铁路钢管混凝土系杆拱的设计

・３２４・　第３２卷第８期　’２　０　０　６年４月　山　西　建　筑　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ　ＶｏＩ＿３２　ＮＯ．８　Ａｐｒ．　２００６　文章编号ｉ　１００９—６８２５（２００６）０８－０３２４—０２　铁路钢管混凝土系杆拱的设计　燕　飞　摘要：结合工程实例，探讨了钢管混凝土系杆拱的设计与施工重点，对系杆拱的计算进行了分析，指出了钢一混凝土组　合粱结构可提高结构的强度和刚度，以推广应用该结构。　关键词：组合梁，混凝土，系杆拱　中圈分类号：ＴＵ７５６．４２　文献标识码ｉＡ　钢管混凝土系杆拱由于其具有建筑高度低，跨径大、易于整　本规范》第４．３．５条规定取值。４）￣ｌＪ车横向摇摆力及制动力。５）　体拼装的特点，因此，越来越受到人们的青睐，钢管混凝土结构充　混凝土的收缩影响。６）温度力的影响。　分发挥了混凝土的抗压能力及钢材的抗压、抗拉能力，主要用于　３．２平面静力分析　承受轴向压力的构件。与钢或混凝土单一材料制成的构件相比，　３．２．１　内力计算　钢管混凝土结构可提高结构的强度和刚度。由于系杆拱建筑高　度低，可充分降低线路高程，节约投资，经济效益显著。　平面静力分析主要采用ＢＳＡＳ软件进行计算，不考虑横梁、横　撑、斜撑的共同作用。由于钢管混凝士属于复合材料，在结构计　算中采用等截面、等刚度代换。　压缩和拉伸刚度为：ＥＡ＝Ｅ４　＋ＥＡ　。　弯曲刚度为：Ｅ１＝　Ｌ＋ＥｃＪ　其中，Ａ　，Ｊ　分别为钢管横截面的面积和对其重心轴的惯性　１桥型方案　西安北环线为一次双线货运铁路，西闫特大桥主要为跨越西　闫高速公路而设，西闫高速公路为双向４车道，既有路面宽２８　ＩＴＩ，　线路与高速公路斜交１０。。立交净空５．５　ｍ。由于受线路坡度及　Ａ，　分别为钢管内混凝土横截面的面积和对其重心轴的惯　高速公路宽度、净空的限制，若采用连续梁或简支梁，桥梁建筑高　矩；　，Ｅ分别为钢材和混凝土的弹性模量。　度较高，必引起桥长加大，工程投资增大，而采用系杆拱不但可以　性矩；运营状态下控制截面的弯矩及轴力计算结果见表１。　有效降低建筑高度，缩短桥长，节约投资，而且线型美观。故采用　４８　ｍ钢管混凝土系杆拱桥方案，桥梁横断面见图１。　程序　衰１　运营状态下控制截面的弯矩殛轴力　拱圈轴力／ｋＮ　系粱弯矩／ｋＮ・ｍ一１　拱脚１　Ｌ／４　Ｉ拱顶　Ｌ／４　ｌ　３Ｌ／８　１跨中　８　４１６　ｆ　７　２９４　ｆ　６　６４７　１０　９６８　ｆ　１１　３５８　ｆ　１０　５０２　Ｓ￣ｐ２０００　８　１７３　ｌ　７　０２２　ｌ　６　２５１　１０　３２０　ｌ　ｎ　ｌ７ｌ　ｌ　１１　２８０　３．２．２强度、应力检算　系梁既承受拱肋传递的拉力，又承受恒载及活载分配的弯　矩，按全预应力混凝土构件计算。根据规范要求，系梁不出现拉　应力，强度安全系数大于２．０，抗裂安全系数大于１．２。　拱肋主要承受轴力，按钢筋混凝土构件进行强度及应力检　算。在计算中把钢管混凝土折算成相应的钢筋混凝土，没有考虑　２系杆拱构造　线为二次抛物线方程：　：４ｆｂ：（Ｌ—　）／Ｌ，拱桥理论矢高．，’＝　钢管的套箍作用，沿用钢筋混凝土结构的设计理论，使设计简洁　截面强度检算：Ｏ＂ｃ＝　Ｎ＋　计算跨径为４８　ｍ（桥全长４９．２　ｍ），矢跨比为１／４．２４８。拱轴　明了。　。　１１．３　ｍ。两片拱肋之间间距为１０．３　ｍ。拱肋采用两根柘５㈣的　钢管形成哑铃型截面，高１．５　ｍ。两片拱肋间设５根帕５　ＣＦＩ１钢管　３．２．３拱肋稳定性验算　拱肋的稳定性验算分为拱平面内稳定和拱平面外稳定。　横撑及８根似０　ｃｍ钢管斜撑。钢管内灌注Ｃ５０微膨胀混凝土。　１）拱肋平面内稳定。　系梁为高２．６　ｍ，宽１．