２０１６年第１１期 （总第２７３期） 黑龙江交通科技 ＨＥＩＬＯＮＧＪＩＡＮＧ ＪＩＡＯＴＯＮＧ ＫＥＪ Ｎｏ．１１，２０１６ （Ｓｕｍ Ｎｏ．２７３） 下穿铁路斜交框架桥受力分析 张超 （中铁工程设计咨询集团郑州设计院，河南郑州摘４５００００） 要：斜交框架桥受力比较复杂，如果设计不当会出现开裂现象。本文以河南省济源市下穿铁路斜交框 架桥为工程背景，采取直角补齐异性正交设计，通过有限元软件ＭＩＤＡＳ建立三维空间板单元模型，计算分 析结构受力特性，进而总结出配筋特点，可为同类斜交框架桥的设计提供参考与指导。 关键词：下穿铁路；斜交框架；受力分析 中图分类号：Ｕ２４ 文献标识码：Ｃ 文章编号：１００８—３３８３（２０１６）１１—００８０—０２ １斜交框架桥受力分析方法 ３建模分析 ３．１设计荷载 通常框架桥多按照平面变形问题进行受力分 析，主要采用平面杆系软件如《地道桥ＣＡＤ系统》 进行结构计算配筋。但是对于一些斜交框架桥尤 其是大斜交角度情况下，框架桥内任一截面都存在 复杂的弯、剪、扭复合作用，受力情况非常复杂，传 统的结构力学结合平面杆系有限元计算方法已不 符合大斜交角度框架桥的受力特点，其计算结果与 工实受力状态误差较大，无法满足工程实际需 要。因此对于此类斜交框架桥有必要建立其三维 空问计算模型，并合理的对荷载和约束在空问上进 行简化，以研究结构的空间力学特性。 本文借助于桥梁有限元分析软件Ｍｉｄａｓ Ｃｉｖ— ｉ１２０１５建立大斜交角度框架桥三维空间模型。按照 结构模型、几何特性、边界条件等与实际结构一致， 同时可正确反映各工况下结构受力特性和荷载状 况的原则，采用空间板单元模拟，底板与土的相互 作用按文克尔弹性地基模型建立，并在模型中采用 面弹性支撑，用受压弹簧模拟弹性地基。 ２工程概况 包括：①恒载：框架桥自重、二期恒载、侧墙土 压力；②铁路活载：中一活载（２００５）、列车冲击力、 列车活载土压力；③城市活载：城一Ａ；④其他：混凝 土收缩徐变、温度效应。 ３．２结构模型 通过桥梁有限元软件Ｍｉｄａｓ Ｃｉｖｉｌ２０１５建立全 桥模型，研究其空间受力特性。结构有限元模型如 图１，其中板的面内外厚度均采用实际厚度，全桥共 有６７８个节点，８９８个板单元。 ３．３荷载组合 ①恒载＋列车＋两侧活载土压力；②恒载＋两 侧活载土压力；③恒载＋列车＋单侧活载土压力④ 恒载＋单侧活载土压力⑤恒载＋汽车＋两侧活载 土压力；⑥恒载＋列车＋汽车＋两侧活载土压力。 ３．４结果分析 不同荷载组合条件下对框架桥顶、底板、边板 的影响不同，因此本文取其最不利情况进行分析， 根据跨中和支撑边的内力大小、主弯矩方向及板的 几何特性来确定合理配筋方案。图１为全桥主弯 矩图 Ｉ■冀柏“ 本工程地处河南省济源市，为温邵线罡头至李 八庄一级公路改建工程在玉阳村南下穿五三一专 用铁路，桥位处铁路位于曲线段，曲线半径３００ ｍ。 该公路下穿既有铁路采用（１２＋１２）ｍ现浇两孔连 续框架桥，道路与铁路夹角为３３．８。，箱桥按斜交角 ３２．２。设计。箱桥净空≥５．０ ｍ。箱桥结构高度 ９．５ １ＴＩ，其中箱桥顶板厚１．３ ｍ，底板厚１．４ ｍ，中墙 厚１．２ ｍ，侧墙厚１．２ ｍ。该箱桥由于斜交角度较 大， 因此决定采用直角补齐、异性正交设计的方 法，以改善结构整体受力，避免外部扭转引起的不 利影响和斜交应力集中问题。 收稿日期：２０１６—０３—１１ １Ｉ日：Ｈ ’ ．．ｔｍ Ｉ｝＝｛ ＩＩ＿Ｉ： Ｊ 图１ 弯矩图 根据图１所示，可以得出该斜交框架桥的力学 特性如下： 作者简介：张超（１９８９一），男，河南孟州人，助理工程师，研究方向：桥梁设计。 ・８０・ 第１１期 张超：下穿铁路斜交框架桥受力分析 总第２７３期 （１）内力分布不均匀主要出现在该框架桥的顶 板和底板区域，而且在侧墙和顶、底板连接处内力 较大； （２）框架桥顶板和底板钝角处有最大正弯矩 能会产生交叉裂缝，因此在顶板与竖墙相交处增设 加强钢筋，加强钢筋可以起到更好的固定轴向钢筋 作用，从而减少相交处裂缝的产生。 ４结．（红色部分）存在，框架桥跨中部分存在最大负弯 矩； 论 （３）主弯矩方向呈现出垂直于边墙的特点，且 顶板与中墙连接处弯矩大于顶板与边墙连接处弯 矩值； （４）在顶板和竖墙连接部位正弯矩和负弯矩大 小都呈现出由钝角处向锐角处逐渐减小的趋势。 