曲线条件大跨度拱加劲连续梁设计

杨平，于贞波

（中铁二院工程集团有限责任公司，成都 610031）

1 工程概况

贵南高铁是我国 《中长期铁路网规划》（2016—2025 年）“八纵八横”高速铁路网包海通道的组成部分，线路全长482 km。贵南高铁于南宁市兴宁区设置二塘双线特大桥， 跨越那安快速路后，接入南宁东站，与公路夹角19°。二塘双线特大桥采用拱加劲连续梁一跨跨越公路，受车站附近线路条件限制，大桥位于缓和曲线上。

2 主要技术标准

1）设计速度：设计运行速度350 km/h；

2）设计荷载：ZK 活载；

3）路线情况：双线，曲线和直线，正线线间距为5.0 m，曲线半径为4 000 m；

4）轨道结构形式：CRISⅠ型双块式无砟轨道。

3 总体布置

贵南高铁二塘双线特大桥全长3 613.5 m，主桥采用90 m+180 m+90 m 拱加劲连续梁，总体布置如图1 所示。

图1 总体布置(单位：cm)

本桥位于曲线上和缓和曲线上， 曲线半径R=4 000 m，按边—中—边跨分段直线布置，在主墩处有偏心，交界墩处梁体不设偏心，两主墩处梁体外偏27.0 cm 和10.4 cm。拱肋沿中跨轴线设置。 防护墙内侧到梁体中心线的距离在跨中位置为480 cm，在梁端3 m 范围内开始收窄，梁端处为450 cm。 桥上轨道板等设置与线路曲线保持一致。梁体平面轴线布置如图2所示。

图2 主梁轴线分段直线布置(单位：cm)

4 主桥结构设计

4.1 主梁

梁体全长361.6 m，采用变高度箱梁，单箱双室直腹板。 跨中及梁端梁高4.5 m。 中支点梁高10 m，变高段按二次抛物线变化。桥上不过运梁车，箱梁顶板宽14.1 m，厚0.55 m。箱梁底宽11.7 m，厚0.4～1.1 m。 腹板厚按0.4 m、0.56 m、0.83 m 分段变化。 全联共设4 道横隔板，边支点横隔板厚1.6 m，中支点横隔板厚4.0 m。 主梁截面如图3 所示。

图3 主梁截面（单位：cm）

4.2 拱肋

主跨跨度180 m，矢高36 m，矢跨比f=1/5，拱轴线采用二次抛物线。 拱肋位于竖直平面内，横向中心距12.9 m。

拱肋截面采用哑铃形钢管混凝土截面，截面高度h=3 m，钢管直径为1 000 mm，由厚24 mm 的钢板卷制而成，每根拱肋的两钢管之间用厚16 mm 的腹板连接， 靠近拱脚附近钢管厚度变为28 mm，腹板厚度变为20 mm。 拱肋为等截面。 全桥共两片拱肋，拱肋横向中心距为12.9 m。 钢管和腹腔内均填充混凝土，如图4 所示。

图4 拱肋截面（单位：mm）

4.3 横撑

两拱肋之间共设置9 道横撑，拱顶处设置“米”字撑，其他位置设置K 撑。各处横撑均为上下两层，分别支撑拱肋的两个钢管。 钢管内部不填混凝土，内表面除锈后气密防腐，外表面需作防腐处理[1]。

横撑钢管间的相贯焊缝应在工厂制作完成[2]，可先形成节点附近部分，到现场进行组装。

4.4 吊杆

吊杆均为竖直面内吊杆，吊杆1 根1 组，间距55 cm，组间间距900 cm。吊杆均采用钢绞线整束挤压拉索体系，靠近拱脚附近的3 组吊杆直径为9～15.2 mm， 其余为吊杆直径为12～15.2 mm。吊杆应力幅容许值应大于200 MPa。吊杆内设置光栅压力传感器， 对施工过程中及后期吊杆应力进行长期监测。

4.5 支座

各支点均设置3 个支座， 边支点处为球形钢支座-9000-ZX-0.1g-e150 和球形钢支座-9000-DX-0.1g-e150，中支点处为球形钢支座-85000-GD-0.1g、 球形钢支座-85000-HX-0.1g、球形钢支座-85000-ZD-0.1g-e150、球形钢支座-85000-DX-0.1g-e150。 ZX、GD 型支座均设置在横向中间位置。

本桥温度联长较长，且梁端位于曲线或缓和曲线上，轨温调节器设置困难。 故在主墩纵向活动支座处采取构造措施，限制一定梁体温度伸缩，形成半刚构体系，降低轨道结构应力。

5 施工方案

本桥主梁采用悬灌施工， 先合龙边跨， 后浇筑中跨不平段，最后合龙中跨。 主梁全部合龙后，在梁面搭设支架，原位拼装拱肋钢管，采用汽车吊分节段吊装就位后，现场焊接成拱。

本桥主要施工步骤为：（1）施工墩台基础，搭设桥下防护棚架；（2）采用全封闭挂篮悬灌施工主梁，先合龙边跨，后合龙中跨；（3）在主梁上搭设支架，原位拼装拱肋钢管；（4）按先上钢管，后下钢管，最后腹腔的流程灌注拱肋混凝土；（5）张拉吊杆；（6）完成桥面附属工程施工。

6 主要计算结论

6.1 梁体变形

考虑列车竖向静活载与0.5 倍温度共同作用、0.63 倍列车竖向静活载与温度共同作用[3]，中跨梁体竖向最大挠度为56.0 mm，为跨度的1/3 200；边跨梁体竖向最大挠度为28.7 mm，为跨度的1/3 100。 在ZK 活载静力作用下， 梁端竖向折角为0.93‰＜1.0‰。 离心力、横向摇摆力、温度和风力引起梁体的水平挠度为5.8 mm=L/31 000＜L/4 000（L为跨长）。 梁体残余徐变变形：中跨-0.46 mm=L/390 000；边跨-11.6 mm=L/7 750。

6.2 主梁应力

1）施工阶段：最大压应力19.2 MPa，最大拉应力0.6 MPa。

2）运营阶段：主力及主力+ 附加力工况下混凝土均不出现拉应力[4]，最小压应力为1.3 MPa，最大压应力为17.5 MPa。

6.3 拱肋应力

主力及主力+ 附加力工况下钢管全截面受压，其中，主力下最大压应力158.4 MPa；主力+附加力下180.1 MPa。

主力下混凝土最大压应力为7.5 MPa；主力+ 附加力下最大压应力为10.1 MPa。

拱肋弹性稳定系数为5.95。

6.4 吊杆

主力下吊杆最大拉应力为377.6 MPa， 强度安全系数K=4.9。 主力+ 附加力下吊杆最大拉应力为449.1 MPa，强度安全系数K=4.1。 吊杆最大应力为175.0 MPa。

7 结语

二塘双线特大桥90 m+180 m+90 m 拱加劲连续梁桥是贵南高铁最大跨度桥梁，且位于纵坡及曲线上，边界条件复杂。设计采用拱加劲连续梁结构体系，有效提高地了梁体刚度，满足高铁运营要求；梁体分3 段直线布置方式，将拱肋置于直线上，把曲线空间拱肋简化为面内普通拱，优化了结构受力，降低了施工难度；采取构造措施，形成半刚构体系，避免了在大跨度曲线桥上设置轨温调节器。 大桥施工顺利，已于2022 年完工，并于2023 年通车运营。