２０１３年２月 第４卷第１期 高速铁路技术 Ｎｏ．１，Ｖｏ１．４ ＨＩＧＨ ＳＰＥＥＤ ＲＡＩＬＷＡＹ ＴＥＣＨＮ０Ｌ０ＧＹ Ｆｅｂ．２０１３ 文章编号：１６７４—＿８２４７（２０１３）０１—００６６—０５ 客运专线中异形框构桥设计 吴长发 （铁道第三勘察设计院集团有限公司， 天津３００１４２） 摘要：随着铁路建设的不断发展，铁路与公路、铁路与铁路互跨现象越来越多，并且控制因素较为复杂，给铁 路选线带来一定困难。框构桥由于具有建筑高度低、断面轻巧，总体布置灵活，对地基承载力要求低，抗震性、 整体性能好，施工方便，在城市道路穿越铁路立交工程中或在铁路既有桥改造工程中，被广泛采用。结合新建 铁路天津机场线工程中骆驼房子１号框构桥工程实例探讨异形框构设计中应注意的几个设计要点。 关键词：客运专线；异形框构；设计要点 中图分类号：Ｕ４４８．２１ ３ 文献标识码：Ａ Ｄｅｓｉｇｎ Ｅｓｓｅｎｔｉａｌｓ ｏｆ Ｓｐｅｃｉａｌ－ｓｈａｐｅｄ Ｆｒａｍｅ Ｂｒｉｄｇｅｓ ｏｎ Ｐａｓｓｅｎｇｅｒ Ｄｅｄｉｃａｔｅｄ Ｌｉｎｅ ＷＵ Ｃｈａｎｇ－ｆａ （Ｔｈｅ Ｔｈｉｒｄ Ｒａｉｌｗａｙ Ｓｕｒｖｅｙ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３００１４２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｒａｉｌｗａｙ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｔｈｅｒｅ ｉｓ ｍｏｒｅ ａｎｄ ｍｏｒｅ ｒａｉｌｗａｙ—ｈｉｇｈｗａｙ ｏｒ ｒａｉｌｗａｙ— ｒａｉｌｗａｙ ｍｕｔｕａｌ ｃｒｏｓｓｉｎｇ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｆａｃｔｏｒｓ ａｒｅ ｕｓｕａｌｌｙ ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ，ｍａｋｉｎｇ ｔｈｅ ｒａｉｌｗａｙ ｒｏｕｔｅ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｄｉｉｃｕｌｆｔ． Ｆｒａｍｅ ｂｒｉｄｇｅ ｉｓ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｃｈａｎｇｅ ｐｒｏｊｅｃｔ ｏｆ ｕｒｂａｎ ｒｏａｄ ｃｒｏｓｓｉｎｇ ｒａｉｌｗａｙ ｏｒ ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ ｒａｉｌｗａｙ ｂｒｉｄｇｅ ｄｕｅ ｔｏ ｉｔｓ ｌｏｗ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｈｅｉｇｈｔ，ｌｉｇｈｔ ｓｅｃｔｉｏｎ，ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｏｖｅｒａｌｌ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ，ｌｏｗ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｆｏｒ ｔｈｅ ｂｅａｒｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ，ｓｕｐｅｒｉｏｒ ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ａｎｄ ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ａｎｄ ｅａｓｙ ｃｏｎｓｔｕｃｔｉｏｎ．Ｉｎ ｔｈｉｒｓ ｐａｐｅｒ，ｓｏｍｅ ｋｅｙ ｄｅｓｉｇｎ ｐｏｉｎｔｓ ｉｎ ｓｐｅｃｉａｌ—ｓｈａｐｅｄ ｆｒａｍｅ ｂｒｉｄｇｅ ａｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ，ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｗｉｔｈ Ｌｕｏｔｕｏｆａｎｇｚｉ Ｎｏ．