总第２４６期 Ｓｅｒｉａｌ Ｎｏ．２４６ ２０１１年第３期 Ｎｏ．３ Ｊｕｎｅ．２０１１ 高速铁路预应力混凝土连续梁桥设计 梁 会 （中铁第四勘察设计院集团有限公司 武汉４３００６３） 摘要结合青山河特大桥主跨预应力混凝土连续梁，介绍高速铁路连续梁的结构特点及设计中 应注意的问题。通过对该梁的静力计算和动力分析。得到应力、变形情况及动力特性、列车走行性 分析成果。 关键词 高速铁路连续梁 桥梁设计 宁安城际是南京到安庆的一条城际客运专线 １．２预应力体系 铁路，设计车速为２５０ ｋｍ／ｈ。青山河特大桥位于 箱梁采用三向预应力体系。 安徽境内，主跨采用４８ ｍ＋８８ ｍ＋４８ ｍ预应力 （１）纵向预应力柬布置。根据箱梁弯矩包络 混凝土连续梁跨越青山河。桥面为ＣＲＴＳ Ｉ型板 图和节段悬浇施工的特点配置各截面上下缘预应 式元砟轨道，双线梁，线问距４．６ ｍ，位于半径 力钢索。顶板索、腹板下弯索及边跨底板索采用 Ｒ一７ ０００ ｍ的缓和曲线上。桥址处是一般大气 ｌ２一 １５．２０ ｍｍ钢绞线，顶板索除边、中跨合龙索 条件下无防护措施的地面结构，环境类别为碳化 锚下张拉控制应力为１ ３０２ ＭＰａ外，均为１ ２５０ 环境，作用等级Ｔ２。地震动峰值加速度≤０．１ ｇ， ＭＰａ；腹板下弯索及边跨底板索锚下张拉控制应 地震动反应谱特征周期０．３５ ｓ。连续梁施工采用 力为１ ２８０ ＭＰａ。中跨底板索及腹板上弯索采用 桥位处挂篮悬臂浇筑施工。 １５一 １５．２０ ｍｍ钢绞线，锚下张拉控制应力为 １ 梁部构造 １ ３０２ ＭＰａ。纵向预应力钢索均采用两端张拉。 （２）横向预应力束布置。顶板横向预应力束 １．１箱梁结构 采用５一 １５．２０ ｍｍ钢绞线，２种索形交错布置， 梁体采用Ｃ５０预应力混凝土，箱梁横截面为 顺桥向间距为０．５ ｒｎ。锚下张拉控制应力１ ２８０ 单箱单室直腹板，悬臂部分采用大圆弧过渡。各 ＭＰａ，单端交错张拉。 控制截面梁高分别为：端支点及边跨直线段和跨 （３）竖向预应力钢筋布置。竖向预应力采用 中截面梁高３．８ ｍ，中支点梁高６．９ ｍ，梁高按圆 直径３２ ｍｍ预应力用螺纹钢筋（ＰＳＢ８３０），顺桥 曲线变化，圆曲线半径Ｒ一２７２．６７９ ｍ。 向间距０．５ ｍ。锚下张拉控制应力为７０５．５ 全桥箱梁顶宽１２．２ ｍ，底宽６．００ ｍ。顶板 ＭＰａ，每延米张拉伸长量为０．３５３ ｃｍ，在梁顶张 厚４０ ｃｍ，腹板厚分别为４５、６５、８０ ｃｍ，底板厚由 拉。支点横隔板处受力复杂，横、竖向预应力筋布 跨中的４６ Ｃｍ按圆曲线变化至中支点梁根部的 置要加强。在进人洞上、下缘对称布置横向直径 ９０．１ ｃｍ，中支点处加厚到１５６．５ ｃｍ；全桥共设５ ３２ ｍｍ预应力用螺纹钢筋；横隔板内布置几排竖 道横隔板，分别设于中支点、端支点和中跨跨中截 向预应力粗钢筋，防止箱梁混凝土开裂。 面。中支点处设置厚２．６ ｍ的横隔板，边支点处 １．３支座及防落梁设施 设置厚１．３ ｍ的端隔板，中跨跨中合龙段设置厚 地震区桥梁应采用构造简单、便于更换的支 ０．６ ｍ的中横隔板。隔板设有孔洞，供检查人员 座，支座本体抗震能力应高于其连接构件［１］。主 通过。 梁采用ＧＴＱＺ系列球形支座。每个支点设两个 支座，中支座为３５ ＭＮ级，端支座为６ ＭＮ级，固 收稿日期：２０１１—０１—１１ 定支座位于曲线梁曲线内侧。在梁体支座两侧设 ２４ 梁会：高速铁路预应力混凝土连续梁桥设计 ２０１１年第３期 置横向防落梁型钢挡块，对梁部结构施行横向限 位。型钢挡块与垫石之间预留３ ｃｍ缝隙，待梁体 就位后，将缝隙用硬木塞紧。 