長聯(lián)大跨結構橋式方案設計論文
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1橋式方案設計比選
本橋主墩最小墩高約20m，最大墩高不超過30m，主墩抗推剛度較大，兼之單主跨達180m，屬國內外均罕見的鐵路長聯(lián)大跨結構。若采用連續(xù)剛構方案，則收縮徐變及溫度荷載產(chǎn)生的次內力過大，結構受力嚴重不合理，故本方案比選主要針對連續(xù)梁體系和連續(xù)+剛構組合體系進行深入研究，進而確定本橋合理的結構體系。
1.1連續(xù)梁方案設計研究
鑒于本橋主墩較矮，從加強橋墩防撞，增加橋墩整體抗推剛度及降低施工難度等角度考慮，主橋橋墩統(tǒng)一采用大尺寸實心墩較為合理。故連續(xù)梁方案的研究重點是梁高及梁寬的合理性問題。
1.1.1不同梁高設計比選此次方案比選是基于梁頂寬8.5m，箱寬7.0m保持不變的基礎上進行的，相應的細部尺寸（頂板厚65cm，底板厚0.55m~1.2m，腹板厚0.6m~1.2m）及縱向預應力配置等亦保持不變，僅通過有規(guī)律的改變梁高進行相關研究。本次計算主要采用midas/civil2011進行計算分析，因附加力的作用對連續(xù)梁結構的內力影響較小，鑒于篇幅所限，表1僅列出梁部在主力組合作用下的主要計算結果。由表1數(shù)據(jù)可知，梁高的變化對正截面抗彎強度的影響較大，對梁體剛度有一定的影響，對其斜截面抗剪，正截面抗裂，斜截面抗裂及橫向自振周期四項指標的影響不是很明顯。梁體受力的最不利位置均位于主跨跨中。本著降低恒載，節(jié)約造價考慮，可選擇梁高較小的方案4進行進一步研究分析。
1.1.2不同梁寬設計比選本方案研究依據(jù)上述梁高變化研究成果，在梁高由跨中7.2m按二次拋物線漸變至支點梁高13.4m保持不變的基礎上重點考察梁體箱寬變化對結構的造成的相關影響。表2為不同梁寬變化的結構主要計算結果。由表2的數(shù)據(jù)，梁頂寬保持8.5m不變，梁底寬的變化，對正截面抗彎、正截面抗裂、橫向剛度及橫向自振周期影響很大，對梁體的豎向剛度有一定的影響，對斜截面抗剪和斜截面抗裂這兩個指標的影響不大，而且，箱寬越大，受力越有利；梁底寬保持6.5m不變，梁頂寬的變化，對正截面抗彎、豎向剛度、橫向剛度這個指標的影響很大，對梁體的橫向自振周期有一定的影響，對正截面抗裂、斜截面抗裂和斜截面抗剪這三個指標的影響不大。梁頂寬度越小，對正截面抗彎有利，但對梁體整體剛度及橫向自振周期不利。梁體受力的最不利位置均位于主跨跨中。因本橋主橋屬典型的單線長聯(lián)大跨結構，結構在車橋耦合及地震力作用下的動力特性顯著，對橫向剛度要求較高，故梁頂寬及箱寬均不宜過窄，并結合梁體縱向預應力布置構造要求，綜合考慮后梁體結構頂寬取8.5m，箱寬取7.5m較為合適。綜合上述研究分析，本連續(xù)梁方案梁部結構較合理的構造尺寸為箱梁采用二次拋物線變高截面，單箱單室，邊墩及跨中處梁高7.2m，主墩處梁高13.4m，頂板厚0.65m，頂板寬8.5m；底板厚由0.55m按二次拋物線漸變至1.2m，底板寬7.5m；腹板采用豎直腹板，厚度由0.6m線性變化至1.2m。連續(xù)梁方案立面布置如圖1所示。
1.2連續(xù)+剛構組合體系方案設計研究
本方案采用通航主孔兩側墩梁固結，其余主墩頂設縱向活動支座的結構體系。由于墩高受限，使得墩體受力成為橋梁設計的主要控制因素之一。本次研究的側重點在于墩體受力。本方案計算分析時梁部結構采用連續(xù)梁方案分析研究得出的推薦結構尺寸，橋墩采用C40砼，受力主筋采用2根一束Φ32@10cm的HRB400普通鋼筋，表3為剛構墩的主要計算結果。通過上述計算結果可以看出，該橋若采用連續(xù)+剛構組合結構，雙肢薄壁墩比薄壁空心單墩受力相對有利，但無論采取那種橋墩形式，橋墩受力均嚴重不合理，截面檢算不滿足規(guī)范要求，究其原因，主要是由于剛構墩高度過矮（42號墩最大墩高28m，43號墩最大墩高22m），橋墩抗推剛度較大，采用墩梁固結的結構形式造成橋墩結構的墩頂與墩底附加彎矩過大，造成墩身難以通過相關檢算，故該方案不可行。
2結論
（1）單線鐵路長聯(lián)大跨結構應根據(jù)工程實際對橋式方案進行深入分析，在此基礎上確定經(jīng)濟合理的設計方案。
（2）長聯(lián)大跨結構因收縮徐變及溫度作用下對結構產(chǎn)生的效應突出，控制結構設計，應特別注意。
（3）該結構應采用變高度梁，梁高取值宜滿足以下條件：邊支點和跨中高跨比一般可取1/22~1/25，中支點處高跨比一般為1/12~1/14；梁寬可根據(jù)計算及預應力構造優(yōu)化確定，但不宜過窄，以適應結構的整體受力要求。
（4）通過本橋的方案設計研究，可對類似結構設計提供一定的參考，并為該類結構向更大規(guī)模發(fā)展提供一定的借鑒意義。
作者：龔志勇 吳益波 單位：中鐵二院重慶公司