城际铁路(50+82+82+50)m连续梁设计

田 青

(中铁工程设计咨询集团有限公司， 北京 100055)

城市轨道交通具有速度快捷、载客容量较大、站段距离合理的优点，很大程度上保障了城市居民出行的需求。介绍我国北方某城市城际铁路高架桥跨越城市主干道(50+82+82+50)m预应力混凝土连续梁设计。本工程下部结构采用矩形实体桥墩，基础采用钻孔灌注桩基础。

1 主要技术标准

设计荷载：zc活载(0.6UIC)；

轨道类型：有砟轨道；

抗震设防烈度：6度。

2 截面设计

考虑施工周期和不影响道路交通运营，采用受力合理、经济性能较高的预应力混凝土连续梁体系，截面形式采用抗扭刚度大、动力性能好、后期徐变拱度小的单箱单室变高度箱形截面。中跨跨中及边支点处梁高3.50 m，中支点处梁高6.00 m，梁底上、下缘按二次抛物线变化。

箱梁顶面宽12.00 m，腹板采用直腹板，跨中截面与边支点截面箱梁顶板厚0.40 m，底板厚0.40 m，腹板厚0.45 m；中支点截面箱梁顶板厚0.65 m，底板厚0.90 m，腹板厚0.80 m；根据计算需要，底板、腹板、顶板局部向内侧加厚。

箱梁在端支点、中跨跨中及中支点处共设置7道横隔板，边支点横隔板厚1.50 m，中支点横隔板厚2.40 m，中跨跨中横隔板厚0.80 m。各横隔板均设置进人孔，方便施工和维修。主梁截面如图1、图2、图3。

图1 1/2主梁立面(单位：cm)

图2 1/2主梁平面(单位：cm)

图3 1/2中支点截面和1/2中跨跨中截面(单位：cm)

3 结构计算

3.1 主梁计算

主梁为预应力混凝土连续箱梁，主梁混凝土强度等级为C50，混凝土容重γ=26.0 kN/m3，弹性模量Ec=3.55×104MPa。梁体内布置纵向预应力钢筋和竖向预应力钢筋。

梁体纵向预应力钢筋采用标准强度为fpk=1 860 MPa的高强度、低松弛钢绞线，弹性模量Ep=195 GPa，其技术条件符合GB/T5224—2003的要求。

箱梁纵向预应力钢筋：腹板采用12-7φ5钢绞线，顶板采用17-7φ5钢绞线，中跨底板采用17-7φ5钢绞线，边跨底板采用15-7φ5钢绞线。锚头变形引起的预应力钢筋回缩量：每端6 mm；锚下控制应力：顶板为0.688fpk，腹板和底板为0.70fpk。

箱梁竖向预应力钢筋采用φ25 mm高强精扎螺纹钢筋，极限强度为785 MPa，外侧腹板各布置1只，采用JLM锚具，间距为0.5 m。锚下控制应力σcon=700 MPa，管道摩阻损失μ=0.35，管道偏差系数k=0.003 0/m，锚头变形引起的预应力钢筋回缩量：每端1 mm，钢筋与锚圈口摩擦损失为0.05σcon=35 MPa。梁体预应力钢筋布置见图4、图5。

图4 1/2跨预应力钢筋立面(单位：cm)

图5 1/2跨预应力钢筋平面

3.2 梁体计算主要参数

温度荷载：按《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》(TB10002.3—2005)计算。纵向计算设计合龙温度取桥位处最低和最高月平均温度平均值，均匀温差按升降温20 ℃，日照温差按顶板升温5 ℃计算。实际合龙温度与设计不一致时，应根据实际合龙温度进行检算。横向按支承在主梁腹板中心线下缘的箱形框架计算，按升温、降温两种情况，计算图式见图6。

图6 温度荷载计算图示

收缩徐变：梁体收缩徐变损失按老化理论计算，徐变系数为2.137，收缩应变为1.37×10-4。

支点强迫位移：各支点强迫位移均按20 mm计算。

3.3 荷载组合

(1)主力

组合Ⅰ：结构自重+预加力+收缩徐变+支座强迫位移+活载。

(2)主力加附加力

组合Ⅱ：结构自重+预加力+收缩徐变+支座强迫位移+活载+均匀升温20 ℃+顶板升温5 ℃。

组合Ⅲ：结构自重+预加力+收缩徐变+支座强迫位移+活载+均匀降温20度+顶板升温5 ℃。

3.4 梁体反力计算

本工程轨下枕底最小道砟厚度为300 mm，包括钢轨、道砟、轨枕、防水层、保护层、人行道栏杆或声屏障、遮板、挡砟墙、接触网支柱、电缆槽盖板及竖墙等，二期恒载计算值为169.5 kN/m。梁体计算支反力见表1。

表1 支反力计算 kN

3.5 运营阶段应力、强度、抗裂、徐变计算

针对上述三种主要荷载组合工况，分别对梁体截面正应力、剪应力、强度安全系数、抗裂安全系数、徐变拱度等进行了分析计算，下面将主要控制截面的正应力、剪应力、强度安全系数、抗裂安全系数、徐变拱度计算值列于表2，表3。

表2 运营阶段梁体截面正应力 MPa

表3 运营阶段剪应力、强度、抗裂、徐变计算

根据《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》(TB 10002.3—2005)第6.3.10条，运营荷载作用下正截面混凝土压应力应符合下列规定。

主力组合作用时：σc≤0.5fc=16.75 MPa；主力加附加力组合作用时：σc≤0.55fc=18.42 MPa。

根据《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》(TB 10002.3—2005)第6.3.11条，运营荷载作用下正截面混凝土受拉区应力应符合下列规定：对不允许出现拉应力的构件σct≤0。

由表2的截面正应力计算值可以看出，运营荷载作用下梁体截面各组合工况下最大正应力为13.83 MPa，最小正应力为1.55 MPa，均能满足《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》(TB10002.3—2005)的要求，预应力钢筋布置合理，截面正应力计算值有效。

根据《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》(TB 10002.3—2005)，运营荷载作用下，混凝土最大剪应力应符合下列要求：σc≤0.17fc=5.695 MPa，运营荷载作用下，强度安全系数：K≥2.2，抗裂安全系数：Kf≥1.2。由表3的计算值可以看出，运营荷载作用下，梁体混凝土最大剪应力σc=5.04 MPa≤5.695 MPa，最小强度安全系数K=2.33≥2.2，最小抗裂安全系数Kf=1.325 ≥1.2。计算结果均能满足《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》(TB10002.3—2005)第6.3.5条和第6.3.15条的规定。因此，本结构在运营状态下是安全的。

4 结束语

本工程建在城市市区，主要为解决城市居民的交通出行而修建。虽然工程的功能定位为城际铁路，受线位曲线半径偏小因素的制约，速度目标值并不高，列车设计荷载采用了ZC(0.6UIC)荷载。考虑到居民乘坐城际铁路的舒适性和稳定性，在设计中部分计算参数的取值在满足铁路桥涵设计基本规范的前提下参考了客运专线和高速铁路的相关设计规范和规定。目前，城际铁路相关设计规范及规定还未正式颁布，希望本结构的设计思路能为今后城际铁路预应力混凝土连续梁的设计提供参考。

[1] TB 10002.3—2005 铁路桥涵设计基本规范[S]

[2] TB 10002.3—2005 铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范[S]

[3] 铁建设函[2003]205号 新建铁路桥上无缝线路设计暂行规定[S]

[4] TB 10621—2009 高速铁路设计规范(试行)[S]

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