客货共线铁路(19.85+23+23+19.85)m连续刚构桥结构分析

客货共线铁路(19.85+23+23+19.85)m连续刚构桥结构分析摘要：洋吕铁路工程跨越通港大道拟采用（19.85+23+23+19.85）m连续刚构桥方案。

连续刚构桥结合了一般连续梁和T形刚构的特点，具有结构美观、受力性能良好、舒适性好、施工相对简便、养护方便，建造成本相对较低等特点，已经成为被广泛应用的桥型。

本文结合工程实例，探讨并概述了主梁结构设计，并对上部桥跨结构内力以及应力进行计算、下部桥墩结构配筋进行分析，为同类桥梁的设计及施工提供借鉴。

关键词：铁路工程；连续刚构；尺寸拟定；结构分析中图分类号：文献标识码：连续刚构桥自1980年代引进我国，在我国已有30余年的应用历史，并在我国得到了迅速的发展。

连续刚构桥将连续梁和T形刚构很好地结合起来，既具有连续梁无伸缩缝、行车舒适的特点，同时由于墩梁固结的特点，又具有构造简单、施工及养护相对简单、经济效益良好的特点。

在受制于经济因素以及道路通行净空的条件下，连续刚构桥墩梁固结，省去了大跨连续梁的支座设计，节省了支座制造、安装及更换的费用，同时由于结构高度较低的特点，保证了道路通行净空。

梁部采取少支架现浇的施工方法，施工周期较短，最大限度地减少对既有道路通行的影响，具有较大的经济和社会效益。

1概述洋吕铁路跨越通港大道拟采用普通钢筋混凝土连续刚构桥方案，主墩墩梁固结，其桥墩中心线与道路中心线平行，与铁路中心线的法线夹角32°。

孔跨布置为(19.85+23+23+19.85)m。

本桥梁体为等高度实体梁，。

桥梁平面线形位于直线上。

桥下通港大道净空高度为5.53m。

采用支架现浇施工方法。

桥跨立面布置如图1所示。

图1 总体布置图（单位：cm）桥面宽度为7m，桥面宽700cm，梁底宽430cm，梁高为130cm，在中间三个固结墩处加高至200cm。

中支点梗斜尺寸为250×70cm。

桥面布置如图2所示。

图2 桥面布置图（单位：cm）1.1结构尺寸拟定1.1.1主梁尺寸本工程连续刚构桥构造尺寸：梁体为等高度实体梁，梁顶宽700cm，梁底宽430cm，人行道悬臂长度均为135cm，悬臂板端部厚度20cm，根部厚度40cm。

梁体非中支点处高度为130cm，中支点处梁高加高至200cm。

梁部横断面构造如图3所示a）跨中断面b）支点断面图3 主梁横断面构造（单位：cm）1.1.2桥墩尺寸桥梁下部结构主墩采用矩形实心墩身，墩身横向长5.07m，顺桥向宽1.2m。

承台横桥向长6.4m，顺桥向宽4.8m，高2.0m，桩基采用5根φ1.0m钻孔灌注桩，桩基均按摩擦桩设计。

主墩构造如图4所示；图4 中墩构造图（单位：cm）1.2主要计算荷载（1）梁体自重：根据《铁路桥涵混凝土结构设计规范》（TB 10092-2017），本梁钢筋混凝土容重按γ=26kN/m3取用。

（2）二期恒载重量包括钢轨、扣件、轨枕、道砟等线路设备重，以及防水层、保护层、人行道防抛网、挡砟墙、接触网支柱及电缆槽等附属设施重量。

本设计二期恒载，按直线无声屏障89KN/m设计。

（3）列车竖向活载纵向计算采用ZKH活载，列车竖向活载桥面横向计算采用ZKH特种活载。

（4）基础变位影响：基础不均匀沉降按10mm控制。

（5）横向摇摆力：取100kN，作为一个集中荷载取最不利位置，以水平方向垂直线路中线作用于钢轨顶面。

（6）桥上列车制动力或牵引力按列车竖向静活载的10%计算。

（7）温度作用：梯度温度按《铁路桥涵混凝土结构设计规范》（TB 10092-2017）附录B执行。

纵向计算按Ty=10e-5y（梯度升温），Ty=-5e-14y（梯度降温）计算。

整体升降温按±20°考虑。

2上部结构分析2.1全桥计算模型本桥（19.85+23+23+19.85）m钢筋混凝土连续刚构桥采用Midas/Civil2021验算，全桥长85.7m（含两侧梁端至边支座中心各0.5m），建立有限元模型，梁部模型共划分为87个节点，86个单元，全桥结构计算模型如图5所示。

图5 连续刚构桥全桥计算模型2.2截面配筋本桥跨度较小，采用钢筋混凝土结构，无预应力。

跨中截面和支点截面结构配筋如图6和图7所示。

图6 跨中截面配筋图（单位：cm）图7 支点截面配筋图（单位：cm）2.3主梁纵向检算结果主桥上部结构按有关规范规定对各种荷载进行荷载组合，采用Civil Designer对结构的强度、刚度、应力、抗裂性做了验算，计算结果如下。

2.3.1混凝土压应力计算结果主力组合、主力+附加力组合作用下混凝土压应力计算结果如图8。

a）主力作用下截面混凝土压应力验算结果（顶包络）b）主力作用下截面混凝土压应力验算结果（底包络）c）主+附作用下截面混凝土压应力验算结果（顶包络）d）主+附作用下截面混凝土压应力验算结果（底包络）图8截面混凝土压应力验算结果由上图可知，主力作用下混凝土压应力最大值为8.8MPa≤16.8MPa，主力+附加力作用下混凝土压应力最大值为9.6MPa≤21.8MPa，均满足规范要求。

