0 引言

T構(gòu)橋是預應力混凝土T形剛構(gòu)的簡稱，T構(gòu)橋梁部與橋墩固結(jié)，兩側(cè)梁端支承于橋墩之上，造型簡潔美觀，能較好地適應各種地形。隨著我國近年來高速鐵路的快速發(fā)展，T構(gòu)橋被廣泛應用于跨越既有公路、鐵路、溝谷橋梁中。目前國內(nèi)、外應用有很多大跨度T構(gòu)橋，日本的新干線上吾妻川橋采用了（110+110）mT構(gòu)橋，應用于山谷地形；我國的宜萬鐵路馬水河大橋采用了（116+116）mT構(gòu)橋，應用于山谷地形。T構(gòu)橋跨越鐵路時，通常先采用鐵路旁現(xiàn)澆或懸灌、再采用水平轉(zhuǎn)體方案施工。橋梁施工遠離既有線，減小對既有鐵路的運營干擾。

T構(gòu)橋主梁與橋墩固結(jié)，便于懸灌施工，省掉主墩大噸位支座，便于了后期維護。墩梁固結(jié)可減少T構(gòu)橋主梁彎矩，并且可較好控制主梁的應力及豎向變形。

本文以某客運專線不同跨度T構(gòu)橋為背景，對T構(gòu)橋梁部構(gòu)造、受力特點、梁體變形等方面進行探討，并分析設(shè)計關(guān)鍵因素。

1 設(shè)計技術(shù)標準、設(shè)計原則

某高速鐵路客運專線設(shè)計時速250km/h，雙線，有砟軌道，ZK活載。該客運專線跨越眾多既有鐵路、公路及河流，根據(jù)上跨構(gòu)筑物及場地建設(shè)條件，分別采用了多種跨度的T構(gòu)橋（見表1）。其中最小跨度為（48+48）mT構(gòu)，最大跨度為（88+88）mT構(gòu)。由表2可知本線T構(gòu)橋墩高普遍不高，且都為實體橋墩。施工方法均采用懸灌澆筑施工，部分T構(gòu)采用先懸灌施工后平面轉(zhuǎn)體施工的施工方式。

表2 不同跨度T構(gòu)基礎(chǔ)統(tǒng)計

T構(gòu)橋梁部采用C50混凝土，采用單箱單室變高度截面箱梁。各跨度T構(gòu)橋梁部支點高度如表1所示。由表1可知，中支點梁部高度的高跨比為1/9.14～1/8.63，邊支點梁部高度的高跨比為1/20.95～1/16.00。

《高速鐵路設(shè)計規(guī)范》（TB 10621—2014）7.3.2條規(guī)定，在ZK豎向靜活載的作用下，跨度不大于80m的T構(gòu)，豎向撓度應不大于1.4×L/1400；跨度大于80m的T構(gòu)，豎向撓度應不大于1.4×L/1000。梁端豎向轉(zhuǎn)角與相鄰兩孔梁間不應大于2×10-3rad。

T構(gòu)橋設(shè)計荷載、荷載組合、主要設(shè)計指標中設(shè)計安全系數(shù)及各階段應力控制、混凝土收縮徐變、預應力損失計算參數(shù)、錨下控制應力、梁體變形限值除靜活載作用下所引起的最大豎向撓度外均與預應力混凝土連續(xù)梁一樣。

2 結(jié)構(gòu)計算分析

2.1 計算模型

本線（88+88）mT構(gòu)為單箱單室、變高度、變截面結(jié)構(gòu)。梁全長為176.5m，計算跨度為（87.5+87.5）m，邊支點梁高為4.2m，中支點梁高為10.2m，邊支座中心線至梁端0.75m。箱梁頂寬12.2m，箱梁底寬7.0m。頂板厚度54～79cm；底板厚度55～155cm，按圓曲線變化至中支點梁根部，中支點處加厚到243.5cm；腹板厚70～90～110～130cm，按折線變化。

以本線（88+88）mT構(gòu)橋為例，建立橋梁平面桿系有限元模型進行分析。模型中，將樁土相互作用模擬樁基剛度，邊支點設(shè)置為活動支座，計算簡圖如圖1所示。

圖1 （88+88）mT構(gòu)橋結(jié)構(gòu)計算簡圖

2.2 計算分析

T構(gòu)橋縱向計算主要考慮恒載、預應力、列車活載、列車制動力、梁部及橋墩風力、溫度力等荷載。荷載組合按照主力、主力+附加力最不利工況控制，在主力荷載工況下，主梁應力、強度及結(jié)構(gòu)剛度主要計算結(jié)果如表3所示。由表3可知，梁體應力、強度和抗裂指標滿足規(guī)范要求，梁部靜活載豎向撓度小于限值。隨著跨度的增加，T構(gòu)橋梁端豎向轉(zhuǎn)角逐漸增大，可見豎向轉(zhuǎn)角是影響T構(gòu)橋設(shè)計的重要因素。

