高风压_高地震区大跨连续刚构高墩设计与分析

文章编号:1003-4722(2007)02-0047-04

高风压、高地震区大跨连续刚构高墩设计与分析

杨少军

(铁道第一勘察设计院桥隧处,陕西西安710043)

摘　要:克其克苏布台特大桥是一座位于高风压、高地震区的高墩大跨铁路桥梁,是精伊霍铁

路的重点工程之一,为全线最高桥。结合该桥介绍高风压、高地震区大跨连续刚构桥空心高墩的结构特点和计算方法。

关键词:铁路桥;连续刚构;高墩;设计中图分类号:U443.22

文献标识码:A

Design and Analysis of High 2Rise Piers of Long Span Continuous Rigid 2Frame B ridges in Strong Wind

Pressure and Active Seismic R egion

Y AN G Shao 2j un

(Bridge and Tunnel Engineering Division ,the 1st Survey and Design

Institute of China Railways ,Xi ’an 710043,China )

Abstract :The Keqikesubutai Bridge is a long span railway bridge wit h high 2rise piers located in t he st rong wind pressure and active seismic region ,and is also a key const ruction p roject and t he highest bridge on t he Jinghe 2Ining 2Horgus Railway.In t his paper ,wit h reference to t he de 2sign and analysis of t he Bridge ,t he st ruct ural feat ures and calculation met hods for hollow high 2rise piers of long span continuous rigid 2frame bridges in t he strong wind pressure and active seis 2mic region are p resented.

K ey w ords :railway bridge ;continuous rigid 2f rame struct ure ;high 2rise pier ;design

收稿日期:2006-12-31

作者简介:杨少军(1967-),男,高级工程师,1989年毕业于兰州铁道学院桥梁专业,工学学士。

1　概　述

精伊霍铁路克其克苏布台特大桥位于新疆自治区北天山中山山地。桥址处地形开阔,河床呈“U ”形,两侧山势陡峻,地形、地质条件复杂。桥址处地震动峰值加速度0.2g (相当于地震基本烈度8度),基本风压强度900Pa 。受地形条件控制,主桥采用(48+2×80+48)m 预应力混凝土连续刚构,一联内共设5个桥墩,7号、11号过渡墩墩顶设活动支座;8～10号主墩墩梁固结,墩高分别为64,67,66m 。7号墩采用明挖满灌基础,8～11号墩均采用<180cm 的钻孔桩基础(图1)。

2　主墩结构构造

因桥址处设计流量较小,故主墩可选择的墩型有圆形空心墩、圆端形空心墩、矩形空心墩及双壁矩形实体墩。由于圆形空心墩横向刚度差且不易与主梁顺结,因此设计中仅对主墩进行了圆端形空心墩、矩形空心墩和双薄壁墩3种截面形式的分析比较。

桥址位处高风压区,如何减小风荷载对主墩的影响成为设计关键之一。通过对3种墩型受风影响比较,采用圆端形截面可以显著降低风载效应(表1)。由于墩梁固结,主墩纵、横向刚度不仅影响着墩顶位移及墩身截面强度,而且对主梁内力变化影响很大。主墩与主梁的相对刚度决定了主梁的内力分

图1　全桥立面

布,主墩的纵向刚度越大,主梁受力越不合理。因此,确定合理的主墩构造尺寸,是设计成败的关键。

表1　墩身横向风力比较

8号

9号10号K 2 1.39 1.41 1.41圆端形空心墩

K 1

0.30.30.3墩身风力/kN

158167165M /kN ・m

504756115445K 1

1.2 1.2 1.2矩形空心墩

墩身风力/kN 480510503M /kN ・m

153601734016834K 1

0.90.90.9双薄壁墩

墩身风力/kN 291313309M /kN ・m

9297

10647

10336

　注:1.基本风压值W 0为900Pa ,地形地理条件系数K 3为1.2;

2.K 1为墩身风载体型系数,K 2为墩身风压高度变化系数;

3.M 为风力对墩底产生弯矩。

经比较,圆端形空心墩具有混凝土用量少、抗风性能好、墩身刚度大和单墩自振周期小等优点,因此,主墩采用圆端形空心墩。墩身构造:8～10号主墩墩身纵向为直坡;梁体以下2m 范围内墩身横向采用直坡,2～15m 范围内横向内、外坡率均采用4.56∶1,以下横向内、外坡率均采用50∶1;壁厚0.8m ,墩身纵向宽度5.7m ,横向夹直线长度5m 。墩身由墩顶矩形截面过渡到墩底圆端形截面,上部设0.8m 高实体段,下部设4m 高实体段(图2)。3　主墩结构计算3.1　静力分析计算

3.

1.1　固端干扰应力与温度应力

固端干扰应力与温度应力为空心高墩常规计算内容,此处不再赘述,经计算,8～10号墩墩顶截面日照温度应力、墩顶截面寒潮温度应力、墩底截面日照温度应力与墩底截面寒潮温度应力分别为4.94,2.86,5.01,2.82M Pa ,固端干扰应力计算结果见

表2。3.1.2　墩顶位移

图2　主墩立面、侧面空心高墩墩顶位移由3部分组成,即外力(列车

表2　固端干扰应力

MPa

墩号

墩顶截面

墩底截面

88.88.698.2 6.910

8.7

7.8

　注:干扰区域影响长度为6～8m 。

竖向活载、制动力、离心力、摇摆力、风力等)作用下

引起的水平位移Δ1、

地基不均匀变形产生的墩顶位移Δ2和日照温差作用产生的位移Δ[1]3。在空心高墩中,日照温差作用产生的位移Δ3一般较大,如何

计算、控制该位移值成为设计中的难点。

刚构墩在日照温差作用下墩身产生的墩顶水平变形由于梁部的强大约束而不能完全自由释放,从而产生较大的温度附加力。墩身日照温差变形在一定程度上同梁部收缩、徐变变形类似,是一个较缓慢的过程,不可能突然集中产生或消退而对行车产生重大影响。因此纵向日照温差作用产生的墩顶位移可不计入或部分计入(如0.5倍)刚构空心墩墩顶纵向总位移中(本桥设计时,

《铁路桥涵设计基本规范》(TB 10002.1-2005)尚未颁布,故未考虑日照温差位移)。