2.3.2钢筋拉应力计算结果主力组合、主力+附加力组合作用下钢筋拉应力计算结果如图12~图15。

a）主力作用下钢筋拉应力最大值验算结果（顶包络）b）主力作用下钢筋拉应力最大值验算结果（底包络）c）主+附作用下钢筋拉应力最大值验算结果（顶包络）d）主+附作用下钢筋拉应力最大值验算结果（底包络）图9 钢筋拉应力最大值验算结果由上图可知，结构在主力作用下钢筋最大拉应力为201MPa≤210MPa，主力+附加力作用下钢筋最大拉应力为232.5MPa≤270MPa，均满足规范要求。

2.3.3裂缝计算结果主力组合、主力+附加力组合作用下裂缝宽度计算结果如图10。

a）主力作用下截面上缘裂缝验算结果b）主力作用下截面下缘裂缝验算结果c）主+附作用下截面上缘裂缝验算结果d）主+附作用下截面下缘裂缝验算结果图10 截面裂缝计算结果由上图可知，主力作用下截面裂缝最大值为0.162mm≤0.2mm，主力+附加力作用下截面裂缝最大值为0.219mm≤0.24mm，均满足规范要求。

2.3.4刚度验算根据《铁路桥涵设计规范》（TB 10002-2017）第5.2.2条规定，竖向挠度按下列最不利情况取值，并应满足表5.2.2所列限值要求。

1）列车竖向静活载作用下产生的挠度值与0.5倍温度引起的挠度值之和。

2）0.63倍列车竖向静活载作用下产生的挠度值与全部温度引起的挠度值之和。

梁体竖向挠度计算结果如表1所示：表1 梁体竖向挠度表（向上为+，向下为-）单位：mm由上表可知，竖向挠度均满足规范要求。

2.3.5小结由上图可知，钢筋拉应力的最大值以及裂缝宽度的最大值发生在中支点处梗斜边缘，即跨中截面与支点截面交界的位置，采用图中配筋形式，承载能力及裂缝均在规定容许范围内。

3下部结构分析3.1桥墩线刚度计算在Midas计算模型中，对主墩分别施加顺桥向和横桥向的单位力，根据模型计算结果得出主墩分别在顺桥向和横桥向的位移，继而算出桥墩线刚度。

连续刚构桥主墩线刚度计算结果如下表所示。

表2 桥墩线刚度计算结果项目348#349#350#顺桥向刚度（kN/cm）953.85950.58955.58横桥向刚度（kN/cm）685.32701.51701.17桥墩线刚度均满足规范要求。

3.2结构配筋计算根据上部结构计算并提取内力，按照Nmax、Nmin、Mmax、Mmin四种工况(N和M分别代表轴力及纵向弯矩)进行内力组合，依据以上各类工况组合，选取轴力最小、纵向弯矩最大工况为最不利工况分别进行墩顶及墩底截面控制验算。

主墩采用板式墩，墩顶及墩底圆端形截面尺寸为507cm （横桥）x120cm （顺桥），沿横桥向布置Φ28钢筋，单侧共计44根。

主墩配筋如下表3所示：表3 主墩结构配筋表截面类型 结构计算尺寸 横桥向截面配筋顺桥向（cm ） 横桥向（cm ）墩顶 120 507 单侧44根Φ28钢筋墩底 120 507 单侧44根Φ28钢筋根据墩柱结构尺寸及墩柱内力，对墩顶、墩底截面进行控制计算，计算结果如下表： 表4 主墩主要计算结果表位置上缘最大 裂缝最大值(mm) 混凝土压应力最大值 裂缝容许值(mm)3墩0.07 6.6847#顶125墩底- 1.703 48#墩顶0.050345.87墩底0.005882.293 49#墩顶0.077296.92墩底- 1.91由上表可知，主墩混凝土压应力与裂缝宽度均满足设计规范，且最大应力与裂缝发生在墩顶截面，结构配筋满足规范要求。

4方案比选洋吕铁路跨越通港大道节点方案比选过3种方案，即（32+48+32）m连续梁方案、2-42.4m简支槽型梁方案以及（19.85+23+23+19.85）m连续刚构桥方案。

经综合考虑，选择（19.85+23+23+19.85）m连续刚构桥方案。

连续刚构桥主要有以下优点：（1）经济效益优。

洋吕铁路采用EPC工程建设模式，在有限的投资内，保证工程建设的安全、质量，取的较好的经济和社会效益。

小跨度连续刚构桥无需预应力，构造简单，施工简便，且无需制造、安装和更换支座，节省工程投资，缩短工程建设周期。

（2）结构高度低，保证通港大道的通行净空高度。

连续刚构桥相比较于连续梁，结构高度更低，在通行净空高度较紧张的情况下，连续刚构桥是比较好的选择。

（3）景观效果较好。

槽型梁与周围环境契合度较低，景观效果差。

连续刚构桥兼顾了连续梁的优点，城市景观效果好。

综上所述，本工程采用（19.85+23+23+19.85）m连续刚构桥作为跨通港大道节点方案。

5结论（1）桥墩的应力主要集中在墩顶部位，在进行结构配筋的时候，应以墩顶截面为特征截面进行配筋计算；（2）根据上述计算结果，（19.85+23+23+19.85）m钢筋混凝土连续刚构桥主梁纵向及桥墩各项指标均能满足规范要求，因此本工程采用本结构桥梁是合理可行的；该桥的设计对今后其他类似的桥梁设计积累了有益的经验，对同类桥梁设计有一定的参考价值。

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