槽形梁在城市軌道交通工程中的應(yīng)用形式

1、槽形梁在城市軌道交通工程中的應(yīng)用形式摘要通過對槽形梁結(jié)構(gòu)特點的分析,提出了槽形梁在城市軌道交通工程中應(yīng)用的幾種結(jié)構(gòu)形式,并對各種結(jié)構(gòu)形式的特點進(jìn)行了分析。關(guān)鍵詞槽形梁,高架軌道交通,結(jié)構(gòu)形式1概述槽形梁是一種下承式橋梁,適用于鐵路橋、公路橋及城市高架橋,目前在國際上應(yīng)用較多。我國在鐵路和公路橋梁上也有此種工程實例。國外最早的預(yù)應(yīng)力混凝土槽形梁是英國1952年建造的羅什爾漢橋,此后,日本、西德、澳大利亞相繼在鐵路橋梁中應(yīng)用(/)。在軌道交通工程中,法國的里爾建造了雙線跨度為50m的預(yù)應(yīng)力槽形梁;巴黎的13號線在塞納河上建造了跨度為85m、腹板為矩形、雙層底板的預(yù)應(yīng)

2、力槽形梁;智利的圣地亞哥已建成雙線槽形梁,運行多年情況良好。在日本,已把槽形梁的設(shè)計計算方法納入了日本國有鐵路建筑物設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)中。日本和前蘇聯(lián)還做了槽形梁的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計。我國學(xué)者對槽形梁的設(shè)計理論做了大量的研究,并且已經(jīng)應(yīng)用于工程實踐,運行多年情況良好。在鐵路橋上,我國目前已建成3座槽形梁橋。它們是位于北京鐵路樞紐雙橋編組站內(nèi)的為京秦線跨越京承線而設(shè)的二孔跨度為24m的單線槽形梁、位于京承線雙懷段懷柔車站附近的為跨越京豐公路而設(shè)的一孔跨度為20m的雙線槽形梁橋,以及位于浙贛復(fù)線江西弋陽葛水河的跨度為25m+40m+25m的單線鐵路連續(xù)槽形梁。2槽形梁在軌道交通高架工程中的應(yīng)用形式在高架城市軌道交通線

3、中為了節(jié)省系統(tǒng)總投資,就要求高架結(jié)構(gòu)有較小的建筑高度(工學(xué)/交通運輸論文 /)。早期,軌道交通高架結(jié)構(gòu)一般采用常見的城市高架橋或公路高架橋型式,建筑高度較大。槽形梁是適合于軌道交通高架結(jié)構(gòu)要求、具有較小建筑高度的結(jié)構(gòu)型式之一,而且槽形梁跨徑的變化只影響兩側(cè)主梁的梁高,基本上不影響槽形梁道床板面的建筑高度,便于軌道交通系統(tǒng)在線路縱斷面上作定線布置。2.1國內(nèi)軌道交通高架工程中槽形梁的應(yīng)用現(xiàn)狀槽形梁在我國城市軌道交通領(lǐng)域尚無實際工程應(yīng)用,但近幾年也做了大量的研究工作。1999年廣州市地下鐵道設(shè)計研究院與法國索非圖公司合作設(shè)計,并進(jìn)行了二孔單線槽形梁的11足尺試驗;2

4、001年由上海市隧道工程軌道交通設(shè)計研究院負(fù)責(zé),與原上海鐵道大學(xué)、申通公司合作設(shè)計,并進(jìn)行了一孔雙線槽形梁的11足尺實驗;2002年我院在上海市軌道交通6號線設(shè)計招投標(biāo)及初步設(shè)計中采用了槽形梁結(jié)構(gòu),并對槽形梁理論做了進(jìn)一步研究,初步設(shè)計已通過專家評審,現(xiàn)正在施工圖設(shè)計階段。這標(biāo)志著槽形梁在城市軌道交通工程中的應(yīng)用已成現(xiàn)實。2.2在軌道交通中應(yīng)用槽形梁的優(yōu)點(1)建筑高度低:直接行駛車輛的槽形梁道床板厚度(即建筑高度)一般為0.350.50m,較一般的軌道箱梁或T形梁降低約1.5m(以30m跨為例)。在軌道交通中應(yīng)用槽形梁,對降低車站及區(qū)間建筑高度效果顯著。 (2)降噪效果好:軌道交通車輛行駛于

