(2)设计时速：客运专线350km。
(3)设计活载：ZK活载。
桥址处碳化环境浸染等级为T2级，地下水化学侵蚀环境浸染等级为H1。
1.3 工程地质桥址区上覆土层紧张为：第四系人工填土层(Q4ml)素填土；第四系全新统冲洪积层(Q4al+pl)粉质黏土、含砾粉质黏土、粉土、粉砂、细砂及细圆砾土；第四系坡残积层(Qel+dl)粉质黏土；下伏基岩紧张为白垩系下统石溪组(Kls)泥质砂岩、砂砾岩。
1.4 通航标准桥位处方案航道等级为Ⅲ级，通航净宽及净高哀求分别为128.5m和10m。
1.5 地震动参数地震动峰值加速度0.05g，园地种别Ⅱ类，特色周期分区一区，特色周期0.35s。
1.6 气候资料桥址处历年最热月均匀气温29.5℃，历年最冷月均匀气温5.3℃，历年极度最高温度41.8℃，极度最低温度-13.3℃。
昌景黄高铁超过昌江处采取(90+200+90)m预应力混凝土连续刚构与钢管混凝土拱组合构造，采取“先梁后拱”的施工方法，即在主梁挂篮悬臂浇筑施工完成后再进行拱肋的施工。本桥桥型支配如图1所示。
2 构造设计2.1 主梁
主梁采取单箱双室直腹板箱形截面，主梁顶宽一样平常段13.2m，中支点处考虑拱脚影响，顶宽线性变革为15.9m，箱宽均为10.8m。主梁采取C60混凝土，梁底下缘按二次抛物线变革。
为节省主梁混凝土用量，提高经济适用性，同时知足构造安全可靠性，从梁高、底板厚两方面对主梁截面尺寸进行比选。
2.1.1梁高比选对跨度180~300m的铁路大跨度梁拱组合桥梁高跨比进行调查研究，结果显示，梁高跨比紧张集中在1/18~1/20，个中主跨200m的梁拱组合桥支点梁高在10.6~12m之间。
根据本桥桥位处纵断面，当支点梁高为11.5m时，最小通航净高为10.8m，《航评报告》中哀求的桥址处最小通航净高为10m，若考虑0.5m通航净高富余量，则哀求最小通航净高为10.5m，因此，梁高比选时以11.5m作为上限值。
根据大跨度梁拱组合桥梁高跨比的调查结果，以10.5m作为下限值，对10.5，11，11.5m等3种梁高方案进行比选。
梁高比选时，梁底抛物线段理论厚度最厚处hmax取1.2m。
对3种梁高分别进行钢束支配和静力打算，结果显示，在知足主梁应力，强度及抗裂安全系数的情形下，主梁均存在受压区高度超限截面，且随着梁高的减小，超限截面急剧增多。
若要知足受压区高度不超限，则需减少顶板预应力钢束数量，但这会导致强度及抗裂安全系数小于TB10092—2017《铁路桥涵混凝土构造设计规范》(以下简称“《混规》”)规定的限值。即当主梁底板厚hmax为1.2m时3种梁高均无法知足规范哀求，需进一步对底板厚度进行比选。
2.1.2 底板厚比选对跨度180~300m的铁路大跨度梁拱组合桥梁高跨比进行调查研究，结果显示，梁底抛物线段理论厚度最厚处紧张集中在1.2~1.5m之间。根据梁高比选的结果可知，随着梁高增加，主梁受压区高度超限截面逐渐减少，主梁应力、强度及抗裂安全系数等指标也更趋近于知足规范哀求，故底板厚比选时梁高取11.5m。
梁底抛物线段理论最厚处底板厚hmax分别取1.2，1.3，1.4，1.5m等4种方案进行比选，对4种方案分别进行静力打算，主梁紧张验算结果见表1。
表中应力以受压为正，受拉为负。
由表1可知，掌握主梁设计的指标为主力工况下强度安全系数和截面受压区高度超限等2个指标。当底板厚hmax<1.5m时，主力工况最小强度安全系数不知足规范哀求，且受压区高度超限。此时，增加顶板束，虽可以提高主力工况最小强度安全系数，但由于截面受拉区钢束增多，受压区高度将进一步超限，无法知足规范哀求。
当底板厚hmax=1.5m时，主力工况最小强度安全系数知足哀求，且无受压区高度超限的截面，主梁各项指标均可知足规范哀求，因此，取底板厚hmax为1.5m。经比选确定的主梁构造尺寸见表2，主梁范例截面支配如图2所示。
