第六节　异型结构设计

高速铁路跨越夹角较小的既有铁路、高等级公路和城镇交通密集区域时，若采用梁式桥跨越，需采用大跨度桥梁，不仅与周边环境的协调性差，而且也不经济。另一方面，受线路走向和桥下净空的控制，常用大跨度桥梁的建筑高度和施工方法往往也不能满足现场的要求。为此，京沪高速铁路使用了空间刚架、钢门式墩、槽形连续梁、宽横梁连续梁、大跨度斜连续梁等异型结构桥梁，在铁路小角度跨越既有构筑物、有效降低线路高程、减小施工对既有道路和周边环境的影响等方面达到了较好的效果。

一、空间刚架

1.北京特大桥5-26m空间刚架

1）结构布置

京沪高速铁路北京特大桥需跨越既有京山四线和西黄左线共五条铁路线。既有京山四线和西黄左线为一级铁路，行车密度大，运输繁忙，最外侧两条铁路线间的间距达20.7m，建筑限界要求净高为7.5m。桥跨范围内的京沪高速铁路位于半径4000m的圆曲线上，与既有五线铁路夹角为20°37′。为了降低线路高度，满足净空要求，减小桥梁施工对既有五线铁路行车的干扰，并实现小角度交叉跨越，设计采用了并排的5榀空间刚架结构一跨跨越五条铁路，各榀刚架跨度方向中心线与桥上线路中心线夹角为69°23′（图4.2.27）。

各榀空间刚架为独立结构，位于大、小里程端的1号和5号刚架连接异型桥墩。京沪高速铁路左线中心线与前后异型墩梁缝、异型墩与刚架接缝以及各榀刚架间接缝之交点的距离为3.54m（异型墩）+26.62m（1号刚架）+26.55m（2号刚架）+26.49m（3号刚架）+26.43m（4号刚架）+26.36m（5号刚架）+5.15m（异型墩）。空间刚架沿既有线的纵向分节宽度为5-24.9m，节间缝隙为3.0cm。刚架主跨跨度32.8m（跨越京山四线及西黄左线），前后两榀刚架侧跨跨度由11.390m渐变为0m，侧跨边墙与主跨侧墙角度为21°。承台顶至桥面高16m。

刚架结构由基础、侧墙和桥跨三部分组成，桥跨与侧壁、侧壁与基础均为刚性连接。

2）设计关键

（1）钢—混结合桥面系

空间刚架跨度大，桥面系是重要的承重结构，需要较大的强度与刚度，同时还要便于施工。为此，桥面系采用由工字钢横、纵梁与混凝土桥面板构成的钢—混结合梁板结构。其中，钢横梁沿结构跨度方向布置，每个刚架设9根，中心距为3m，梁高3.0m；纵梁沿侧墙方向布置，共设4道，间距为6.06m，梁高1.2m。钢梁顶板采用焊接连接，腹板及底板采用高强螺栓连接。1号、5号刚架中楔形刚架由于横向跨度小，且对既有线无干扰，故采用普通钢筋混凝土。

钢横梁通过梁端的连接节点构件与侧墙钢结构连接，并浇混凝土固结。钢横梁在纵梁之间设交叉型横向联结系，共设五道，与对应板肋栓接。钢横梁下缘设水平纵向联结系，通过节点板与钢横梁下翼缘连接。

在钢纵、横梁顶面设置传剪用圆柱头焊钉，与混凝土桥面板形成钢—混结合梁板结构。桥面板总厚度为0.4m，由预制钢筋混凝土板和现浇钢筋混凝土层构成。

（2）钢箱混凝土侧墙

侧墙在与桥面系固结处受力较复杂，采用钢箱混凝土结构可以与钢横梁形成整体钢构件，对其与梁的连接节点构造及刚架整体受力更为有利，同时，钢箱混凝土侧墙在施工中对既有线干扰较小，可最大限度地降低施工风险和对既有线运营安全的影响程度，故侧墙采用钢箱混凝土结构。

空间刚架主跨两侧墙为M形孔洞的连续刚架墙，纵向长24.9m，高15.6m，墙厚2.5m。钢箱结构由外墙钢板及横、竖向PBL剪力板组成。横、竖向PBL剪力板孔洞间贯穿钢筋，以保证钢结构与混凝土间的紧密结合。侧墙通过PBL剪力板及钢筋混凝土与承台固结。侧墙钢箱结构横向设置钢筋拉杆，与竖向剪力板焊接，以防止灌注混凝土时墙面及钢箱外鼓变形。