5、槽形梁時,其輪軌走行系統(tǒng)噪聲受到兩側(cè)主梁上翼緣及腹板的阻隔,在一定程度上減少了車輛噪聲對周圍環(huán)境的影響。相對箱形梁,槽形梁無箱體共鳴噪聲。(3)斷面空間利用率高:結(jié)構(gòu)受力需要的主梁上翼緣可兼做檢修及旅客緊急疏散通道,在車站內(nèi)部可以作為站臺寬度使用,下部空間可布置通信、信號、電力電纜等管線。(4)行車安全:兩側(cè)主梁可防止脫軌車輛傾覆下落,給行車安全提供了可靠的保證。(5)外觀美觀、視覺效果好:槽形梁不但本身梁體外型優(yōu)美,而且主梁上翼緣和腹板遮擋了外觀較差的橋面系及車輛走行系統(tǒng),只露出整潔、美觀的上部車體;若采用三軌供電系統(tǒng),則景觀效果更佳。由上可知,槽形梁是適合于軌道交通的一種優(yōu)秀、新型的橋梁結(jié)

6、構(gòu)型式。2.3槽形梁在高架區(qū)間的應(yīng)用(1)雙線分離式(單線)預(yù)應(yīng)力混凝土槽形梁分離式預(yù)應(yīng)力混凝土槽形梁,每線設(shè)置1個“U”形槽,兩主梁分離,如圖1。 圖1雙線分離式槽形梁橫斷面圖分離式預(yù)應(yīng)力混凝土槽形梁具有以下特點:采用分離式主梁可以降低主梁高度,減小道床板的厚度,結(jié)構(gòu)體量可以做得較輕巧。分離式主梁可適應(yīng)島式車站線路分離的要求,保證站內(nèi)橋梁與站外橋梁協(xié)調(diào)一致。采用分離式的兩個槽形梁,道床板的寬跨比較小,剪力滯后效應(yīng)小,道床板可全截面參與主梁受力,提高了截面的利用率。分離式的兩個槽形梁其道床板的計算跨度小,道床板的受力較小。采用分離式的兩個槽形梁,兩主梁的受力明確,避免了單線加載時的偏載效應(yīng)。采

7、用分離式的兩個槽形梁,線間距須加寬,橋面寬,高架橋整體體量大。分離式的兩個槽形梁無法進(jìn)行交叉、渡線區(qū)域的橋梁設(shè)計。采用分離式的兩個槽形梁,線間距加寬,平面線型要設(shè)置從地下線向高架線的過渡,平面線型較復(fù)雜。Good counsel never comes too late. 新技術(shù)應(yīng)用(2)雙線整體式預(yù)應(yīng)力混凝土槽形梁雙線預(yù)應(yīng)力混凝土槽形梁,兩線設(shè)置1個“U”形槽,兩片主梁分置在線路兩側(cè),如圖2。 圖2雙線槽形梁橫斷面圖雙線預(yù)應(yīng)力混凝土槽形梁具有以下特點:線間距不變化,平面線型簡單。線間距可設(shè)置為最小值,橋面寬度減小,高架橋整體體量小,并能有效降低工程造價。可滿足交叉、渡線區(qū)域的橋梁設(shè)計,使全線

