第３７卷第１５期 ＶｏＩ．３７ Ｎｏ．１５ ２ ０ １ １年５月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ Ｍａｙ． ２０１１ ・１５９・ 文章编号：１００９—６８２５（２０１ １）１５－０１５９—０３ 某门形刚构斜交桥的设计计算分析 吴游宇 摘要：针对某门形刚构斜交铁路桥的设计，通过采用空间实体有限元的方法，对该桥进行了详细验算分析，验证了该桥 配筋设计的合理性和可靠性，计算结论为类似桥梁结构的设计提供了参考，从而缩短设计周期。 关键词：斜交桥，门形刚构，应力分布，有限元 中图分类号：Ｕ４４２．５ 文献标识码：Ａ １ 工程概况 计算荷载包括结构自重、二期恒载、列车活载、混凝土收缩徐 某桥为一座门形刚构斜交铁路桥，其斜交角度大，达３２。；跨 变、基础变位、温度效应及土压力。各项参数如下： 宽比小，净跨１０．５ ｍ，宽７．４ ｍ。桥长１３．９３ ｍ。刚架主板梁厚 混凝土容重：２６ ｋＮ／ｍ ；二期恒载：８７ ｋＮ／ｍ；列车荷载按 ０．６ ｍ，加腋尺寸为１．８ ｍ×０．６ ｍ。下构采用６根直径１．２５ ｍ的 “中一活载”布置，桥梁枕木宽取３ Ｉｎ，冲击系数取０．３，与车载冲击 钻孔灌注桩，桩长３８ ｍ，按摩擦桩设计。主梁采用Ｃ５５混凝土，桩 组合时，制动力按竖向车载静载的７％选取；主梁处静土压力水平 基采用Ｃ３５混凝土。 向按０ ｋＮ／ｍ～１２０ ｋＮ／ｍ递增分布；车载换算土层厚度按１．３１ ｍ； 该桥在原设计时，利用平面杆系模型进行计算。此种简化方 体系温度：升温２Ｏ℃，降温ｌ５℃；基础变位：单边沉降５ ｍｍ。 式能大体上控制好该桥的内力和变形特点，但是大角度的斜交桥 共选取四种荷载工况进行分析： 毕竟与正交桥的受力有区别；铁路斜交门形刚构桥受力复杂，随 工况１：恒载作用——包括自重（含二期恒载）、混凝土收缩 着斜交角、跨宽比、抗弯抗扭刚度、荷载形式的不同而变化。对于 徐变（收缩按体系降温１５℃处理）、静土压力、基础变位； 该桥，其主板梁不仅承受弯矩、剪力，还要承受明显的扭矩，并且 工况２：主力作用——恒载＋列车荷载＋车载产生土压力； 跨中部分产生的横向弯矩与正交桥有较大差异，甚至可能出现符 工况３：主力、附加力作用Ａ——主力＋列车制动力＋体系升 号相反的情况，主板梁在支承处应力分布很不均匀，钝角角隅处 降温； 出现的应力会比较大，顶板钝角区会产生很大的弯矩。 工况４：主力、附加力作用Ｂ——主力＋主梁梯度升降温。 基于上述特点，为了更详尽地了解该桥的受力情况，故采用 ３分析结果 了空间实体有限元模型来进行数值模拟分析，以力求翔实地反映 通过空间计算分析，主要分析了三部分内容：基桩内力分布； 该桥的受力特征，特别是分析其局部构造，校核、确定合理的钢筋 主梁跨中的横、顺桥向受力情况；主梁顶板钝角区的应力分布。 布置。 ３．１ 基桩内力分布 ２计算模型 计算结果显示，基桩的最大轴力以及最大弯矩情况均发生在 利用大型通用有限元软件，建立全桥模型进行分析。主板梁 工况４中。 部分采用块体单元来模拟，桩基采用梁单元来模拟，地基作用效 最大轴力为２ ６２２ ｋＮ，荷载工况为：主力＋主梁梯度升温。 果采用弹簧单元来模拟。 最大弯矩为１ ３９９ ｋＮ・ｍ，对应轴力为１ ４６８ ｋＮ，荷载工况为： 的从原地面填起；不足２ ｍ的从原地面下挖至距台背顶２ ｍ处开 填土。 始施工；靠近结构物翼墙及侧墙的边角处压路机不能压实，可用 参考文献： 浆砌片石回填。２）桥台混凝土搭板及顶层施工技术控制：在混凝 ［１］ 钟嘉升．有关路桥施工项目质量管理及问题分析［Ｊ］．路桥、 土搭板施工中，保证混凝土表面坡度与平整度；搭板靠近桥头处， 航路及交通，２００９（１３）：２４．２５． 压路机易将基层压碎或形成薄饼，为此，当搭板混凝土顶面距基 ［２］ 李昀．