摘要：高速公路以特小斜交角度下穿铁路的框架结构，与一般正交框架或斜交框架在结构分析中均有不同。本文通过工程实例，从计算方法的选择、模型建立的主要原则、荷载图式的简化、结果分析和控制条件等方面，对铁路特小斜交角框架桥的空间结构分析进行了综合论述。
关键词：斜交框架、空间模型、计算模型、控制指标
随着我国经济建设的进一步深入，综合国力的进一步增强，公路、铁路建设更注重景观、人文要求，更注重考虑远期、长远期规划。公路、铁路的设计更加注重线型流场，共用走廊带，节约用地等因素。这就不可避免的产生了公路、铁路的频繁交叉，交叉角度经常特小（小于45度），交叉条件进一步恶化，这也为工程设计人员在结构设计上提出了新的课题。公路下穿铁路常用的结构形式是钢筋混凝土框架结构，本文就在特小斜交角度情况下框架结构的计算分析作简要介绍。
1框架桥的结构计算方法
正交框架，活载加载方向基本顺框架跨度方向，在斜交角度较大的情况下（小于15度）可顺桥向取单位长度框架段，用平面杆系简化为平面框架模型计算内力进行分析，在斜交角度较小的情况下，框架桥在活载作用下空间效应增强，平面计算将会产生较大误差，特别是在特小角度下，框架的分节位置，框架结构尺寸，对不同位置的的阶段和框架不同部位的内力分布都有很大的影响。因此要采用空间分析方法，对荷载和约束在空间上进行模拟和简化，研究在斜交情况下框架桥的空间荷载效应。
有限元法是对结构进行空间分析的最常用也最有效的方法，对框架结构的空间模型简化有实体单元法、板单元法、和空间格梁体系。常用的计算软件有MIDAS、SAP、ANSYS等，在设计应用中一般采用板单元法格梁法即可满足计算精度。
2昆安高速公路小河边下穿铁路框架桥结构分析
小河边下穿铁路框架桥位于昆安高速公路K27+390(小河边)处与成昆铁路呈21°角下穿成昆线，框架采用2孔16.1米封闭式钢筋混凝土框架。
图1铁路框架桥一般横断面示意图
铁路框架桥在同时考虑即将建设的成昆复线的需求既地方道路联接要求后，下穿框架设计总长290.54m，共分19个框架节段，设伸缩缝20道，节段编号为1～19号节段，其中6～13节段顶上有成昆铁路通过，并考虑复线改建。
图2小河边下穿工程平面示意图
桥址区域地质情况为：上覆2~4m低液限粉质粘土，其下为玄武岩和石灰岩风化层，基地容许承载力600～800kpa。竖向地基系数C0取150000kpa/m，侧向地基系数取15000kpa/m。结构弹性模量EC＝3.3X104MPa，结构容重26KN/m3。取经多方研究后采用桩板墙临时防护、B便梁加轨束梁架空既有铁路，便梁支点二次托换分段实施的总体实施方案。
结构计算采用厚板单元模拟实桥，底板和边墙施加弹性支撑，对顶板、底板加腋部位，通过变厚板单元模拟。顶板铁路双线列车活载，底板高速公路按行车轨迹自动加载，通过荷载追踪过程，考虑各节段框架之间相互影响后，遴选出施工最不利及铁路运营荷载、公路运营荷载下最不利的各节段。采用MIDAScvil对本结构进行了八种不同工况的验算：
（1） 框架自重＋施工荷载
（2） 恒载自重＋箱侧恒载土压力；
（3） （2）＋箱侧活载土压力；
（4） （3）＋顶板左线活载＋左线制动力、离心力；
（5） （3）＋顶板双线活载＋左线制动力、离心力；
（6） （5）＋底板公路I级荷载；
（7） （6）＋体系降温20℃；
（8） （7）＋角点沉降10mm。
简化后的计算模型及恒载分布：
3结构计算
为确保框架结构结构达到，既有铁路远期提速要求，我们提出参照铁道部《既有线提速200km/h技术条件》（试行）及国内外高速铁路有关设计规范，提出本桥控制设计的4条原则：
（1） 列车静活载作用下，要求顶板跨中竖向扰度fx≤L/1000=16.1mm；.
（2） 路桥过渡处的框架箱体转角θ≤3×10-3rad；
（3） 在列车横向摇摆力、离心力、温度力的组合作用下整体水平扰度fy≤L/4000=4.025mm；
（4） 列车静活载作用下，3m范围内顶板扭曲变形t≤3.0mm。
对框架各节段不同工况下的受力情况分析后，确定8号节段和12号节段，为控制设计的最不利节段。各部位计算结果如下：
各阶段各部位强度指标表
运营阶段应力分布图
评价 满足 满足 满足 满足
4结构配筋及裂缝检算
按造结构计算得出的内力包络图，采用容许应力法配筋垂直于箱身的主筋骨架联接、封闭成环，有利于控制箱体扭曲变形，裂缝计算宽度0.165mm满足规范要求.
框架采用三次浇筑成型，第一步：浇筑底板及下梗肋；第二步：浇筑5米高侧墙及中墙；第三步：整体浇注剩余墙身，及顶板、上梗肋。侧、中墙为防止表面裂缝两侧布置有10cm×10cmΦ6冷拔钢筋网片。
5结语
（1） 特小角度的铁路框架，已采用正框斜穿方式，框架可以分段设置，结构空间受力复杂，应采用空间模型的方法分析，以保证分析结果符合实际。
（2） 为满足铁路提速及准高速的发展要求，满足乘坐舒适性，高速行车轨道平顺的安全要求，对斜交框架应在纵、横向变形、局部相对变形、转角等方面严格控制，同时应注重桥路过渡等方面的结构设计。
参考文献
〔1〕JTGD60-2004，公路桥涵设计通用规范
〔2〕JTGD62-2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范
〔3〕JTJ041-2000，铁路桥涵地基和基础设计规范
〔4〕TB10002.1-2005，铁路桥涵设计基本规范
〔5〕TB10002.5-2005，铁路桥涵钢筋砼和预应力砼结构设计规范
