簡支梁橋和拱橋組合鐵路橋的關(guān)鍵設計參數(shù)分析

1、簡支梁橋和拱橋組合鐵路橋的關(guān)鍵設計參數(shù)分析摘 要：根據(jù)寧啟線 64 m 簡支梁、拱橋組合的情況， 詳述了這種橋梁的結(jié)構(gòu)細節(jié)、關(guān)鍵設計要點和施工方案，并 總結(jié)了該結(jié)構(gòu)用于中等跨度鐵路橋時，與其他類型的橋梁相 比較的優(yōu)、缺點。關(guān)鍵詞：鐵路；簡支梁和拱橋組合橋；參數(shù)分析；下承 式橋梁中圖分類號： U441 文獻標識碼： A DOI： 1 簡介寧啟線以 62°的夾角穿過滬通線，最大跨度為64 m。寧啟線區(qū)段的曲線半徑為 1 600 m。為了確保該區(qū)段縱向坡 度不大于11.4 %o,該橋最大凈高為16.6 m。而滬通線的軌道 高度為6 m，相應凈空為8 m。因此，新建橋梁的厚度應2.4 m 。

2、簡支梁與拱橋組合橋作為一種新型橋梁結(jié)構(gòu)，具有高度 低、噪聲低、投資少和節(jié)省用地等優(yōu)點。該橋總長為65.5 m ,最大跨度為64 m ,矢跨比為1 : 5, 拱高 12.8 m ，橋拱采用二次拋物線。 梁采用預應力混凝土梁， 主梁端座部橋面面寬5.7 m,高2.4 m，厚1.0 m，腹板厚1.5m。主梁中部橋面寬 6.3 m，高1.9 m，厚0.5 m，腹板厚0.9 m。梁在縱向方向上由12 15-75預應力鋼筋張拉。拱肋由單肢 充滿混凝土的鋼管構(gòu)成。 鋼管直徑為1.0 m。2個K型和1個 H 型支撐設置在兩拱肋之間。單個支撐水槽拱形復合橋的概 況（正面圖、斷面圖、平面圖和拱肋截面）如圖1 、圖

3、 2、圖 3 和圖 4 所示。2 最佳設計分析2.1 所有計劃采用的設計采用 64 m 跨度的橋梁作為分析案例，本文比較了采用 不同橋梁類型的 3 個方面的影響因素，分別是線性特點、技 術(shù)要求和工程費用。簡支梁槽 girder-arch 組合橋的概述具有多種方案，具體 如表 1 所示。設計鐵路橋時應遵循以下 5點原則：確保鐵路運行正 常，滿足動態(tài)荷載的特性；減少梁深度的同時，滿足凈空 要求；節(jié)約成本；施工便捷；較好的外形，與周邊環(huán) 境融洽。簡支梁和拱橋組合橋應滿足的要求主要有高度較低、適 用于小半徑曲線、造型美觀和具有經(jīng)濟性。2.2 拱橋的關(guān)鍵設計細節(jié)鐵軌可以鋪設在腹板的內(nèi)側(cè)或外側(cè)。當鐵軌鋪設

4、在腹板 的內(nèi)側(cè)時， 火車將具有更大的運行空間， 視覺效果也會更佳， 橋梁的主要懸索將焊接在拱肋上。下承式橋梁的梁有工型、 T型、箱型和U型等，各具特色。中小跨度橋梁采用工型梁；雙線或中大跨度橋梁因需求 較高的抗扭強度，一般采用箱梁。此外，強度要求和外觀要求均需要考慮。如圖 5 所示， 隨著拱剛度比增加，撓跨比不斷減少。當曲拱的剛度比超過 22時，撓跨比穩(wěn)定在1 : 4 800.恒載、活載和內(nèi)力會隨著拱 的高度增加而增加。當梁高度過低時，軸向拉力和力矩會變 得非常大， 難以安裝預應力鋼筋。 因此，有必要在考慮強度、 剛度和經(jīng)濟性后，再決定梁的高度。如圖 6所示，當?shù)瓤缍葮蛄旱氖缚绫确謩e為 1:

