1主要技术标准及设计原则
1.1技术标准
重载铁路的活载图式及横向摇摆力取值与普通铁路有所不同，现将重载铁路设计荷载介绍如下。(1)列车活载:重载铁路采用ZH活载，系数Z=1.2，如图2所示。动力系数按《铁路桥涵设计基本规范》公式(4.3.5－3))计算，即1+μ=1+α×6/(30+L)其中α取2，L为计算跨度。(2)设计行车速度:120km/h。(3)二期恒载:双线直、曲线有碴桥面二期恒载193kN/m。(4)横向摇摆力取120kN，作为一个集中活载作用于桥梁结构最不利位置，其作用点在垂直线路中心线的钢轨顶面，对于双线桥只取一线上的横向摇摆力。(5)温度荷载:整体升降温按升温20℃，降温20℃计算;温度梯度沿板厚按5℃计算。(6)基础不均匀沉降:按0.01m计(如跨度较小可以适当调整)。
1.2其他设计荷载
土压力、制动力、离心力等荷载均按照《铁路桥涵设计基本规范》取值，其他设计荷载如风荷载、地震力按桥梁所处的地理位置以及桥址地震烈度的实际情况取值。
1.3材料选用
(1)主梁和刚壁墩最低采用C40混凝土。(2)活动墩及桥台最低采用C35混凝土，支承垫石采用C50混凝土。(3)承台及桩基础采用不低于C30强度等级混凝土。(4)主梁和刚壁敦钢筋采用HRB335钢筋和HPB300钢筋，承台和桩基可采用HRB400钢筋。(5)防水层、保护层:采用高聚物改性沥青防水卷材(热熔)+C40细石聚丙烯腈纤维混凝土保护层。(6)支座:采用满足“通桥(2007)8360”安装要求的球形钢支座。
1.4截面形式
主梁截面采用实心板梁，墩顶至跨中采用变截面形式，梗肋高度按1∶3线性变化，主梁中跨跨中截面高跨比采用1/16.8～1/20，主梁顶截面高跨比采用1/11～1/12.6，悬臂长0.8～1.05m。2.5控制截面应力及裂缝限值最大负弯矩控制截面位于刚壁墩墩顶，最大正弯矩位于边跨跨中，梗肋处为剪应力控制截面，C40混凝土容许压应力为13.4MPa，HRB335钢筋容许应力为180MPa，裂缝宽度限值为0.2mm［1］。
2结构受力分析及形式选取
2.1刚壁墩与活动墩的设置
刚构连续梁为多次超静定结构，刚壁墩与活动墩的设置对结构的受力体系起到重要的作用。为有效减小温度力对连续刚构受力体系的不利影响，减小温度跨长度，可在边墩和梁端处设置活动支座。当3孔一联时，中间桥墩与梁体固接成2个刚壁墩，在梁端部设活动支座;4孔一联时中间3个桥墩与梁体固接成为3个刚壁墩，在梁端部设活动支座;5孔一联时中间2个桥墩与梁体固接设置2个刚壁墩，次边跨桥墩处和梁端部处设活动支座［5］。按这种原则布置刚壁墩和活动墩，有效地释放了温度效应产生的内力，有利于改善结构受力状况，同时减少了刚壁墩顶的配筋、刚壁墩的厚度以及桩基础的尺寸。如遇到较长桥梁，可采用多联组合形式灵活处理。
2.2双线分离与双线整体形式选取
斜交刚构采用双线整体还是双线分离形式，对梁体受力模式和支反力的影响比较大。实体板梁受斜交角度的影响，横向弯矩及扭矩较大，尤其当桥梁跨度较小时，宽跨比已接近于甚至超过1，结构受力机理相对复杂［11］，主梁和刚壁墩采用双线分离，横向宽度减少一半，可以简化受力模型，使结构计算配筋更为明确。下面以跨度为3×16m斜交30°连续刚构桥为例，对双线分离与双线整体的内力及应力进行对比分析。纵向弯矩对比:由图3可以看出，跨中弯矩分布，双线分离比双线整体要均匀，两者跨中单位宽度弯矩最大值基本相同。墩顶单位宽度弯矩最大值:双线分离比双线整体略大，相差在10%左右。横向弯矩对比:由图4可以看出，双线整体的横向单位弯矩最大值分布范围要明显高于双线分离，且主要集中在每跨的中部，两者最大值相差20%左右。横向扭矩对比:由图5可以看出，横向扭矩的最大值主要沿钝角对角线分布，且双线整体的横向单位弯矩最大值分布范围要明显大于双线分离，两者最大值相差30%左右。双线分离与双线整体应力对比如表1所示。可以看出，主梁纵向正应力双线整体比双线分离小5%以内，而横向正应力大25%左右，扭转剪应力大60%左右。支反力比较:斜交刚构梁端支座的最小竖向支反力双线分离结构形式比双线整体大，即支座不易出现负反力;斜交刚构存在弯扭耦合效应，在竖向荷载作用下，刚壁墩及纵向活动支座和将承受横向水平力，相比之下，双线分离结构横向最大水平力要比双线整体结构小。此外，双线整体结构横向如果设置4个支座，会出支座现脱空现象，如果设置2个支座，因支反力相差较大，则会出现支座型号不同、支座高度不一致的问题;而采用双线分离结构时，每线铁路一端对应设置2个支座，不会产生支座脱空、高度不一致等问题，使主梁和支座受力更加均匀。
2.3刚壁墩合理壁厚的选取
