洮河大桥主桥桥式方案研究.pdf
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1、 年 月第 期(总)铁 道 工 程 学 报 ()收稿日期:作者简介:易成,年出生,男,高级工程师。文章编号:()洮河大桥主桥桥式方案研究易成(中铁第一勘察设计院集团有限公司,西安)摘要:研究目的:洮河大桥为兰合铁路的控制性工程,大桥位于高烈度地震高山峡谷区,峡谷呈典型的“”字形,峡谷两岸坡面陡立,基岩裸露,桥梁方案需结合地形条件、地质条件、施工条件、结构安全、景观效果、工程造价等因素综合考虑研究。根据通航要求、地形条件和景观效果等确定采用主跨 的钢筋混凝土拱桥方案,进而对钢筋混凝土箱形板拱采用劲性骨架法施工和钢筋混凝土 形拱桥采用悬臂浇筑法施工分别进行研究分析,确定钢筋混凝土箱形板拱和钢筋混凝
2、土 形拱桥构造尺寸,并计算拱肋应力、刚度、稳定性、动力特性及拱座应力是否满足规范要求。研究结论:()通过对洮河大桥主桥两个拱桥方案进行综合比较,拱肋应力、刚度、稳定性、动力特性及拱座应力均满足规范要求;()钢筋混凝土板拱采用劲性骨架法施工很好地解决了施工中刚度和稳定性的问题,施工经验丰富,技术成熟,安全性好,为国内拱桥普遍使用的施工方法;()本文研究对高烈度地震区、高山峡谷区的大跨度拱桥设计具有借鉴意义。关键词:铁路桥梁;箱形板拱;形拱;劲性骨架;悬臂浇筑中图分类号:文献标识码:(,):,:(),(),():;工程概况新建兰州至合作铁路为国铁级客货共线铁路,设计时速 ,全线位于甘肃省境内,行经
3、兰州市、临夏回族自治州和甘南藏族自治州,地处甘肃南部黄土高原与青藏高原的过渡地带。线路总体呈南北走向,自兰新铁路西固城站西端引出,经西固区柳泉镇岸门村,向南穿越草坪山、雾宿山至永靖县;跨越洮河通过刘家峡水库库区,至东乡县河滩镇转入大夏河宽谷区;溯河谷南行经临夏市至土门关,进入甘南藏族自治州大夏河峡谷区;沿峡谷西侧敷设至夏河县唐尕昂乡引入西宁至成都铁路唐尕昂站,线路全长。洮河大桥位于洮河峡谷区,桥位处地形狭窄,沟谷呈典型的“”字形,沟谷两岸坡面陡立,基岩裸露,自然坡度,部分地段近于直立,地面高程 ,地表植被稀少。陡立的岸坡顶部为黄土缓陵地貌,坡面顺直,多成狭长的黄土梁地貌及坡顶浑圆的黄土茆地貌形
4、态,局部发育有黄土冲沟,冲沟宽浅、坡面陡立。桥址区地质主要为泥质粉土、坡积碎石土、闪长岩等,不良地质主要为危岩、落石与地震液化。根据兰合铁路地震安全性评价报告,年超越概率 的地震动峰值加速度为 ,地震动加速度反应谱特征周期为,类场地,抗震设计参数如表 所示。表 场地水平向地震动参数超越概率 年 年 年 总体设计 控制因素 桥位处洮河水面宽度约 ,正常设计水位 ,校核水位 (年一遇),根据永靖县关于兰州至合作铁路洮河大桥河段通航技术标准的复函,最高水位时通航净空要求大于 ,不设水中墩,小里程侧拱脚处稳定边坡水平夹角为,大里程侧拱脚处稳定边坡水平夹角为。综合考虑桥址处地形、地质条件、线路高度、河道
