大跨度连续梁—拱组合体系桥梁设计研究

摘要： 成都至重庆客运专线沱江双线特大桥主桥为（78+168+78）m预应力混凝土连续梁与钢管混凝土拱组合结构，本文介绍了其主要结构构造及施工方法，连续梁-拱组合结构的受力特点及主要计算结果。通过文章中的介绍，希望对现实工作具有一定的指导意义，有利于提高现实生活中的桥梁设计研究技术。

Abstract： The main bridge of Chengdu-Chongqing Passenger Tuo River Doublet Bridge has composite structure of（78+168+78） m prestressed concrete continuous beams and concrete filled steel tubular arch. This paper introduces the main structure construction and construction methods， the force characteristics of continuous beam-arch structure and main results. Through the introduction of the article， I hope to have some real work guidance， and make favor for improving the real-life bridge design research techniques.

关键词： 连续梁拱；组合结构；设计

Key words： continuous beam arch；composite structure；design

中图分类号：U448.21+5 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）19-0120-02

0 引言

组合桥式结构因具有结构刚度大、动力性能好等优点，近年来在大跨度铁路桥梁设计中得到应用与研究。采用预应力混凝土连续梁与钢管混凝土拱形成的组合结构，适合高速列车运行对桥梁性能的要求。大大消减结构弯矩的峰值，从而减小了主梁的高度，达到节省材料的目的。

1 工程概况

新建铁路成都至重庆客运专线沱江双线特大桥（78+168+78）m预应力混凝土连续梁-拱组合桥，梁部采用悬臂灌注施工，拱肋采用原位高支架法施工。本桥跨越沱江Ⅳ级航道，全桥均位于直线上，线路纵坡8‰，线间距S=5.0m。该桥的技术标准如下：设计行车速度为350km/h，设计荷载为ZK荷载。总体立面布置见图1所示。

2 结构构造

2.1 主梁 梁体为单箱双室、变高度、变截面箱梁，梁体全长325.6m，中跨中部21m和边跨端部5.3m梁段为等高梁段，梁高4.2m，中墩处梁高为9.5m，其余梁段梁底下缘按圆弧变化，圆曲线半径为R=458.334m。箱梁顶板宽13.4m，中支点处局部顶板加宽至16.4m；箱梁顶板厚0.45m，中支点顶板厚局部加厚为1.475m，箱梁底宽10.2m，中支点处局部加宽至13.6m；底板厚度0.47～1.2m，在梁高变化范围内按圆曲线变化；腹板厚0.4～0.7m，按折线变化。梁体在边支座处设全联共设横隔板，共设4道横隔板，各横隔板均设进人孔。中支点附近及跨中主梁截面如图2所示。

全桥共分75个梁段，0号梁段长度16m，普通梁段长度为3.0～4.0m，中跨合龙段长3.0m，边跨合龙段长3.7m，边跨现浇直梁段长1.6m。

2.2 主梁预应力 主梁为三向预应力体系，分别设置纵向、横向和竖向预应力，中支点截面上缘共布置30束19Фj15.24mm腹板下弯钢索和84束15Фj15.24mm顶板钢索，边孔底板布置21束15Фj15.24mm钢索，中孔跨中截面上下缘分别布置14束和30束15Фj15.24mm钢索。纵向预应力钢索均采用两端张拉，19Фj15.24mm钢索锚下张拉力3562kN，15Фj15.24mm钢索锚下张拉力2656kN。

2.3 拱肋 拱肋计算跨度L=168m，设计矢高33.6m，矢跨比f/L=1：5，拱轴线采用二次抛物线，设计拱轴线方程：Y=-X2/210+0.8X。拱肋为钢管混凝土结构，采用等高度哑铃形截面，截面高度3.0m。拱肋悬灌直径Φ1.0m，由δ=20mm，16mm厚的钢板卷制而成，弦管之间采用δ=16mm和δ=20mm厚钢缀板连接，拱肋弦管及缀板内填充微膨胀混凝土。两榀拱肋检横向间距11.8m。拱肋在工厂制作加工后，运至现场拼装，每榀拱肋划分为14运输节段（不含预埋段、合拢段、嵌补段），运输节段最大长度小于13m。