5、4.5， 1: 5， 1: 5.5時，拱腳軸向力分別為 22 039 kN、 23 656 kN、 25 259 kN,固定靜負荷撓曲分別為 15.2 mm、14.9 mm和14.8 m m 。考慮到剛度、 拱腳軸向力和其他設計分析， 矢跨比為 1: 5 是合理的。如圖 7 所示，當拱圈截面為不同類型時，對應的剛度是 不同的。固定靜負荷作用于懸臂且并未發(fā)生變化時，梁的強 度不會發(fā)生改變，但對拱圈的強度影響較大。因此，承壓能 力決定著拱圈設計。當跨度較小時，選擇方鋼管灌注混凝土 作為拱圈；大跨度的橋梁應采用圓鋼灌注混凝土作為拱圈材 料。相關(guān)設計參數(shù)包含拱圈矢跨比、拱軸系數(shù)、拱圈界面類 型和斷面高

6、度。因此，合理選擇參數(shù)可以確保結(jié)構(gòu)安全，且具有適用性和經(jīng)濟性。矢跨比值通常應在1 : 71 : 3之間。本次研究對比分 析了矢跨比分別為1 : 4.5, 1 : 5和1 : 5.5,相應的拱圈高度 分別是16 m、12.8 m和11.64 m。從表2中提供的信息可以 看到，通過比較不同跨度與高度的比例，拱座的軸向力分別 是22 039 kN、23 656 kN和25 259 kN。同時，橋的活載撓度 分別是15.2 mm、14.9 mm和14.8 mm。推薦的方案為：矢 跨比采用1 : 5,跨度高度為12.8 m,同時，考慮了剛度和景 觀方面的要求。拱橋拱軸的線性將直接影響拱圈內(nèi)力和截面應力分

7、布。此外， 它與結(jié)構(gòu)耐久性、經(jīng)濟性和安全密切相關(guān)。選擇拱軸線的線 性基本原理是使壓力線與其保持相同狀態(tài)，因此，選擇靜載 壓力線作為拱軸線，以減少彎矩。通常情況下，拱軸線的選擇應滿足以下要求：減少界面 彎矩，降低荷載作用下主橋壓力變化性；在相同效果下，使 施工更容易和方便；橋的幾何線形應符合審美觀。甲板通過系桿拱將負荷傳遞給拱圈。由于垂直荷載均勻 分布，合理的拱圈線性應為拋物線。在本次研究中，二次拋 物線拱軸和兩個不同的 m 值分別為 1.127和 1.167.由此可見，活載作用下三個拱軸線之間的差異較小，為14.814.9 mm。其中，二次拋物線拱軸線的拱座彎矩最小為 1 967 kN?m。由

8、于拱座彎矩比較復雜，所以，所有荷載應盡 可能地減小。 因此，二次拋物線拱軸線是本案例的最佳選擇。當大跨度、雙線或多線橋梁、槽梁、嚴重開放截面抗扭 強度的能力具有明顯的剪力滯后效應時，該方案并不是理想 的選擇。利用箱形斷面主梁和跟蹤床，并采取支持橫梁可降 低剪力滯效應。3 結(jié)束語 簡支梁槽梁拱橋組合橋梁的梁深度較低，適合限制縱向 坡度等，這是低高度梁的一個新選擇；槽梁與拱組合橋可優(yōu) 化設計和垂直邊坡設計，減少征用土地面積和投資，具有巨 大的經(jīng)濟效益和社會效益；槽梁可阻止噪聲的傳播，適用于 市區(qū)或大型居住區(qū)。參考文獻1 Hu K Z，Jiang X Y，Lu G L.Trough girderM.

9、Bei Jing：China Railway Press， 1987.2 Zhang S D. Shear lag effect of thin-wall box girdersM.Bei Jing ：China Communications Press， 1998.3 Li X X，Shi X F，Ruan X，et al.Analysis of shear lag effect in wide single cell box girder PC bridges with low depthJ.Structural Engineers ， 2008， 24（ 2）： 43-47.作者簡介：李

10、志強（1988）,男，山西方山人，畢業(yè) 于華東交通大學，助理工程師。王小妹（1989），女，江西九江人，畢業(yè)于華東交通大學，助理工程師。Abstract ： According Ningxi to Qiyang 64 m simply supported beam ， arch combination of circumstances ， detailing the structural details of this bridge ， the key design features and construction program ， and summarizes the structure when used for medium span railway bridge ， and other types