超百米高低墩连续刚构铁路桥设计
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(4)在普通旅客列车以速度60 ~ 100km/h范围通过大桥时 ， 竖向和横向舒适性均达到“优”。 在C70车组以速度50~80km/h 范围通过大桥时，竖向和横向平稳性均达到“优”或“良”。
4结语
随着西部大开发的推进， 西南地区近年来铁路建设发展 迅速。 由于西南山区地形起伏较大，在铁路建设过程中必然会 跨越崇山峻岭和幽深峡谷，高墩、大跨度连续刚构桥梁越来越 多。 以往的大跨度连续刚构桥设计时，为了把应力尽量平均分 配到各墩，各个主墩的刚度不会相差太大，因此主墩基本等高 或高差较小。 但是在遇到主墩必须采用高差较大的高低墩时， 对桥梁的空间自振特性和行车舒适度没有较多的分析研究。 本文对 三 槽 湾 特 大 桥— ——具 有 代 表 性 西 南 山 区 高 低 墩 铁 路 桥 梁的孔跨方案比选、 预应力混凝土连续刚构及下部结构设计 进行了阐述分析，得出主要结论如下：
可 见 ，在 上 述 列 车 作 用 下 ，大 桥(68+128+68)m连 续 刚 构 的 竖向振动位移和加速度均较小，满足规范的要求。 桥梁横向振 动位移和加速度以及桥墩横向振动加速度均小于规范规定的 限值，说明桥梁的动力性能良好。
(3)在普通旅客列车以速度60 ~ 100km/h范围以及C70货车 组以速度50 ~ 80km/h范围通过主桥时 ，机 车 （重 车 ）与 车 辆 （空 车）的脱轨系数、轮重减载率、轮轨横向力等安全性指标均在 限值以内，保证了列车的行车安全。
39
礅顶梁部截面
810 490
52
梁端截面
810 490
跨中截面
810 490
3050
440 39 140 30 3050 90 45 120 25 90
440 39 3050
42 346 52
880
200 150
70 60X60
60X60
130
130 腹板加宽部分
80X80 80X80 760
材料分界线
1概述
三槽湾特大桥位于叙永至大村铁路四川省古蔺县境内， 上 跨 头 道 河 ，常 年 有 水 ，测 时 水 面 宽 大 约12m，不 通 航 ，桥 梁 主 要受地形控制设计。 本桥位于R=800曲线和直线地段，主桥位 于直线上，纵坡为平坡，单线。 中心里程为DK47+450.7，孔跨式 样为15×32预应力混凝土简支梁+(68+128+68)m预应力混 凝 土 连 续 刚 构+2×32预 应 力 混 凝 土 简 支 梁 ， 全 长882.88mm， 桥 高 143m，最大 墩 高104m。 桥 墩 采 用 矩 形 实 体 墩 和 钢 筋 混 凝 土 矩 形空心墩，T型桥台，桩基础。 其主桥总体布置见图1。
在C70货车组以速度50 ~ 80 km/h运行时，主跨跨中竖向和 横 向 振 动 位 移 最 大 值 分 别 为26.412mm、1.198mm，主 跨 跨 中 竖 向 和 横 向 振 动 加 速 度 最 大 值 分 别 为 0.537m/s2和 0.125m/s2； 墩 顶 横 向 位 移 和 加 速 度 最 大 值 分 别 为 1.479mm和 0.162m/s2。
（中国中铁二院工程集团有限责任公司 重庆 400023） 摘 要 ：文 章 针 对 叙 大 铁 路 三 槽 湾 特 大 桥 主 桥 （68+128+68 ）的 预 应 力 混 凝 土 连 续 刚 构 ，介 绍 了 墩 高 超 百 米 的 高 低 墩 刚 构 桥 设 计 ，分 析 计 算 了 高 低 墩大跨连续刚构桥的静力特性和主桥车桥动力响应，对解决高低墩大跨连续刚构桥设计时刚度差的问题，以及梁部应力对高低墩的应力分配 问题作了合理的实践，对山区铁路高桥设计具有较高的参考价值。 