兰渝铁路96m下承式钢管混凝土拱桥设计.pdf
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1、 桥 梁 兰渝铁路 9 6 i n下承式钢管混凝土拱桥设计 赵 亮 ( 中铁第一勘察设计 院集 团有限公司 ,西安7 1 0 0 4 3 ) 摘 要 : 兰渝 铁 路 是 设 计 时 速 为 2 0 0 k m 的 客 货 共 线 双 线 铁 路 , 为跨 越 境 柳 高速 公 路 , 设 计 采 用 了 1孔 9 6 I n下 承 式 钢管混凝土拱桥 。针对客货共线铁路对桥梁的要 求, 简要 介绍 9 6 in下承 式钢管混凝 土拱桥 的结构设计和施 工方 法, 分别采用平面和空间计 算模型 , 对该桥进行静 力计算分析 、 拱脚 节点局部应 力分析 、 自振特性 分析和 空间稳 定 性 分
2、析 , 计算分析 表明该桥设计合理 , 各项设 计计 算值均 满足规 范要求。 关键词 : 铁路桥 ;钢管混凝 土拱桥 ;结构设计 ;计算分析 中图分 类号: U 4 4 8 2 2 文献标识码 : A 文章编 号: 1 0 0 4 2 9 5 4 ( 2 0 1 3 ) 1 2 0 0 7 4 0 5 De s i g n o f 9 6 m Thr o u g h- t y pe Ar c h Br i dg e wi t h Co nc r e t e - fil l e d S t e e l Tu be o n La n z ho u- Co ng q i n g Ra i l wa
3、 y ZHA0 L i a n g ( C h i n a Ra i l wa y F i r s t S u r v e y a n d D e s i g n I n s t i t u t e Gr o u p L t d ,Xi a n 7 1 0 0 4 3,Ch i n a ) Ab s t r a c t:L o c a t e d o n La n z h o u Ch o n g q i n g Ra i l wa y wh i c h s e r v e s a s a 2 0 0 k m h mi x e d p a s s e n g e r a n d f r e i
4、 g h t r a i l wa y wi t h d o u b l e t r a c k s ,t h e 9 6 m t h r o u g h t y p e a r c h b r i dg e i n t h e f o r m o f c o n c r e t e f i l l e d s t e e l t ub e wa s d e s i g n e d S O a s t o c r o s s a b o v e t h e Ch a n k o u Li u g o u h e Ex pr e s s wa y I n v i e w o f t h e r
5、e q ui r e me n t s o n b r i d g e o f a mi x e d pa s s e ng e r a n d f r e i g h t r a i l wa y,t hi s t he s i s i n t r o d u c e d br i e fly t h e s t r u c t u r e d e s i g n a n d c o n s t r u c t i o n me t h o d o f 9 6 m t h r o ug h t y pe a r c h b r i d g e wi t h c o nc r e t e -
6、f i l l e d s t e e l t u b e Me a n wh i l e, b y u s i ng t wo d i me n s i o n a l a n d s p a t i a l c a l c u l a t i o n mo d e l s r e s p e c t i v e l y,t h e br i d g e wa s p u t i n t o a n a l y s i s i n s e v e r a l a s p e c t s ,i n c l u d i n g t h e s t a t i c c a l c u l a t
7、i o n, l o c a l s t r e s s e s a t t h e a r c h s pr i n g i n g, n a t u r a l v i b r a t i o n c h a r a c t e r i s t i c a n d s p a t i a l s t a b i l i t yTh e a na l y s i s r e s ul t s h o w t h a t t h e d e s i g n o f t h i s br i d g e i s r e a s o n a b l e, a n d a l l t h e v a
