无砟轨道单线预应力混凝土斜腿刚构桥结构分析.pdf

1 00 铁道勘察 2 0 1 1年第 6期 文章编号 ： 1 6 7 2 7 4 7 9 ( 2 0 1 1 ) 0 60 1 0 00 4 无砟轨道单线预应 力混凝 土斜腿 刚构桥 结构分 析 张金 芝 ( 铁道第三勘察设计院集团有限公司， 天津3 0 0 1 4 2 ) S t r u c t u r a l Ana l y s i s o f Pr e s t r e s s e d Co n c r e t e Ri g i d Fr a me Br i d g e o n S i n g l e Li n e Ba l l a s t l e s s Tr a c k wi t h I n c l i n e d Co l u m n s Z h a n g J i n z h i 摘要石 太客运专线孤 山大桥采用主跨 9 0 m单线预应力混凝土斜腿 刚构， 采用无支架施工。运 用有限元程序对斜腿 刚构施工及运营阶段的结构受力、 变形进行 了详细的计算分析 ， 为孤 山大桥的施工 和运营安全提供 了技术支持 ， 同时也满足无砟轨道的铺设条件要求。 关键词 无砟轨道斜腿 刚构无支架施工结构分析 中图分类号 ：U 4 4 8 2 3 文献标识码 ：B 1 概 述 孤山大桥为两座单线、 无砟桥梁， 桥高约 5 5 m， 左 右线距离 3 5 m。桥梁位于直线上 ， 纵坡 i =1 3 4 o 。设 计速度为客运 2 5 0 k m h ， 货运 1 2 0 k m h 。桥梁桥式采 用( 4 2 5 + 6 0 + 4 2 5 ) m的两座单线 、 无砟预应力混凝土 斜腿 刚构桥。为确保桥 上轨道 的高平顺 性和高稳 定 性 ， 以及列车运行 的安全性、 舒适性 ， 要求桥梁刚度大 ， 变形小 。全桥立面布置见 图 1 。采用斜腿先进行竖 向 施工 、 而后转体 ， 依靠背索平衡进行悬臂浇筑的施工工 艺 ， 这样既最大限度 的降低 了施工对 3 1 4省道 的正常 通行 的影 响， 也避免 了在大峡谷上搭设大跨度施工辅 助支架的施工风险。 嚣 辇 霎 是 羿 l1 ) ，女 ， 9 一 年 毕 业 于 北 方 交 通 大 学 工 民 建 专 ，工学学士， 高级工程师。 梁高 3 0 m， 中跨跨 中梁高 3 4 m， 刚结处梁高 4 6 5 m。 梁高变化采用二次抛物线变化。顶板宽 8 4 m， 厚 0 3 0 m； 底板宽 3 8 m， 厚 0 2 5 0 6 5 m； 一般段 腹板 厚 0 5 m， 中支点处厚 0 7 0 m。梁部横 断面见 图 2 图 4 。 2 3 0 3 8 0 23 0 L 一 l 1 L j 5 o l 2 8 0 l5 0 3 8 0 图 2中跨中梁部截面 ( 单位 ： c m) l 2 3 0 3 8 0 2 3 0 l 广 r 、 、 一 l l l 5 0 l 2 8 0 1 5 0 【 3 8 0 图 3 边跨端部 梁部截面 【 单位 ： c m) 无砟轨道单线预应力混凝土斜腿刚构桥结 构分析 ： 张金芝 1 01 2 3 0 38 0 2 3 0 L 、 8 一 、 、 0 l 7 0 2 4 O 7 0 3 8 0 图 4刚结处梁部截面 ( 单位 ： c m) 斜腿采用钢筋混凝土结构 ， 上部与梁部刚结 、 下部 采用铰接形式与基础联接。斜腿采用箱形截面， 纵桥 向由 5 7 n l 变化 至 3 0 m； 横 桥 向底 部 2 0 m 范围宽 6 6 IT I ， 自底 部往 上 6 0 m 以上 横桥 向 3 8 i n ， 中间 4 0 m范围宽度线性变化 。斜腿立面见 图5 。 2 施工过程结构分析计算 2 1 有限元模型的建立 采用有限元程序 Mi d a s c i v i l 对施工全过程进行结 构建模计算分析 ， 计算模型见图 6 。 2 2施 工阶段 划分 根据斜腿刚构桥实 际施工过程 ， 进行全桥计算分 析时共划分了 3 6个施工阶段 ， 主要施工步骤见 图7 。 2 3 挠度计算 根据全桥计算结果 ， 得出各阶段挠度 曲线见图 8 。 3 2 5 9 1 33 1 9 3 5 9 2 3 4 9 8 图5 斜腿截面( 单位： c m) 图6 空间计算模型示意 2 4 应力计算 如图 9所示 ， 截面 1为斜腿与主梁固结处截面 ， 截 面 2为斜腿跨 中截 面 ， 截面 3为边跨 跨 中截面 ， 截 面 4为中跨 1 4截面 ， 截面 5为 中跨跨 中截 面。