津滨轻轨预应力混凝土连续刚构桥设计研究

摘 要:介绍津滨轻轨一期工程中2 座预应力混凝土连续刚构桥的设计、薄壁墩优化与刚构桥合龙措施的 研究 ,结合桥式方案的选择,说明轻轨铁路桥梁的设计特点。

关键词:津滨轻轨; 预应力混凝土连续刚构桥; 薄壁墩; 无缝线路; 设计

1 概述

图1 二跨津塘公路桥的布置(单位:cm)

2 桥梁结构形式选择 2. 2 连续刚构的结构型式3 设计概要

3. 1 基本设计条件

(1) 线路类别 轻轨。

(2) 正线数目 双线。

(3) 设计最高行车速度 100 km/ h 。

(5) 桥面系 无碴无枕,承轨台采用钢筋混凝土支承块。

根据结构力学原理,通过等效刚度换算,把群桩基础换算成2 根面内等效桩柱,柱底固接,从而建立考虑桩土抗力的弹性约束的 计算 模型,见图4 。

近来铁道部组织对桩基础桥墩纵向刚度进行很多研究测试,结果显示,实测的刚度值一般大于 理论 计算值,但不大于2 倍。经过计算 分析 研究,从安全 并适用的角度出发,在实际采用的计算模型中, 等效桩柱的理论计算刚度取群桩基础换算刚度的2 倍。 在具体计算过程中,进行了2 排桩、3 排桩、

图2 单线重车车辆荷载(单位:m)

4 排桩等多种群桩基础布置方案的计算比选。最终采用的设计方案为,2 个边主墩的12 根<100 cm 的桩基础采用3 ×4 (纵× 横) 的阵列布置,纵向刚度略小于横向刚度,在满足桩基础承载力的前提下,适当增加了桩基础的纵向柔度; 中主墩处于全桥的对称中心,承受的纵向弯矩

图3 单线空车车辆荷载(单位:m ) 远小于边主墩,其12 根<100 cm 的桩基础采用

(9) 无缝线路作用力 根据不同的孔跨布置作用不同的无缝线路作用力,本项目按表1 进行长钢轨作用力的荷载组合计算。 断轨力只考虑单股钢轨断裂的情况。曲线桥上,应计算温度力和伸缩力(或挠曲力) 作用于墩台和支座上的横向分力,且这种分力按主力检算。表1 长钢轨作用力kN/ 轨孔跨布置为(37 + 56. 4 + 55. 9 +

3

7)m 的长钢轨作用力

(1

1) 温度力 体系温差按温升20 ℃ 、温降15 ℃ 计,日照温差按桥面板均匀升温10 ℃ 计。桥跨结构设计合龙温度为6～11 ℃ 。

(1

2) 地震力 设计烈度采用Ⅶ 度。

3. 2 主要材料

(2) 钢筋 Ⅱ 级,HRB335 。

4 结构设计要点

4. 1 计算 模型

正多边形的梅花桩布置,适当增加中主墩基础的整体纵向刚度,有利于在全桥承受纵向水平力的时候,中主墩能够多分担全桥的纵向水平力和弯矩,适当均衡3 个主墩的内力分配,提高全桥的整体承载能力。

4. 2 薄壁墩设计优化

(1) 墩壁柔度的确定

(2) 梁体预应力钢束布置对墩壁受力的影响

通过大量计算分析,发现边跨与中跨的顶、底板纵向预应力钢束对薄壁墩的内力分配都有影响。边跨与中跨底板配束是由跨中强度控制的,并可在一定范围内调整优化。通过对梁部纵向预应力钢束调整优化, 可均衡薄壁墩的内力分布。在两个中跨合龙段采取同时施顶措施来调整结构表2 主墩墩壁计算比较内力。边跨成型后结构由双悬臂梁转化为单悬臂梁。

注:以上为同精度计算比较,为 研究 过程计算值。

适当减少边跨的底板束和中跨的顶板束效果较好,增加边跨顶板束的意义不大。优化设计后,边、中跨顶板束都可减到2 束77 <5 。这样,可以在保证对箱梁施加足够的纵向预应力的基础上,将薄壁墩所受弯矩减少,使受力趋于均匀。

(3)墩壁构造措施

针对墩梁固结点处应力比较集中的情况,设计时, 在沿桥轴线方向的墩壁与箱梁底平面之间采用半径20 cm 的圆弧抹角进行过渡,既不影响整体的柔度又缓解了局部过大的应力;在墩梁固结附近的墩壁混凝土面层设置间距50 mm ×50 mm 的<5 钢丝网片,主墩墩身采用聚丙烯网状纤维加强,以控制裂缝的开展,并在墩、承台接合部施加SRA 型混凝土防腐加强剂等,用于防止混凝土局部损伤。

4. 3 体系转换与内力调整及合龙措施研究

(1) 体系转换与内力调整

采用悬浇法或分段现浇法施工的预应力连续刚构在施工过程中需进行体系转换。T 构合龙,体系转换完成之后,由于混凝土收缩、徐变的影响,薄壁墩内弯矩很大,使薄壁墩配筋困难; 并且,使得运营阶段桩基础在最不利荷载作用下承台底正弯矩比承台底负弯矩大50 % 以上,钻孔桩中跨方单桩最大轴力远大于边跨方单桩最大轴力,桩基承载力没有得到充分利用。为了消除混凝土收缩、徐变对结构产生的不利影稳定性大大提高,可在其上施加顶力,由此确定4 跨连续刚构桥的施工顺序为先边跨后中跨。

中跨合龙段所施加的顶力对主梁结构内力影响甚小,对薄壁墩的内力影响很大。顶力使薄壁墩产生的弯矩和剪力均与混凝土收缩、徐变产生的薄壁墩次内力方向相反,对结构的受力有利。对于二跨津塘公路桥,中跨合龙段施加2 600 kN 顶力后,薄壁墩墩底恒载弯矩可减少约42 % , 承台底弯矩也相应减小,单桩最大轴力也可降低。同时,设计中,考虑了将边主墩基础在纵向偏中心桥墩方向各设置10 cm 预偏心,进一步减少承台底最大正弯矩与最小负弯矩的差值,使桩基设计更加合理。 5 结语

大跨度多跨连续刚构桥 应用 于城市轨道 交通 中, 由于桥梁高度低,设计难度大。设计中充分考虑了这种结构形式的受力特点,并对关键技术进行了充分的研究。两桥于2002 年7 月完成施工图设计,预计2003 年10 月建成通车。这种结构形式在津滨轻轨工程中的成功应用,可为其他轨道交通项目类似工程的应用提供经验 参考 。