跨既有铁路多箱斜交简支钢―混叠合梁桥设计

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摘 要：目前我国的交通需求越来越大，机场、铁路、公路的建设力度都在不断增大，建设项目增多，就可能会出现不同线路交叉的情况，如公路与铁路出现在平面上出现交叉，就需要通过跨桥的方式来保证两条线路的正常通行。现本文就以某高速公路为例阐述跨既有铁路时采用的结构设计方法，以供参考。

关键词：既有路线；箱梁；简支钢-混结构；梁桥设计

某高速公路工程在规划设计时，发现其在某路段会与一条既有的铁路相交，需要通过设计一定的桥梁来跨过铁路满足通行需要。在设计时受到了当地土地规划和地面构筑物的限制，使得公路主线与铁路中心线之间的夹角非常小，同时该路线的上空存在一定的高压线，在高压线和铁路之间的净空十分有限，施工时可用的高度有限，仅有3.35m。这些都为桥梁的设计施工带来了非常大的难题。为了在保证公路正常安全通行的前提下，能够尽可能的方便施工，本工程的设计人员在经过研究分析后，决定采用多箱斜交简支钢-混叠合梁的结构设计方式，其中斜交的角度为60°，以下本文就重点来分析其具体的设计方案。

1 施工方案与结构形式的选择

在对本桥梁工程进行设计时，除了要考虑到其斜交角度的问题以及施工中可用的净空高度问题以外，还要考虑到施工对既有铁路的影响问题。因为这条铁路线的运营较为繁忙，所设计的结构形式在施工中应当尽可能的避免对铁路产生影响。基于这些多重因素的考虑，设计人员先后设计了预应力混凝土梁、简支T梁以及连续钢箱梁等多种设计方案，并进一步的对这些方案的可行性进行了论证分析，发现这些桥梁结构设计方案均不是十分理想。并在论证分析的过程中，总结了本工程结构设计的基本要求。即：首先，所设计的桥梁结构总体高度不得超过3.0m，其次，所设计的桥梁结构在施工时，梁下部位的施工应该可以0.5m高的空间中进行。第三，桥梁结构的中间部位不能设计支墩，包括临时支墩也不能使用。第四，单片架设的重力应该控制在1000kN的范围内。基于这些要求，设计人员对其进行了详细的分析，对设计方案进行了详细的优化，最终经过分析论证后决定采用多箱斜交简支钢-混叠合梁的结构形式，其中钢结构的施工部分主要采用轻型架桥机进行施工设计，并将本工程的施工周期分为两个阶段，分别为钢梁分段厂制和桥面施工。

2 钢-混叠合梁的结构设计分析

2.1 主梁结构的设计

本桥的主体结构处于半径为4km的曲线上，在布置钢梁时采用了直线平行的布置方式，并结合桥面的宽度对其进行相应的调整，以满足边缘线形的顺适性需要。其中在对单幅桥面进行设计时，将其总宽设计为19.95m，利用单室敞口钢箱组成单幅桥，这些箱梁相互之间用横隔板连接成梁格体系，该体系与钢筋混凝土桥面板共同组成主梁结构。

2.2 横断面设计

本桥单幅桥面由6根等高度钢箱梁组成，钢箱梁宽1.7m，高2.6m，桥面板厚0.25m，结构总高2.85m。各钢箱梁相邻腹板间间距1.7m，全桥每隔4.5m左右设置横梁、横隔板，将各箱梁连成具有强大整体刚度的空间结构（图2）。每根钢箱梁采用U形开口断面，每道腹板上设0.6m宽上翼缘，每箱下翼缘宽1.76m。钢梁上翼缘板厚25mm，下翼缘板厚34mm，腹板板厚30mm。为减小下翼缘板厚，箱内下翼缘设两道纵向通长加劲肋，为提高腹板局部稳定性，纵向间距1.5m左右设竖向腹板加劲肋。竖向加劲肋还能防止上翼缘在施工过程产生屈曲失稳。

2.3 桥面板设计

在本桥梁结构中，桥面板是一个非常重要的结构组成部分，其不但将桥面所承受的所有荷载均匀的分配到桥体的承重结构上，减轻桥梁某个部位受到的巨大荷载，而且还将所有的局部构件连接在一起，使其共同承担车辆的荷载，在保证桥梁结构的稳定方面发挥了非常积极的作用，因此必须要对其进行合理的设计。一般来讲，在现代桥梁结构的设计中，多采用现浇与预制两种桥面板形式，其中前者的施工更为简单方便，但是存在着收缩应力强的问题，容易造成裂缝的质量通病。考虑到本工程的桥面面积比较大，收缩徐变的问题会更加严重，不利于保证桥面板的施工质量。为此，本工程决定选用预制桥面板进行施工设计。桥面板的预制工作在其他场地进行，并在预制完成之后进行合理的养护，使其收缩变形的程度较小时再应用在具体的施工中。

3 多箱钢-混叠合梁的结构分析

3.1 单梁杆单元模型分析

单梁杆单元模型的首要问题就是确定主梁的活载横向分配系数，计算时先根据主梁和横梁的刚度、桥梁宽度、计算跨径等相关因素用偏心受压法分别计算出边梁和中梁的横向分配系数。

3.2 板单元模型整体分析

钢箱梁采用薄板单元、混凝土桥面板采用厚板单元模拟。全桥上部结构划分为26304个板单元、25431个节点。

3.3 钢-混连接件的设计

连接件是连接钢梁和混凝土的构件，它作为钢梁与混凝土板之间的传力构件，使二者共同受力。鉴于本桥的连接件主要用于承担钢梁与混凝土桥面板间的剪力。设计时选用了圆柱头焊钉作为连接件。

一般计算时按照弹性设计方法进行计算，钢梁与混凝土桥面板之间的纵向水平剪力，由剪力键承受。每排剪力键个数n按下式计算：

n=（Q×S/I×an）/[N]

式中：Q-截面上第二阶段竖向荷载引起的计算剪力；I-换算惯性矩；S-桥面板对中性轴的面积矩；an-焊钉纵向间距；[N]-单个焊钉承载能力。

板单元模型计算时，采用弹性连接模拟钢梁于混凝土板之间的剪力键连接，按计算结果中弹性连接的反力大小，计算焊钉个数。

结束语

通过上述设计，再加上施工单位的精心施工，本工程取得了非常好的施工效果，施工质量符合相关规定的要求。由本工程可以得知，多箱斜交简支钢-混叠合梁在一些较为特殊的施工环境中使用是非常可行的，其不但自重较轻，刚度大，承载能力高，且施工较为方便，不会对既道路产生影响，值得在其他同类工程中借鉴使用。

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