京沪高铁天津西站曲线变宽异型钢箱梁设计实践.pdf

64桥梁结构
城市道桥与防洪
2012年11月第11期
京沪高铁天津西站曲线变宽异型钢箱梁设计实践
王玉国,田山坡
(铁道第三勘察设计院集团有限公司,天津300251)
摘要:在恒载、温度荷载和活载等因素作用下连续曲线钢箱梁会出现支座脱空、梁体侧移和翻转等问题。同时相对直梁桥,弯
桥扭转效应明显,应引起重视。该文通过京沪高铁天津西站异型连续曲线钢箱梁的设计实践,探讨该类桥梁设计中应注意的若干
问题,使连续曲线钢箱梁设计安全、合理、经济。
关键词:曲线梁;钢箱梁;约束扭转;温度效应;支座脱空
中图分类号:U448,42文献标识码:B文章编号:10097716(2012)11-0064-03
900cm
1工程描述
D12域支座?
D15支
天津西站是京沪高铁沿线五大交通枢纽之
1
D13戦?D1弹支座
一。天津西站上客高架桥作为站区主要配套设施
共分东、西两侧桥供送客使用。桥梁与站房连接平
图1桥梁布置示意图(单位:m)
台衔接,东、西侧桥梁分别与河北大街立交及复兴
路立交通过匝道连接,高架桥横跨整个站场。为了作用下的预压力一般不大,要预防全部被活载引
配合西站的建筑总体布局,高架桥的桥墩均布置起的上拔力克服的危酸。因此在总体布置时边跨
在铁路股道中间,与站房雨棚柱一起放在建筑轴和中跨的跨径比例不宜过小,宜适当放大。连续曲
线上,在铁路站台上不设桥墩。再加上钢箱梁位于线钢箱梁支承设计一般边墩为双支座,恒载及活
半径为98m的圆曲线和缓和曲线上,线形复杂,载会对边墩支座产生扭转作用,使得两支座的反
且该桥为变宽异型梁,使梁的受力情况变得十分力不均匀。当扭矩一定时,只有拉大两支座间距
复杂。
才能缩小两者之间的反力差。因此对于双支座(特
站房东侧某联连续曲线变宽钢箱梁,其跨径组别是边墩)应尽量拉大它们之间的间距。连续曲线
合为28.2m+4.5m+21.89m+35.416m+22363m,
钢箱梁即使在恒载作用下,双支座处对外也表现
标准段箱梁宽90m,箱梁两端均有变宽,最大宽为有扭矩的存在,同时在边墩双支座处由结构自
度为16.1m.路线设计中心线处梁高1.7m,桥面重产生的预压力不大,因此要尽量减少这种扭矩。
超高由箱梁腹板高度调节。表1中X、Y、Z分别表在总体布置上应尽量使边墩布置在直线段上或半
示为单元坐标系下,顺桥方向、横桥方向、竖直方径较大的缓和曲线段上。天津西站某联连续梁的
向的约東情况。图1即为该联桥梁布置示意图。
两边墩处在半径较大的缓和曲线上。假设这联连
续梁全处在98m半径的圆曲线上,则会放大两支
表1D11~D16墩支座约束情况一览表
承反力偏差。表2是该连续曲梁边墩支座反力在
约束D11D12D13Dl4激D15D16墩两种情况下的比较(支座间距保持不变)。
布置外侧内侧
外侧内侧
表2曲线钢箱梁边墩支反力比较一览表(单位:kN)
X方向自由自由自由
自由自由自由
D11号墩
D16号墩
Y方向自由约束约乘墩梁墩梁
项目
固结固结约東自由自由
内侧支座外侧支座内侧支座外侧支座
Z方向约束约束约束
约束约東约束
实际曲线
186
453
157
414
圆曲线(R=98m)59
312
41
2连续曲线钢箱梁总体布置
从表2可以看出,当边墩处在圆曲线上时,两支
由于钢结构具有自身重量轻的显著特点,活载座反力差别较大,如果要使两支座反力均匀,则两边