图 2 主梁范例截面支配(单位:cm)
预应力混凝土桥的预应力类型及数量均较多，而支配空间有限，如何合理支配纵向、横向、竖向预应力以担保构造安全，受力合理，同时尽可能减少预应力之间的滋扰，是本桥设计过程中的一个难点。以下分别先容纵向、横向、竖向预应力钢束规格及支配特点。
2.2.1纵向预应力主梁纵向钢绞线采取17-φ15.24mm、19-φ15.24mm、23-φ15.24mm、27-φ15.24mm等4种规格的预应力钢绞线。由于顶板钢束数量较多，而顶板空间有限，故分3层进行支配，支配时除应担保构造受力合理外，还需同时知足以下几方面哀求。
(1)钢束管道间最小间距。根据《混规》哀求：“后张法构造中，当管道直径大于55mm时，不应小于0.8倍管道外径。”
(2)管道距混凝土边缘最小间隔。根据《混规》：“在构造顶面和侧面不应小于1倍管道外径，且不小于50mm，在构造底面不应小于60mm。”考虑底板下缘附近的钢束所处环境优于构造底面，且钢束支配空间有限，故底板下缘附近钢束管道距混凝土边缘按不小于60mm进行设计。
(3)螺旋筋与钢束管道、螺旋筋之间的最小间距。应确保锚具螺旋筋与相邻钢束管道、螺旋筋与相邻螺旋筋之间不发生滋扰。由于螺旋筋沿纵向有一定的分布长度，应把稳检讨螺旋筋末端是否存在滋扰问题。
(4)锚垫板距混凝土边缘最小间隔。为担保混凝土有足够的局部承压强度，锚垫板距混凝土边缘需知足一定间隔哀求，但由于近几年螺旋筋尺寸不断增大，在知足螺旋筋最小保护层厚度的情形下，一样平常混凝土局部承压均能知足哀求。
(5)预留竖向预应力的支配空间。为预留竖向预应力的支配空间，腹板束应只管即便与顶板束对齐支配，本桥主梁截面为三腹板，中腹板位置的腹板束无法与顶板束对齐支配，在支配中腹板附近的顶板束时应把稳预留出竖向预应力的支配空间。
(6)其他布局哀求。纵向预应力支配时应避开桥面附属构造预埋钢筋及泄水管，同时把稳与腹板闭合箍筋的滋扰问题。
本桥中支点截面纵向预应力钢束支配见图3。
图 3 1 / 2 中支点截面纵向预应力钢束支配(单位:cm)
2.2.2横向预应力在0号段与吊点横梁处支配横向预应力，规格均为5-ϕ15.24mm，个中，0号段采取内径90mm×19mm扁形镀锌金属波纹管成孔，吊点横梁处采取圆形镀锌金属波纹管成孔。横向预应力支配时应避开纵向和竖向预应力管道、螺旋筋及桥面泄水管。
2.2.3竖向预应力为减小主梁主拉应力，在边跨侧1~9号段，中跨侧1~11号段及0号段需支配竖向预应力，规格为1×19W-28.6mm规格的缓粘结预应力钢绞线。
竖向预应力支配时应避开横向预应力管道及螺旋筋，由于纵向预应力一样平常在节段分边界附近锚固，其螺旋筋沿纵向有一定长度，竖向预应力在纵向支配时距节段分边界应有相应间隔以避开纵向预应力螺旋筋。
2.3 拱肋拱肋采取竖直平行钢管混凝土哑铃拱，从桥面开始起拱，拱轴线为二次抛物线，两拱肋中央距11.9m，拱肋立面矢高40m，打算跨度为200m，矢跨比为1/5。
拱脚采取C60混凝土，拱肋钢管及腹腔内贯注C55自密实补偿紧缩混凝土。拱肋间设置11道桁架式横撑，横撑为空钢管，内部不添补混凝土，拱肋钢管、横撑采取Q345qD钢材。
拱脚横向宽1.9m，横向两侧边缘间隔拱肋钢管0.35m。主桥拱肋支配如图4所示。
图 4 (90+200+90) m 连续刚构拱拱肋支配(单位:cm)
对我国铁路大跨度梁拱组合桥拱肋矢高-跨度比进行调查研究创造，拱肋的高跨比紧张集中在1/55~1/65之间，本桥主跨200m，拱肋高在3.1~3.6m之间。选取3.1，3.3，3.5m三种拱肋截面高度方案进行比选，3种方案的拱肋截面尺寸见表3。