8、 l u e s o f t h e d e s i g n a n d c a l c u l a t i o n c a n me e t t h e r e q u i r e me n t s s t i p u l a t e d i n r e l e v a n t c o d e s Ke y wo r ds :r a i l wa y b r i d g e; a r c h b r i d g e wi t h c o n c r e t e f i l l e d s t e e l t u b e; s t r u c t u r e d e s i g n; c a
9、l c u l a t i o n a n d a n a l y s i s 1 概 况 兰 渝铁路 于 D K 3 7 + 0 2 1处 跨 越 峻柳 高速 公 路 , 高 速公路宽 2 4 5 m, 中央设有分 隔带 , 线路与高速公路 夹角 3 6 。 。桥 址处 线 路 曲线 半径 R=3 5 0 0 m, 右侧 2 0 m处 为 既有 陇海 铁 路 跨 线桥 。桥址 区域 地 震 动 峰 值 加速 度 0 2 g , 动反应谱 特 征周期 0 4 5 S 。结合 地形 、 地 质 等条件 , 同时考虑 高速公 路 3 3 5 m 的规 划宽 度要 求 , 采 用 1 孔 9 6 m
10、下 承式 钢管混 凝土 拱桥跨 越 。桥梁 立 面 布置如 图 1 所 示 。 2主要 技术标 准 ( 1 ) 设计 标准 : 客货 共线 I 级铁 路 ; 收稿 日期 : 2 0 1 21 2 1 2 ;修 回日期 : 2 0 1 3 0 3 0 7 作者 简介 : 赵亮( 1 9 7 3 一 ) , 男 , 高 级工程师 , 1 9 9 5年 毕业 于西南 交通 大学桥梁工程专业 工学学士 , E - ma i l : z h a o l i a n g z h a o 2 1 c n c o rn。 7 4 一盥 一 。 星 3 3 5 0 sin 3 6 。 规 划 路 、 r j 1
11、 4 6 0 景 一 一、 H卫 日 熏 r T r 丌 T 几 一 一 一 1 6 一 l 5 0 钻 孔 桩 l6 一 1 5 。 钻 孔 桩 量 图 1 桥梁立面布置 ( 单位 : o m) ( 2 ) 设计 速度 目标值 : 旅客列 车 2 0 0 k m h , 货 物列 车 1 2 0 k m h ; ( 3 ) 正线 数 目: 双线 ; ( 4 ) 轨 道形式 : 有砟无 缝线 路 ; ( 5 ) 设计 活载 : 中一 活 载 。 3 结构 设计 上部采用 9 6 m下承式钢管混凝土拱一 梁组合 结 铁道标 准设 计R A I L W AY S T A ND A R D D E
12、S I G N 2 0 1 3 ( 1 2 ) 赵 亮一兰渝铁路 9 6 m下承式钢管混凝 土拱桥设计 构 , 全 长 9 9 m, 计 算 跨 度 9 6 m。钢 管 混 凝 土拱 圈采 用 受 力均 匀 的抛 物线 拱 , 理 论拱 轴线 方程 为 , , = ( ) 式 中, 厂 为矢矩 ; 为计算跨度 。 根据规范中 1 31 7的合理矢跨 比要求, 矢跨 比 取 1 5 。 横 桥 向 设 置 两 榀 平 行 拱 肋 , 拱 肋 中 心 距 1 2 1 5 m。下部 桥 墩 采用 不 等跨 圆端 墩 , 基 础 采 用 1 5 m钻孔灌注桩。 3 1 主梁构 造 为 满足列 车 高速
13、 运 行 时 对 桥梁 刚度 的要 求 , 主 梁 采用桥面整体连续且具有较大竖 向和横 向刚度的箱 梁 , 箱梁 截 面设计 为单 箱三 室 , 跨 中和支点 处截 面如 图 2所 示 。跨 中 梁 高 2 6 m, 梁 顶 宽 1 5 2 6 m, 底 宽 1 2 5 m, 梁 端 拱 脚 处 1 0 5 I n 范 围 内 梁 顶 加 宽 至 1 5 8 5 m, 梁底 加 宽至 1 3 9 5 m; 边 腹板 厚 3 5 a m, 支 点处 加 厚 至 1 8 0 a m; 中 腹 板 厚 3 0 a m, 支 点 处 加 厚 至 2 0 0 a m。 吊杆 处 隔墙厚 3 5 a m