整顶、底板预应力索根数及张拉顺序来保证全截 面处于受压状态。 ２．２横向计算 ２静力计算 ２．１纵向计算 本梁按全预应力混凝土结构设计，将其划分 箱梁横向按被支承在主梁腹板中心线下缘的 箱形框架计算，分别选取跨中、腹板厚度变化处及 中支点附近的典型截面进行检算。双线箱梁考虑 单、双线加载的影响。横向计算应计入底板预应 力索的径向力。温度应力按日照和寒潮两种情况 为为６６个单元、６７个节点，根据拟定的施工方法 和施工步骤模拟施工及运营各阶段工况。 考虑，其计算模式见图１、图２。 Ｉｆ１ 本梁桩基持力层位于花岗岩弱风化层，相临 两支点不均匀沉降取２ ｃｍ。无砟轨道梁纵向温 度荷载按顶板升温８℃考虑。结构整体升降温 ±２０℃。列车活载采用ＺＫ活载，高铁规范中列 车竖向动力系数的计算修订为： １＋ 一１＋（１．４４／（Ｌ —０．２）一０．１８） 式中：Ｌ 为加载长度，ｍ［引。 设计中还应考虑离心力、横向摇摆力、施工荷 图１ 日照模式（单位：℃） ０ 载、地震力等荷载的影响，分别以主力、主力＋附 加力进行组合，取最不利组合进行设计。 由于双线单箱梁宽跨比较大，剪力滞效应不 能忽略。箱梁截面设计和刚度计算时应考虑剪力 Ｏ 滞的影响，做翼缘有效宽度折减计算。有效宽度 在跨中折减很小，支点折减较大。箱梁跨度越小， 支点附近有效宽度折减越大，主加附作用下支点 附近截面下缘极易出现拉应力，设计中应通过调 图２寒潮模式（单位：℃） ２．３主要计算成果 （１）运营阶段梁部应力、强度及抗裂性计算 结果见表１。 表１ 运营阶段应力及设计安全系数 注：主应力为抗裂衙载作用Ｆ应力。 （２）主梁位移计算结果。高铁规范对桥梁刚 高铁规范明确了无砟轨道混凝土梁的竖向残 余徐变变形，在跨度小于５０ ｍ时不应大于ｌ０ ｍｍ；跨度大于５０ ｍ时不应大于Ｌ／５ ０００且不大 于２０ ｍｍ。本设计按成桥６０ ｄ以后铺轨来计算 工后徐变，边跨最大上拱１．４ ｍｍ，中跨最大下挠 度作了更严格的规定，提高了跨度５０ ｍ以上时 速３００￣３５０ ｋｍ／ｈ桥梁挠跨比限值，提出了单线 桥梁挠度限值按相应双线梁的０．６倍取用。同时 高铁规范还增加了连续梁桥的竖向挠度，除考虑 列车竖向静活载外，尚应计入温度影响的规定，分 别按静活载与０．５倍温度引起的挠度之和、０．６３ １．２ ｍｍ，满足规范要求。 恒载作用下最大挠度值ｌＯ．２ ｍｍ。预拱度 按（恒载＋１／２静活载）挠度值反向设置。 （３）支座安装预偏量及梁端压缩量。支座安 装预偏量见表２，该预偏量为箱梁的弹性变形及 收缩徐变引起的各支点的预偏量。梁体合龙温度 按１２～１８℃计算。 倍静活载与温度引起的挠度之和两种工况取最不 利者控制设计［２］。本设计中，箱梁中跨在静活载 与０．５倍的温度荷载作用下变形最大，最大挠度 值为一３Ｏ．８３ ｍｍ，为跨度的Ｌ／２ ８５４，小于规范规 定的Ｌ／（１．１×１ ０００）；最大梁端转角为０．５４‰ ｒａｄ，小于ｌ‰，均满足规范要求。 梁体由于混凝土收缩及在预应力作用下的理 ２０１１年第３期 梁会：高速铁路预应力混凝土连续梁桥设计 ２５ 论压缩量，左边跨梁端为２９．５ ｍｍ，右边跨梁端 性计算与分析。主梁采用梁段有限元法建模，其 为８９．７ ｍｍ，施工时应予以补偿。 他构件均采用空间梁元建模，桩基础采用 法考 表２支座安装预偏量 ｍｍ 虑桩土共同作用［３］。 ３．１主要计算工况 主要计算工况见表３。 ３．２基础计算条件 桥墩类型为圆端形实体墩，最高墩高１５ ｍ， ３ 动力分析 最低墩高为９ ｍ，基础刚度见表４。 