由于本桥施工图设计时铁路行业暂无针对钢管混凝土拱桥的设计规范，因此，按照GB50923—2013《钢管混凝土拱桥技能规范》(以下简称“《拱规》”)，对3种方案的拱肋进行承载能力极限状态强度及稳定性检算。
根据《拱规》第5.1.4条：“钢管混凝土拱肋强度打算应包括拱肋各组成构件，稳定打算应该包括各组成构件与拱肋整体。”由于哑铃形拱肋受腹板约束，单肢稳定性不掌握设计，因此，对拱肋进行单肢强度、整体强度、整体稳定的检算。
3种方案的检算结果见表4~表6。
由于本桥利用容许应力法进行设计，为便于表述，将强度、稳定的检算结果用安全系数表示，而《拱规》基于极限状态法，须要将《拱规》中的检算指标等效为安全系数的形式。《拱规》承载能力极限状态打算时式5.1.3-1哀求γ0S≤R，相称于R/γ0S≥1，即安全系数应不小于1。
其余，由于容许应力法未考虑荷载分项系数，因此，安全系数限值需按考虑荷载分项系数进行提高，参照JTGD60—2015《公路桥涵设计通用规范》，恒荷载分项系数取1.2，活载分项系数取1.4，构造主要性系数取1.1，安全系数应不小于1.1×(64%×1.2+36%×1.4)=1.399才等效知足《拱规》哀求。
由表4~表6可知，整体稳定检算结果最掌握设计，方案1的整体稳定检算最小安全系数为1.36，不知足《拱规》哀求，方案3的检算结果虽知足规范哀求，但其截面较大，经济指标较高。
综合比拟方案1~方案3，从知足拱肋强度、稳定性哀求及经济性等方面考虑，采取方案2的拱肋截面尺寸是较为合理的。拱肋截面尺寸见图5。
图 5 拱肋截面尺寸(单位:cm)
2.4 吊杆吊杆采取整束挤压钢绞线，吊杆纵向间距9.0m，共设20对纵向双吊杆。吊杆上端穿过拱肋，锚于拱肋上缘张拉底座，下端锚于吊点翼缘与腹板相交处固定底座。吊杆设磁通量传感器以便于施工过程及运营阶段吊杆力的监测。
吊杆张拉采取从拱脚至拱顶交替张拉顺序进行吊杆张拉。
2.5 支座支座支配尽可能靠近腹板中央，同时知足支座中央线至梁体混凝土边缘的最小间隔哀求。本桥主梁采取三腹板的单箱双室截面，在边支点横向设置3个支座，中央距为4.55m。支座吨位应知足主附工况下竖向承载力及设计地震浸染下横向水平力的哀求。
支座位移量根据考虑上支座板预偏后的最大/最小位移进行选择。
2.6 主墩对主墩墩高、纵横向尺寸等参数进行比选，结果显示，主墩参数对主梁受力及徐变影响均较小，同时由于桥址处地震设防烈度不高，主墩参数变革时主墩受力及裂痕等指标知足《混规》哀求，且均留有一定富余量。
参考大跨度连续刚构拱桥桥墩常用的构造尺寸，并知足航评中通航净宽哀求，本桥主墩采取双肢薄壁圆端形桥墩，中央距6.4m，壁厚2.0m，2#、3#号墩墩高均为27m。主墩墩顶以下2.2m范围采取C60混凝土，并同主梁一起浇筑，别的部分采取C50混凝土。
为减小主墩混凝土用量，主墩采取横桥向放坡，纵桥向不放坡的形式。横桥向顶宽13.8m，向下逐渐减小至10m，墩底段2m范围横向宽由10m增加至12m，同时壁厚由2m增加至3m。主墩单肢薄壁墩构造如图6所示。
图 6 单肢薄壁墩构造(单位:cm)
3 打算模型及荷载采取有限元软件MIDAS/Civil建立全桥打算模型。主梁、桥墩、承台、拱脚、拱肋、横撑各杆件均采取三维梁单元仿照。钢管混凝土拱肋采取“双单元、共节点”方法仿照，吊杆采取桁架单元仿照，仅考虑轴向的拉伸刚度。全桥打算模型见图7。
图 7 全桥有限元模型
打算荷载紧张包括：构造自重、二期恒载、混凝土紧缩徐变、根本不屈均沉降、列车活载、列车横向摇摆力、温度荷载、风荷载、制动力、船舶撞击力及地震浸染等。
主梁、拱肋、吊杆横撑平分离以主力、主力+附加力作为荷载组合，取最不利组合进行设计。桥墩分别以主力、主力+附加力、主力+分外荷载、地震浸染等作为荷载组合，取最不利组合进行设计。