在总荷载中的比例较大。连续梁边墩支座在恒载墩的支座重心分别向外侧调整74cm和82cm。这
在构造上有时会带来一定的困难。因此连续曲线
收稿日期:2012-05-03
作者简介:王玉国(1982-),男,山东聊城人,硕士,工程师,从
钢箱梁总体布置时,应尽量使边墩处在直线段上
事桥梁工程设计与研究工作。
或半径较大的缓和曲线段上以使两支座反
2012年11月第11期
城市道桥与防洪
桥梁结构65
力接近。
表3连续曲线钢箱梁应力分析一览表(单位:MPa
3计算模型的选取及结果分析
D12支点断面D12~D13墩跨中断面
工况
应力
箱梁的受力特性与跨径、宽跨比、抗弯度
应力值应力和应力值应力和
抗扭刚度、抗曲刚度及支承形式等因素有关。基
于弯曲半径较小,且横断面形式不断变化,不能按
剪自由扭转
应约束扭转
常规的薄壁箱梁空间梁单元进行计算,应采用其
力弯曲剪应力332
它的空间计算模型。对此,目前代表性的有限元分
恒载
析方法有空间梁格法、折板法、板壳元法等。而考
正弯曲正应力-84.2
虑该钢箱梁的剪力滞、翘曲及畸变问题,采用了精
力翘曲正应力-0.3
确分析板壳单元进行分析。表3为连续梁在恒载和
剪自由扭转
9.5
活载作用下,D12墩支点断面和D12-D13间的跨中
应约束扭转2.5
断面的应力情况。从表3可见,对于D12墩支点断汽车力弯曲剪成力19.3
面,在恒载作用下由扭转引起的剪应力为3.1MPa,荷载
正弯曲正应力-45.2
占弯曲剪应力的9.3%,翘曲正应力为-0.3MPa,
应
45.2
占弯曲正应力的0.4%;在活载作用下,由扭转引起
力翘曲正应力-48
的剪应力13.0MPa,占弯曲剪应力的67.3%,翘曲
正应力为-4.8MPa,占弯曲正应力的10.6%。对于『向刚度又比较大,将不可避免地产生比较大的横
D12~D13间的跨中断面,在恒载作用下,翘曲正应向力,造成结构破坏。因此,在弯梁桥的设计中,对
力为0.8MPa,占弯曲正应力的1.2%;在活载作用温度的影响应该引起特别的重视。
下,翘曲正应力为1.4MPa,占弯曲正应力的
从表4可以看出,整体升降温、梯度升降温对
3.2%。
结构支承反力影响不同,其中梯度升降温对结构
分析表明,连续曲线钢箱梁,由于扭转作用,竖向支承反力影响很大,整体升降温对结构竖向
会使正应力和剪应力不均匀,特别是支点断面在支承反力影响很小,几乎可以忽略;整体升降温对
活载作用下,由扭转引起的剪应力和弯曲剪应力结构顺桥向、横桥向支承反力影响较大,梯度升降
相比不可忽略,在设计中应加以注意。
温对结构顺桥向、横桥向支承反力影响较小。
4曲线钢箱梁温度效应
5避免支座脱空的有效措施
弯桥中有很多问题都是由温度引起的。温度
连续曲线钢箱梁在下列三种因素的共同作用
荷载在弯桥中的不利影响比在直桥中更为显著下,边墩双支座中的一个容易出现负反力,出现支
(见表4)。弯梁发生弧段的膨胀或缩短,不仅引起座脱空现象,应采取措施进行调整。现将这三种不
轴向位移,而且产生径向位移。所以,如果选择的利因素分析如下
施工时间不当,造成施工阶段与运营状态下温差
1)钢箱梁结构自重较轻,连续曲梁边支承恒
较大,并且梁的半径较小,联长较长,梁将产生较載反力小,支座的预压力不够大。
大的径向位移。如果将梁进行径向约束,而梁的横
2)连续曲梁在支座不进行偏心调整时,在恒