（3）单排桩长承台

为了满足较强刚度的需要，采用连续基础使相邻刚架之间联系起来，减小不均匀沉降对空间刚架变形的影响。单排桩构造简单，且能够满足受力要求。

主跨刚架承台宽2.8m，高3m，纵向长124.62m，桩基沿结构纵向布置，刚架范围内桩间距为5m，刚架间对应位置桩间距为4.93m，均采用ф1.8m摩擦桩，桩长40m。边跨刚架对应异型承台与主跨承台固结，与主跨承台呈21°，承台宽2.4m，高3m，基础采用ф1.25m摩擦桩，桩长40m。

（4）变形控制

常规桥梁列车运行方向一般与桥跨方向相同（或与桥梁跨度成较小夹角），但对北京特大桥5-26m空间刚架而言，列车运行的方向与跨度方向接近垂直，很多变形控制指标在规范中均没有规定。为确保高速铁路轨道的平顺性进而保证行车安全性和舒适性，在结构设计时，增加了横、竖向限位措施。

2.镇江戴家门2×16m空间刚架

京沪高速铁路在镇江市戴家门前后1km范围内两次与312国道交叉，在两次交叉点之间还与在建的243省道相交，戴家门附近是312国道进出镇江市车流和过境车流的交汇点。京沪高速铁路与312国道西端交叉点的交角为19.24°，东端交叉点交角为24.50°。西端交叉点路面宽26m，中央分隔带宽2m；东端交叉点路面2005年拓宽为32m，中央分隔带宽9m。设计采用2×16m钢筋混凝土连续空间刚架跨越西交叉点（图4.2.28），在道路中央分隔带及道路两侧顺道路布置桥墩，桥下提供2孔16m净宽，可满足一级公路规划净宽要求，同时也满足城市道路机动车道及非机动车道所需净宽要求，规划人行道可以从预留的边跨通过。

刚架左右各分三节，节间设4cm沉降缝，沉降缝与线路方向垂直。刚架顶板和边墙为厚1.3m的钢筋混凝土板，边墙每隔4m左右设宽3m的拱形孔洞，不仅利于通风和采光，还增加了刚架的景观效果。边墙基础采用单排ф1.5m钢筋混凝土钻孔桩，以尽量减小施工期间对既有道路和周边环境的影响。

2×16m刚架按横框进行设计计算，横框厚度4m（1根ф1.5m桩的范围），横框与桩基础连成整体共同受力，考虑桩基础的组成形式及桩周土层的力学性质对结构受力的影响。设计计算表明，2×16m连续刚架控制截面的应力和计算裂缝宽度满足现行铁路钢筋混凝土设计规范的要求。

二、钢横梁门式墩

受斜交角度和施工工期等因素的影响，京沪高速铁路蕴藻浜特大桥采用钢—混组合门式墩结构骑跨既有沪昆铁路（图4.2.29）。该工点七个门式桥墩均采用钢—混组合结构。横梁为钢箱结构，横梁长29.3～30.8m，宽3.3m，高3.25m。立柱为钢筋混凝土结构。钢横梁与钢筋混凝土立柱连接的钢结构高5.2m，其中4.5m埋入钢筋混凝土立柱上部。

门式墩钢横梁主体构件在工厂加工制造，根据运输及场地条件可分成若干节段，运抵现场后组拼成整体，检验合格后移至临时存梁台座，然后要点并采用大吨位吊机一次吊装就位，随后立模现浇梁柱连接部分。

三、三线槽形连续梁

京沪高速铁路在DK1017+159.35处上跨南京机场高速公路，与公路夹角为77.4°。既有高速公路宽30.5m，规划两侧拓宽，要求京沪高速铁路采用2孔跨度34m的桥梁结构跨越高速公路。受南京南站场坪高程及车站两端纵坡控制，桥位处无法采用常用混凝土连续梁结构，设计采用了（20.5+2×34.0+20.5）m单箱三室三线（高速双线、动车一线）槽形连续梁结构。

槽形梁受力明确、结构合理、建筑高度低，其腹板还可兼作声屏障或防护墙，既可节约投资，主体结构又能与附属设施完美融合，加之桥梁的竖、横向刚度较大，不失为一种优势明显的高速铁路桥式结构。

三线槽形连续梁采用等高度变截面单箱三室截面（图4.2.30），梁高2.65m，顶板顶距梁顶85cm。桥面宽19.2m，底板宽18.2m。顶板和底板的厚度除梁端及跨中横隔板附近外均为35cm，槽形梁中腹板厚由150cm变至160cm，边腹板厚由180cm变至190cm，中腹板和边复板的厚度均按折线变化。全联在端支点、中支点设置横隔板，横隔板不设孔洞。