关键词：铁路；高低主墩；高墩大跨；连续刚构；结构计算和动力仿真分析 中图分类号：TU997 文献标识码：A 文章编号：1671-9107（2012）05-0024-02 Abstract: Based on the prestressed concrete continuous rigid-frame of the main bridge （68+128+68）of Sancao Bay super large bridge over the Xuda railway, the author introduces the design of steel bridge with low piers a hundred plus meters high and analyzes the static characteristics of such kind of bridge and dynamic response of main bridge. These can provide valuable references to solve the problem of stiffness difference in designing continuous rigid-frame bridges with low piers high and reasonably practice the beam stress that distributes the stress of low piers of a hundred plus meters high. Key words: railway; high low piers; high piers of large span; continuous rigid-frame; structure calculation and dynamic simulation analysis
经 仔 细 研 究 、综 合 比 选 ，决 定 将 17号 墩 向 大 里 程 移 动 ，避 开 陡 壁 。 并 在 主 跨 采 用 高 低 墩 搭 配 ，16 号 墩 高 104m，17 号 墩 高 59m，很 好 的 解 决 了 主 墩 安 全 和 陡 壁 开 挖 防 护 问 题 。
3 结构设计
收 稿 日 期 ：2012-04-10 作者简介：赖小刚（1975-），四川南部 人 ，本 科 ，工 程 师 ，从 事 桥 梁 设 计 工作。
3.1主 梁 构 造 与 节 段 划 分 梁体截面为单箱单室、直腹板、变截面箱梁。 边支座中心 线至梁端0.7m， 边支座横桥向中心距为5.7m; 中跨中部18m梁 段 和 边 跨 端 部13.7m梁 段 为 等 高 梁 段 ，梁 高 为4.4m；主 墩 处 梁 高 为 8.8m， 其 余 梁 段 梁 高 按 二 次 抛 物 线 方 程 为 Y=4. 4+X2/591.136 (m) (X=0～51m) 变化; 箱梁顶板宽8.1m， 箱宽 6.4m; 顶板厚52cm,底板厚42～90cm,腹板厚40～70cm。 梁体结 构见图2。
叙永
6885
12800
6885
大村
5900 3850
7700 10400
18
15
16
17
单 位 ：cm
图1 主桥总体布置图
桥区地震动峰值加速度值为0.05g， 地震动反应谱特征周 期 值 为 0.35s， 基 本 的 地 震 烈 度 为 Ⅵ度 。
2 桥梁孔跨方案比选
本 桥 跨 越 山 区 河 流 ，桥 高 143m，主 跨 采 用 128m连 续 刚 构 。
因两岸地形 高 差 较 大 ，如 采 用 主 墩 等 高 设 计 ，则17号 主 墩 将位于陡壁处，施工极为困难。 根据地质资料，本处陡壁为泥 灰岩W3，节 理 发 育 ，承 载 力 较 低 为0.40MPa，且 整 体 性 、稳 定 性 都很差。 由于17号墩承台尺寸较大，开挖后将在靠山侧形成高 达35m以 上 的 临 空 面 ， 无 法 彻 底 解 决 本 处 岩 性 极 差 的 高 边 坡 防 护问题，对主墩安全形成威胁。
24 doi：10.3969 ／ j.issn.1671-9107.2012.05.024
重庆建筑 Chongqing Architecture
超百米高低墩连续刚构铁路桥设计
Design of Continuous Rigid-frame Railway Bridges with Low Piers a Hundred Plus Meters High 赖小刚
图4 第2阶 横弯 f=0.644 Hz （俯视图）