公路施工质量控制及路桥过渡段施Ｘ－措施［Ｊ］．工 层顶面不足１０ ｃｍ的，在铺筑下面层前将损坏的基层凿除，用下面 程技术，２０ｏ９（２０）：１７—１８． 层沥青混凝土料填筑，以保证台背回填的整体强度。３）台背回填 ［３］唐林．高铁张巷桥北京台台尾过渡段施工质量控制［Ｊ］． 土最好能与相邻路基同步施工，若确实不具备同体施工条件的则 山西建筑，２０１０，３６（６）：２２０—２２１． 必须逐层加宽至少１０ ｃｍ成倒台阶施工，严禁直上直下填筑台背 Ｏｎ ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｏｆ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎａｌ ｓｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｒｏａｄ ｂｒｉｄｇｅｓ ＰＡＮ Ｚｈｅｎ．ｆｅｉ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｉｎ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎａｌ ｓｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｒｏａｄ ｂｒｉｄｇｅｓ，ｅｘｐｌｏｒｅｓ ｔｈｅ ｒｏａｄｂｅｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎａｌ ｓｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｒｏａｄ ｂｒｉｄｇｅｓ ｂｙ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒａｃｔｉｃｅ，ａｎｄ ｐｏｉｎｔｓ ｏｕｔ ｔｈｅ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅａｓｕｒｅｓ，ＳＯ ａｓ ｔｏ ｉｍ－ ｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｓｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｒｏａｄ ｂｒｉｄｇｅｓ ａｎｄ ｅｎｓｕｒｅ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ｏｆ ｒｏａｄ ｖｅｈｉｃｌｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎａｌ ｓｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｒｏａｄ ｂｒｉｄｇｅ，ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｑｕａｌｉｔｙ ｃｏｎｔｒｏｌ 收稿日期：２０１１—０２—１０ 作者简介：吴游宇（１９７９．），男，硕士，工程师，中交第二公路勘察设计研究院有限公司，湖北武汉４３００５６ ・１６０・ 第３７卷第ｌ５期 ２ ０ １ １年５月 山 西 建 筑 主力＋主梁梯度降温。 通过内力的数值及分布情况，可以得出空间程序和平面杆系 程序的计算结果相符。但前者明显表现出各根桩基受力的不同， 其中，最大轴力差别有３０％。桩长设置及桩基配筋应依据空间程 序结果，杆系程序计算结果略偏危险。 ３．２主梁跨中的横、顺桥向受力 ３．２．１ 主力作用下 ’一２ ２４３ 一—１ ２４５ ４８．０１ｌ ７４９．３６２ １ ７４７ ２ ２４５ ｌ ７４４ －７４６．６９８ ２５０．６７６ １ ２４８ 顺桥向出现拉、压应力最大的区域位于跨中处整个横桥向的 大部分，底部拉应力最大为３．