斜交刚构连续梁桥与一般简支梁桥、连续梁桥最大区别在于墩梁固接，虽然这种结构形式具有很多优点，但对温度力和基础不均匀沉降影响变得更加敏感。对于墩梁分离的简支梁、连续梁，基础刚度对基础外力没有影响，但对于墩梁固接的连续刚构受力体系，其刚度越大对温度力、基础不均匀沉降等荷载引起的变形适应能力越差。根据胡克定律，刚壁墩刚度越大产生的内力越大，并使桩基础也承受较大的弯矩和水平力，造成刚壁敦和桩基的配筋增大［6］。刚构连续梁桥结构分析一定要考虑基础刚度的影响，但由于很难得到准确地基比例系数m0，因此在设计时就要进行假定，以保证结构不会因为地基刚度变化而影响结构安全。对于一座具体连续刚构桥来说，由于线路高程和所处的地质条件已定，故对于基础刚度影响较大的两个参数:敦高和地基刚度已经确定，基础刚度大小主要取决于刚壁敦的壁厚。为了研究刚壁墩壁厚对结构影响，保持主梁梁高不变，刚壁墩壁厚分别取1.0m、1.2m和1.4m，采用平面杆系单元对结构进行整体分析，采用空间板单元进行局部应力分析。可以得出以下结论:①主梁墩顶截面纵向弯矩随刚壁墩壁厚增加而随之增大，但扭矩变化较小。主梁墩顶截面配筋纵向抗弯钢筋有所增加，抗扭配筋可根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》，在满足5.5.3条要求下按构造配筋。②刚壁墩墩底截面纵向弯矩及水平力随着刚壁墩壁厚的增加增大较为明显，而横向弯矩和水平力随壁厚变化不大，刚壁墩壁厚的增加对刚壁墩配筋的影响要比对主梁配筋影响明显。③刚壁墩厚度对桩基础的影响:随着壁厚的增加桩基础弯矩和桩顶配筋逐渐增大，单桩最大轴向力增大而单桩最小轴向力逐渐减小甚至出现拉力桩，桩基桩长及配筋由双线有车工况控制。将壁厚为1m刚壁墩作为比较基础，壁厚1.2m刚壁墩最大单桩轴向力增大7%，桩头配筋增大30%，壁厚1.4m刚壁墩单桩最大轴向力增加15%，桩头配筋增加40%。
2.4边跨跨度的比选
支座是否出现负反力，是斜交刚构连续梁桥设计要考虑的重要控制因素。对于主跨跨度为24m的刚构连续梁，当斜交法向角度范围0°～25°时，边跨跨度采用16m，边跨跨中的弯矩更加合理，边跨采用18m与16m相比，边跨跨中底部配筋要增多，所以在斜交法向角0°～20°时采用16m的边跨;当斜交角度≥25°时，采用16m边跨在移动荷载分析时支座易出现负反力，采用18m边跨则更为合理。对于主跨跨度为16m刚构连续梁的边跨采用12m较为合理，在斜交法向角度较小时(≤30°)，支座不会出现负反力。对于跨度较小的连续刚构因温度跨较小边墩也可不设支座，这样既能满足受力要求，又可以降低工程造价，并节省日后支座的养护维修费用。
3施工注意事项
(1)连续刚构采用满堂支架现浇法施工，支架设计必须牢固，支架基础及地基应采取必要措施，以满足施工期间的强度及沉降的要求。预压荷载不应小于支架所承受最大施工荷载的110%，施加荷载至压掉塑性变形后，至求出支架弹性变形系数时止。预压完成后预测总变形量，设置预拱度，确定立模高程。(2)混凝土的浇筑应自梁端向跨中连续进行，混凝土的浇筑应根据当地月平均最高最低气温，考虑温度力计算时的温度升温20℃，在合理的温度下进行。合理温度范围为［当地月平均最高气温(七月)－20℃］至［当地月平均最低气温(一月)+20℃］。(3)钢筋接头位置应错开并应设在正负弯矩变化点附近，钢筋如需接长可采用纵向加工(打磨)的闪光对焊，并满足施工规范中受拉区的钢筋要求。在刚壁墩顶梗肋范围以内的顶层钢筋、跨中6m范围以内的底层钢筋，不允许出现钢筋接头。支点及跨中正负弯矩短钢筋应尽量采用通长钢筋，焊接钢筋骨架时应考虑线路纵坡及竖曲线的影响［5］。(4)为防止收缩开裂，选择集料级配时要求混凝土有最大密实度，水泥应选用强度等级42.5硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥，严格控制用水量，仔细捣固，特别注意角隅处捣固密实。(5)支座更换时应注意:首先要消除支座不均匀沉降的影响。支座上下锚栓采用预埋套筒、可拆卸的螺栓，便于顶梁;当支座需要更换时，可在支座横向连线上支座旁边，设置千斤顶顶起梁部，此时梁部顶起的高度不允许超过1cm。
4结束语
斜交刚构连续梁墩台均可斜做，铁路能以既有道路、河流的实际夹角跨越，这样可以保持桥下道路视距顺畅，而且在分隔带上设墩也较为方便，这样在跨越较宽的而中间又有分隔带的道路时，可采用多孔斜交的小跨结构代替一孔大跨结构，在立交净空受限的情况下降低桥梁结构高度和线路控制高程，缩短桥长，节省工程造价，在山西中南部铁路中取得了良好的经济效益和社会效益，可为日后其他铁路遇到与道路、河流斜交情况提供一定的借鉴。需要指出的是，斜交刚构连续梁结构受力复杂，且钢筋混凝土结构在使用过程中会产生裂缝，因此在复杂、恶劣环境条件下，如何满足桥梁的耐久性要求还需要进一步研究和完善。
作者：孟庆涛 单位：中铁工程设计咨询集团有限公司