8、梁型一致。雙線槽形梁其道床板的計算跨度大,道床板受力及厚度較大。主梁橫向間距較大,橫向抗扭剛度較差。單線行車時對主梁有偏載效應(yīng),主梁受力復(fù)雜。 2.4槽形梁在高架車站的應(yīng)用高架車站站臺形式一般為側(cè)式站臺或島式站臺,槽形梁是最適用于高架車站的橋梁結(jié)構(gòu)。由于其建筑高度低,可有效地降低車站的線路高程,減小站臺的提升高度,方便旅客出行,降低車站造價,并可改善線路縱斷面。(1)側(cè)式站臺槽形梁結(jié)構(gòu)形式槽形梁兩側(cè)主梁位于站臺范圍,主梁上翼緣可作為站臺功能使用。視站臺寬度,主梁斷面可采用T形或箱形結(jié)構(gòu)形式,如圖3。采用此結(jié)構(gòu)形式具有以下特點:槽形梁主梁斷面的增大,提高了槽形梁的承載能力,增強了槽形梁的橫向抗扭

9、剛度。斷面利用率高,槽形梁主梁下部空腔部分可作為車站通信、信號、電力電纜通道。建筑高度改善明顯。不另外設(shè)置站臺梁,橋墩也就可以不設(shè)置用于支承站臺梁的橫梁。因此,建筑高度僅為槽形梁道床板厚度。Money is the root of all evil. 槽形梁主梁兼作站臺使用,取消了站臺梁,有望降低車站的工程造價。圖3側(cè)式站臺槽形梁橫斷面圖Wine and judgement mature with age. 圖4島式站臺槽形梁橫斷面圖Good counsel never comes too late. 參考文獻(xiàn)1何宗華.城市輕軌交通工程設(shè)計指南.北京:中國建筑工業(yè)出版社,19932胡匡璋.槽形

10、梁.北京:中國鐵道出版社,19873上海市隧道工程軌道交通設(shè)計研究院.軌道交通槽形梁研究報告.2001論文教育信息網(wǎng) 預(yù)應(yīng)力混凝土槽形簡支梁內(nèi)力分析方法研究作者：王玉田 姜福香 來源：免費論文 發(fā)布時間：03-03-15 瀏覽： 16 次 摘要:首先采用傳統(tǒng)的計算理論對某輕軌高架橋槽形簡支梁的內(nèi)力進(jìn)行了手算.同時,還采用MidasCivil橋梁專用設(shè)計軟件對槽形梁進(jìn)行了電算,在對計算結(jié)果進(jìn)行比較的基礎(chǔ)上,對傳統(tǒng)設(shè)計理論的可靠性進(jìn)行了剖析和評價,并對實際的工程設(shè)計提出合理化的建議.關(guān)鍵詞:預(yù)應(yīng)力混凝土;槽形梁;內(nèi)力計算1 工程簡介 某輕軌高架橋,設(shè)計區(qū)間總長為90

11、m,雙線、線路中心線間距為3.6m.車輛采用電力牽引、第三軌受力,設(shè)計最高行車速度為80km/h,軌距1425mm,軸重14t.采用60kg/m鋼軌、鋼筋混凝土軌枕式整體道床,軌道建筑高度為55cm.擬采用330m預(yù)制裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁橋,采用等高度雙線整體式預(yù)應(yīng)力混凝土槽形梁截面.橋墩采用T形墩,基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁. 槽形梁是一種下承式受力構(gòu)件,其傳力途徑為列車輪載作用于槽形梁底板,底板將荷載橫向傳至兩側(cè)縱向主梁.主梁內(nèi)配有高強預(yù)應(yīng)力鋼筋,抵抗橋跨結(jié)構(gòu)由外荷載產(chǎn)生的彎矩.槽形梁具有增加橋下凈空、減少建筑高度、兩側(cè)主梁可提供隔音屏作用、縮短施工工期及降低使用期內(nèi)的費用等優(yōu)點.槽形梁的具體

