铁路高墩大跨连续刚构双肢薄壁墩设计关键技术研究

铁路高墩大跨连续刚构双肢薄壁墩设计关键技术研究

王树旺

【摘要】Based on the newly-built continuous rigid frame bridge project of Songjiazhuangchuan extra-long bridge with a main bridge of

(60+2í100+60) m on Heshun-Xingtai Railway, this paper fully verifies its scheme selection in perspective of bridge type and pier type, analyzes the key techniques for rigid frame design such as reasonable size of pier body, rigidity, dynamic property, jacking force, construction and bridge stability, summarizes a complete set of comprehensive and practical design concept and method, addresses the characteristics and applications of double-leg and thin-wall piers.%结合新建和邢铁路宋家庄川特大桥主桥(60+2×100+60) m 连续刚构工程，从桥式方案比选到墩形选择进行充分论证，对控制刚构设计的墩身合理尺寸、刚度、动力特性、对顶力、施工及成桥状态稳定等关键技术进行计算分析，总结一套较完整、切实可行的设计思路和方法，阐述双肢薄壁墩的特点及应用范围。

【期刊名称】《铁道标准设计》

【年(卷),期】2016(000)002

【总页数】4页(P81-84)

【关键词】铁路桥;连续刚构;双肢薄壁;对顶力;刚度;动力特性;稳定

【作者】王树旺

【作者单位】中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京 102600

【正文语种】中文

【中图分类】U443.22

目前，高墩大跨连续刚构因其受力好、无支座、施工技术成熟、行车顺畅且适应性强等优点在普铁、客运专线及高铁桥梁跨越高山深谷、河流灌渠时得到广泛应用，并朝轻质、高强及新型组合结构方向发展。随着预应力、悬臂技术以及桥墩翻模、滑膜施工技术的发展[1]，200 m以内跨径的铁路连续刚构桥梁设计已非常普遍，

且墩高由几十米做到了上百米，表1收集了国内具代表性的铁路高墩大跨薄壁墩

连续刚构桥资料[2，3]。

新建和邢铁路为Ⅰ级单线铁路，设计荷载为中-活载，速度120 km/h。主桥主梁

截面形式为单箱单室变高度箱梁，箱梁顶宽7.4 m，箱梁底宽5.4 m，主墩处梁高7.5 m，边墩处梁高4.5 m。主桥桥位处跨越宋家庄川，位于野沟门水库下游约

1.2 km处。野沟门水库控制流域面积518 km2，总库容5 040万m3，设计洪峰流量为4 025 m3/s，设计水位为40

2.9 m。

桥型选择应根据桥位处地形、地貌及水文等条件，按照受力合理、技术成熟、安全经济、利于养护且与周围环境协调等原则进行。本桥桥位处地形地貌复杂，高差约87 m，宋家庄川河底至线路最大高程达90 m，河道成U形，百年水位水面宽约175 m，由于线路与沟底高程相差大，且U形河道底较宽，需采用约200 m高墩、大跨度结构跨越，如果采用钢桁梁或拱桥方案，主桥跨度势必过大，且墩高较高，对结构受力不利，另外，两种方案经济性差，不便施工，临时工程量大，工期难得到保证，后期维护费用高。故本桥仅对64 m简支箱梁造桥机方案及连续刚构方案从施工方法、施工工期、造价等方面进行比选，见表2。

相对64 m简支箱梁造桥机方案而言，连续刚构方案外观简洁明快、美观，临时设施少，施工技术相对成熟，综合考虑后确定采用刚构方案，主桥桥跨布置见图1。

高墩大跨连续刚构具有墩高、联长、温度跨度大等特点，设计时须考虑以下几个重点要素[4，5]：(1)应使其具有适当的纵向抗推刚度，以适应纵桥向温度、混凝土

收缩徐变等引起的变形，同时应使其具有较大的抗弯刚度以满足其自身的受力需求；

(2)应具有一定的横向刚度，抵抗横向列车荷载及风荷载，减小侧向位移，提高行

车舒适性；(3)桥墩应满足安全稳定性；(4)墩型应与周围环境相协调、方便施工。

国内铁路高墩大跨刚构桥墩大多采用双肢薄壁与单体空心墩，双肢薄壁墩与单体空心墩相比，一般而言，单体空心墩特别是箱形截面的抗扭性能好，抗推能力强，但其柔性不如双肢薄壁墩。双肢薄壁墩综合抗弯刚度大，而水平抗推刚度约是单体墩的1/4[3]，温差引起的温度力较小，墩身允许的水平位移较大，整体性好，当跨

度大、墩高较高时，考虑到施工中墩的稳定性，一般宜设置系梁[6]。此外，双壁

墩减小了跨径，对负弯矩的消峰能力强一些，能有效降低梁高。但随着墩身高度的不断增加，单体空心墩的柔性逐渐增强，允许的纵向变位也随之增大，且单体空心墩施工及成桥状态稳定性要高于双肢薄壁墩，因此，当墩高不高时常采用双肢薄壁墩，墩高较高时结合受力、稳定、环境等综合因素采用双肢薄壁墩或单体空心墩。本桥对主墩单体空心墩及圆端形双肢薄壁墩从水平抗推刚度及抗弯刚度方面进行了比较分析(图2)，分析结果见表3。结果表明，在两种墩型混凝土用量相当下，单

体空心墩水平抗推刚度为双肢薄壁墩的1.55倍，而抗弯刚度为双肢薄壁墩的0.7倍。本桥温度跨度达100 m，采用单体空心墩对梁根部应力影响较大，最小拉应

力为-2.2 MPa。经考虑后采用圆端形双肢薄壁墩，其水平抗推刚度较小，双肢间

距拉开能有效减小主梁根部负弯矩，改善梁体受力。且本桥跨越宋家庄川，圆端形双肢薄壁墩对水流有利。

(1)墩纵向宽度b

根据表1收集的国内已建高墩大跨连续刚构资料及文献[3]可知，墩纵向宽b一般

为0.2～0.4[3]倍中墩处梁高，本桥分别对墩宽b=1.5、2.0、2.5、3.0 m时分析