大马铁路七里沟特大桥64m预应力混凝土简支箱梁设计.pdf

大马铁路七里沟特大桥6 4 m预应力混凝土简支箱梁设计： 历付 8 5 文章编号 ： 1 6 7 2—7 4 7 9 ( 2 0 1 3 ) 0 6— 0 0 8 5— 0 3 大 马铁路七里沟特大桥 6 4 IT I 预应力 混凝 土简 支箱梁设计 付 ( 铁道第三勘察设计院集团有限公司， 天津3 0 0 1 4 2 ) Da ma Ra i l wa y Qi l i g o u Br i d g e 6 4 m P r e s t r e s s e d Co n c r e t e S i mp l y S u pp o r t e d Bo x Gi r d e r De s i g n L I F u 摘要介绍大马铁路七里沟特大桥节段预制移动支架拼装法施工 6 4 m简支箱梁的结构设计、 动 力分析及施工工艺， 对今后解决高桥 、 施 工工期控制等同类工点具有借鉴意义。 关键词 山区铁路 高桥6 4 m 简支箱梁 节段预制拼装动力仿真 中图分类号 ： U 4 4 2 ． 5 文献标识码 ： B 1 概 况 大马铁路七里沟特大桥位于山区深谷地段 ， 桥 高 6 8 m， 全桥采用简支梁结构 ， 高墩部分采用 l 2 — 6 4 m简 支箱梁 ， 节段预制移动支架拼装施工。本桥位 于 1 1 ‰ 坡道上 ， 平面为直线及 R=8 0 0 m曲线 ， 设计活载为 中一 活载 ， 行车速度 1 2 0 k m ／ h ， 主桥部分具 有桥梁高 、 跨度 大、 曲线半径小的特点。 2 结构 形式 2 ． 1 主粱构造 本设计为移动支架 拼架法预应 力混凝土单 线箱 梁， 梁场预制梁段 ， 造桥机拼接梁段 ， 现场浇筑湿接缝 ， 张拉预应力钢束联成整体。梁全长 6 6 ． 2 m， 计算跨度 为 6 4 ． 0 I T I ， 截 面梁 高 5 ． 0 m， 支座 中心 至梁 端 1 ． 1 m。 截面采用单 箱单 室、 等高度 、 直 腹板 形式 ， 箱 梁顶 宽 收稿 日期 ： 2 0 1 3—1 0—2 9 作者简介 ： 历付 ( 1 9 8 2 一 )， 男 ， 2 0 0 4年毕业 于西南交 通大学土木 工程 专业 ， 工程师 。 5 ． 5 m， 底板宽度为 3 ． 4 0 m。为满足支座板放置要求 ， 支点处底板宽加宽至 4 ． 1 4 m。顶板厚均为 3 2 0 mi l l ， 腹 板厚 3 2 0～5 6 0 m m， 按折 线 变 化 ， 底 板厚 由跨 中的 4 5 0 mm变化至梁端 的 9 0 0 mm。全联在支座 、 跨 中和 约 1 ／ 4跨处 共设 置 5个 横 隔板 ， 隔板厚 度 ： 支 座处 1 ． 1 5 m， 跨 中和 1 ／ 4跨处 0 ． 5 m。横隔板设有孔洞， 供 检查人员通过。箱梁两侧腹板与顶底板相交处外侧均 采用圆弧倒 角过渡， 桥面两侧设人行道 ， 人行道宽 为 1 ． 0 5 m， 截面形式见 图 1 。 2 ． 2预应 力体 系 本梁采用单项预应力体 系， 即沿梁纵 向施加预应 力 ， 纵向预应力钢束采用抗拉强度标准值为1 8 6 0 MP a 的高强低松弛钢绞线 ， 公称直径 1 5 ． 2 m l T l ， 其技术条件 应符合 G B ／ T 5 2 2 4 --2 0 0 3标准。设计过程中对预应力 钢束 的布置形式和采用规格进行 了分析 比较 ， 最终确 定腹板束采用 1 6束 1 3 — 7 + 5 ， 排成一列 ， 通长布置 ， 锚 下张拉控制应力为1 2 3 0 M P a ； 底板束采用 1 2 — 7 4 , 5 ， 锚 下控制应 力为 1 2 3 0 MP a ； 锚 固体系采 用 O V M 系列。 钢束布置见图 2 。 [ 3 ] 中华人 民共和 国铁 道部． T B 1 0 0 0 2 ． 