(2)在普通旅客列车以速度60 ~ 100 km/h运行时，主跨跨中 竖 向 和 横 向 振 动 位 移 最 大 值 分 别 为9.292mm、2.801mm， 主 跨 跨 中 竖 向 和 横 向 振 动 加 速 度 最 大 值 分 别 为 0.140m/s2和 0.088 m/s2； 墩 顶 横 向 位 移 和 加 速 度 最 大 值 分 别 为 2.843mm 和 0.093m/s2。
边墩支座中心线
165 25 70 40
腹板加宽部分
700
边墩支座中心线
40 640
来自百度文库图2 梁体结构图
全 梁 悬 灌 节 段 长 度 分 为3.0m、3.5m、4.0m， 全 桥 共 分 为69 个节段。
2012.N0. 5 第11卷 总第103期
超百米高低墩连续刚构铁路桥设计
道桥工程 25
3.2 预应力体系 梁 体 采 用C55混 凝 土 ，考 虑 箱 梁 较 高 、较 宽 以 及 铁 路 活 载 大等因素，通过计算，在梁体纵向、竖向、横向均设预应力，纵 向按全预应力结构设计。 纵 向 采 用12-7Φ5钢 绞 线 ，竖 向 采 用? 25mm的PSB830预 应 力 混 凝 土 用 螺 纹 钢 筋 ， 横 向 采 用 高 强 度 低 松 弛 4-7Φ5钢 绞 线 。 3.3 下部结构设计 连续刚构主墩：16号、17号墩顺桥向宽度为8m， 墩身纵向 内 外 坡 为1:0，壁 厚1.3m，横 桥 向 宽 度 为7.6m，墩 顶 以 下 0~59m 墩身横向内坡均为1:40，外坡为1:20。 16号主墩高达104m，为了 控 制 横 向 刚 度 ，在 桥 墩 横 桥 向 内 、外 坡 在 墩 顶 以 下59m处 设 变 坡 ：59m以 下 墩 身 横 向 内 坡 为 1:60，外 坡 为 1:15。 3.4 梁体结构计算和结果 将连续刚构 按 施 工 阶 段 和 运 营 阶 段 分 为62个 阶 段 ， 对 梁 体内力、截面应力及变位按平面杆系进行有限元分析计算，共 划分为82个节点，81个 单 元 。 在 最 不 利 荷 载 组 合 下 ，梁 体 主 跨 跨 中 最 大 正 弯 矩 为 61222kN-m, 主 跨 支 墩 处 最 大 负 弯 矩 为 261564kN-m。 梁端最大支反力6525kN，最小支反力1294kN。 运 营 阶 段 ，箱 体 顶 、底 板 最 大 压 应 力 为 12.8MPa， 最 小 压 应 力 为 0.50MPa， 截 面 均 不 出 现 拉 应 力 ； 施 工 阶 段 最 大 压 应 力 为 11.0MPa。 梁 体 跨 中 最 大 活 载 竖 向 挠 度 3.07cm（L/4169）， 边 跨 跨 中 最 大 活 载 竖 向 挠 度 0.85cm，均 小 于 容 许 值 。 3.5 主桥横向刚度计算 在 主 桥 横 向 刚 度 计 算 中 考 虑 了 主 桥 刚 构 体 系 与32m简 支 梁的共同作用，承台和群桩基础换算为墩底等效刚度，按有限 元法，采用MIDAS程序计算主桥整体自振特性，其横向 第 一 振 型 自 振 周 期 T1＝1.538秒 ， 主 墩 墩 顶 最 大 纵 向 位 移 3.18cm； 连 续 刚构梁横向位移按列车横向摇摆力和横向风力分别计算，横 向 风 力 控 制 ，主 跨 跨 中 最 大 横 向 位 移1.91cm，墩 顶 最 大 横 向 位 移 1.47cm，均 小 于 容 许 值 。 3.6 主桥车桥耦合动力仿真分析 一般情况下，连续刚构的主桥墩设计为基本相同的墩高， 本桥16号、17号两个主墩高差达45m，刚度分配会有差异。 因此 对主桥进行了详细的车桥耦合动力仿真分析。 根据车桥耦合振动分析理论， 运用桥梁结构动力分析程 序BDAP V2.0，针对主桥（68+128+68）m连续刚构桥，采 用 空 间 有限元建立全桥动力分析模型， 对桥梁的空间自振特性进行 了 计 算 ；同 时 ，对 该 桥 梁 方 案 在 普 通 旅 客 列 车 和C70货 车 作 用 下的车桥空间耦合振动进行了分析。 研究表明： (1)主 桥(68+128+68)m连 续 刚 构 的1阶 横 向 和 竖 向 频 率 分 别为0.644 Hz、0.566 Hz，振型图见图3、图4。
4结语