本文作者根据从空间有限元模型受力特性分 析结果总结出如下几点斜交角度框架桥的配筋特 点： ①顶底板内主筋应伸到立墙内，且与立墙内竖 向主筋焊接，形成封闭式主筋，这样有利于结构抗 扭。 ②顶底板在钝角处会产生较大的正弯矩，而且 与框架桥跨径方向并不一致。因此可在顶底板钝 角位置垂直于平分线方向增设加强钢筋，以承受正 斜交框架桥的受力特性和正交框架桥比起来 还是存在较大差别，其在钝角处承受了较大的弯 矩、剪力及扭矩，若按照常规正交框架桥采用平面 框架结构进行计算分析，所得结果误差会很大。同 时为避免由于斜交角度过小而出现应力集中和外 部扭转问题，可在框架桥两端采取直角补齐、异性 正交设计以改善结构受力性能。随着下穿铁路斜 交框架桥的日益增多，应根据具体的斜交角度结合 有限元软件ＭＩＤＡＳ建立三维空间板单元模型，对斜 交框架结构进行力学计算分析，正确分析其受力状 况，重点关注框架桥边腹板连接处、跨中以及钝角 处内力结果，以合理指导配筋。 参考文献： 弯矩；在顶底板钝角位置下部平行于钝角平分线方 向增设加强钢筋，以承受板底拉力。 ③在顶板与竖墙相交处存在较大弯矩和剪应 力，而且这些力呈正反交替的规律作用在顶板上可 （上接第７９页） ［１］ 范军琳．大斜交角度铁路框架桥结构受力分析［Ｊ］．铁 道建筑技术，２０１０，（１０）：１９—２２． ［２］ 赵勇．下穿铁路斜交框架桥受力分析［Ｊ］．铁道勘察， ２０１５，（６）：９１—９３． ［３］周家新．下穿铁路斜角框架桥的空间结构分析［Ｊ］．铁 道建筑，２００５，（７）， 施工，可在箱体外侧制作触变泥浆套，控制好泥浆 套厚度，将其设置在各箱节处（最后一节除外），科 学确定箱节长度等参数，使前节顶力减小。 １．６其他施工技术 首先是合拢段施工，对顶箱体两端至合适位置 后，需运用暗挖法进行现浇段施工，实施格栅初期 支护，留下一定的间距，接着完成顶板、边墙与底板 施工，将中间埋入式止水带用于施工缝处。其次是 控制滑行道沉降，施工的一个关键环节就是控制顶 进过程中的沉降，确保其符合施工规范标准。开始 顶进前要将沉降值每周汇报一次，顶进后则在每日 ６点前测量与汇报顶进刃脚所在地的地面点，并告 知相关部门，其余点的测量可在其他时间完成。最 后，为避免顶进过程中土壤有较大的含水量，使施 工进度与正常顶进出土受到影响，需要在顶进前实 施水平降水，调整土壤含水量，使其达到出土要求， 并且能预防顶进时引起掌子面塌方情况。 ２ 中继间法顶推箱涵的几点施工建议 （１）勤测量。顺利开展涵节顶进施工的要点之 就是保证框架涵前端方向。技术人员完成每一镐 顶的施工效率、进度和工期产生不利影响，还会导致 箱涵位置发生水平偏移。（３）加强管棚施工。利用 涵顶超前大管棚支护顶进框架式隧道，根据施工现场 的实际情况、工程规模大小等科学选择螺旋钢管型 号、棚管数量与长度，确定管中心距、管棚打设精度等 参数。进行管棚施工时，首先要对管棚标高加以控 制，避免管棚底标高比箱涵顶面标高低。其次，控制 好管棚注浆压力，以免导致地面发生隆起现象；（４） 最后，回拖棚管时应避免破坏管鹏。（５）“纠正轴线 偏差。顶进施工时，左右偏差十分常见，在调整时可 以采取将一侧楔紧，另一侧留出空隙，超欠挖土和增 减一侧顶力等。（６）纠正高程偏差。 ３结语 综上所述，中继间法顶推箱涵的主要施工技术 包括设计顶镐位置，布置工作坑与涵节预制场地， 制作、顶推与推进框架涵，框架涵就位，减少箱体顶 进摩阻力，控制滑行道沉降与合拢段施工等。为了 达到良好的施工效果，提高施工效率和质量水平， 施工人员要勤测量、严格控制小导洞工字钢标高、 加强管棚施工与及时纠正轴线和高程偏差，提高企 业的经济效益。 参考文献： ［１］ 黄波．浅埋大跨径箱涵暗挖顶推施工技术［Ｊ］．公路 一的顶进后，都需要对框架涵前端方向进行测量。（２） 严格控制小导洞工字钢（顶面）标高。小导洞的设置 可以避免出现“扎头”现象，然而其标高假设存在误 差会影响施工顶进过程。小导洞标高除了会对箱涵 交通技术，２０１４，（２）：９４—９８． ［２］ 曹豫涛．下穿高速公路顶推箱涵设计与施工关键技术 ［Ｊ］．交通标准化，２０１０，（２２）：１１４—１１６． ．８１．
