軌道交通簡支梁設計分析范文

本站小編為你精心準備了軌道交通簡支梁設計分析參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

1引言

新建鐵路廣州至珠海(含中山至江門)城際快速軌道交通工程橋梁占全線95%以上,本線具有以下特點:(1)多種交路主要開行站站停車,兼顧廣州以遠路網車及廣州至珠海直達車。(2)多種運行速度本線速度目標值為200km/h,主要考慮直達車,而站站停車的最高運營速度為140km/h,珠海金唐車站后線路設計速度實際已降至80km/h,成為完全的城市軌道交通。(3)設置站點多且分布密集線路正線全長143.70Km,21個車站,最大站間距12Km,最小站間距3Km。(4)列車追蹤間隔短,按2min設計。(5)運營車輛采用動力分散式車組。因此,廣珠城際快速軌道交通工程綜合了單式城際鐵路與復式城際鐵路特點,具有城市內輕軌、城市間快速交通、客運專線路網的特點,又與城市內輕軌、客運專線、一般鐵路有區別,目前尚屬新型的交通形式。圖1和圖2為廣珠城際簡支梁效果圖。

2關于活載圖式標準

本線運營車輛采用動力分散式動車組,六輛編組,車輛活載圖式如圖3。根據廣珠城際特點,經過研究確定廣珠城際快速軌道交通工程橋梁采用UIC荷載圖式值乘以系數作為廣珠快速城際軌道橋梁設計荷載圖式標準如圖4示。經研究,跨度小于10m梁或進行局部構件檢算時,計算效應0.6UIC比實際車輛運營活載小,特別對臨時施工設備用的鋪軌機、架橋機荷載作用時,0.6UIC并不能完全包絡,因此根據“荷載圖式”另考慮驗算車輛荷載軸重情況,采用四軸軸重為19.5t如圖5所示荷載圖式作為廣珠城際驗算活載圖式,同時也作為小跨度橋涵結構的補充。經過計算表明:(1)換算均布靜活載效應廣珠城際活載圖式作用下簡支梁跨中彎矩為廣珠城際實際運營車輛荷載作用下跨中彎矩2倍左右,支點反力為廣珠城際實際運營車輛荷載作用下1.5倍左右。(2)換算均布動活載效應①廣珠運營車輛荷載與廣珠城際活載圖式活載效應比較,換算均布動活載效應的平均值跨中彎矩為0.6UIC的52.42%,支點反力為0.6UIC的61.94%。②0.6UIC與中-活載及國內典型動車組比較,0.6UIC荷載換算均布活載效應平均值跨中彎矩為中-活載的65.73%、“中華之星”的225.96%、“神州號”的143.65%、“先鋒號”的288.15%、“法國TGV”的172.37%、“德國ICE”的148.49%。由此可見,0.6UIC除不能滿足大宗貨物運輸的貨車外,其它的客車無論是動力分散式還是動力集中式車組都能進行包絡。但本線為客運性質,無需考慮貨車的問題。(3)廣珠城際活載圖式標準的發展系數廣珠城際軌道橋梁活載圖式將將0.6UIC做為設計荷載,發展系數1.6高于國內外發展系數平均水平1.488,處于國內外發展系數1.124~1.834之間,具備足夠的荷載發展儲備。

3主要設計技術參數

3.1動力系數廣珠城際活載作用下動力系數按下面公式采用φ=2.16L-0.2+0.73式中:L-結構的計算跨度

3.2梁體變形限值根據廣珠城際快速軌道交通工程橋梁設計荷載標準特點制定橋梁設計梁體變形限值如下:(1)豎向撓度梁部結構在廣珠城際活載乘以動力系數φ后的作用下,梁體的豎向撓度不應大于表1所列數值。(2)梁的水平撓度在列車橫向搖擺力、離心力、風力和溫度力的作用下,梁體的水平撓度應不大于梁體計算跨度的1/4000。(3)梁端轉角:在廣珠城際活載乘以動力系數φ后的作用下,梁端豎向折角不應大于1‰rad。(4)由墩臺橫向水平位移差引起的相鄰結構物軸線間的水平折角不得超過1‰。確定水平折角按以下荷載組合進行計算:考慮動力系數的列車活載,離心力,橫向搖擺力,橋墩、梁體和車上的風荷載,橋墩和梁體結構的溫度差,以及因地基位移造成的轉動。

3.3預拱度的設置當由恒載及靜活載引起的豎向撓度等于或小于10mm可不設預拱度,大于上述數值時應設預拱度;預拱度的數值曲線與恒載及1/2靜活載所產生的撓度曲線基本相同,但方向相反。預應力混凝土梁,計算預拱度時尚應考慮預加應力的影響。

