浅议铁路桥梁框架墩设计

摘要：石家庄枢纽货运系统迁建工程位于石家庄枢纽内，该工程的重点桥梁京广货左线跨滹沱河特大桥在枢纽内跨越既有京广客线，因多方条件限制，两线交叉角度很小，故需采用框架墩跨越既有京广客线。文章就框架墩的外力计算，运用桥梁结构设计软件madis进行结构建模，框架墩横梁，立柱检算及框架墩的施工进行了探讨。

关键词：铁路桥；框架墩设计；结构建模；横梁检算；结构外力计算

中图分类号：U446文献标识码：A文章编号：1009-2374（2009）05-0145-02

一、概述

（一）项目概况

石家庄枢纽货运系统迁建工程位于石家庄枢纽内，该工程的重点桥梁京广货左线跨滹沱河特大桥在枢纽内跨越既有京广客线，因多方条件限制，两线交叉角度很小，故需采用框架墩跨越既有京广客线。

（二）墩部构造

框架墩由横梁、墩柱、基础三个部分组成。横梁长20m，顺桥向宽度2.7m，横梁高2.5m，与墩柱相连接的部分加厚至3.0m，墩柱高11.5m，截面形式为2.5×2.5m矩形截面。承台高2.5m，截面顺桥向宽5.7m，截面横桥向宽5.7m，基础采用4根直径1.25m钻孔灌注摩擦桩。

（三）墩柱材料的选用

框架墩横梁及墩柱顶面以下1.5m范围内采用C50混凝土，墩柱其余部分采用C40混凝土；基础采用C35混凝土；横梁纵向预应力束：采用15-Φ15.2钢绞线，“OVM15-15”型锚具及YCW350型千斤顶， 管道用塑料波纹管制孔。

二、结构外力计算

二期恒载＋梁重：横梁的两个支座各承担一半，为947.14KN；

横向摇摆力：100kN，作为集中荷载以水平方向垂直线路中线作用于钢轨面，加载时，换算成线路中心所在的横梁单元上；

风力：分三部分：（1）列车所受风力；加载时换算成线路中心所在的横梁单元上：P=26.376KN，M= 122.015376KN.m；（2）梁部所受风力；加载时换算成线路中心所在的横梁单元上：P=18.692KN，M=29.22 KN.m；（3）墩柱所受风力；均布荷载：q=2.1KN/m加载在墩柱侧面。