本桥委托中南大学作了动力特性及列车走行 表３主要计算工况 墩号 ／ 向水／（ 平力ｋＮ ￣ｃ） ／向水平力ｍ－１）１ ／ （ ｋＮ ｃｍ １）ｍ－１） （・鸲￣ｃ ／Ｅ（ｋＮ ｃｍ）・一）要ｒａｄ＿１ｌ ）］ ／［（（・ｋＮ ｃ向ｍ ）・一）ｔａｄ＿１ ）］ 作用位置 “… ３．３计算结论 时的安全性及乘坐舒适性均满足设计要求。 （１）当德国ＩＣＥ３高速列车、中国ＣＲＨ２客 车、日本Ｅ５００高速列车以１６０～３００ ｋｍ／ｈ单线 ４ 结论 或双线对开通过时，桥梁动力响应均满足要求；各 （１）高速铁路连续梁设计一般采用箱梁结 车的车体竖、横向振动加速度满足限值要求。 构，剪力滞效应不能忽略，否则会低估箱梁实际结 （２）当德国ＩＣＥ３高速列车、中国ＣＲＨ２客 构产生的应力，造成结构不安全。 车、日本Ｅ５００高速列车以１６０～３００ ｋｍ／ｈ单线 （２）预应力混凝土连续梁刚度大，静力计算 或双线对开通过时，列车脱轨系数＜０．８，轮重减 中结构变形通常远小于规范限值，不控制设计。 载率＜Ｏ．６，列车行车安全性有保障。 （３）随着高铁线路的大量建成通车，列车运 （３）当德国ＩＣＥ３高速列车、中国ＣＲＨ２客 营速度也在不断刷新纪录。对特殊结构桥梁进行 车、日本Ｅ５００高速列车以１６０～２５０ ｋｍ／ｈ（设计 车桥耦合动力响应分析非常必要。 运营速度段）单线或双线对开通过时，列车的乘坐 舒适度均达到“良好”标准以上。 参考文献 （４）当德国ＩＣＥ３高速列车、中国ＣＲＨ２客 车、日本Ｅ５００高速列车以２７５～３００ ｋｍ／ｈ（检算 ［１］ＧＢ ５０１１１—２００６铁路工程抗震设计规范Ｉｓ］．北 速度段）单线或双线对开通过时，列车的乘坐舒适 京：中国计划出版社，２００９． 度也均达到“良好”标准以上。 ［２］ＴＢ １０６２１－－２００９高速铁路设计规范（试行）［Ｓ］．北 通过动力分析可知，本桥设计方案具有良好 京：中国铁道出版社，２０１０． 的动力特性及列车走行性。列车在设计速度范围 ［３］ 曾庆元．郭向荣．列车桥梁时变系统振动分析理论 与应用［Ｍ］．北京：中国铁道出版社，１９９９． 内及１２０ 设计速度的检算速度范围内通过桥梁 总第２４６期 ２０１１年第３期 交通科技 Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｓｅｒｉａｌ Ｎｏ．２４６ Ｎｏ．３ Ｊｕｎｅ．２０１１ 扩建工程桥梁下部构造拼接设计浅析 郝成英 范 伟 （中交第二公路勘察设计研究院有限公司 武汉４３００５６） 摘要介绍沪宁高速公路扩建工程苏州一无锡段以及合宁高速公路扩建工程大蜀山一陇西段中桥 梁下部构造的拼接设计思路，对桥台、桥墩的连接方案及形式进行比较论证，提出合理的拼接 方案。 关键词 扩建工程桥梁下部构造墩、台拼接 随着我国国民经济的快速发展，交通设施在 社会经济建设中的地位和作用日益突现，公路客、 货运量及汽车保有量逐年大幅度增长，部分原有 ４车道高速公路已不能满足现有交通量的要求， 宽桥、原桥之间联系成为整体，主要缺点是加宽桥 基础沉降大于老桥基础沉降，由此产生的附加内 力较大，将会使下部构造帽梁、系梁、桥台连接处 产生裂缝；上部构造连接处也可能产生裂缝，导致 高速公路扩建已势在必行。在高速公路的扩建 中，桥梁的拼接是其中比较困难、比较复杂的一部 分，而桥梁拼接方案的选定将关系到整座桥梁结 构的安全性、经济性、美观性以及整个扩建工程的 工期、造价等各个方面。 １ 拼接思路 使用功能下降，维修困难，外观不雅。此外，下部 构造连接采用的植筋连接技术其工程成本高。