǔ)橋址區(qū)大部分分布三疊系上統(tǒng)砂巖、泥質(zhì)砂巖、砂質(zhì)泥巖,基本承載力400~800kPa;局部表覆第四系全新統(tǒng)人工堆積層、上更新統(tǒng)風(fēng)積層新黃土及第四系上更新統(tǒng)坡積層粗角礫土,中更新統(tǒng)風(fēng)積層老黃土,基本承載力60~550kPa。主墩采用鉆孔樁基礎(chǔ),樁徑2m,共20根,樁長27m,樁尖嵌入800kPa砂巖,按柱樁設(shè)計(jì),樁間距按《鐵路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》控制,采用4郾2m。承臺尺寸17郾9m(縱)伊24郾2m(橫),承臺厚度5m。2郾4搖抗震分析采用MIDAS建立模型,對主橋多遇地震作用下的地震力采用反應(yīng)譜法進(jìn)行分析并檢算橋墩和基礎(chǔ),因本橋地震烈度較低,地震作用不控制設(shè)計(jì)。采用簡化方法進(jìn)行延性驗(yàn)算,結(jié)果滿足《鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[8]要求。根據(jù)震規(guī)要求,本橋提高一級按7度設(shè)置抗震措施。同時主墩鋼筋布置執(zhí)行震規(guī)提出的延性配筋要求。
3搖主橋縱橫向剛度及動力特性
搖自振頻率主橋的自振頻率在很大程度上能反映出主橋剛度的大小,也就反映出主橋的動力特性,因此,分析主橋動力特性時應(yīng)首先要準(zhǔn)確地計(jì)算主橋的自振頻率及各階頻率對應(yīng)的振形特點(diǎn)。經(jīng)分析計(jì)算,主橋前10階自3郾2搖縱橫向剛度對于大跨度連續(xù)梁和剛構(gòu)體系的全橋整體橫向自振周期限值,鐵路橋梁規(guī)范尚沒有相關(guān)規(guī)定。本橋的橫向剛度控制參考執(zhí)行《關(guān)于南昆鐵路四座大橋橫向剛度的補(bǔ)充技術(shù)要求》,按其要求,其橫向第1自振周期按T1臆0郾011L0s,且T1臆1郾7s控制。本橋第1振形的自振周期為1郾057s,滿足要求。墩身的縱、橫向抗推剛度直接影響墩頂?shù)目v、橫向水平位移,如剛度過小,則會加大墩頂?shù)目v、橫向水平位移。因此檢算墩頂?shù)乃轿灰埔彩强刂贫丈砜雇苿偠鹊闹笜?biāo)之一。根據(jù)《鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范》的規(guī)定,墩頂順橋方向的彈性位移應(yīng)符合駐臆5Lmm的規(guī)定,本橋主墩墩頂最大縱向位移為35mm,滿足要求。墩頂橫橋方向的彈性位移的控制參考了《關(guān)于南昆鐵路四座大橋橫向剛度的補(bǔ)充技術(shù)要求》,主墩墩頂最大橫向位移為12mm,滿足駐臆4Lmm的要求。搖車橋耦合動力仿真分析采用空間有限元方法建立其全橋動力分析模型,考慮了橋墩與基礎(chǔ)的影響,對橋梁在C62貨車、SS8牽引準(zhǔn)高速車輛、國產(chǎn)先鋒號動力分散式動車組、中華之星動力集中式車組作用下的車橋空間耦合振動進(jìn)行了分析,評價(jià)了橋梁的動力性能以及列車運(yùn)行安全性與舒適性(平穩(wěn)性)。主要結(jié)論如下:C62貨物列車、SS8牽引準(zhǔn)高速列車集中式動車組通過橋梁時,列車運(yùn)行安全性得到保障;在C62貨物列車以60~80km/h速度運(yùn)行時,機(jī)車車輛豎向與橫向運(yùn)行平穩(wěn)性均達(dá)到“良好冶;速度達(dá)到90km/h時,其橫向運(yùn)行平穩(wěn)性為“合格冶;在SS8牽引準(zhǔn)高速列車以160~180km/h速度運(yùn)行時,車輛豎向與橫向行車舒適度均能夠達(dá)到“良好冶;速度200km/h運(yùn)行時,車輛豎向舒適度能達(dá)到“良好冶,橫向舒適性為“良好冶。
作者：肖瓊單位：廣元地鐵行政