3 —2 0 0 5 铁路桥 涵钢筋 混凝 土和预 应 力 混 凝 土 结 构 设 计 规 范 [ s] ． 北 京 ： 中 国铁 道 出 版 社 ， 2 0 0 5 [ 4] 中华 人民共和 国铁 道部． T B 1 0 0 0 2 ． 5 —2 0 o 5 铁路桥 涵地基 和基 础设计规范[ S ] ． 北京 ： 中国铁道出版社 ， 2 0 0 5 [ 5 ] 李廉锟． 结构力学[ M] ． 北京： 高等教育出版社， 1 9 9 6 [ 6 ] 项海帆． 高等桥梁结构理论 [ M] ． 北京 ： 人民交通 出版社 ， 2 0 0 1 [ 7 ] 钱枫． 马坡洛河特大桥刚构连续梁设计 [ J ] ． 铁道建筑技术 2 0 1 0 ( 6 ) ： 8 7—8 9 [ 8 ] 曹阳． 观石 河大桥设计与施工 [ J ] ． 世界桥梁 ， 2 0 0 1 ( 1 0 ) ： 9—1 2 8 6 铁道勘察 2 0 1 3年第 6期 l ／ 2 支点截面 1 ／ 2 跨中截 面 图 1 箱梁截面构造( 单位 ： mm) 3计算分析 3 ． 1 纵 向计算 梁部纵向计算采用 B S A S软件建立有 限元模 型， 进行强度 、 抗裂计算 ， 模拟各施工 阶段 和运 营阶段 工 况 ， 计算各施工阶段及运营阶段各截面的内力 、 应力和 变形 。梁部纵向划分为 4 4个单元 ， 计算时模拟施工工 艺 ， 各个节点均设置支撑 ， 完成梁段拼装 ， 张拉第一批 钢束 ， 加载部分二期恒载； 然后拆除节点处 的支撑 ， 张 拉剩余钢束， 最后施工剩余的全部二期恒载。 设计中考虑 了温度荷载的影响 ， 梁体按均匀升温 2 5℃、 降温 2 5 c I = 计算 ， 运营阶段 非线性 温度变 化， 按 顶板升温 5℃考虑。各项指标均满足规范要求 ， 如表 1所示 l i , I i： ③ ；； ④ 土 i ⑤ ⑥ ⑦ 装 菱 葺 睾 + I ～ = 士 # 三 === ————————～ 茁 露 ～ j F = = ～I — — — — — — — — ～I r 丰 I i 6 o d 0 66 2 2 表 1 主要计算结果 图 2 纵 向钢束布置 ( 半 立面 ) ( 单位 ： mm) 3 ． 2 横 向计算 箱梁横 向采用平面梁单元建立有 限元模型， 选取 跨 中和梁端支座处两个关键截面 ， 纵向单位长度 ， 模拟 支撑腹板中心线下缘 的闭合框架结构进行受力分析。 计算荷载 ： 结构 自重、 二期恒载、 特种活载 、 温度变化和 收缩徐变等 ， 箱梁计算模型见图 3 。通过横向计算确 定本桥横向不需设置横向预应力 ， 仅配置普通钢筋 即 可满足要求 。 3 ． 3 车桥耦合动力仿真分析 本桥为单线简支梁、 曲线半径 R=8 0 0 m， 桥墩高 图 3平面框架法有限元模型 6 8 m， 整体刚度小 ， 曲线半径小 ， 需对桥梁结构的动力 性能进行详细分析。采用空间有限元程序来建立七里 沟特大桥 1 2孔 6 4 m简支箱梁 的动力分析模型。 具体建模时采用空间粱单元来模拟上部主梁及桥 墩 ， 桥墩和主梁之问的连接通过主从约束和刚臂模拟 ； 将桩基础刚度值等效到承台底 ， 进行动力仿真计算 ， 桥 面二期恒载作为均布质量分配到桥面梁体单元中。动 力仿真计算全桥模型共有节点 7 9 8个 ， 粱单元 7 7 3个。 七里沟特大桥 1 2 — 6 4 m简支箱梁的动力分析模型 分别如图 4 、 图5所示。 大马铁路 七里 沟特大桥 6 4 l lfl 预应力 混凝 土简支箱梁设计 ： 历付 8 7 图4 七里沟特大桥 1 2 — 6 4 m简支箱梁 括古 △杯惜刑， 币 1 图 5 七里沟特大桥 1 2 — 6 4 m 简支箱梁 动力仿真分析模型 ( 立体 J 采用空间有限元建立其全桥动力分析模 型， 对其 自振特性进行了计算 ； 并对该桥在 C 8 0货车作用下的 车桥空间耦合振动进行 了分析 ， 评价 了该桥的动力性 能 以及列车运行安全性与平稳性。