而 且采用植筋连接新、老桥梁帽梁的方式不可避免 地对原桥帽梁造成一定的破坏。因此鉴于以上分 析，除特殊情况下一般不建议采用下部构造连接 的方式。 对于拼接部分宽度过窄，下部构造只能采用 独柱以及拼宽部分上部构造需部分置于原桥下构 在桥梁拼接时为了尽可能保持上部结构的整 体性，上部构造通常采用连接的方式，而下部构造 因为影响因素较多存在连接与不连接２种连接方 式。下部构造不连接时，加宽桥与原桥的下构内 力相互不产生影响，上部构造连接对下部构造产 上的情况，为了提高拼接部分结构的稳定性，通常 采用下部构造连接的方式。 通过对沪宁高速扩建工程苏州一无锡段和合 宁高速公路扩建工程大蜀山一陇西段中桥梁的外 业调查和竣工图、施工图的对比分析，了解到其中 生的内力影响很小。下部构造连接的优点是将加 收稿日期：２０１１—０１—２４ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｇｉｒｄｅ Ｂｒｉｄｇｅ ｆｏｒ Ｈｉｇｈ Ｓｐｅｅｄ Ｒａｉｌｗａｙ Ｌｉａｎｇ Ｈｕｉ （Ｃｈｉｎａ Ｒａｉｌｗａｙ Ｆｏｕｒｔｈ Ｓｕｒｖｅｙ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｗｕｈａｎ ４３００６３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ（４８＋８８＋４８）ｍ ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｇｉｒｄｅ ｏｎ Ｑｉｎｇｓｈａｎ Ｒｉｖｅｒ Ｓｕｐｅｒ Ｌａｒｇｅ Ｂｒｉｄｇｅ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ｄｅ— ｓｉｇｎ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ ｒａｉｌｗａｙ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｇｉｒｄｅ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｓｔａｔｉｃ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｄｙｎａｍｉｃ ａ— ｎａｌｙｓｉｓ，ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｓｔｒｅｓｓ，ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｙｎａｍｉｃ ｂｅｈａｖｉｏｒ，ｔｒａｉｎ ｒｕｎｎｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｗｅｒｅ ｏｂ— ｒａｉｎｅｄ．Ｔｈｅ ｃｏｎｃｌ ｕｓｉｏｎｓ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｉｍｉｌａｒ ｂｒｉｄｇｅ ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ ｒａｉｌｗａｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ ｒａｉｌｗａｙ；ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｇｉｒｄｅｒ；ｂｒｉｄｇｅ ｄｅｓｉｇｎ