表3 不同跨度T構(gòu)主要計算結(jié)果

2.3 梁高分析

由表1可知，T構(gòu)橋的梁高與跨度基本成線性關(guān)系，中支點梁高的高跨比基本保持在1/9（約0.111）左右，邊支點梁高的高跨比與跨徑有一定關(guān)系。當T構(gòu)橋的跨度小于80m時，邊支點的高跨比約為1/16（約0.0625），當T構(gòu)橋的跨度大于等于80m時，邊支點的高跨比約為1/20（約0.05）。因此，小跨度T構(gòu)橋的邊支點梁高存在一定的優(yōu)化空間，大跨度T構(gòu)橋的梁高選取具有控制性的作用。

表1 不同跨度T構(gòu)梁部統(tǒng)計

2.4 梁端轉(zhuǎn)角、豎向撓度分析

以本線（88+88）mT構(gòu)橋的梁高變化作為研究對象，分析梁體高度對梁端豎向轉(zhuǎn)角、梁體豎向撓度的影響。本線（88+88）mT構(gòu)中支點梁高10.2m，邊支點梁高4.2m。

在保持橋墩及基礎(chǔ)不變的條件下，我們分兩種情況對梁體豎向轉(zhuǎn)角的影響進行分析。第一種情況，我們同時增高或減小梁體的高度，第二種情況我們保持中支點梁高不變，僅增加或減少邊支點梁體的高度（梁底高度仍按圓曲線變化）。兩種情況下的計算結(jié)果可見表4。由表4可知，隨著梁高的增加，T構(gòu)橋的梁端轉(zhuǎn)角及梁體豎向撓度都有所減少。當中支點梁高不變，邊支點梁高增加時，梁端豎向轉(zhuǎn)角明顯減小。由此可知，T構(gòu)橋邊支點的梁高，對T構(gòu)橋梁端豎向轉(zhuǎn)角的影響很大，如果需改善T構(gòu)橋梁端豎向轉(zhuǎn)角，可適當增加T構(gòu)橋邊支點梁高。

表4 梁高變化對梁端豎向轉(zhuǎn)角、跨中豎向撓度的影響

2.5 橋墩形式

本線T構(gòu)橋橋墩普遍不高，多采用矩形實體墩。當T構(gòu)橋位于河谷或有景觀要求時，也可采用圓端形橋墩或圓形墩，可根據(jù)墩高采用實體橋墩或空心橋墩。

T構(gòu)橋主墩剛度對橋梁豎向剛度具有影響，T構(gòu)橋的縱向剛度主要來自墩身的縱向抗推剛度。T構(gòu)橋的橫向剛度由墩身、基礎(chǔ)、梁體的橫向剛度共同決定。高速鐵路對于T構(gòu)橋墩梁共同受力結(jié)構(gòu)的主墩并沒有規(guī)定縱橫向剛度的具體數(shù)值，而是針對不同跨度、不同墩高、不同墩型、不同基礎(chǔ)的具體情況進行計算，以滿足高速鐵路對T構(gòu)橋變形限值要求為準。

3 經(jīng)濟性分析

將T構(gòu)橋與同等跨度的連續(xù)梁橋梁部每延米混凝土指標進行對比，結(jié)果可見表5。T構(gòu)橋與連續(xù)梁橋的預應力鋼絞線指標一般為50kg/m3左右，鋼筋指標一般為180 kg/m3左右。由表5可知，主跨48～88m的連續(xù)梁橋每延米混凝土指標在11.0～16.9m3/m，跨度48～88m的T構(gòu)橋每延米混凝土指標在15.0～25.0m3/m。同等跨度條件下，T構(gòu)橋的每延米混凝土指標明顯高于連續(xù)梁橋每延米混凝土指標。隨著跨度的增大，T構(gòu)橋的每延米混凝土指標增加的也越明顯。由此可見，當T構(gòu)橋的跨度在80m以下時，每延米混凝土指標較為合理，經(jīng)濟性較好，當T構(gòu)橋的跨度大于80m時，T構(gòu)橋的混凝土指標增長較大，經(jīng)濟性較差。

表5 不同跨度T構(gòu)橋、連續(xù)梁橋指標統(tǒng)計

4 結(jié)束語

本文通過對比某高速鐵路客運專線T構(gòu)橋的技術(shù)標準、結(jié)構(gòu)參數(shù)、主要技術(shù)參數(shù)、工程數(shù)量等數(shù)據(jù)，得出下列結(jié)論：

①T構(gòu)橋梁體結(jié)構(gòu)高度與跨度基本呈現(xiàn)線性相關(guān)，中支點處梁高與跨度之比為1/9、邊支點處梁高與跨度之比為1/16取值較為合理。

②邊支點梁端豎向轉(zhuǎn)角受梁高影響較大，通過增加梁高尤其是邊支點梁高，可有效控制T構(gòu)橋梁端豎向轉(zhuǎn)角。

③T構(gòu)橋跨度選取不宜過大，最好應用在80m以下跨度，經(jīng)濟效果更好。

④T構(gòu)橋中墩作為T構(gòu)橋共同受力結(jié)構(gòu)，應結(jié)合橋梁跨度、墩高等建設(shè)條件，選取合適的墩型及基礎(chǔ)尺寸，以滿足T構(gòu)橋變形限值的要求。