其主要结论如下。 ( 1 ) 桥梁 自振特性分析 七里沟特大桥 l 4号墩一马方 台之 间 1 2孔 6 4 i n 简支箱粱： 全桥梁一 墩体系一阶横弯频率 0 ． 5 9 9 H z ， 主 梁一阶竖弯频率为 2 ． 0 5 5 H z 。桥梁动力性能根据桥梁 动力响应分析结果进行评价。 ( 2 ) 桥梁振动性能 在 c 8货车以速度 8 0—1 2 0 m ／ h运行时 ， 简支梁动 力分析结果如表 2所示 。 表 2桥梁动力响应分析结 果 计算值4 ． 0 6 4 2 1 ． 4 0 7 0 ． 5 9 0 ． 4 1 1 2 ． 8 2 6 0 ． 2 4 2 规范 限值 1 6 8 O 3 ． 5 1 ． 4 3 2 3 ． 5 是否 满足 满 足 满足 满足 满足 满足 满足 可见， 在 C 8 0货车作用下， 七里沟特大桥 1 4号 墩一马方台之间 1 2孔 6 4 m桥梁竖向和横 向振动加速 度及振动位移均小于规范规定 的限值 ， 说 明桥梁的振 动性能 良好 。 ( 3 ) 列车行车安全性 在 C 8 0货车以速度 8 0～1 2 0 k m ／ h范围通过七里 沟特大桥 l 4号墩一马方台之间 1 2孔 6 4 m简支箱梁 时， 重车与空车的脱轨 系数 、 轮重减载率 、 轮轨横 向力 等安全性指标均在限值以内。 ( 4 ) 列车运行平稳性 在 C 8 0货车以速度 8 0—1 2 0 k m／ h范 围通过七里 沟特大桥 1 4号墩一马方 台之 间 1 2孔 6 4 I T I 简支箱梁 时 ， 重车与空车竖向和横向平稳性均达到“ 优 良” 。 动力分析表明， 新建铁 路大路西至马栅线七里沟 特大桥 1 4号墩一马方台之 间 1 2孔 6 4 1 ／ 1 简支箱梁在 C 8 0货车以速度 8 0～1 2 0 k m ／ h通行时， 行车安全性和 舒适性满足要求 ， 其动力性能符合要求。 4施 工工艺 本桥桥高 6 8 m， 跨度较大 ， 桥梁施工 为本桥难点 。 一 孔 6 4 m单线简支箱梁重约1 2 4 6 t ， 如果采用整孑 L 预 制架设施工难度很大 ， 且需要特殊设计大吨位运梁、 架 设设备， 如果采用支架现浇， 支架高空作业不稳定， 风 险大 ， 且工期较长， 对缩短工期不利。为了弥补上述工 艺的不足 ， 本桥研究采用节段预制拼装法施工 ， 这种工 艺在架设设备、 工程质量控制 、 缩短施工工期 、 减低成 本等方面具有明显优势 。 节段预制拼装法采取化整为零 的措施 ， 将梁体分 为若干小段预制 ， 以减轻 吊装重量 ， 再通过特制造桥机 将各阶段拼装而成 ， 此方法大大缩短了架设工期 ， 降低 了施工成本。本梁分 为 1 3节段 ， 最大 阶段长 4 ． 6 m， 最大吊装重量 1 0 0 t ， 梁段 问通过 0 ． 6 m宽湿接缝连接。 节段预制拼装法对现场施工质量控制要求较高 ， 要求 梁段预制 2 8天后方可进行吊装架设 ， 梁段 吊装方式采 用钢棒插入吊装孔 吊装 的方式 ， 应保证 吊装 时各 吊点 受力均衡 。梁段拼装施工 中应采用先纵 向调整 ， 后横 向调整 ， 再竖向调整 ， 依次反复循环调整过程 ， 保证梁 段精确就位 ， 然后进行湿接缝 浇筑 、 张拉预应力等， 完 成整孔梁架设施工。节段拼装施工见图 6 。 图6 节段拼装施工方法 参 考 文 献 [ 3 ] T B 1 0 0 0 5 --2 0 1 0 铁路混凝土结构耐久性设计规范[ s ] [ 1 ] T B 1 0 0 0 2 ． 1 _ - 2 o o 5 铁路桥涵设计基本规范[ s ] [ 4 ] 李小珍． 高速铁路列车一桥梁系统耦合振动理论及应用研究 [ 2 ] T B1 0 0 0 2 ． 3 ～2 o o 5 铁路桥涵钢筋混凝土和预应力 混凝 土结构设 [ D] ． 西南交通 c 学 ， 2 0 0 0 计规范 [ S ]