选取 成 桥前后几个工况 ， 给出这 5个典型截面的应力 ， 计算结 果见表 2 。 步骤一：安装支承并临时固结，浇筑斜 步骤二：将斜腿及。 号块竖向转体就 步骤三：搭设边跨膺架及模板 ，浇 腿及梁 体0 号块 ，施工 转体锚 碇及安装 位至设计倾角 ，并搭设辅助施工支架 筑边跨梁部混凝土 转体用千斤顶 、牵引设备及转体背索 步 骤 四 ：安装 挂篮 ，拆除边 跨支架 、 模板 ，逐段对称悬浇各梁段混凝 土 平衡 背索 图 7主要施工步骤 步骤五： 合龙中跨 1 O 2 铁道勘察 2 0 1 1 年第 6期 吕 赵 皿 jl 一转体到位 e 一浇筑边跨 一张拉钢束 圈 - _ 拆架 圈 - -1 号浇筑后 一1 号张拉后 廿2 号浇筑前 一2 号浇筑后 一 2 号张拉后 一3 号浇筑前 一3 号浇筑后 +3 号张拉后 圈 - - 4 号浇筑前 圈 _ _ 4 号浇筑后 。 一4 号张拉后 - 母 -5 号浇筑前 一 5 号浇筑后 一5 号张拉后 +6 号浇筑前 一6 号浇筑后 +6 号张拉后 一 圈 I 合龙段浇筑前 圈 _ - 合龙段浇筑后 一张拉底板钢束 母 I拆索 一张拉腹板钢束 一 安装桥面附属 一三年收缩徐变 图8 全桥各阶段挠度曲线 表 2 应力计算结果 M P 图 9应力计算截面示意 计算结果表明 ， 最大施工 过程 中主梁截面全截面 受压 ， 斜腿截面最大应力为 4 5 MP a ， 满足受力要求 。 3 运营阶段结构分析计算 3 1 有限元模型的建立 在前述施工 阶段模型的基础上增加运营阶段计算 分析 ， 运营阶段荷载组合为主力组合 、 主力+ 附加力组 合， 取最不利组合。 3 2 主要计算结果 主力作用下梁部内力及应力见图 1 O图 1 3， 梁部 截面上翼缘最 大压应 力为 1 0 3 MP a ， 最小 压应力 为 1 9 4 MP a ， 下翼缘最大压应力为 1 5 6 9 M P a ， 最小压应 力 为 1 8 7 MP a 。 主力+ 附加力作用下梁部 内力及应力见 图 1 4图 1 7 ， 梁部截面上翼缘最大压应力 为 1 1 8 9 MP a ， 最小压 应力为 1 4 2 MP a ， 下翼缘最大压应力为 1 6 4 5 MP a ， 最 小压应力为 0 8 6 MP a 。 强度计算结果见表 3 。 表 3 强度计算 结果 无砟轨道单线预应力混凝土斜腿 刚构桥结构分析 ： 张金芝 1 03 刚度计算结果见表 4 。 表 4 刚度计算结果 4 结束语 9 0 m预应力混凝 土斜腿 刚构 体系为 国内客运专 线桥梁建设中首次采用 ， 通过对斜腿刚构施工过程及 运营阶段 的受力分析 ， 可见斜腿 刚构桥式上部结构 的 受力行为介于连续刚构桥式 和拱桥之间 ， 既有墩梁固 接的效应也有成拱的受力特点 ， 传力途径 明确 、 简洁 ， 具有 良好的动静载受力性能 ， 结构刚度好 ， 能够满足铺 设无砟轨道的技术条件要求和客运专线高速行车安全 性和舒适性要求 ， 具有较大的跨越能力 ， 斜腿与基础采 用铰接的方式较好地实现 了永临结合 。 参考文献 1 孙 树礼 高 速铁 路桥 梁 设计 与 实践 M 北 京 ： 中 国铁 道 出版 社 ， 2 O l 1 2 杜国华 桥梁结构分析 M 上海： 同济大学出版社， 1 9 9 4 3 T B 1 0 6 2 1 -2 0 0 9 高速铁路设计规范 ( 试行 ) S 4 T B 1 0 0 0 2 1 2 0 o 5 铁路桥涵设计基本规范 S 5 T B 1 0 0 0 2 3 2 o o 5 铁路桥梁钢筋混凝土和预应力混凝土结构设 计规范 S ( 上接 第 9 9页 ) 等多个管理部 门。只有建立统一领导、 统一协调、 充分 合作的管理机制 ， 通过铁路部 门和地方政府 的共 同努 力 ， 依照 铁路运输安全保护条例的要求 ， 科学组织 、 合理安排进行铁路线路安全保 护区的建设 ， 并逐步建 立起铁路线路安全保护 区 日常管理 和维护 的长效机 制 ， 时刻确保铁路线路的运营安全。 参考文献 1 铁道部 铁路运输 安全保 护条 例 s 北京 ： 法律出版社 ，2 0 0 5 2 张穹， 王兆成 ， 胡亚东 铁路运输安全保护条例释义 M 北京 ： 中国铁道出版社 ， 2 0 0 5 3 铁道部 铁路线路安全保护 区平 面图图式 s 北京 ： 中国铁 道出 版社 ， 2 005 4 哈尔滨铁路局 铁路护路联防工作手册 M 海拉尔： 内蒙古文化 出版社 ， 2 0 0 1 5 詹长根， 唐祥云， 刘丽 地籍测量学 M 武汉： 武汉大学出版 社 2 001