无砟高速客运专线连续梁上部设计

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摘要：客运专线连续梁(40+2×56+40)上部结构采用“桥梁博士”有限元分析程序按平面杆系有限元法设计，通过运营阶段计算结构的支座反力和根据计算所得的应力图查看主梁关键截面组合内力数据，参照规范，分析数据是否满足规范要求，为同类桥梁的设计提供参考。

关键词：连续梁；运营阶段预应力；荷载组合；应力计算

Abstract: Continuous beam of passenger dedicated line (40+2 * 56+40) upper structure by using "bridge doctor" finite element analysis program according to the plane truss finite element method design, through the operational phase calculation of structure bearing force and according to the calculated stress of girder section internal force combination view key data, refer to the specification, analysis of the data whether meet the requirements specification, to provide reference for the similar bridge design.

Keywords: continuous beam；the operational phase of prestressed；loading combinations；stress calculation

中图分类号：文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）

前言

无砟轨道客运专线列车具有速度快、荷载大、对线型技术要求严格等特点，当地形地物限制时；须以桥梁和隧道满足线形要求，所以在高速铁路设计中，桥梁占有很大的比例，尤其是连续梁在其桥梁设计中经常选用。

桥梁设计中，上部结构是承受车辆荷载的主要部位，连续梁桥也不例外。连续梁桥具有自重大，跨越能力大，预应力钢筋布置复杂，在建立模型计算时调索繁琐，本文主要针对以上问题，对连续梁桥上部结构的形式及尺寸、所要计算的内容与方法，用桥梁博士软件进行建模计算，根据不同荷载组合作用下计算结果的应力图判断设计的合理性，为设计人员设计无砟客运专线连续桥提供参考。下面就对连续桥设计的设计流程进行分析论述。

结构形式及尺寸概述

连续梁是客运专线设计中的一种普遍选用桥型；本文选取线路最小曲线半径R=5000m，桥梁为双线铁路桥，线间距为4.8m，连续梁部分桥跨分布为40m+56m+56m+40m。本桥设计速度为300km/h。引桥简支梁类型为通桥(2008)2224A，设计活载为ZK活载，桥面为无砟轨道，采用悬灌施工方法进行施工，模拟地震动峰值加速度0.1g，无竖曲线上桥。

1、梁体为单箱单室、横截面变高度、变截面箱梁，梁体全长。零号块处梁高4.6m,桥跨跨中及边跨梁端处梁高2.7m。梁体下缘除中跨中部10m梁段（包括2m合拢段）、桥墩顶处6m梁段和边跨端部20.65m（包括2m合拢段）梁段为等高直线段外，其余为二次抛物线, 抛物线方程为

2、箱梁顶板宽1220cm，箱宽670cm。边跨梁端顶板厚由35cm渐变至60cm，主墩墩顶处顶板厚由35cm渐变至50cm，其余梁段顶板厚35cm。底板厚42～70cm，腹板厚40～70cm。

3、梁体在端部、支墩处共设5道横隔板，横隔板中部设有孔洞，以利人员张拉钢束通过。

三、预应力钢束、钢筋布置

梁体按三向预应力设计，分别为：纵向、横向、竖向预应力钢筋[1]。

1、纵向：本桥纵向预应力筋在顶、腹板采用12-15.2高强度低松弛钢绞线，底板采用9-15.2高强度低松弛钢绞线，抗拉强度标准值 ，弹性模量，公称直径为15.20mm，其技术条件应符合GB5224标准要求。顶板、腹板钢束采用内径85mm、外径98mm的塑料波纹管成孔，M15-12圆塔形锚具锚固，底板钢束采用内径70mm、外径83mm的塑料波纹管成孔，M15-9圆塔形锚具锚固，采用真空辅助压浆工艺，张拉千斤顶采用YCW250B型。

2、横向：梁体顶板横向预应力筋采用3－15.2高强度低松弛钢绞线，抗拉强度标准值，张拉千斤顶采用YCW100B型千斤顶，张拉端采用BM15-3扁形锚具锚固，固定端采用BM15P－3型锚具锚固。

3、竖向：梁体腹板竖向预应力采用公称直径25mm的PSB830预应力混凝土用螺纹钢筋，其抗拉强度标准值、弹性模量。内径35mm铁皮管成孔，JLM-25型锚具锚固。