随着西部大开发的推进， 西南地区近年来铁路建设发展 迅速。 由于西南山区地形起伏较大，在铁路建设过程中必然会 跨越崇山峻岭和幽深峡谷，高墩、大跨度连续刚构桥梁越来越 多。 以往的大跨度连续刚构桥设计时，为了把应力尽量平均分 配到各墩，各个主墩的刚度不会相差太大，因此主墩基本等高 或高差较小。 但是在遇到主墩必须采用高差较大的高低墩时， 对桥梁的空间自振特性和行车舒适度没有较多的分析研究。 本文对 三 槽 湾 特 大 桥— ——具 有 代 表 性 西 南 山 区 高 低 墩 铁 路 桥 梁的孔跨方案比选、 预应力混凝土连续刚构及下部结构设计 进行了阐述分析，得出主要结论如下：
可 见 ，在 上 述 列 车 作 用 下 ，大 桥(68+128+68)m连 续 刚 构 的 竖向振动位移和加速度均较小，满足规范的要求。 桥梁横向振 动位移和加速度以及桥墩横向振动加速度均小于规范规定的 限值，说明桥梁的动力性能良好。
(3)在普通旅客列车以速度60 ~ 100km/h范围以及C70货车 组以速度50 ~ 80km/h范围通过主桥时 ，机 车 （重 车 ）与 车 辆 （空 车）的脱轨系数、轮重减载率、轮轨横向力等安全性指标均在 限值以内，保证了列车的行车安全。
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礅顶梁部截面
810 490
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梁端截面
810 490
跨中截面
810 490
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440 39 140 30 3050 90 45 120 25 90
440 39 3050
42 346 52
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200 150
70 60X60
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130 腹板加宽部分
80X80 80X80 760
材料分界线
1概述
三槽湾特大桥位于叙永至大村铁路四川省古蔺县境内， 上 跨 头 道 河 ，常 年 有 水 ，测 时 水 面 宽 大 约12m，不 通 航 ，桥 梁 主 要受地形控制设计。 本桥位于R=800曲线和直线地段，主桥位 于直线上，纵坡为平坡，单线。 中心里程为DK47+450.7，孔跨式 样为15×32预应力混凝土简支梁+(68+128+68)m预应力混 凝 土 连 续 刚 构+2×32预 应 力 混 凝 土 简 支 梁 ， 全 长882.88mm， 桥 高 143m，最大 墩 高104m。 桥 墩 采 用 矩 形 实 体 墩 和 钢 筋 混 凝 土 矩 形空心墩，T型桥台，桩基础。 其主桥总体布置见图1。
在C70货车组以速度50 ~ 80 km/h运行时，主跨跨中竖向和 横 向 振 动 位 移 最 大 值 分 别 为26.412mm、1.198mm，主 跨 跨 中 竖 向 和 横 向 振 动 加 速 度 最 大 值 分 别 为 0.537m/s2和 0.125m/s2； 墩 顶 横 向 位 移 和 加 速 度 最 大 值 分 别 为 1.479mm和 0.162m/s2。
（中国中铁二院工程集团有限责任公司 重庆 400023） 摘 要 ：文 章 针 对 叙 大 铁 路 三 槽 湾 特 大 桥 主 桥 （68+128+68 ）的 预 应 力 混 凝 土 连 续 刚 构 ，介 绍 了 墩 高 超 百 米 的 高 低 墩 刚 构 桥 设 计 ，分 析 计 算 了 高 低 墩大跨连续刚构桥的静力特性和主桥车桥动力响应，对解决高低墩大跨连续刚构桥设计时刚度差的问题，以及梁部应力对高低墩的应力分配 问题作了合理的实践，对山区铁路高桥设计具有较高的参考价值。 