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来源：职称驿站所属分类：建筑设计论文 发布时间：2012-08-21浏览：79次
摘要：某新建铁路特大桥41号墩采用框架墩形式跨越既有准东铁路，本文就该框架墩的内力计算，分别采取midas及Bsas程序建模进行计算及校核，并对横梁、墩柱及桩基检算进行探讨。
关键词：框架墩，横梁，墩柱，桩基
一、概述
（一）项目概况
某新建铁路等级为国铁I级，设计时速120km/h，预留160km/h条件，为双线铁路。此新建铁路特大桥与准东双线铁路斜交35°，原设计采取一联（48+80+48）m连续梁跨越既有准东铁路，现受工期制约较大，故该桥变更为40、41号墩采用框架墩形式跨越准东双线，上部结构为（16+24）m不等跨预应力混凝土简支梁。
（二）墩部构造
框架墩横梁部分采用预应力结构，其余部分均采用钢筋混凝土结构。横梁高2.6m，与墩柱相接的部分加厚至3.1m；墩柱截面型式为280x280cm矩形，墩柱间距为25.5m，41号墩柱左侧高为13m，右侧高为17m；承台高3.0m，截面型式为6.6x6.6cm矩形；桩基各为4根1.5m钻孔灌注摩擦桩，桩长分别为29m和31.5m。具体见图1.
图1框架墩立面图
（三）建筑材料选用
1.混凝土
横梁及墩柱顶面以下1.5m范围内采用C50混凝土，墩柱部分采用C40混凝土承台及桩基部分采用C30混凝土。
2.预应力
2.1钢绞线：采用低松驰高强预应力钢绞线15-Φj15.24和17-Φj15.24；
2.2预应力筋管道：采用Φ内100mm塑料波纹管。
2.3普通钢筋：
HPB235级钢筋应符合《钢筋混凝土用钢第一部分：热轧光圆钢筋》（GB1499.1）、HRB335级钢筋应符合《钢筋混凝土用钢第二部分：热轧带肋钢筋》（GB1499.2）。
二、主要设计技术标准
1.设计活载:ZH活载。
2.恒载：
框架自重：横梁混凝土容重：γ=26.5KN/m3；墩柱及承台混凝土容重：γ=25.0KN/m3。
上部结构恒载：按小里程侧16m梁设计，大里程侧24m梁设计。
2.1二期恒载+梁重：
每个支座竖向力为1559.7KN，弯矩为-11.89KN.M。
2.2横梁顶帽梁加高部分：竖向力R1=18.55KN/m，弯矩为-14.84KN.M。
3.列车活载：
冲击系数：1+12/（30+16）=1.26。
单孔重载情况：每个支座竖向力R为871.56KN，弯矩M为217.89KN.M。
双孔重载：每个支座竖向力R为1240.72KN，弯矩M为-190.664KN.M。
4.混凝土收缩徐变、预应力设计参数：按相关规范执行。
5.计算温度荷载：系统升温25°，降温30°。
6.支座沉降按1cm考虑。
7.制动力或牵引力：考虑任意一线满载时的制动力。
8.横向摇摆力：考虑100kN的横向摇摆力。
9.风荷载：横向考虑列车风荷载和梁体风荷载，纵向考虑帽梁风荷载。
10.地震力：分多遇和罕遇地震按反应谱理论施加，特征周期0.35s，多遇地震峰值加速度为0.04g，罕遇地震峰值加速度为0.21g。
11.无缝线路长钢轨力：伸缩力、挠曲力、断轨力。
12.考虑增建二线活载土压力。
三、结构模型建立及结构检算
共分51个单元，54个节点，其中梁单元33个，墩柱单元18个。墩梁固结处采用刚性连接处理，考虑1.5m自由桩长。
（一）荷载组合
组合Ⅰ：主力=自重＋二期恒载＋预加力+收缩徐变+列车活载（恒载形式加载）+支座沉降+横向摇摆力
组合Ⅱ：主力=恒载+4股钢轨作用在桥梁的伸缩力
组合Ⅲ：主力+附加力，其中附加力包括：整体升、降温，制动力或牵引力，风荷载
组合Ⅳ：主力+地震力，其中活载为单线静活载，地震力为有车地震力和无车地震力的包络。
（二）计算简图：
1.模型图2.离散图
（三）横梁计算
横梁控制截面的应力、强度等情况见表1：
表1横梁控制截面的应力、强度
荷载组合 上缘最大Mpa 上缘最小Mpa 下缘最大Mpa 下缘最小Mpa 最大剪应力Mpa 最大主应力Mpa 最小主应力Mpa 强度安全系数 抗裂安全系数
主力 9.76 2.86 6.14 1.24 0.95 10.17 -0.4 2.25 1.37
主+附 10.43 2.58 6.4 0.51 0.95 10.64 -0.59 2.16 1.31
（四）墩柱检算（按偏心受压构件检算）
1.墩柱配筋：
墩柱纵横向均采用单根布置，间距10cm，钢筋直径28mm，每边28根钢筋；墩柱顶与底均采用双根一束加强。
2.计算成果整理
2.1由内力表中查得：
2.1.1墩柱顶控制内力：
主力：N=7108.55KNMy=11639.17KN•mMz=360.4KN•m（左柱横向控制）
主+附：N=7169.32KNMy=12984.83KN•mMz=360.4KN•m（左柱横向控制）
主+地：N=9853.85KNMy=30269.72KN•mMz=299.26KN•m（右柱横向控制）
主+地：N=10638.85KNMy=20669.77KN•mMz=291.07KN•m（右柱柱顶以下4m处内力）
2.1.2墩柱底控制内力：
主力：N=8214.14KNMy=10066.54KN•mMz=998.09KN•m（左柱横向控制）
主+附：N=9135.48KNMy=15519.9KN•mMz=2268.17KN•m（左柱横向控制）
