斜交框架桥的设计探讨

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摘要：近年来，由于城市的快速发展和列车运行速度的不断提高，在城区内既有及规划道路与铁路的交叉处，对既有铁路的更新改造越来越频繁，其主要以城市道路下穿既有铁路的形式为主。因城市道路受整体规划、已有建筑物及地形等因素的限制，此类立交桥通常采用多孔跨组合的大孔径斜交铁路框架桥。而斜交框架桥的设计是比较复杂的，在设计中需注意的问题有很多。本文首先分析了斜交框架桥的受力，然后对其配筋布置进行了说明，最后对斜交框架桥的裂缝问题进行了探讨。

关键词：斜交框架桥；配筋；裂缝；受力分析；弯矩

Abstract: in recent years, due to the rapid development of the city and the continuous improvement of train speed, existing and planning in urban road and rail junction, the upgrading of the existing railways are more frequent, it mainly in the form of urban road to wear under the existing lines. Because of the overall planning of urban roads, and buildings and terrain factors such as limit, such overpass usually adopt porous framework across the portfolio of large aperture oblique railway bridge. And the design of the oblique frame bridge is more complex, there are many problems that should pay attention to in the design. At first, this paper analyzes the stress of skew frame bridge, and then the reinforcement arrangement is illustrated, finally, the cracking problems of skew frame bridge are discussed in this paper.

Key words: oblique frame bridge; Reinforcement; Fracture; Force analysis; Bending moment.

中图分类号： 文献标识码：A 文章编号：2095-2104(2013)

斜交框架桥的结构受力分析

（一）斜交框架桥的空间受力特点

与正交框架桥相比，铁路斜交框架桥必须考虑其空间效应。斜交框架桥受力复杂，随跨宽比、抗弯刚度、抗扭刚度、斜交角、荷载形式的不同而变化。铁路斜交框架桥顶板往往不仅承受弯矩、剪力，还要承受扭矩。均布荷载作用下，荷载最大弯矩方向并非沿垂直于上部线路方向，最大弯矩随着斜交角的增大有从跨中想钝角部位移动的趋势。对于斜交框架桥，由于斜交，纵向弯矩减小，均布荷载作用是比集中荷载作用时减小量更显著。横向弯矩比同跨度的正交桥大好几倍。尤其是跨中部分产生的横向弯矩与正交框架桥有较大差异，甚至可能出现符号相反。斜交框架桥顶板在支承处应力分布很不均匀，钝角角隅处出现的应力可能比正交框架桥大好几倍，顶板钝角区可能会产生很大的弯矩，其数值甚至接近跨中弯矩。

（二）具体案例分析及结论

1、试验模拟

分别用MIDAS中的梁单元和板单元建立模型对框架桥进行有限元分析。梁单元采用1m长度建立模型，斜交时按斜交跨度和斜交墙厚建立模型。本案例分析单孔孔径为16m的框架桥的受力特点，按正交、斜交、斜交15°、斜交25°、斜交35°、斜交45°、斜交60°分别建立模型、计算、分析计算结果，以期得到斜交框架桥的内力岁斜交角度变化的汇率，以及斜交框架与正交框架内力的不同。

由于本案例的思路在于得出斜交角度对框架内力的影响，而框架桥由于承受的外荷载均来自土体的传递，可以都看成均布荷载，故本案例主要比较了恒载下各角度框架内力的变化。

图11～16M框架恒载图式

用midas软件中板单元建立框架模型，外荷载图式取图1，内力计算结果间图2。

图2 1～16m框架桥板单元内力

根据MIDAS计算结果，将顶板的计算结果进行统计，见下表。

表单孔框架桥顶板弯矩、剪力

2、试验结论

从上表分析结果看出，Mxx随斜交角度的变化有这样的规律：

（1）最大正弯矩随斜交角度的增大而增大，斜交角度每增加10°，弯矩值增加10%左右。

（2）最大正弯矩的位置随着斜交角度的增加，从正交时的跨中逐渐向顶板钝角端移动。

（3）钝角端最大负弯矩随着斜交角度的增大增加，斜交角度每增加10°，弯矩值增加迅速，增幅在20%～30%左右。

（4）锐角端最大负弯矩弯矩值随着斜交角度的增大而较小，随着斜交角度的增加，降幅比率增加。

Myy随斜交角度的变化规律：

（1）随着斜交角度的增加，Myy值越来越大，当斜交超过35°时，Myy值逐渐逐渐接近正交Mxx弯矩值

（2）最大负弯矩出现在靠近边墙处，最大正弯矩出现在跨中处。扭矩Mxy随斜交角度的增加而增加迅速，超过45°之后，扭矩超过正交跨中弯矩值。剪力Vxx随着斜交角度的增大，在钝角端逐渐增大、锐角端逐渐减小。

从以上分析可以看出，斜交框架不能只配置承受Mxx的弯矩，承受Myy的弯矩不能按构造要求配置，必须根据空间分析结果，合理配置钢筋。对于扭矩Mxy，在斜交角度超过25°之后，变为不容忽视，必须根据计算结果配置抗扭钢筋，这点工程设计中，往往容易忽视。

二、斜交框架桥的配筋布置设计

斜交框架桥在设计中，作内力计算后，布筋是重要环节，布筋中应掌握以下原则：

1、在几个主要控制截面一定要求出最大弯矩(绝对值)方向，主筋布置方向一定要与最大弯矩作用面接近垂直。

2、斜交框架桥一般在两个垂直面上都产生较大弯矩与扭矩。因此在两个方向都要布置主筋，切忌主筋布置形成钝角与锐角过大的悬殊。在全部配筋实现上述要求困难时，至少在主要控制截面布置互相垂直的主筋，因为活载位置的任意变化，导致主弯矩方向的变化，只有相互垂直的主筋在任意方向的分量才能参加承受该方向弯矩。这一点将在斜交框架桥的裂缝发生原因分析时得到证实，该桥最大主弯矩方向正好是在钝角平分线方向，而裂缝几乎垂直于钝角平分线，虽主筋数量也很可观，但事实上两向主筋在主弯矩作用面上的投影分量已经很小，不能起到控制裂缝开展的作用。

板内主筋必须伸入到立墙内，且与立墙内竖向主筋焊接，形成封闭形主筋，有利于抗扭，板内与自由边相交钢筋也应弯成箍筋形式，以抵抗自由边扭矩。