四、主梁计算内容和方法

1、计算软件及理论

采用“桥梁博士”有限元分析程序按平面杆系有限元法模拟各施工阶段及运营阶段工况，计算各施工阶段及运营阶段各截面的内力、应力及变形等。主梁按预应力构件设计。

2、计算荷载[3]

活载采用ZK活载，二期恒载结合本桥的实际情况计算，取值为131 kN/m。

列车竖向活载纵向计算采用ZK标准活载，活载图示如下：

列车竖向活载桥面横向计算采用ZK特种活载，活载图示如下：

3、材料

（1）混凝土：C55

（2）钢绞线： 高强度低松弛钢绞线9-15.2，12-15.2，。3-15.2，

（3）普通钢筋：

HPB235: ，

HRB335:

4、计算模型

利用桥梁博士有限元分析程序对本桥建立了平面杆系有限元模型，全桥模型共有：梁体单元72个；节点73个，支撑元14个。桥梁几何模型详见图1(仅显示半桥)，第2个支点约束纵桥向水平位移和竖向位移，其余支点仅约束竖向位移。

图1 连续梁仿真计算模型（1/2）

五、主梁主要计算结果

1、设计静活载下梁体跨中竖向挠度、梁端转角计算

静活载作用下的梁体竖向挠度与转角，其最值情况详见1，

表1 梁体最大挠度与转角[4]

计算结果表明梁体竖向最大挠度与转角均满足规范要求。

2、施工阶段主梁应力检算，运营荷载作用下箱梁应力、强度、抗裂性计算

在运营阶段；主力和主+附荷载作用下，梁体控制应力、正、斜截面截面上、下缘最大、最小应力极值结果详见表2、表3、表4

表2 运营阶段控制应力计算结果[4]

表3正截面抗弯强度计算结果[4]

表4斜截面抗弯强度计算结果[4]

3、主梁纵向计算应力

1）自重+二恒正应力

从自重+二恒正应力图分析得到顶板最大正应力为，最小为（出现在梁端）；底板最大正应力为,最小为（出现在跨中1/8左右）

2）自重+二恒+支座沉降正应力

分析自重+二恒+支座沉降正应力图可知顶板最大正应力为,出现在中墩0#块端部处。最小为（出现在梁端）；底板最大正应力为,最小为（出现在跨中1/8左右）

3）自重+二恒+列车正应力

从自重+二恒+列车正应力图分析得到顶板最大正应力为,最小为（出现在梁端）；底板最大正应力为,最小为（出现在边跨1/2左右）

4）自重+二恒+支座沉降+列车正应力

顶板最大正应力为,最小为（出现在梁端）；底板最大正应力为,最小为（出现在边跨1/2左右）

5自重+二恒+支座沉降+列车+附加力正应力

从正应力图中分析，顶板最大正应力为,最小为（出现在梁端）；底板最大正应力为,最小为（出现在边跨1/2左右）

通过各种组合计算主梁应力图；分别得出各组合下关键截面（边跨1/2左右，跨中1/8左右端部及0号块）主梁顶板、底板的最大、最小应力，从应力图和相关数据可以看出，连续梁的应力控制分别为：边跨1/2左右，跨中1/8左右端部及0号块处，控制主要组合为：自重+二恒+支座沉降+列车+附加力正应力，在其组合作用下；顶板最大正应力为,最小为（出现在梁端）；底板最大正应力为,最小为；均满足规范要求[2]。

六、结语

随着我国大规模高标准的铁路客运专线建设全面展开和不断深入,特别是近年京津、郑西、武广、沪宁、沪杭等高速铁路的开通运营,对客运专线建设、运营的认识也不断加深。文章通过连续梁（40+2×56+40）的上部设计,经计算得到不同工况作用下的计算结果，进而得出主梁纵向的应力图,在满足规范的基础上对高铁中连续梁的设计有一定借鉴意义。

参考文献

[1]中华人民共和国铁道部．TB10002.1—2005．铁路桥涵设计基本规范[S]．北京：中国铁道出版社，2005

[2]中华人民共和国铁道部.TB10002.3-2005 铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范[S].北京：中国铁道出版社，2005

[3]中华人民共和国铁道部.TB10002.3-2005 《新建时速200km客货共线铁路设计暂行规定》[S].北京：中国铁道出版社，2005

[4]《新建时速200~250公里客运专线铁路设计暂行规定》