纵向和横向结构计算表明，设计采用的单箱三室三线槽形梁满足现行设计规范的各项要求。由于恒载及静活载作用下的挠度较小，桥梁不设预拱度（表4.2.16）。

四、宽横梁连续梁

京沪高速铁路上海虹桥站相关工程城际动车进段线在虹桥站北端以小角度斜跨京沪高速铁路正线。受高速铁路正线及城市高架桥（上海北翟路高架桥）高程控制，交叉处城际动车进段线与高速铁路正线的最小轨面高差仅10.8m，无法采用大跨度连续梁或门式墩结构。为尽量降低桥梁结构高度，城际动车进段线采用（24+3×32）m宽横梁连续梁骑跨高速铁路正线（图4.2.31）。

宽横梁连续梁是将连续梁的中支点横隔梁（板）延长，使其兼作门式墩的横梁，连续梁的横隔梁和门式墩横梁合二为一，不仅降低了桥上线路的高程，而且增加了门式墩的净空高度，非常适合在枢纽内净空受限的小角度交叉工点使用。

（24+3×32）m宽横梁连续梁主梁采用单箱单室等高度直腹板箱形截面，梁高2.5m，桥面宽7.0m，底板宽4.9m，顶板厚34cm，腹板厚30～70cm，底板厚30～50cm。计算显示，主梁在静活载作用下的最大挠度值为-5.9mm，桥梁竖向挠跨比为1/5542。二期恒载上桥时间按预应力张拉完成后30天计算，梁体在线路铺设后的残余徐变上拱度为1.57mm。

全桥共设5道横隔梁，分别设于中支点和端支点截面。中支点处设置厚2.5m的宽横隔梁，中支点通过横隔梁支承在门式墩立柱上，支座横向中心距为17.3～17.6m；边支点处设置厚1.15m的端隔梁，边支点支承在边墩上，支座的横向中心距为3.9m。横隔梁设有80cm×80cm的孔洞，供检查人员通过。兼作门式墩横梁的主梁中支点横隔梁是简支带悬臂的静定结构，横（隔）梁长20.0m，截面高2.5m、宽1.8m，为预应力混凝土结构。

五、斜连续梁

京沪高速铁路正线在上海虹桥站北侧4.2km处跨越吴淞江，桥位受上海虹桥站、虹桥动车运用所站场位置控制，各线路中心线与河道中心线夹角仅31°（图4.2.32）。桥位处吴淞江规划通航等级为Ⅵ级，要求桥下通航净宽不小于45m，通航净高不小于5m。与京沪高速铁路正线并行跨越吴淞江的虹桥站相关工程还有虹桥站北端普速客车联络线预留上行线及下行线、沪宁城际铁路虹桥线（双线）、高速动车组走行线（进、出段线）和城际动车组走行线（进、出段线）。各类线路的技术标准不同，建设时期也存在差异。京沪高速铁路、沪宁城际铁路虹桥线和高速动车组走行线跨吴淞江桥梁为同步建设，城际动车组走行线桥梁与沪杭客专同步建设，普速客车联络线跨吴淞江则为远期预留。为满足通航净宽要求，设计采用（60+100+60）m斜连续梁方案，连续梁中支座桥墩斜置，多线桥梁顺航道对孔布置（图4.2.33）。

一般情况下，斜连续梁中支座支承线与梁轴线的斜交角度不宜大于45°。斜交角度较大时，中支座处应设置双隔板，以增强斜支承附近梁体的抗扭性能。吴淞江（60+100+60）m斜连续梁中支座支承线与梁轴线的夹角为50°，中支座处设置为双隔板，通过调整中支座在桥墩顶面的位置，最大限度地提供桥下通航空间。

京沪高速铁路正线（60+100+60）m斜连续梁采用单箱单室箱形截面，边跨直线段和跨中处梁高4.85m，中支点处梁高7.85m，梁高按圆曲线变化，圆曲线半径R=281.667m。箱梁顶宽12.0m，底宽6.70m，顶板厚40cm，腹板厚分别为60cm、80cm和100cm，底板厚由跨中的40cm按圆曲线变化至中支点梁根部的96.9cm，中支点处加厚到200cm。全桥共设7道横隔梁，分别设于中支点、端支点和中间跨中截面。中支点处两个支座下方对应设置厚2.0m的中横隔梁，间距4.2m，边支点处设置厚1.5m的端横隔梁，跨中合龙段设置厚0.8m的中横隔板，各横隔板均设进人孔。设计静活载作用下，桥梁边跨竖向挠度9.51mm（挠跨比1/6310），中跨竖向挠度27.9mm（挠跨比1/3585）。桥梁的计算最大残余徐变拱度为2.95mm。