14、, 隔 墙 开设 1 5 mx 0 9 n q的 过 人洞 。箱 梁 顶设 有 2 的 横坡 , 为 减 少 箱 梁 内外 温 差 , 边 、 中腹 板沿 桥 纵 向每 隔 6 0 IT I 左 右设 ,p l 0 a m通 风孔 2处。桥梁位于曲线上 , 梁体按直线平分 中矢布 设 后 , 9 6 I n下 承 式 钢 管 混 凝 土 拱 桥 的主 梁 与 3 2 m 简 支梁体之间在曲线外侧梁缝较大 , 为解决梁缝过宽问 题 , 将 9 6 m下承式钢管混凝土拱桥的主梁梁端线浇筑 为平行 梁缝 中心线 , 即 主梁平 面按梯 形 布设 。 1 6O f a ) 跨中截面 l 0 5 5 1
15、 6 0 ( b ) 支点处截面 图 2主梁截面 ( 单位 : C lT I ) 3 2主梁 预应 力 主梁 纵 、 横 向按 全 预应 力 结 构设 计 , 箱 梁 纵 、 横 向 预应力钢束均采用 +1 5 2 m m高强度 、 低松弛钢绞线。 纵向设 1 5 4 , 1 5 2 1 I 1 12预应力钢束 , 横 向在 吊杆隔墙和 支点 处 端 横梁 内设 3 ( ) 1 5 2 mm、 9 4 ) 1 5 2 mm 预应 力 钢 束 , 拱座内竖 向设 , , 3 2 mm P S B 8 3 0预应力混凝土用螺 铁道标准设 计R A I LW AY S T A ND A R D D
16、E S I G N 2 0 1 3 ( 1 2) 桥 梁 纹钢 筋 。 3 3 拱肋构 造 拱肋 采用 钢管 昆 凝 土结 构 , 截 面 采 用竖 向抗 弯 刚 度大 且 腹 腔 内不 填 筑 混 凝 土 的新 型 哑 铃 形 截 面 。 拱肋 截 面高取 3 2 1 2 1 , 上 、 下 弦 钢 管 外 径 取 1 1 0 a m, 壁 厚取 2 4 mm, 钢管内灌注 C 5 5微膨胀混凝土 , 上下弦钢 管 中心 距 为 2 1 m。拱 肋 上 下 弦 管 之 间 采 用 厚 度 为 2 4 m m的缀板连接, 缀板 间距 7 0 a m, 在拱脚处加宽至 1 1 0 a m, 为保
17、 证 缀 板 局 部 稳 定 , 设 置 纵 、 竖 向加 劲 肋 。 缀 板 间除拱脚 面以外 4 5 2 i n范 围及 吊杆处纵 向 1 5 m 范 围灌注 C 5 5微 膨胀混 凝土外 , 其余 均不灌 注混凝 土 。拱 肋截 面如 图 3所 示 。 rr 1 丝塑笪! ! I l , : _ : _ 、 壁 遇 蹩 g 一 1 圆 篓 【 : 邀 壁 遇 圭 儿 生 丝塑筻( Q 塑 g 图 3拱肋截面 ( 单位 : mm) 3 4 横 撑 对 于平行 拱肋 , 大量 的分 析表 明 , 其横 撑 布置对 结 构横 向稳 定 的影 响要大 于其 自身 刚度 的影 响。拱顶 横 撑布
18、置成 与拱 轴线 铅直 正 交 , 在 其 他 地 方 布置 成 与 拱 轴线相切 , 对 提高横 向稳定效果较好 。因此 , 本桥 在桥跨方 向的两侧各设 1道“ K” 撑 , 中间设 3道“ 一” 字撑 。“ 一 ” 字撑 和 “ K” 撑 均 为 空 钢 管 组 成 的桁 式 结 构 , 分别 由 + 8 0 0 m m、 西 5 0 0 mm、 + 4 0 0 m m的钢管组成。 3 5 吊杆 为保 证更 换 吊杆 时不 中断行 车和单 根 吊杆断裂 时 桥 梁 的安全性 , 吊杆布 置为纵 向双 吊杆 , 同一 组 吊杆 纵 向间距 6 0 a m。两 榀 拱肋 共设 2 6组 吊杆
19、 , 第 一组 吊杆 距离支点 1 2 0 m, 其余各 组 吊杆 中心距 均为 6 0 m。 吊杆采用 P E防护 的 6 1丝 7 m m 的平行钢丝束。为 防止人 为破坏 , 在距 梁顶 3 m 范 围 内 , 于 吊杆 P E护 套 外加设 0 8 mm厚的不锈钢管予以防护。吊杆张拉端 设 在拱 肋上 端 , 下 端与锚 箱 连接 , 锚箱钢 板 预埋在 主梁 内, 锚 箱 拉 板 采 用 Q 3 4 5 q E钢板 , 尺 寸 为 4 0 0 mm 3 0 m m, 锚 固钢筋 采 用 HR B 4 0 0的 4 , 3 2 m m 钢 筋 ( 板 孔 4 , 3 5 m m) 。吊
20、杆大样及连接构造横断面如图 4所示。 3 6 拱脚 拱 肋伸 入拱 座 , 拱 座 内拱肋 钢管设 置剪 力钉 , 并通 过构造钢筋和预应力粗钢筋与主梁形成整体。拱肋截 面在拱脚处 由哑铃形截面变为 1 8 rex 5 1 m的矩形截 面。为提高拱座混凝土的抗拉能力 , 拱座和拱座下 的 部 分 主梁混凝 土 采用 C 5 5聚丙烯 纤维 混凝 土 。 7 5 桥 梁 赵 亮一兰渝铁路9 6 i n 下承式钢管混凝土拱桥设计 张拉端锚具 LZ M 7 -6l C 球形支座 上预埋管 4,2 0 36 热缩带 不锈钢套管 西1 250 8 下预埋管 4, 2 0 36 锚箱钢板 锚垫板 排水台
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