3.4強度安全值、抗裂安全值、應力等規定強度安全值大于2.2,抗裂安全值、應力、普通鋼筋的配置與裂縫寬度的計算等均按現行鐵路規范執行。

4梁體設計

4.1梁體截面選擇橋梁截面形式是高架結構設計的重要前提,箱梁是目前國內外城市軌道交通高架區間普遍采用的主要梁部結構形式。上海輕軌9號線在國內率先采用了簡支組合箱梁,國外意大利高鐵設計了單箱截面、單箱雙室截面及多箱室截面梁。由于箱梁結構采用了閉合截面,其抗彎、抗扭性能好,并具有外觀簡潔、整體性強、剛度大、結構耐久性好的特點,此外,箱梁還具有良好的動力特性,在列車走行時產生的振動及噪聲均相對較小,有利于城市的環境保護;由于其剛度較大,混凝土后期徐變上拱較小,尤其適用于無碴軌道的應用。根據不同的設計需要,箱梁可以采用單箱或多箱截面梁。廣珠城際軌道交通工程全線95%以上均為高架橋,位于經濟發達、城鎮化程度高的珠江三角經濟帶,對橋梁景觀要求高,同時要求施工架梁方便,對周邊影響小。因此,廣珠城際軌道交通橋梁截面形式采用箱形截面形式,考慮在滿足使用功能的前提下,力求經濟、美觀、方便施工,確定了以下4種圓弧形翼板斜截面箱梁形式:單箱雙室、雙箱單室、三箱單室和四箱單室。各截面梁的適用工點及施工方法:(1)單箱雙室梁:適用于雙線,全線均可使用,主要是考慮該截面梁重較重(600t),既可采用現澆施工,也可預制架設。主要應用在道路不通暢大面積荒地、魚塘、稻田等空地。(2)雙箱單室梁:適用于雙線,全線均可使用,采用預制架橋機架設后通過隔板連接成一整體,每片梁重量300,t易于施工。(3)三箱單室梁:適用于雙線;梁重較輕,采用預制架設,每片梁重180t。橫向通過隔板連接成一整體,全線均可使用,但主要應用于線路與公路夾角較小,與門式墩或多柱墩相配套,可改善門式墩橫梁受力。(4)四箱單室梁:適用于雙線;梁重較輕,采用預制吊裝架設,每片梁重150t。橫向通過隔板連接成一整體,主要應用于高架車站。

4.2梁高的確定在確定梁的高度時,主要考慮以下因素:(1)滿足規范所規定的剛度要求及橋梁動力響應分析結果;(2)配合線路標高和橋下凈空的要求;(3)滿足運輸和架設的要求;(4)考慮各種跨度的梁的高度變化規律,應盡量做到標準化、模數化,以利模板的互用。據既有預應力混凝土簡支梁的設計經驗,高跨比h/L約為1/10~1/16,且跨度越大,比值越小,考慮到廣珠城際活載相對客運專線較小,設計時對單箱雙室和雙箱單室截面形式的梁型梁高從2.1~2.4m(1/13~1/15),進行了比選,比選結果如表2。從表2可以看出,各截面梁梁高2.2m時,剛度指標能滿足相關技術要求,考慮到不同跨度,不同截面梁型梁高統一盡量標準化,以利于設計施工,因此廣珠城際簡支梁梁高均定為2.2m。

5廣珠城際簡支梁橋動力動力特性分析

通過對廣珠城際4種32m跨度簡支梁分別配以不同墩高及墩型后構成雙線簡支梁橋的動力特性及列車走行性進行分析與計算,得出如下結論:(1)在所有計算工況下,橋梁的動力響應均滿足要求;各車的車體豎、橫向振動加速度滿足限值要求,列車行車安全性滿足要求。(2)當德國ICE3動力分散獨立式高速列車、法國TGV鉸接式高速列車、國產高速列車以車速250~350km/h、先鋒號列車以車速140~270km/h通過各橋梁(單線行車或雙線對開)時,列車的乘坐舒適度均達到“良好”以上。綜上所述,4種32m跨度簡支梁分別配以不同墩高及墩型后構成雙線簡支梁橋具有良好的動力特性及列車走行性,能夠保證列車運行的安全性和乘坐舒適性。

6廣珠城際簡支梁的經濟性

廣珠城際各類型簡支梁每孔梁主要數量及國內客運專線簡支梁主要數量對比如表3。從表3可以看出,廣珠城際32m簡支梁主要梁型單箱雙室截面類型和雙箱單室截面類型與秦沈客專、250Km/h客貨共線、350Km/h客運專線簡支梁相比,混凝土方量節約較多,每孔梁比秦沈客專梁可節約47.4m3,比250Km/h客貨共線簡支梁可節約73.8m3,比350Km/h客運專線簡支梁可節約86.3m3,鋼絞線用量上與三種簡支梁用量相當,普通鋼筋含筋量指標比三種簡支梁略高,但總量上與秦沈相當,比250Km/h客貨共線及350Km/h客專少10t左右;對于三箱、四箱單室簡支梁與秦沈相比材料用量相當,比250Km/h客貨共線及350Km/h客專用量要少,但三箱、四箱單室簡支梁占全線比重只有5%~8%左右,另外,由于梁高較低,有效降低橋梁高度,可節約下部基礎材料用量,因此廣珠城際簡支梁經濟性良好,可節約大量投資。

7結束語

城際快速軌道交通的建設在我國尚屬首次,橋梁的設計和施工均有一個不斷完善的過程。在梁部設計中除遵循現有鐵路規范外,還參照了國外的設計規范及國內公路規范,對梁體豎向、橫向剛度限值,通過車橋動力響應計算來確定。廣珠城際軌道交通簡支梁結構先進,經濟合理,輕巧實用,方便施工,在今后大規模的城際軌道交通建設中,無疑具有良好的應用前景。