4 构造剖析及打算结果采取有限元软件MIDAS/Civil、BSAS对构造各构件进行受力性能及变形打算剖析。由于本桥施工图设计时暂无针对钢管混凝土构造的铁路规范，因此，拱肋以《拱规》为准进行检算，对付拱肋以外的别的构造则采取TB10002—2017《铁路桥涵设计规范》(以下简称“《设计规范》”)、《混规》、TB10091—2017《铁路桥梁钢构造设计规范》(以下简称“《钢规》”)等铁路规范进行检算。
4.1 主梁强度、抗裂性与应力运营阶段，刚运营阶段主梁强度、抗裂性与应力的检算结果分别见表7、表8。
由表7、表8可知，运营及刚运营阶段主梁强度、抗裂性与应力结果均知足《混规》哀求。刚运营阶段指施工完二期后立即进走运营的阶段，此时紧缩徐变效应未完备产生，根本不屈均沉降按运营阶段的一半考虑。
从表中看出，该阶段主梁受力与运营阶段稍有差异，对付强度安全系数，刚运营阶段更掌握设计，而对付抗裂安全系数则是运营阶段更掌握设计。
4.2 主梁变形4.2.1竖向挠度主梁竖向挠度见表9，表中挠度以向上为正，向下为负。由表9可知，主梁竖向挠度知足《设计规范》哀求。
4.2.2梁端竖向转角
活载静力浸染下梁端竖向折角：正弯0.559‰，反弯-0.266‰，均小于限值1.0‰，知足《设计规范》哀求。
4.2.3主梁横向位移运营阶段在列车摇摆力、风力及温度浸染下，主梁构造横向最大位移为16.9mm<L/4000(L为梁跨长度)=50mm，知足《设计规范》哀求。
4.2.4主梁徐变运营30年阶段主力徐变边跨最大为4.0mm，中跨最大为3.8mm，中跨跨中为0.9mm，均小于20mm，知足《设计规范》哀求。
4.3 支座选型运营阶段边墩竖向反力见表10。
本桥边墩横向设置三支座，采取TJQZ-通桥8361-6000-0.2g，支座竖向承载力知足哀求。设计地震浸染下，边墩横向反力为1738.4kN，支座设计地震浸染下水平容许承载力为2700kN，知足哀求。
支座预偏量按施工二期阶段位移+0.5倍紧缩徐变位移量进行设置，本桥1、4号墩支座预偏量分别为-47.8mm，47.9mm(以从1号墩向4号墩方向为正)，考虑上支座板预偏后支座最大位移为±81.7mm，故支座位移量选择±150mm知足哀求。
4.4 拱肋检算4.4.1拱肋应力检算(1)拱肋钢管应力
运营阶段拱肋钢管应力见表11，表中应力以受压为正，受拉为负。
由表11可知，运营阶段拱肋钢管应力知足《钢规》哀求。
(2)拱肋混凝土应力
运营阶段拱肋混凝土应力见表12，表中应力以受压为正，受拉为负。
由表12可知，运营阶段拱肋混凝土压应力及剪应力均知足《混规》哀求；拉应力在一样平常段小于1.7MPa，知足《混规》哀求，在拱脚处局部较大达到3.7MPa旁边，超过限值。通过在拱脚附近局部设置16根直径32mm纵向钢筋分担拉应力，如图8所示。
经打算，钢筋应力为139MPa，小于限值320MPa，知足《混规》哀求。
4.4.2拱肋强度及稳定性检算根据《拱规》对拱肋单肢强度、整体强度及稳定进行检算，检算结果知足规范哀求，详见“2.3节中拱肋截面高度比选”。
4.5 拱肋稳定打算4.5.1拱肋面内稳定性拱肋面内弹性稳定系数根据《设计规范》5.3.7条按承受最大水平推力的中央受压杆件进行检算，本桥拱肋为柔性拱肋，梁与拱在连接处视为固接。经打算，拱肋面内弹性稳定系数为4.73>4，知足《设计规范》哀求。
4.5.2拱肋面外稳定性拱肋面外稳定性一样平常按照空间程序求解，拱肋的弹性整体稳定系数不小于4。采取MIDAS/Civil进走运营阶段、吊杆张拉阶段、拱肋混凝土贯注阶段的拱肋稳定剖析，一阶稳定系数分别为5.95，6.53，7.29，均知足《设计规范》哀求。
4.6 吊杆检算除拱脚处吊杆D1外别的吊杆规格均采取GJ15-12，拱脚处吊杆D1由于最先张拉，成桥吊杆力偏低，按成桥吊杆力约为0.1倍破断力进行设计，D1的吊杆规格采取GJ15-10。