集中力：P=45.1KN，距M=151KN.m集中力加载在线路中心所在的横梁单元上；

双孔重载：每个支座F=594.39KN；

单孔重载：每个支座F=562.77KN；

伸缩力或挠曲力：每个支座F=115KN，M=57.5KN.m；

断轨力属于特殊荷载，每个支座T=42.7KN，M=21.35KN.m；

混凝土收缩及徐变的影响，根据规范计算；温度变化的影响：体系温度根据当地气候采用+25℃，-25℃；支座沉降按1cm考虑。

三、结构模型的建立

（一）计算简图

取某框架墩横梁和立柱组成的框架为结构模型，采用madis进行计算。共61个节点，58个单元，单元划分详见单元下图：

框架墩结构单元划分图

（二）荷载组合

组合一：自重+二期恒载+预加力+收缩徐变+列车活载（恒载形式加载）；组合二：自重+二期恒载+预加力+收缩徐变+列车活载（恒载形式加载）+温度变化+支座沉降。

四、横梁检算

框架墩横梁属于全预应力结构，主要需要检算各控制截面是否满足规范各项要求，其检算的关键在于预应力索的各项预应力损失计算。各项预应力损失计算如下：

（1）预应力钢筋与管道之间摩擦引起的应力损失可按下式计算：

σk――张拉钢筋时锚下的控制应力；

μ――预应力钢筋与管道壁的摩擦系数；

θ――从张拉端至计算截面曲线管道部分切线的夹角之和；

k――管道每米局部偏差对摩擦的影响系数；

x――从张拉端至计算截面的管道长度。

（2）由锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩引起的应力损失，可按下式计算：

――锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩值；

L――预应力钢筋的有效长度；

Ey――预应力钢筋的弹性模量。

（3）混凝土的弹性压缩 ：后张预应力砼构件的预应力钢筋采用分批张拉时，先张拉的钢筋由于张拉后批钢筋所产生的砼弹性压缩引起的应力损失，可按下式计算：

――在先张拉钢筋重心处，由后张拉各批钢筋而产生的混凝土法向应力；

ηy――预应力钢筋与混凝土弹性模量比。

（4）由钢筋松驰引起的应力损失的终极值：

对于钢丝、钢绞线可取

（5）由混凝土收缩和徐变引起的预应力钢筋应力损失：

――为混凝土在预加力施加后的收缩应变终值； 为混凝土在预加力施加后的徐变系数终值；

Ey――预应力钢筋的弹性模量； ηy――预应力钢筋与砼弹性模量之比。

――计算截面上全部受力预应力钢束重心处由预应力和重力产生的应力（扣除相应阶段的应力损失、、 、）混凝土法向应力。

五、立柱检算

框架墩立柱按偏心受压构件检算(内力用MADIS提取)；

考虑横向力和纵向力的同时作用效应，立柱按以下几种荷载组合检算：

主力：恒载+单线双孔重载+支座沉降+横向主力;

主力+附加力：恒载+单线双孔重载+支座沉降+温度+横向主力+一线制动力;

以模型中3单元J端为例。检算该截面在各种组合下的内力如下：

主力：

相应 My相应 Mz相应 Nz相应 Qy 相应 QzMAX My 4567.6 1790.65-6033.56 -122.38-357.36

MIN Nz 4565.45 1790.65-6068.45 -122.38-357.36

主力+附加力：

1790.65-5989.64 -122.38 -716.01

MIN Nz 2557.06 3355.33-6068.48 -261.44 -60.34

利用铁三院桥梁处编写的截面应力计算程序ASC进行强度及裂缝检算：控制工况计算结果如下：

主力双孔重载作用下，< 计算结果 >

1．边钢筋(根数Φ直径－净保护层厚(cm))：18Φ28－5.475

2．边钢筋(根数Φ直径－净保护层厚(cm))：18Φ28－5.475

3．边钢筋(根数Φ直径－净保护层厚(cm))：18Φ28－5.475

4．边钢筋(根数Φ直径－净保护层厚(cm))：18Φ28－5.475

全截面配筋面积(cm2)：443.328全截面配筋率：0.0071

混凝土压应力(MPa)：3.715容许压应力(MPa)：13.500 钢筋拉应力(MPa)：-18.250容许拉应力(MPa)：-180.000 钢筋压应力(MPa)：35.583容许压应力(MPa)：180.000

裂缝宽度(mm)：0.023 容许宽度(mm)：0.20

截面最大剪应力(MPa)：0.108截面最大主拉应力(MPa)：0.021

主力+附加力下，经检算主力作用下均满足要求。

主力双孔纵附升温作用下，< 计算结果 >

1．边钢筋(根数Φ直径－净保护层厚(cm))：18Φ28－5.475

2．边钢筋(根数Φ直径－净保护层厚(cm))：18Φ28－5.475

3．边钢筋(根数Φ直径－净保护层厚(cm))：18Φ28－5.475

4．边钢筋(根数Φ直径－净保护层厚(cm))：18Φ28－5.475

全截面配筋面积(cm2)：443.328 全截面配筋率：0.0071

混凝土压应力(MPa)：3.528 容许压应力(MPa)：17.550

钢筋拉应力(MPa)：-15.469 容许拉应力(MPa)：-230.000

钢筋压应力(MPa)：33.843容许压应力(MPa)：230.000

裂缝宽度(mm)：0.023 容许宽度(mm)：0.20

截面最大剪应力(MPa)：0.076截面最大主拉应力(MPa)：0.014

经检算主+附作用下均满足要求。

六、桩基检算

框架墩每侧立柱采用4根1.25m钻孔灌注桩基础，承台尺寸：纵横宽均为5.7m，承台高2.5m，利用madis提取承台底外力后采用铁三院桥梁处rbcad程序进行桩基检算，计算结果均满足规范要求。

七、简要施工顺序

1．基础施工；

2．承台施工时预埋墩身钢筋；

3．浇注墩柱混凝土至距墩柱顶1.5m位置处（第一阶段施工混凝土）；

4．立模，浇注横梁混凝土(满堂支架法施工）， 预留横梁预应力管道（第二阶段施工混凝土）；

5．待横梁混凝土达到设计强度的85%后张拉横梁预应力束并两端封锚；

6．拆除支架，架设上部预应力混凝土T梁，并进行桥面施工。

参考文献

[1]铁路桥涵设计基本规范（TB10002.1-2005）．

[2]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）.

[3]铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定．

[4]铁路桥涵施工规范（TB10203-2002）．

作者简介：李贻山（1982－），男，铁道第三勘察设计院桥梁处助理工程师，2004年毕业于西南交通大学土木工程学院，工学学士。