5、及沟谷宽度,并综合考虑环保要求,避免水中设墩,洮河大桥主跨拟定为不小于 。桥式方案对于主跨 以上的桥梁,可供选择的桥式方案主要有矮塔斜拉桥、连续钢桁梁桥、钢筋混凝土拱桥、预应力混凝土连续梁 钢桁组合桥等桥式方案。结合桥址处的地形、地质、通航等条件,确定桥式方案为上承式钢筋混凝土拱桥,全桥效果如图 所示。图 上承式钢筋混凝土桥效果图 桥梁跨度洮河大桥两侧均与隧道相接,桥位处沟谷自然边坡陡峭,影响桥梁主跨跨度及全桥孔跨布置的主要因素为大里程侧拱脚稳定性及刷方量大小。分别研究了主跨跨度、拱桥以及 不对称拱四种方案,并结合引桥孔跨布置及拱上结构形式进行综合比选,推荐桥梁跨度为 。比选结果如表 所示。表
6、 桥梁孔跨比较表孔跨方案主跨 主跨 主跨 主跨 不对称拱拱座基础稳定性拱座基础位于岸坡稳定线以外部分较多拱座基础位于岸坡稳定线以内拱座基础位于岸坡稳定线以内拱座基础位于岸坡稳定线以外部分较少刷方量 施工难易度难度较小难度较小难度较小难度较大景观效果景观效果较好景观效果较好景观效果较好景观效果较差综合评价拱脚刷方量较小,拱座基础稳定性差拱座基础稳定性好,拱脚刷方量较大拱座基础稳定性好,拱脚刷方量最大拱脚刷方量最小,结构受力复杂且施工难度大,拱座基础横向稳定性差,景观效果较差第 期易 成:洮河大桥主桥桥式方案研究 拱肋形式根据近年来已建成的铁路大跨度钢筋混凝土拱桥的统计结果,采取的拱肋形式主要有箱
7、形板拱、提篮式肋拱、平行式肋拱、形肋拱 ,。计算结果表明:除面内稳定性外,拱肋应力、抗震性能、拱肋混凝土用量等,形肋拱和箱形板拱均优于提篮式肋拱,故拱肋采用 形拱和箱形板拱。施工方法混凝土拱桥的常用施工方法主要有劲性骨架法、悬臂浇筑法、悬臂拼装法以及组合施工方法。主拱跨度为 ,两种拱肋形式均可采用悬臂浇筑施工方案及劲性骨架施工方案,本次设计分别按箱形板拱采用劲性骨架法进行施工阶段分析,形肋拱采用悬臂浇筑法进行施工阶段分析。桥梁方案设计 板拱方案 拱肋构造主跨采用跨度为 的钢筋混凝土拱,矢高,矢跨比为 ,拱轴线为悬链线,拱轴系数取,拱肋采用单箱三室等高、等宽箱形截面,截面高度为 ,宽度为 。拱脚
8、以上 为实体段,空心段拱肋顶、底板厚 ,腹板厚 ,顶、底板处设 的倒角。劲性骨架截面两边室宽 ,中室宽 ,高 ,全断面由 根 的 无缝钢管组成,拱脚局部范围钢管壁厚加厚至 ,内灌 微膨胀混凝土。立面内腹杆由 的角钢组焊而成,上下平纵联的横撑由 的角钢组焊而成。劲性骨架断面如图 所示。图 拱肋劲性骨架截面(单位:)拱上立柱拱肋上每隔 设一立柱,箱形板拱拱上立柱采用整体板式立柱,其中、号柱全高 ,由于纵向刚度控制,采用外尺寸为 (纵向)(横向)矩形实体截面,、号柱柱全高 ,采用尺寸为(纵向)(横向)矩形实体截面,、号柱处采用顶帽直接立于拱肋上。拱上连续梁拱顶连续梁采用 的等高预应力混凝土连续梁。采
9、用单箱单室截面,梁高 ,顶板宽 ,跨中腹板厚,顶板厚,底板厚。梁体在拱上墩处设置横隔墙,厚度 。支座横向间距为 ,在中墩处设置固定支座,其余墩处设置活动支座。梁体设计采用纵、竖双向预应力体系,纵向按全预应力构件设计。纵向预应力采用钢绞线,竖向采用预应力混凝土用螺纹钢筋。拱上连续梁标准断面如图 所示。ffff 图 拱上连续梁截面(单位:)拱座墩及基础拱座墩采用矩形截面空心墩,墩高 。桥墩纵向、横向的外侧坡度均为 ,内侧坡度 。墩顶纵向 ,横向 ,顶帽设计为纵向宽 ,横桥向 矩形截面。拱座基础采用整体式扩大基础,基底及背面均埋置在稳定边坡线内。扩大基础纵向尺寸 ,小里程侧高度 ,大里程侧高度 ,横
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