经打算，主力、主+附工况下吊杆的最小安全系数分别为5.3，4.8，疲倦荷载浸染下，吊杆最大应力幅为129.5MPa，均知足《钢规》哀求。
4.7 桥墩检算4.7.1钢筋支配纵筋采取对称配置纵筋，纵横向均为两排，外侧为3根1束φ32mm@12.5cm，内侧为2根1束φ32mm@12.5cm。箍筋按布局哀求配置，采取φ12mm箍筋，竖向间距为10cm，箍筋配箍率为0.35%。
4.7.2桥墩紧张检算结果桥墩检算时，以0.5~2倍根本刚度进行包络打算，由于0.5倍和2倍根本刚度的检算结果差异不大，以下仅列出2倍根本刚度下的检算结果。
2倍根本刚度下桥墩在主力、主+附、主+特、多遇地震、罕遇地震浸染下的检算结果见表13。
由表13可知，各工况下混凝土压应力、钢筋拉应力，裂痕宽度、混凝土稳定压应力均知足《混规》哀求。
4.8 自振特性剖析本桥的自振特性结果见表14。
4.9 主梁是非波变形
考虑温度变革对主梁变形的影响，整体升温+局部升温浸染下，任意5m长梁段内，梁体温度浸染下最大变形为1.22mm；任意150m长梁段内，梁体温度浸染下最大变形为25.54mm。
主梁变形知足现行高铁规范短波不平顺2mm/5m指标，长波不平顺10mm/150m指标略大，在车桥耦合仿真剖析时，将温度变形引起的轨道构造变形作为轨道不平顺输入，以考虑温度变形对行车的影响。
4.10车桥耦合动力仿真结果利用桥梁构造动力剖析程序，采取空间有限元建立全桥动力剖析模型，考虑桥面初始变形(包括徐变变形、温度变形)的影响，对桥梁在CRH3客车浸染下的车桥空间耦合振动进行了剖析，评价了该桥梁方案的动力性能及列车运行安全性与舒适性。
结果表明，当CRH3高速列车以250~420km/h(设计速率段及检算速率段)通过该桥时，在所有打算工况下，桥梁的动力相应均在容许值以内，列车横、竖向振动加速度知足限值哀求，列车行车安全性能知足哀求；当CRH3高速列车以250~350km/h(设计速率段)通过该桥时，列车的运行平稳性达到“良好”标准以上；当CRH3高速列车以350~420km/h(桥梁检算速率段)通过该桥时，列车的运行平稳性达到“合格”标准以上，知足哀求。
5 结语昌景黄高铁(90+200+90)m连续刚构与拱组合体系构造，充分发挥了预应力混凝土主梁承受弯矩及钢管混凝土拱承受轴向力的特点，使得构造受力更加合理，主梁在吊杆力的浸染下弯矩大幅减小，徐变显著降落，截面高度也远小于同跨度的连续刚构。紧张结论如下。
(1)通过对10.5，11，11.5m三种梁高方案，1.2，1.3，1.4，1.5m四种底板厚方案分别进行比选，创造掌握主梁设计的指标为主力工况下最小强度安全系数及截面受压区高度是否超限，经由比选确定以11.5m为中支点梁高，以1.5m为梁底抛物线段理论最厚处底板厚，通过调度钢束支配可同时知足主梁各项验算指标。
(2)纵、横、竖向预应力钢束支配除应担保构造受力合理外，还应知足干系布局哀求，需进行全局统筹支配。本桥的预应力钢束支配可为同类工点供应有益的借鉴。
(3)对3.1，3.3，3.5m三种拱肋截面高进行打算比拟，结果表明，从知足拱肋强度、稳定性及经济性等方面考虑，拱肋截面高采取3.3m较为合理。
(4)拱肋应力检算结果表明，运营阶段拱肋钢管应力知足规范哀求；拱肋混凝土拉应力结果稍大，在一样平常段拉应力小于1.7MPa，知足规范哀求，在拱脚处局部达到3.7MPa旁边，超过限值。通过在拱脚附近局部设置16根ϕ32mm纵向钢筋办理拱肋混凝土拉应力超限问题。
(5)拱脚处吊杆D1由于最先张拉，成桥吊杆力偏低，按成桥吊杆力约为0.1倍破断力进行设计，规格采取GJ15-10，别的吊杆规格均采取GJ15-12。
本文转自《铁道标准设计》——昌景黄高铁(90+200+90) m 连续刚构拱桥设计，作者傅安民；仅用于学习分享，如涉及侵权，请联系删除！