７８ ＭＰａ，顶部压应力最大为４．０２ ＭＰａ （见图１）。 －４０２１ －２ ２８７—５５２．０８７ １ １８２ ２ ９１７ －３１５４ －１ ４１９ ３１５．１５３ ２ ０５０ ３ ７８４ －４ ０２１ －２２ｇ７ —５５２．０８７ ｌ １８２ ２ ９１７ －３１５４ －１ ４１９ ３１５．１５３ ２ ０５０ ３ ７８４ 固１主力作用下主板粱整体顺桥向的拉应力图（单位：ＭＰａ） 顺桥向配筋验算： 选取最不利区域，计算得受拉区钢筋拉应力为１１７．６ ＭＰａ，满 足规范要求。 横桥向出现拉、压应力最大的区域位于跨中处中心部分，底 部拉应力最大为１．７３ ＭＰａ，顶部压应力最大为１．７１ ＭＰａ；表现出 纯弯的受力状态。 横桥向配筋验算： 选取最不利区域，计算得受拉区钢筋拉应力为１２８．８ ＭＰａ，满 足规范要求。因横桥向应力在顺桥向的分布过渡明显，在除顺桥 向跨中４ ｍ的范围以外，在保持钢筋间距２０ ｃｍ不变的情况下可 以将钢筋调小至，１６。 ３．２．２主力＋附加力作用下 经过计算结果的比较，当主力＋梯度升温组合时，主梁跨中 的受力最为不利。 主力＋梯度升温组合下，顺桥向出现拉、压应力最大的区域 位于跨中靠一侧处，底部拉应力最大为４．６ ＭＰａ，顶部压应力最大 为５．１ ＭＰａ。 顺桥向配筋验算： 选取最不利区域，计算得受拉区钢筋拉应力为１５２．８ ＭＰａ，满 足规范要求。 横桥向出现拉、压应力最大的区域位于跨中处中心部分，底 部拉应力最大为２．２ ＭＰａ，顶部压应力最大为２．２ ＭＰａ；表现出纯 弯的受力状态（见图２）。 横桥向配筋验算： 选取最不利区域，计算得受拉区钢筋拉应力为１６５．４ ＭＰａ，满 足规范要求。因横桥向应力在顺桥向的分布过渡明显，在除顺桥 向跨中４ ｍ的范围以外，在保持钢筋间距不变的情况下可以将钢 筋适当调小。 ３．３主梁项板钝角区的应力分布 ３．３．１ 主力作用下 —２ ２４３ —１ ２４５ ．０１１ ７４９．３６２ １ ７４７ －１ ７４４ －７４６．６９８ ２５０．６７６ １ ２４８ ２ ２４５ 图２主力＋附加力作用下主板梁整体横桥向的拉应力圈（单位：咖ＰＩｌ 该区域顶板顺桥向出现的最大拉应力位于刚架主粱的刚架 墩与加腋的过渡处的外侧，即距离梁纵向端头１．３ ｒｉｆｔ一２．１ ｍ的 范围的外侧。拉应力最大为２．３ ＭＰａ。 取最不利位置，计算得钢筋拉应力为７９ ＭＰａ，可见安全余度 较高。 该区域顶板横桥向出现的最大拉应力较小，最不利位置位于 距离梁横桥向外侧Ｉ ｍ～２．３ ｍ的范围与距离梁纵向端头１．２ 一 ２．５ ｉｎ的范围的交汇处。拉应力最大为０．５ ＭＰａ，该方向的配筋 能满足抗拉要求。 ３．３．２主力＋附加力作用下 经过计算结果的比较，当主力＋梯度降温组合时，顶板钝角 区的受力较为不利。 该区域顶板顺桥向出现的最大拉应力位于刚架主梁的刚架 墩与加腋的过渡处的外侧，即距离梁纵向端头１。３ ｍ一２．６ ｍ的 范围的外侧，横桥向范围有Ｉ．８ ｍ。拉应力最大为２．５ ＭＰａ。 取最不利位置，计算得钢筋拉应力为９１ ＭＰａ，安全余度较高。 该区域顶板横桥向出现的最大拉应力较小，最不利位置位于 距离梁横桥向外侧１．４ ｍ～２．８ ｉｎ的范围与距离粱纵向端头２．１ ｍ 以外范围的交汇处，该区域实际上已可以认为不在顶板钝角区， 拉应力最大为１．０ ＭＰａ，远小于其跨中位置底部的拉应力，因此该 方向可利用非加强钢筋来抵抗受力，即能满足抗拉要求。 ‘ 从上述计算结果可以看出，该桥的受力特点与理论上的斜桥 受力相符。由于钝角处有较大的应力分布，应在钝角处配置加强 钢筋。ＪＴＧ Ｄ６２－２００４公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计 规范中９．２．