关键词：铁路；高低主墩；高墩大跨；连续刚构；结构计算和动力仿真分析 中图分类号：TU997 文献标识码：A 文章编号：1671-9107（2012）05-0024-02 Abstract: Based on the prestressed concrete continuous rigid-frame of the main bridge （68+128+68）of Sancao Bay super large bridge over the Xuda railway, the author introduces the design of steel bridge with low piers a hundred plus meters high and analyzes the static characteristics of such kind of bridge and dynamic response of main bridge. These can provide valuable references to solve the problem of stiffness difference in designing continuous rigid-frame bridges with low piers high and reasonably practice the beam stress that distributes the stress of low piers of a hundred plus meters high. Key words: railway; high low piers; high piers of large span; continuous rigid-frame; structure calculation and dynamic simulation analysis
经 仔 细 研 究 、综 合 比 选 ，决 定 将 17号 墩 向 大 里 程 移 动 ，避 开 陡 壁 。 并 在 主 跨 采 用 高 低 墩 搭 配 ，16 号 墩 高 104m，17 号 墩 高 59m，很 好 的 解 决 了 主 墩 安 全 和 陡 壁 开 挖 防 护 问 题 。
3 结构设计
收 稿 日 期 ：2012-04-10 作者简介：赖小刚（1975-），四川南部 人 ，本 科 ，工 程 师 ，从 事 桥 梁 设 计 工作。
3.1主 梁 构 造 与 节 段 划 分 梁体截面为单箱单室、直腹板、变截面箱梁。 边支座中心 线至梁端0.7m， 边支座横桥向中心距为5.7m; 中跨中部18m梁 段 和 边 跨 端 部13.7m梁 段 为 等 高 梁 段 ，梁 高 为4.4m；主 墩 处 梁 高 为 8.8m， 其 余 梁 段 梁 高 按 二 次 抛 物 线 方 程 为 Y=4. 4+X2/591.136 (m) (X=0～51m) 变化; 箱梁顶板宽8.1m， 箱宽 6.4m; 顶板厚52cm,底板厚42～90cm,腹板厚40～70cm。 梁体结 构见图2。
叙永
6885
12800
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大村
5900 3850
7700 10400
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单 位 ：cm
图1 主桥总体布置图
桥区地震动峰值加速度值为0.05g， 地震动反应谱特征周 期 值 为 0.35s， 基 本 的 地 震 烈 度 为 Ⅵ度 。
2 桥梁孔跨方案比选
本 桥 跨 越 山 区 河 流 ，桥 高 143m，主 跨 采 用 128m连 续 刚 构 。
因两岸地形 高 差 较 大 ，如 采 用 主 墩 等 高 设 计 ，则17号 主 墩 将位于陡壁处，施工极为困难。 根据地质资料，本处陡壁为泥 灰岩W3，节 理 发 育 ，承 载 力 较 低 为0.40MPa，且 整 体 性 、稳 定 性 都很差。 由于17号墩承台尺寸较大，开挖后将在靠山侧形成高 达35m以 上 的 临 空 面 ， 无 法 彻 底 解 决 本 处 岩 性 极 差 的 高 边 坡 防 护问题，对主墩安全形成威胁。
24 doi：10.3969 ／ j.issn.1671-9107.2012.05.024
重庆建筑 Chongqing Architecture
超百米高低墩连续刚构铁路桥设计
Design of Continuous Rigid-frame Railway Bridges with Low Piers a Hundred Plus Meters High 赖小刚