主+地：N=13191.42KNMy=11684.71KN•mMz=264.47KN•m（右柱横向控制）
在各种荷载组合工况下，由于墩柱底截面内力均小于墩柱顶截面内力，所以墩柱控制截面为墩顶截面，以下仅检算墩柱顶截面强度及稳定性。
2.2利用偏心受压程序进行强度检算，墩柱通长范围采用单根一束配筋：
2.2.1主力作用下：按单根一束计算。
混凝土压应力：σ¬h=6.1046Mpa≤[σb]=13.5MPa
钢筋拉应力：σg=94.3659MPa≤[σs]=180MPa
裂缝宽度(mm)=0.09610≤［δ］=0.2mm
满足规范要求！
2.2.2主+附作用下：按单根一束计算。
混凝土压应力：σ¬h=8.2077Mpa≤[σb]=17.55MPa
钢筋拉应力：σg=132.7710MPa≤[σs]=230.0000MPa
裂缝宽度(mm)=0.13514≤［δ］=0.24mm
满足规范要求！
2.2.3主+地作用下：按单根一束计算。
混凝土压应力：σ¬h=17.3559Mpa≤[σb]=18.9MPa
钢筋拉应力：σg=453.6774MPa＞[σs]=270MPa
钢筋拉应力不满足规范要求！
由以上计算结果可知，墩柱顶截面在主+地作用下钢筋拉应力超限，不满足规范要求，所以，墩柱顶以下4m范围内拟采用双根一束配筋。
2.3利用偏心受压程序进行强度检算，墩柱顶以下4m范围内拟采用双根一束配筋：
2.3.1主+地作用下：按双根一束计算。
混凝土压应力：σ¬h=12.7653Mpa≤[σb]=18.9MPa
钢筋拉应力：σg=235.5702MPa≤[σs]=270MPa
满足规范要求！
2.3.2主+地作用下（墩柱顶以下4m处）：按单根一束计算。
混凝土压应力：σ¬h=11.4609Mpa≤[σb]=18.9MPa
钢筋拉应力：σg=218.2505MPa≤[σs]=270MPa
满足规范要求！
由以上计算结果可知，墩柱柱顶以下4m范围内采用双根一束配筋，满足规范要求。
（五）框架墩整体刚度:
顺桥向：10000/19.773=505.7kN/cm
横桥向：10000/4.992=2003.2kN/cm
（六）桩基结构检算
1.承台底截面内力见表2:
表2承台底截面反力
部位 类型 Px Py N Mx My Mz
(kN) (kN) (kN) (kN.m) (kN.m) (kN.m)
左侧 主力 -494.5 -145.4 12924.8 3466.2 -11550 -599.5
主+纵附 635 -346.3 13002.5 7013.2 -16095 -1084.7
主+横附 807.1 -145.4 13102.1 3466.2 -17578.5 -599.5
主+纵地 1890.4 -416.2 11741.3 6908.1 8792 -1149.7
主+横地 2911 -2 12267.3 265.7 18256.6 -28.6
右侧 主力 742.2 176.1 18150.4 4241.5 7892.2 -62.4
主+纵附 -861.9 -396.7 18189.2 8380 11894.5 -94.1
主+横附 -981.5 176.1 18291.9 4241.5 13069.8 -59.1
主+纵地 -1890.4 605.4 16313.8 9220.4 -12582.5 -406.5
主+横地 -2638.3 2 16843.9 257.6 -20251.9 -23.6
2.桩基检算结果见表3:
表3桩基检算结果
墩号 桩数 桩径 桩长 Ptop Pmax [P] 配筋面积 检算 控制组合
（m） （m） （kN） （kN） （kN） （cm2）
左侧 4 1.5 29 6610.42 7209.81 7774.38 46.24 通过 主+附
右侧 4 1.5 30.5 7058.33 7686.95 8419.16 46.24 通过 主+附
四、简要施工工序
框架墩施工时先进行桩基、承台等基础施工，墩柱和横梁分两次浇注，第一次浇注混凝土至墩柱顶以下1.5m的地方，第二次浇注剩下的部分，并张拉横梁预应力钢束。
五、结束语
通过以上计算分析，本框架墩结构设计安全可靠。虽然框架墩施工过程对既有线运营影响比较大，但是大大地节约了工期。故在新建铁路跨越既有铁路，线路交叉角度较小时，可借鉴本方案设计。
参考文献：
[1]铁道第三勘察设计院.TB10002.1－2005铁路桥涵设计基本规范.北京：中国铁道出版社，2005.
[2]铁道第三勘察设计院.TB10002.3－2005铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范.北京：中国铁道出版社，2005.
[3]铁道第三勘察设计院.TB10002.5－2005铁路桥涵地基和基础设计规范.北京：中国铁道出版社，2005.
[4]铁道部第四勘测设计院.桥梁墩台.北京：中国铁道出版社，1997.
《铁路桥梁框架墩设计》
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文章名称： 铁路桥梁框架墩设计
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