０４　ｍ，腹板宽０．５　ｍ，翼缘厚０．５　ｍ的工字　该项验算是把拱肋换算为相当　度的压杆，按承受最大水平　型断面。吊杆采用５５束们ｒｎｌＴｌ镀锌钢丝。　推力的中心受压杆件进行检算，其计算长度Ｌ　。按下式计算：　３系杆拱的计算分析　Ｌ０　厂　．　’Ｌ。　系杆拱属于外部静定，内部为多次超静定结构。按弹性理论　进行分析计算　利用ＢＳＡＳ程序和Ｓａｐ２０００程序进行了平面线性　来计算各阶段的内力、应力和变形。　其中，Ｌ为拱的跨度；，为拱的矢高；Ｋ值按规范中表５．２．１３　２）拱肋平面外稳定。　静力计算、空间线性静力计算及动力分析，采用不同的计算模型　取值。　用横撑联系起来的拱肋，横向刚度是以整个结构按立体空腹　１）结构自重。２）列车活载：采用“中一活载”。３）列车竖向动　桁架的工作来确定，用横撑联系的肋拱稳定计算是一个比单独肋　采用近似的计算方法，即将它当做长度等于拱　力作用：拱圈及系粱计人列车动力作用，系数按《铁路桥涵没计基　拱的计算更为复杂，３．１　计算荷载　收稿日期：２００５．儿．０３　作者简介：燕飞（１９７９　），男，助工，铁道第一勘察设计院桥隧处。陕西西安７１００４３　维普资讯 http://www.cqvip.com

第３２卷第８期　２　０　０　６年４月　山　西　建　筑　ＶｏＩ＿３２　ＮＯ　８　ＳＨＡＮＸｌ　ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ　Ａｐｒ　２００６　・３２５・　文章编号：１００９．６８２５（２００６）０８．０３２５．０２　某导流隧洞工程进口渐变段洞挖改明挖施工法　朱建伟　摘要：根据某导流隧洞的工程概况，分析了原设计施工方案在实际施工中存在的困难，介绍了变更后的替代方案，对其　技术经济效益做了对比，实践证明，该导流隧洞进口渐变段的明挖施工技术值得参考应用。　关键词：进口渐变段，明挖施工，初期支护　中图分类号：ｕ４５３．１　文献标识码：Ａ　１工程概述　压成透镜状、碎片状，湿时可塑、结构破坏，层理、片理光滑镜面十　导流隧洞位于右江流域，是某水利枢纽工程前期的关键工　分发育，局部岩层挤压揉皱厉害，Ｏ＋００８～０＋０１６段内有Ｆ９断层　程，由进口明渠、进水塔、洞身和出口明渠等部分组成。导流隧洞　及其影响带，Ｆ９断层宽３０　ｃｍ～５０　ｃＴｎ。除　断层外，小断层和　进口渐变段长２５　ｍ，桩号０＋００５．００～０＋０２５．００，开挖断面为城　挤压破碎带均布。有地下水旱泉状、点滴状出流。　门洞形，开挖尺寸１７．５　ｍ（宽）×２１．４５～１８．３５　ｍ（高），底部高程　３原设计施工方案　为１１５．０００，１４５高程以上为业主前期施工形成的平台，洞顶部覆　进口渐变段原设计采用ＣＲＤ法施工，共分１０块２０步施工。　盖层厚１０　ｍ～１３　ｒｌｌ。属浅埋大跨度隧洞。　为保证开挖过程中洞顶稳定，在１４５平台施工竖直管式注浆锚杆　２地质条件　及１．０　ｍ厚Ｃ２０混凝土盖板。　渐变段围岩为【）３儿层灰黑色薄～中厚层状含硅质泥岩夹薄　４原设计施工方案在实际施工中存在的困难　～极薄层炭质泥岩，全～强风化，围岩层理、节理发育，层间挤压　原设计的竖直加固锚杆平均长度１２　ｍ，最大长度１９．６５　ｍ，　强烈，硅质泥岩受挤压、风化卸荷呈松驰碎裂结构，炭质泥岩被挤　伸入导流洞渐变段开挖轮廓线内０．３　ｍ，这给开挖施工带来较大　‘●●●．‘　轴长度的平面空腹桁架来分析，采用拱跨度１／４点处的纵向力作　面外对称挠曲振动，第三振型为桥面系与拱肋上下挠曲振动，第　为这个平面桁架的弦杆中的压力。　四振型为桥面系与拱肋面内反对称挠曲振动。　临界力按铁摩辛柯的组合杆件公式计算：　＝ｎ。　，　表２前十阶自振频率　卜ｋ　一　１　频率ｌ　１．　Ｉ．０５　２　４６　４　２７　４　６１　１．　