12、尺寸見圖1.2 一般計算方法2.1 主梁內(nèi)力計算 對于主梁內(nèi)力的計算,傳統(tǒng)的方法是將主梁簡化為一般的簡支受力體系,采用結(jié)構(gòu)力學(xué)的方法進(jìn)行計算. (1)恒載內(nèi)力:包括一期恒載(槽形梁自重)及二期恒載(65kN/m)作用下的內(nèi)力.計算簡圖如圖2所示. (2)活載內(nèi)力:列車活載按6節(jié)車輛編組計算, 重車和空車軸重分別為140kN和70kN.考慮到該輕軌為雙線,依據(jù)地鐵設(shè)計規(guī)范(GB501572003)1,雙線時應(yīng)按各線列車活載總和計算.故最不利加載情況為雙線同時有重車通過.圖3為跨中最大彎矩的計算圖式,限于篇幅,其他不一一列出. 主梁內(nèi)力計算結(jié)果匯總于表1.2.2 道床板內(nèi)力計算 道床板按單向板進(jìn)行

13、計算2-3,計算跨度B取兩主梁腹板中線與道床板中面交點間的距離,取1m寬的板條進(jìn)行計算.計算結(jié)果列于表2. 對兩種方法的計算結(jié)果對比分析后發(fā)現(xiàn),它們之間存在一定的差別.無論哪種荷載情況,手算結(jié)果均比電算結(jié)果大,各種荷載作用下橫向彎矩值沿梁長方向的變化趨勢也不相同.總體而言,利用手算的結(jié)果進(jìn)行配筋計算,是偏安全的處理方法.差異的主要原因在于以下幾個方面: (1)在電算分析中,將結(jié)構(gòu)作為一個整體,其結(jié)果是由共同作用產(chǎn)生的;而手算時則不能很好地體現(xiàn)這種共同作用,故導(dǎo)致計算結(jié)果偏大. (2)在電算分析中,結(jié)構(gòu)跨中部分的板單元受到的是相鄰板單元的約束,而端部的板單元受到的是支座與端橫梁的約束,兩種約束條

14、件不同.這就使得荷載作用下,單元的彎矩值沿梁長的變化趨勢在跨中與端部并不相同. (3)由于槽形梁實際上是一種梁、板組合的空間整體結(jié)構(gòu),而角隅部分又是梁、板的連接處,結(jié)構(gòu)復(fù)雜.但由于軟件本身的特點,使得電算對結(jié)構(gòu)在角隅處的分析結(jié)果并不是太理想,從而也導(dǎo)致兩種方法在角隅處的計算結(jié)果有出入.為保證電算中角隅部分的計算精度,應(yīng)將角隅部分單獨取出,作進(jìn)一步的細(xì)部分析計算.5 結(jié)論 總結(jié)上述的分析結(jié)果可知,兩種計算方法各有自己的優(yōu)缺點.電算的關(guān)鍵在于建立一個與實際較為接近的模型;同時應(yīng)采用多種軟件進(jìn)行計算分析和比較.而手算的關(guān)鍵在于所依據(jù)的理論是否可靠,采用的設(shè)計計算方法是否正確可行. 由于槽形梁構(gòu)造復(fù)雜,理論研究還不夠成熟,而目前已建成的實例也較少.依據(jù)以上分析研究,給出以下幾點建議: (1)手算所得主梁內(nèi)力均偏大,應(yīng)適當(dāng)結(jié)合電算方法綜合確定. (2)手算道床板內(nèi)力時,沿梁全長均采用單位板寬的計算值,偏于安全,浪費材料.應(yīng)該依據(jù)力的變化趨勢進(jìn)行配筋計算,從而達(dá)到減少鋼材用量,降低成本的目的. (3)今后,應(yīng)在試驗及理論方面加強對槽形梁角隅部分的研究.同時在設(shè)計計算中應(yīng)加強角隅部分的設(shè)計,并進(jìn)行相關(guān)的驗算.參考文獻(xiàn):1GB501572003,地鐵設(shè)計規(guī)范S.北京:中國鐵道出版社,2003.2TB10002.399,鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土