图4 第2阶 横弯 f=0.644 Hz （俯视图）
(2)在普通旅客列车以速度60 ~ 100 km/h运行时，主跨跨中 竖 向 和 横 向 振 动 位 移 最 大 值 分 别 为9.292mm、2.801mm， 主 跨 跨 中 竖 向 和 横 向 振 动 加 速 度 最 大 值 分 别 为 0.140m/s2和 0.088 m/s2； 墩 顶 横 向 位 移 和 加 速 度 最 大 值 分 别 为 2.843mm 和 0.093m/s2。
边墩支座中心线
165 25 70 40
腹板加宽部分
700
边墩支座中心线
40 640
来自百度文库图2 梁体结构图
全 梁 悬 灌 节 段 长 度 分 为3.0m、3.5m、4.0m， 全 桥 共 分 为69 个节段。
2012.N0. 5 第11卷 总第103期
超百米高低墩连续刚构铁路桥设计
道桥工程 25
3.2 预应力体系 梁 体 采 用C55混 凝 土 ，考 虑 箱 梁 较 高 、较 宽 以 及 铁 路 活 载 大等因素，通过计算，在梁体纵向、竖向、横向均设预应力，纵 向按全预应力结构设计。 纵 向 采 用12-7Φ5钢 绞 线 ，竖 向 采 用? 25mm的PSB830预 应 力 混 凝 土 用 螺 纹 钢 筋 ， 横 向 采 用 高 强 度 低 松 弛 4-7Φ5钢 绞 线 。 3.3 下部结构设计 连续刚构主墩：16号、17号墩顺桥向宽度为8m， 墩身纵向 内 外 坡 为1:0，壁 厚1.3m，横 桥 向 宽 度 为7.6m，墩 顶 以 下 0~59m 墩身横向内坡均为1:40，外坡为1:20。 16号主墩高达104m，为了 控 制 横 向 刚 度 ，在 桥 墩 横 桥 向 内 、外 坡 在 墩 顶 以 下59m处 设 变 坡 ：59m以 下 墩 身 横 向 内 坡 为 1:60，外 坡 为 1:15。 3.4 梁体结构计算和结果 将连续刚构 按 施 工 阶 段 和 运 营 阶 段 分 为62个 阶 段 ， 对 梁 体内力、截面应力及变位按平面杆系进行有限元分析计算，共 划分为82个节点，81个 单 元 。 在 最 不 利 荷 载 组 合 下 ，梁 体 主 跨 跨 中 最 大 正 弯 矩 为 61222kN-m, 主 跨 支 墩 处 最 大 负 弯 矩 为 261564kN-m。 梁端最大支反力6525kN，最小支反力1294kN。 运 营 阶 段 ，箱 体 顶 、底 板 最 大 压 应 力 为 12.8MPa， 最 小 压 应 力 为 0.50MPa， 截 面 均 不 出 现 拉 应 力 ； 施 工 阶 段 最 大 压 应 力 为 11.0MPa。 梁 体 跨 中 最 大 活 载 竖 向 挠 度 3.07cm（L/4169）， 边 跨 跨 中 最 大 活 载 竖 向 挠 度 0.85cm，均 小 于 容 许 值 。 3.5 主桥横向刚度计算 在 主 桥 横 向 刚 度 计 算 中 考 虑 了 主 桥 刚 构 体 系 与32m简 支 梁的共同作用，承台和群桩基础换算为墩底等效刚度，按有限 元法，采用MIDAS程序计算主桥整体自振特性，其横向 第 一 振 型 自 振 周 期 T1＝1.538秒 ， 主 墩 墩 顶 最 大 纵 向 位 移 3.18cm； 连 续 刚构梁横向位移按列车横向摇摆力和横向风力分别计算，横 向 风 力 控 制 ，主 跨 跨 中 最 大 横 向 位 移1.91cm，墩 顶 最 大 横 向 位 移 1.47cm，均 小 于 容 许 值 。 3.6 主桥车桥耦合动力仿真分析 一般情况下，连续刚构的主桥墩设计为基本相同的墩高， 本桥16号、17号两个主墩高差达45m，刚度分配会有差异。 因此 对主桥进行了详细的车桥耦合动力仿真分析。 根据车桥耦合振动分析理论， 运用桥梁结构动力分析程 序BDAP V2.0，针对主桥（68+128+68）m连续刚构桥，采 用 空 间 有限元建立全桥动力分析模型， 对桥梁的空间自振特性进行 了 计 算 ；同 时 ，对 该 桥 梁 方 案 在 普 通 旅 客 列 车 和C70货 车 作 用 下的车桥空间耦合振动进行了分析。 研究表明： (1)主 桥(68+128+68)m连 续 刚 构 的1阶 横 向 和 竖 向 频 率 分 别为0.644 Hz、0.566 Hz，振型图见图3、图4。