每榀拱肋上下弦管分别设一处灌筑混凝土隔仓板，腹板内设5处灌注混凝土隔仓板，沿拱轴线均匀设置加劲拉筋，加劲拉筋间距为0.5m。

2.4 横撑 两榀拱肋之间共设9道横撑，其中拱顶横撑为“一”字型，其余8道为K型，“一”字型横撑及K型横撑主钢管截面为Φ1000×16mm的空钢管，K型横撑斜钢管截面为Φ800×14mm的空钢管，钢管内不填充混凝土。

2.5 吊杆 全桥共设置18组吊杆，顺桥向间距为8.0m，采用OVM.GJ15-27的钢绞线整束挤压拉索，上端穿过拱肋，锚于拱肋上缘张拉底座，下端锚吊点横梁下缘固定底座，拱肋端为张拉端。

3 施工方法及结构特点

该桥采用先梁后拱的施工方案，即先完成连续梁体系的施工，再施工拱肋、张拉吊杆、铺设桥面设施，形成梁拱组合体系。主梁自重主要由连续梁承受，二期恒载及活载由拱肋与主梁二者共同承受。拱作为以受压为主的构件，具有竖向刚度大的特点，形成组合结构以后，在竖向荷载作用下，一部分力通过吊杆、拱肋直接传至主梁根部，因此使主梁跨中及支点弯矩得以显著减小。

拱脚为钢筋混凝土结构，是这种组合结构的重要部位，由于作为系杆的主纵梁刚度较大，同时承受轴力和弯矩两种内力的共同作用，因此拱脚与梁体连接处处于三向受力状态，受力非常复杂。在设计中需要更加合理地考虑布置钢筋的布置方式，同时采取必要的构造措施以保证钢筋混凝土拱脚的使用可靠。

4 主要计算结果

4.1 梁体主要计算结果

在施工阶段及运营阶段，梁体的主要控制指标计算结果如下：

运营阶段应力：主力组合下，顶板最大压应力为12.87MPa，最小压应力为1.87MPa，底板最大压应力为12.92MPa，最小压应力为2.55MPa，梁体各截面均不出现拉应力。

主+附组合下：顶板最大压应力为16.12MPa，最小压应力为1.67MPa，底板最大压应力为13.06MPa，最小压应力为1.78MPa，梁体各截面均不出现拉应力。

施工阶段应力：顶板最大压应力为14.52MPa，最大拉应力为-0.63MPa，底板最大压应力为15.49MPa，最大拉应力为-0.46MPa。

因此梁体的法向正应力满足规范要求。

梁体最不利截面安全系数kf=1.36（主力组合），kf=1.23（主+附组合）。

主力组合下，梁体最大主拉应力为-2.24MPa，最大主压应力为16.82MPa（未考虑竖向预应力）。主+附组合下，梁体最大主拉应力为-2.31MPa，最大主压应力为17.00 MPa（未考虑竖向预应力）。

因此梁体的正截面及斜截面抗裂性满足规范要求。

通过对梁体正截面抗弯强度验算可知：梁体最不利截面安全系数k主=2.25（主力组合），k主+附=1.23（主+附组合），因此梁体的承载能力满足要求。

在静活载及温度荷载作用下的梁体的挠度值如表1所示。

由表1可以看出：在静活载及温度荷载作用下的梁体的挠度值满足规范要求。

4.2 拱肋主要计算结果 运营阶段拱肋钢管应力及钢管内混凝土应力计算结果如表2所示，表中应力以受压为正，受拉为负。

由表2可以看出：运营阶段拱肋钢管应力及钢管内混凝土应力满足规范要求。

主力组合时，拱肋最小安全系数K=2.11，主+附组合时，拱肋最小安全系数K=2.07，因此拱肋强度满足要求。

拱肋横向稳定性安全系数K=5.24，因此拱肋整体稳定性满足要求。

4.3 吊杆主要计算结果

运营阶段，在最不利荷载作用下，吊杆最大拉应力310.8MPa，强度安全系数K=6.0，活载作用下吊杆最大应力幅为135.2MPa。

5 结论

连续梁拱组合结构将连续梁和拱两种结构体系有机结合在一起，使拱与梁在各自受力方面的优点得以充分发挥。因此连续梁-拱组合结构具有跨越能力大、结构高度低、刚度大、造型美观、造价经济等诸多优点。当铁路跨越高等级公路或者大江大河或者建筑高度受到限制时，连续梁拱组合结构是一种非常适合的桥型。

参考文献：

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