铁路斜交框架桥配筋特点站

摘要：框架内任一截面都存在复杂的弯、扭、剪复合作用，斜交框架桥由于斜交角的影响，对钢筋配置提出了更高要求。本文根据铁路框架桥空间结构受力特点，结合笔者桥涵设计中钢筋图绘制经验，阐述了铁路斜交框架桥顶、底板的配筋特点，对当前大斜交框架桥钢筋绘制起指导作用，供实际工程参考。
关键词：斜交框架桥 受力情况 配筋特点
对于斜交框架桥，其结构受力异常复杂，难寻规律，其主要的原因，是因为荷载状态、斜交角、抗扭刚度、抗弯刚度、宽跨比（b/L）等的不同。它与正交框架桥相比，结构尺寸变化不大，在配筋的方式、方向上提出了更高的要求，但在配筋量上也并非有很大的增加。

1 理论成果分析

当斜交角在15°以内时，可近似地将斜跨长作为计算跨度，根据斜交框架桥试验及理论计算结果分析，按正交桥计算。当斜交角大于15°时，可按弹性地基上的折板结构进行分析得出以下结论：
①偏移量大致为L/8，而向钝角一侧偏移，最大正截面弯矩不在跨。
②立墙设计不宜过薄，立墙与顶板、底板连接处应力变化急剧。
③最大主弯矩在板中间点及钝角邻近的平分线上。
④钝角效应大致在（L/5）×（B/4）面积范围内，扭矩可与弯矩处于同一量级，布筋应予加强，在该范围内产生较大弯矩与扭矩，如斜角很大（大于45°）。
⑤最大主弯矩方向介于支承边与斜边夹角之间，荷载有向两支承边之间最短距离方向传递的趋势，决定于斜交角度与跨度比及计算点位置。

2 配筋受力特点

一般说来，钢筋棍凝土结构产生裂缝的原因主要是结构配筋不足。本文应用Midas Civil软件建立的有限元模型图来分析斜交框架桥受力分布情况。图1为斜交框架桥空间结构主弯矩图。
2.1 图1可看出，框架桥内力分布不均匀主要发生在顶板、底板，边、中板在与顶板、底板连接处内力较大，框架桥的顶、底板的设计最为关键，斜交框架桥上会有弯矩、扭矩及剪力作用，正交框架桥也同样如此，只不过正交框架桥的弯矩和剪力占主导地位，扭矩很小。斜交框架地道桥的最大跨内纵向弯矩，一般较同等跨度的正桥的为小，横向弯矩则较正桥的大得多。由斜交角引起纵向弯矩的减少，均布荷载比集中荷载更显著。因此，当桥梁b较宽时，其横向钢筋的配置也不可随意，应保证相当的直径及足够的密度。顶、底板横向配筋采用钢筋排架①②循环排列，排列间距以10～15cm为宜。根据国内外对钢筋混凝土角隅部分进行试验的结果表明，角隅部分区域产生斜裂缝，在其根部产生弯曲裂缝，其原因是由于隅节点处承受了较大的弯矩和剪力。为减小角隅处承受的正弯矩，设计时首先顺梗胁内侧配置了足够的角隅加强筋，角隅加强筋与骨架筋排列一致，如图2所示：
2.2 纵向主筋配筋方向主要与斜跨长与框架桥正截面跨度比i=L/b有关。当i>1.25时，主筋沿桥轴线方向配筋；当i=（0.7，1.25）时，跨中沿支承边垂线方向、支承边附近沿桥轴线方向配筋；当i<0.7时，主筋沿桥轴线方向配筋。这种布置可大大提高结构抗扭性，主筋钢筋直径控制在16～25mm，间距以12～15cm为宜。
2.3 顶板与竖墙连接处的处理顶、底板与竖墙连接处承受了较大的弯曲应力，同时也承受较大的剪力，且这些力都是正反方向交替作用的。因此，在顶面、底面易产生较多的交叉裂缝，为防止轴向钢筋因压屈作用而失效，将顶板、底板与竖墙连接处增设加强筋，加强筋布置同骨架筋一致（如图2），用以更好地固定轴向钢筋，减少顶板、底板与竖墙连接处的裂缝产生。
2.4 最大正弯矩发生在顶板、底板的钝角部位，此外沿支承边附近。弯矩也很大，斜交框架桥纵向弯矩的最大值并不在跨中或顶、底板与边板相接的角点处，而是靠近钝角部分，且形状不对称，角度越小，越靠近钝角。顶、底板在钝角处会产生较大的负弯矩，其方向并不等同于跨径方向。在配筋时《铁路桥涵设计规范》对斜交框架桥加强钢筋布置有明确规定：“钢筋混凝土斜交框架桥，当斜度大于15°时，应在钝角部位上层布置垂直于钝角平分线的加强钢筋；在钝角部位下层布置平行于钝角平分线的加强钢筋。”可按图3所示增设钝角加强钢筋。加强钢筋的直径应相当于主筋直径

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，其间距以10～20cm 为宜。如斜角很大（大于45°），扭矩可与弯矩处于同一量级，布筋应予加强。
2.5 斜交框架桥的钢筋配置与正桥差别不大，只是应当更加注意钢筋的搭接长度，锚固长度。钢筋锚固位置应严格安置在混凝土受压区。且钝角加强钢筋不应考虑在检算钢筋面积之内，还将锚固点置于斜框架桥受拉压交界点处，伸人受压区不小于25d（d为受力钢筋直径），还将各筋锚固点置于非同一截面位置。这样，对减少锚固端应力集中并防止框架开裂取得了良好的效果。
2.6 在立墙两侧面应布置一定数量的水平构造筋，以抵抗收缩力，对于多车道桥，立墙较长更应加强布筋，间距宜在10～15cm之间，采用螺纹钢筋，直径不宜过大，如立墙很长，则在设计时应将立墙分段。如立墙侧有土压力，注意顶板与立墙固接处顶板下缘及立墙侧要布置主筋，以承受可能产生的正弯矩，立墙侧面的土压力对结构平面产生扭矩及水平推力，使结构受力更复杂。

3 结束语

综合以上几点斜交框架桥配筋特点，可以更好的在实际工程中使钢筋骨架布置简洁，受力明确，钢筋布置合理，有效防止斜框架桥结构裂缝的产生。
参考文献：
姚玲森.桥梁工程[M].北京：人民交通出版社，1996.
structural engeineering.1977.
[3]童森林.桥梁设计算法新解[M].北京：中国铁道出版社，1998.
[4]铁道部专业设计院标准设计管理处.框架式框架桥[M].北京：人民铁道出版社，1979.
作者简介：胡波涛（1985-）男，陕西咸阳人，助理工程师，大学本科学历，工程力学专业，从事铁路桥涵勘察设计工作。