７条对斜板桥加强钢筋布置有明确规定，该斜交门形 刚构桥的配筋可参照该规定，根据自身的结构特点进行调整。 另外，该桥的跨宽比小，从应力分布来看，可按主弯矩方向的 变化配置主筋，分布钢筋与支承边平行；在两钝角角点之间主筋方 向垂直于支承边，在靠近自由边处主筋则沿斜跨径方向布置直至与 中间部分钢筋完全衔接为止，其横向分布钢筋与支承边平行。 ４结语 １）通过空间有限元模型来对某门形剐构斜交桥进行全桥模 拟，真实地反映了该桥各部位的受力情况。从计算结果来看，该 桥的桩基设置及刚架主板梁的钢筋配置满足规范要求。２）从本 设计计算来看，对于类似桥梁的设计，仅采用杆系模型的计算结果， 并根据斜桥的受力特点及设计经验，通过构造来满足结构受力要求 并适当提高安全余度的思路是可行的，可大幅节约设计工作量。 参考文献： ［１］ 范军琳．大斜交角度铁路框架桥结构受力分析［Ｊ】．桥梁， ２０１０（５）：２３．２４． ” 第３７卷第１５期 ２ ０ １ １年５月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ Ｖｏ１．３７ Ｎｏ．１５ Ｍａｙ． ２０１１ ・１６１・ 文章编号：１００９—６８２５（２０１ １）１５—０１６１・０２ 阿山河特大桥空心薄壁墩翻模施工技术 程多波 摘要：介绍了赤大白地方铁路ＺＨ一０９标段阿山河特大桥空心薄壁墩翻模施工，分别从施工工艺、质量检测、工期保证措 施等方面作了论述，实践证明该方案技术进步，经济可行，对指导同类工程施工具有积极的借鉴意义。 关键词：空心薄壁，翻模，施工技术 中图分类号：ＴＵ７５５．２ 文献标识码：Ｂ １ 工程概况 架材料，且施工速度较慢，劳动强度较大，工期不易把握。４）爬模 赤大白地方铁路ＺＨ一０９标段阿山河特大桥位于内蒙古自治 施工法。该施工方法实现了节段施工流水作业，劳动强度小，施 区巴林右旗索博日嘎苏木境内。起讫里程ＤＫ２７５＋０８６．８８～ ＤＫ２７６＋８０２．７，全长１ ７１５．８２ ｍ，本桥孔跨为５２ ｍ×３２ ｍ共计 翻模施工法。该施工方法成本较低，但施工控制和安全保证较难。通过比较，结合阿山河特大桥工程施工特点和公司现有材料 ５１个墩２个台。其中：０号～２０号墩台位于圆曲线上，２１号～２３号 且从降低成本出发，项目经理部在传统提升翻模技术优点 墩位于缓和曲线上，２４号～５２号墩台位于直线上，曲线半径Ｒ＝ 情况， １ ２００ ｍ，缓和曲线长Ｌ ＝９０ ｍ。桥墩为圆端形实体墩和圆端形薄 的基础上进行了改型。工控制方便，但爬升结构体系复杂，工序较繁琐，成本也较高。５） 壁空心墩，４号一４８号墩采用圆端形薄壁空心墩。桥墩最低２９．５ ｍ， ３施工重难点 最高３８．５ ｍ，该桥是技术复杂，规模较大的特大桥。 主要工程数量：薄壁空心墩１４ ８０５．７ ｍ 。 １）桥梁工程规模大，桥梁共计４５个空心墩，空心桥墩混凝土 １４ ８０５．７ ｍ 。 工期要求：该桥薄壁空心墩墩身施工２００７年４月１日开工， ２００７年７月７日完工，保证２００７年８月５日架梁作业。 ２）工期紧，工程必需于２００７年７月７日完成，该段为严寒地 ２施工方案的选定 ２．１ 垂直运输机械选择 阿山河特大桥高墩施工的突出问题是垂直运输，所以选择合 适的起重机械尤其重要。考虑到该桥墩较高，桥墩数量多，需用 多台５０ ｔ吊车解决模板的垂直运输。混凝土采用输送泵输送。 区，最大冻积深度１．７３ ｍ，５月初解冻。有效施工时间１２９ ｄ，其中 为４月１日一５月１日，共计３０ ｄ采取冬季施工措施，日均灌注混 凝土１１４．８ ｍ ，扣除天气不良因素（６级以上大风、沙尘暴、下雪、 下雨），高峰时日均灌注混凝土２００ ｍ 。 ３）空心薄壁墩模板内外模用量大，加大施工投入。 以卷扬机为动力，利用安装于支架上的小型门吊解决材料和小型 构件的垂直运输。 ４）桥墩高，需要使用５０ ｔ吊车解决垂直运输，需用混凝土输 送设备加大工程成本。 ５）高空作业安全不容乐观。 ２．２支架、模板的设计 混凝土结构现浇施工中模板工程费用约占１／３，支拆用工量 ４模板安装 １）空心墩模板９套，每５个相临墩计划１套空心模板，空心墩 每节模板高度２ ｍ，厚度６ ｍｍ，由 约占１／２，因此模板的选用、设计对节约材料，降低工程成本关系 外模除零节模板和墩顶模板外，专业厂家订制，模板上均有厂家标注的高度、节数和部位。空心 重大。高墩施工常用的施工技术有以下几种： 外模均采用定型钢模，新进场模板使用前应逐块检查并 １）搭设落地脚手架施工法。该施工方法由脚手、模板等组 桥墩内、模型安装前均匀涂刷脱模剂，模型问的接口缝用封口胶泥 成，使用材料多，成本高，工期无法保证，同时受高墩施工高度的 试拼，影响。２）滑模施工法。滑模由提升架、模板、工作平台、提升系统 密封。桥墩内设碗扣式钢管脚手架，搭设工作平台，作为绑扎钢 安装、拆除内模的工作平台以及人员上下，模板安装采用汽车 组成，工期快，但必须耗用大量滑升支承杆材料和测量一施工定 筋、保证位置准确，接缝严密，安装完毕后，检查平面位置、 位的劲性骨架材料，成本较高。３）提升模板施工法。该施工方法 吊机起吊，板缝、接缝连接处横向稳定性，经验收合格后 施工控制容易，但也必须耗用大量的提升和施工定位用的劲性骨 顶部标高、螺栓数量、［２］ 卫星，强士中．铁路斜交框架立交桥的空间分析［Ｊ］．铁道 ［３］ 赵书学．斜交桥梁的受力性能研究［Ｊ］．公路交通科技，２００４ （９）：６１—６２． 建筑，２００４（５）：１５—１６． Ｏｎ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｓｏｍｅ￣ｔ－ｓｈａｐｅｄ ｒｉｇｉｄ ｓｋｅｗ ｂｒｉｄｇｅ ＷＵ Ｙｏｕ－ｙｕ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ ｓｏｍｅ １ｒ—ｓｈａｐｅｄ ｒｉｇｉｄ ｓｋｅｗ ｂｒｉｄｇｅ ｏｆ ｒａｉｌｗａｙ，ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｈａｓ ｔｈｅ ｄｅｔａｉｌｅｄ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｅ ｂｙ ａｄｏｐｔｉｎｇ ｔｈｅ ｓｐａｃｅ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄｓ，ｐｒｏｖｉｄｅｓ ｔｈｅ ｒｅａｓｏｎａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｅ，ａｎｄ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ｔｈｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｅｓｉｎ ｏｆ ｓｉｍｉｇｌａｒ ｂｒｉｄｇｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，ＳＯ ａｓ ｔｏ ｓｈｏｒｔｅｎ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｐｅｒｉｏｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｋｅｗ ｂｒｉｄｇｅ， 一ｓｈａｐｅｄ ｒｉｇｉｄ ｆｒａｍｅ，ｓｔｒｅｓｓ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ 收稿日期：２０１１—０２—０７ 作者简介：程多波（１９７６，），男，工程师，中铁二局机械筑路工程有限公司，四川成都６１００６１