１ ｆｒａｍｅ ｂｒｉｄｇｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ ｉｎ Ｔｉａｎｊｉｎ ｎｅｗｌｙ—ｂｕｉｌｔ ａｉｒｐｏｒｔ ｌｉｎｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐａｓｓｅｎｇｅｒ ｄｅｄｉｃａｔｅｄ ｌｉｎｅ；ｓｐｅｃｉａｌ－ｓｈａｐｅｄ ｆｒａｍｅ ｂｒｉｄｇｅ；ｄｅｓｉｇｎ ｅｓｓｅｎｔｉａｌｓ １ 工程总体情况 １．１ 工点概况 （２）设计速度：设计速度目标值３５０ ｋｍ／ｈ； （３）轨道标准：铺设无缝线路段，钢轨６０ ｋｇ／ｍ； （４）轨道类型：Ⅱ型板式无砟轨道； （５）设计荷载：ＺＫ活载； 新增天津机场线自京津城际延伸线机场西线路所 引出，机场右线于本工程处下穿城际延伸线，交叉角度 （６）线路平面：直线。 １．２．２工点处机场线技术标准如下： （１）铁路等级：高速铁路，单线； （２）设计速度：设计速度目标值１６０ ｋｍ／ｈ； （３）轨道标准：铺设无缝线路段，钢轨６０ ｋｇ／ｍ； 为１５。４９ 。城际延伸线原设计为３２ ｍ简支梁跨，相邻 的部分墩台已施工，目前采用框构形式穿越，平面布置 形式如图１所示。 １．２主要技术标准 １．２．１ 工点处京津城际延伸线技术标准有： （１）铁路等级：高速铁路，双线，线间距５．００ ｍ； 收稿日期：２０１２－０９－１９ （４）轨道类型：Ⅱ型板式无砟轨道； （５）设计荷载：ＺＫ活载； （６）线路平面：曲线，半径Ｒ：５００ ｍ。 作者简介：吴长发（１９８０一），男，工程师。 第１期 吴长发：客运专线中异形框构桥设计 ２０１３年２月 图１框构桥平面布置图（单位：ｃｍ） １．３设计方案 心力及列车侧向风力。 机场右线和城际延伸线线位标高受立交、河道等 因素影响，净空受控制，应最大限度地减小城际延伸线 下结构高度。原简支梁、框架墩方案、空间刚架等方案 ２．１．２地质资料 桥址区地下水位埋深０．７～１．２ ｍ。地下水主要 受大气降水及河水补给，以蒸发方式排泄，稳定水位季 节变化幅度１～３ ｍ。基底所在土层为淤泥质黏土，基 本承载力较低。 ２． ３地基处理 均不能满足净空要求。框构形式整体性好、总体布置 灵活、建筑高度低，可满足机场右线净空要求。两线交 叉角度仅有１５。４９ ，超出常规框构桥设计角度，采用变 跨度框构形式，顺线路布置（如图１）。框构结构分为 ６节，长度在１３．４—１５．５ ｍ之间，两侧与桥台相接，顶 地基采用直径８０ ｃｍ钻孔灌注桩处理，桩间距 ２．２０ ｍ。 板、边墙厚度均为１ ｍ，底板厚度为１．２ ｍ。横断面示 意如图２所示。 垄塑．ｊ １． 查垡 ２・ 采用面弹性支撑来模拟地基土对框构底板的作用口撑来模拟地基土对框构底板的作用， －， 利用地基反力系数乘以相应节点的有效面积作为地基 的弹性支撑刚度。地基反力系数取９ Ｘ １０ ｋＮ／ｍ。。 ２．２有限元模型 为便于分析，采用ＭＩＤＡＳ分析软件对６节框构分 别建立空间有限元模型，进行结构受力、变形、位移分 析。框构采用板单元，结构基底采用面弹性支撑模拟 弹性地基，在基底与支撑面之间加弹性连接，弹性支撑 刚度为竖向地基系数Ｃ 与相应节点的有效面积的乘 积。在基底节点加顺桥向（沿铁路方向）、横桥向 水平约束，基底沿顺桥向所有节点加横桥向的水 平约束。同时考虑框构端墙封堵及顶板加厚。计算模 图２框构桥横断面示意图（单位：ｃｍ） 型如图３所示。 ２结构有限元模型 ２．１主要设计参数 ２．１．１ 荷载 （１）活载：机场右线和城际延伸线均为ＺＫ活载； ３ 设计要点 ３．１ 结构主体挠度 上跨的城际延伸线与框构沉降缝交叉角度为 ９０。，沉降缝两侧框构顶板挠度差会直接影响轨道平顺 性。设计重点分析了线下处框构顶板的挠度变形，分 为框构顶板等厚度、框构端部不增设竖墙和端部顶板 加厚、增设竖墙２种情况，通过对比分析确定实施 方案 （２）混凝土收缩：按照降低温度１５℃； （３）整体升降温：±２０％； （４）同时考虑自重、二期荷载、制动力、摇摆力、离 第１期 吴长发：客运专线中异形框构桥设计 ２０１３年２月 变形量进行控制。 （４）结构的不对称性，决定了结构受力较为复杂， 应加强框构主体纵、横向配筋检算，增加构造钢筋，做 —茸 到即满足结构承载力、抗裂要求，又达到节约资源，减 田 萎列 图ｌ０③节结构边墙、中墙弯矩图 图１１③节结构顶底板弯矩图 一致导致轨下挠度差较大，影响列车平顺性及旅客舒 曩 小。根据计算，顶板厚度对顶板变形不及跨度影响显 著，如沉降缝与线路交叉角度较大时，应尽量选取小跨 度结构，以减小沉降缝两侧挠度差。 （２）框构口设置竖墙会改变边墙受力形式，易产 生应力集中，可采取分隔缝释放应力。 （３）本工程中６节框构顶底板均存在较为明显扭 矩，并且最大值和最小值均位于结构同一侧，显著影响 轨道不平顺性。所以，应对一线２根钢轨的竖向相对 少投资的目的。 参考文献： ［１］ＴＢ １０６２１－２００９高速铁路设计规范（试行）［ｓ］． ＴＢ １０６２１—２００９ Ｃｏｄｅ ｆｏｒ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ Ｒａｉｌｗａｙ（Ｔｒｉａ１） ［ｓ］． ［２］ＴＢ １０００２．１—２００５铁路桥涵设计基本规范［ｓ］． ＴＢ １０００２．１—２００５ ＦｕｎｄａｍｅｎｔＭ Ｃｏｄｅ ｆｏｒ Ｄｅｓｉｎｇ ｏｎ Ｒａｉｌｗａｙ Ｂｒｉｄｇｅ ａｎｄ Ｃｕｌｖｅｒｔ［Ｓ］． ［３］ＴＢ １０００２．３—２００５铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设 计规范［ｓ］． ＴＢ １０００２．３—２００５ Ｃｏｄｅ ｆｏｒ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｎ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ａｎｄ Ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ Ｒａｉｌｗａｙ Ｂｒｉｄｇｅ ａｎｄ Ｃｕｌｖｅｒｔ［ｓ］． ［４］ＴＢ １０００２．５—２００５铁路桥涵地基和基础设计规范［ｓ］． ＴＢ １０００２．５—２００５ Ｃｏｄｅ ｆｏｒ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｎ Ｓｕｂｓｏｉｌ ａｎｄ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｏｆ Ｒａｉｌｗａｙ Ｂｒｉｄｇｅ ａｎｄ Ｃｕｌｖｅｒｔ［ｓ］． ［５］ 铁道第三勘察设计院．桥涵地基和基础一铁路工程设计技术手册 ［Ｍ］．北京：中国铁道出版社，２００２． Ｔｈｅ Ｔｈｉｒｄ Ｒａｉｌｗａｙ Ｓｕｒｖｅｙ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ．Ｓｕｂｓｏｉｌ ａｎｄ Ｆｏｕｎｄａ— ｔｉｏｎ ｏｆ Ｂｒｉｄｇｅ ａｎｄ Ｃｕｌｖｅｒｔ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｃｈｉｎａ Ｒａｉｌｗａｙ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｈｏｕｓｅ，２００２． ［６］冯卫星，王克丽．地道桥设计与施工［Ｍ］．石家庄：河北科学技术 出版社，２０００． Ｆｅｎｇ Ｗｅｉｘｉｎｇ，Ｗａｎｇ Ｋｅｌｉ．Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｃｏｎｓｔｕｒｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｕｎｄｅｒｐａｓｓ Ｂｒｉｄｇｅ［Ｍ］．Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ：Ｈｅｂｅｉ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｈｏｕｓｅ，２０００． ［７］王敏．防止框架结构混凝土裂缝的措施［Ｊ］．铁道建筑技术，２００４ （２）：６３—６４． Ｗａｎｇ Ｍｉｎ．Ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ Ｍｅａｓｕｒｅｓ ｆｏｒ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｃｒａｃｋｓ ｉｎ Ｆｒａｍｅ Ｓｔｒｕｃ— ｔｕｒｅ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｒａｉｌｗａｙ Ｃｏｎｓｔｕｒｃｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００４（２）： ６３一ｆ；４
