高速铁路大跨预应力混凝土连续梁设计

王玉珏

(中铁二院工程集团有限责任公司，四川成都610031)

1 设计概况

西成客专嘉陵江特大桥，跨越嘉陵江及绵广高速公路。是西成客专最大跨度的预应力混凝土连续梁桥。设计行车速度250 km/h，设计荷载ZK活载，线路铺设CRTSI型双块式无砟轨道。梁体自重γ取26.5 kN/m3，二期恒载按145 kN/m计，相邻支点不均匀沉降1 cm，温度变化按整体升降温20℃，顶板升温5℃考虑。

2 构造及施工方法

本桥梁体设计为单箱单室、变高度、变截面箱梁(图1)，梁体混凝土强度等级为C55，梁体全长297.5 m,中跨中部18 m梁段和边跨端部13.75 m梁段为等高梁段,梁高6 m；中墩处梁高为11 m,其余梁段梁底下缘按二次抛物线Y=6+5×X2/3481m变化，其中以6号或42号截面顶板顶为原点，x=0～59 m。箱梁顶板宽12.2 m,箱底宽7.2 m。全桥顶板厚50 cm;底板厚48～100 cm，在梁高变化段范围内按折线变化,边跨端块处底板厚由48 cm渐变至100 cm;腹板厚45～100 cm,按折线变化，边跨端块处腹板厚由45 cm渐变至100 cm。梁体在支座处设横隔板,全联共设4道横隔板,横隔板中部板中部设有孔洞,以利检查人员通过。

图1 梁体构造

梁体按三向预应力设计，纵向、横向、竖向均设预应力。

(1) 纵向：梁体纵向顶板、底板、腹板束采用19-15.2高强度低松弛钢绞线，并采用内径100 mm、外径114 mm的塑料波纹管成孔，M15A-19群锚锚固。施工时采用真空压浆工艺。钢绞线抗拉强度标准值fpk=1 860 MPa，弹性模量Ep=195 GPa,公称直径为15.20 mm，其技术条件应符合(GB/T 5224-2003)标准。张拉千斤顶均采用YCW500B型。

(2) 竖向：梁体腹板竖向预应力采用公称直径32 mm的PSB830预应力混凝土用螺纹钢筋，其抗拉强度标准值fpk=830 MPa、弹性模量Ep=200 GPa。内径45 mm铁皮管成孔，JLM-32型锚具锚固；在腹板内单、双排布置。

(3) 横向：梁体横向顶板束采用4-15.2高强度低松弛钢绞线，并采用内径宽72 mm、高23 mm的扁形塑料波纹管成孔，BM15-4扁形锚具(张拉端)和BM15P-4扁形锚具(非张拉端)锚固。施工时采用真空压浆工艺。钢绞线抗拉强度标准值fpk=1 860 MPa，弹性模量Ep=195 GPa,公称直径为15.20 mm，其技术条件应符合(GB/T 5224-2003)标准。张拉千斤顶采用YCW100B型。

本桥采用悬臂浇筑施工，先中后边的合龙方式，边跨不设合龙段。

3 设计难点

铺设无砟轨道的桥梁，尤其是大跨桥梁，工后徐变的要求很高。因此，如何将工后徐变控制在要求的范围内，是本桥的设计重点。大量研究表明，控制恒载上下缘应力差在3 MPa以内可以有效的控制工后徐变。因此，通过调整钢束的配制，控制恒载上下缘应力差(恒载作用下，梁体上下缘应力如图2所示)，工后徐变为-2.26 mm。

图2 恒载作用下，梁体上下缘应力

4 计算结果

(1)运营阶段应力：在最不利组合下，梁体最大压应力为15.8 MPa，最小压应力为0.53 MPa；梁体最大剪应力为4.58 MPa。

(2)施工阶段应力：梁体最大压应力为15.3 MPa，梁体最大拉应力为-1.09 MPa。

(3)正截面抗裂性：梁体最不利截面安全系数Kf=1.44(主力+附加力)。

(4)斜截面抗裂性：梁体最大主拉应力为-2.1 MPa，最大主压应力为15.08 MPa。

(5)静活载作用下的挠度值：在静活载作用下,边跨最大挠度值16.16 mm，小于1.1L/1400=59.7 mm。中跨最大挠度值-55.69 mm，小于1.1L/1000=158.4 mm。静活载与温度共同作用下，边跨最大挠度值17.01 mm，小于1.1L/1400=59.7 mm。中跨最大挠度值-53.74 mm，小于1.1L/1000=158.4 mm。梁端竖向转角为0.66‰ rad。

(6)正截面强度检算：梁体最不利截面安全系数K=2.26(主力)、2.17(主+附)。

(7)本设计二期恒载上桥时间按预加应力60 d后计算，梁体徐变上拱度在轨道铺设后为-2.26 mm。

(8)连续梁全桥竖向自振周期0.88 s(图3)。

图3 连续梁一阶竖向自振振形

5 小结

连续梁是铁路桥梁中常见的结构形式。无砟轨道桥梁设计与有砟轨道桥梁设计的重点在于要严格控制工后徐变及梁端转角，以保证无砟轨道的变形要求及行车的平稳性。如上所述，主跨144 m的混凝土连续梁，完全满足高速铁路的设计要求。

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