经验交流：内昆铁路花土坡特大桥设计（一）

文摘:简要介绍内昆铁路花土坡大桥高墩大跨预应力混凝土连续梁的设计。该桥主桥为4孔预应力混凝土连续梁，主跨104m，主墩110m。
关键词:高墩；大跨度桥梁；预应力混凝土结构；连续梁；铁路桥；桥梁设计概述
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内昆铁路花土坡大桥位于云南、贵州两省交界处，桥址属于高原剥蚀侵蚀地貌。地形起伏较大，相对高差约120m。右岸冲沟发育，岸坡和沟壁陡峭，昆明附近有古滑坡。杜乔地区大部分耕地是旱地，植被极差。距桥址200 ~ 300米处是一条区域性大断层“龙蟠神”断层，为逆掩断层，呈南北向展布，走向偏东。受此影响，地层和岩体破碎，节理(裂隙)发育。桥址属亚热带季风湿润气候，年平均气温10.4℃，极端气温35.7℃，极端最低气温-15.3℃。极端风速为24m/s，桥址地震基本烈度为7度。勘察过程中，经过多方案综合比较，选定线路经过此处。花坡特大桥主桥结构为(64+2× 104+64) m预应力混凝土连续梁桥，主墩高达110 m.
2主梁结构设计
2.1主梁结构及节段划分
主梁采用单箱单室、直腹板、变截面、变高度的箱梁，其几何尺寸由主梁的横向和竖向刚度及部分结构因素决定。本桥跨中梁高4.5m，为主跨的1/23.11，中间支点梁高7.6m，为主跨的1/13.68。在保证足够刚度的前提下，桥箱宽度为5.0m，宽跨比为1/20.8，突破了1/20的极限。桥面宽7.0m。梁的高度和底板的厚度沿跨度方向按二次抛物线变化，在跨度中间设置10m长的直线段，使梁体轻盈，梁底曲线平滑。箱梁顶板厚度为0.42米，边跨端块顶板厚度从0.42米逐渐变化至0.80米，主要为结构控制。底板厚度0.40 ~ 0.90 m，腹板厚度0.40 ~ 0.70 m，主要是强度和结构控制。
在考虑整梁的节段划分时，根据悬臂浇筑施工节段长度小于4m，各节段重量不宜相差太大，节段长度不宜太多的总原则，悬臂浇筑节段长度分为3.0、3.5、4.0m三种，0号段长度考虑挂篮长度等因素，节段长度为12m。侧端段长度为3.6m，合拢段长度为2.0m..随着预应力混凝土桥梁跨度的增大，恒载所占的比例也随之增大。因此，在设计中应尽可能使用高标号混凝土，以提高截面的有效承载能力，同时在保证梁的必要刚度的前提下，尽可能减轻梁结构的自重。这座桥是单线铁路桥。考虑到箱形截面具有较高的抗弯和抗扭刚度，仅在支座处设置横隔板，既减轻了梁的自重，又简化了施工工艺。
2.2梁体预应力体系
箱梁按全预应力设计，考虑箱梁高度、宽度、铁路活载大等因素，经计算决定梁体采用三向预应力布置。纵向顶板和腹板钢束采用9-75高强低松弛钢绞线，FPK = 1860mpa，STM 15-9群锚；底板钢梁采用12-75高强度低松弛钢绞线，FPK = 1860mpa，STM 15-12群锚。采用横向2-75钢绞线，用扁平金属波纹管成孔，一端交替张拉。张拉端采用STB M15-2平板锚具锚固，固定端采用STB M15 P-2锚具锚固。在箱梁顶板每0.5 m布置1根。腹板竖向预应力采用L25高强精轧螺纹粗钢筋，采用YGM-25锚具锚固，在腹板内双排布置，在梁上间距0.4 ~ 0.5m。考虑到腹板根部的负弯矩，钢筋重心布置在外侧，与腹板弯出的钢绞线和横向箍筋共同承受梁体的主拉应力。
2.3主梁结构计算
将连续梁划分为98个单元进行有限元分析计算，分别按照拟定的施工步骤和成桥运营进行综合计算。按主要荷载和主要力+附加力计算，并计入列车的冲击力。主要受力:恒载+活载+预应力+混凝土收缩徐变+支点沉降；主要力和附加力的组合:①主要力+轴承摩擦力+温度变化；②主力+制动力+温度变化。顶板和底板的计算压应力为13.26 MPa，最小压应力为1.92 MPa。截面无拉应力，主跨活载挠度为4.7 cm。边跨活载挠度为1.7厘米..
3桥墩设计
主桥各桥墩承受的制动力或牵引力应按各桥墩的推压刚度进行分配，并考虑活动支座滑动引起的制动力重分布和温度变化引起的梁体膨胀变形引起的水平力对制动力分配的影响。对于风的影响，考虑了合理的风振系数。除常规计算外，还对桥墩和横梁的动力特性进行了分析。连续梁三个主墩墩高分别为104、110、78m，两个边墩墩高分别为66m、55m。该桥地处云贵高原，风速较高，极端风速可达24m/s，因此应足够重视风的问题，为墩身选择合理的抗风结构，以最大限度地减小风振的影响。墩身采用钢筋混凝土圆端空核心墩，抗风性能好，抗弯抗扭刚度高。在桥墩设计中，采用ANSYS的Solid45和SOLID95单元模拟高墩。为了更好地反映闸墩、顶盖和实体部分的受力情况，建模时考虑了这些部分的作用和大坝的威胁。鉴于问题求解的尺度控制，在单元划分时，单元划分在墩身与实体交界处密集，在墩身处单元划分稀疏。荷载处理时，竖向轴力按等效均布力施加在支撑垫石上，水平(纵向)力相当于四个地脚螺栓孔。因为Solid45和Solid95单元不能直接承受弯矩，所以用等效力偶代替弯矩，作用在支撑垫石的四个地脚螺栓孔上。计算结果表明，除墩顶和墩底应力变化较大、应力集中外，墩身应力分布变化均匀。墩身应力分布反映了偏压作用下桥墩的受力特点，其截面应力满足设计要求。在墩身、顶帽和基础的连接处，实体截面的刚度大于墩墙的刚度，相当于固定端，对墩墙有约束作用。因此，该部位的纵向应力和周向应力增加很多，在设计时应引起注意。