１　　４　８３　５　２４　　ｌ１．　．　一卜￣￣　－Ｅ　Ｉ，ｏｋ　１　＂从以上可看出，系杆拱的前两阶振型均为拱肋面外振动，第　１　，．三阶振型才是竖向振动，所以说系杆拱竖向刚度较大，根据规范，　一丝　简支粱竖向自振频率应不小于　（‰＝２．３８４　Ｈｚ），满足要求。　２￣－ＥＩ　．。　其中，ｎ，ｈ为节问长度及弦杆轴线间的距离；，　，Ｊ　为横撑和　４系杆拱施工　弦杆对竖轴的惯性矩；‘为拱轴线长度。　钢管混凝土系杆拱的受力同其施工顺序密切相关。本桥施　３．３空间静力分析　工采用先梁后拱法，即先在支架上浇筑系梁和部分横梁，使其先形　空间静力计算采用Ｓａｐ２０００软件来分析，横梁、横撑　斜撑都　成受力结构，以它为施工平台，吊装拱肋、横撑、斜撑，安装吊杆，最　简化为杆系单元。与系梁和拱肋共同作用。形成一空间整体计算　后安装剩余横梁，调整吊杆力，铺设桥面工程，达到成桥状态。　模型。由于列车加载方式以及单线加载时偏载作用，引起扭矩，　５结语　受力相对复杂，且空间计算时，横梁、横撑及斜撑共同参与受力。　钢一混凝土组合梁结构是利用钢材耐拉、混凝土耐压而结合　从本桥计算结果上看，内力结果相差不大，这说明，对于一般中小　成整体并共同工作的一种结构形式。与钢或混凝土单一材料制　跨度系杆拱桥，平面静力分析结果可以满足设计要求。　成的构件相比，钢一混凝土组合梁结构可提高结构的强度和刚　３．４空间动力分析　度，随着先进的泵送｝昆凝土工艺的应用，钢一混凝土组合结构特　利用Ｓａｐ２ＯＯＯ对本桥进行了动力特性分析，求出前十阶自振　别在大跨度桥梁上将会有更大的发展。　频率（见表２）。　参考文献：　其中第一振型为拱肋面外对称挠曲振动，第二振型为桥面系　［１］ＴＢ　１０００２．１－２００５，铁路桥涵设计基本规范［ｓ］．　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｆｅｒｒｏｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｔｉｅｄ　ａｒｃｈ　ｆｏｒ　ｒａｉｌｗａｙ　ＹＡＮＩ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｗｉｔｈ　ｓｐｅｃｉｆｉｃ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ｉｔ　ｄｉ￣ｕｓｓｅｓ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｆｅｒｒｏｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｔｉｅｄ　ａｒｃｈ，ａｎａｌｙｚｅｓ　ｉｔｓ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｐｏｉｎｔｓ　ｌ　ｏｕｔ　ｓｔｅｅｌ—ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｃａｎ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ａｎｄ　ｒｉｇｉｄｉｔｙ　ｏｆ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｗｈｉｃｈ　ｔｏ　ｅｘｔｅｎｄ　ｔｈｅ　ｓｉｒｕｅｔｕｒｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｃｏｍｌｍｓｉｔｅ　ｂｅａｍ，ｃｏｎｃｒｅｔｅ，ｔｉｅｄ　ａｒｃｈ　收稿日期：２００５—１１—０３　作者简介：朱建伟（１９７６一），男，助工，中铁隧道集团有限公司第一工程处，河南新乡４５３０００