京津城際軌道交通跨京山鐵路小三線結(jié)合梁設(shè)計(jì)

1、京津城際軌道交通跨京山鐵路小三線結(jié)合梁設(shè)計(jì)摘 要:介紹京津城際軌道 交通 跨越京山鐵路小三線的鐵路鋼混結(jié)合梁的設(shè)計(jì)過(guò)程,對(duì)其構(gòu)造形式的選擇、構(gòu)造平面布置和斷面形式等進(jìn)展詳細(xì)介紹,對(duì)用于京津城際軌道交通上無(wú)碴軌道梁的 計(jì)算 方法 以及需要關(guān)注的 問(wèn)題 ,如自振頻率相對(duì)變形等和解決方法也進(jìn)展 分析 。關(guān)鍵詞:京津城際鐵路;鋼混結(jié)合梁;設(shè)計(jì)1 工程概況京津城際軌道交通在天津市區(qū)跨越京山鐵路小三線,由于市區(qū)內(nèi)既有建筑物較多,限制了軌道交通平面線形的選擇,致使京津城際軌道交通與京山鐵路小三線的立交條件很差,兩條線的夾角僅為18·3°,且兩條線均位于平面曲線上,其平面關(guān)系詳見(jiàn)圖1。2

2、橋式方案的選擇由圖1可知,兩線間夾角很小,一般跨度的簡(jiǎn)支梁不能滿足所跨越的小三線凈寬要求,假設(shè)采用大跨度構(gòu)造跨越,那么可供選擇的橋跨構(gòu)造形式有預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁、預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋、鋼桁架橋等構(gòu)造形式,相應(yīng)的施工方法就要采用懸臂法或頂推拖拉等,但由于線路處于R=400m小曲線上,這些方案不僅難以實(shí)現(xiàn),且為既有鐵路運(yùn)營(yíng)增加了許多不平安的因素。綜上所述,結(jié)合該工點(diǎn)的詳細(xì)情況,跨既有京山鐵路小三線的橋梁最正確施工方案是預(yù)制架設(shè),進(jìn)而提出了框架墩與簡(jiǎn)支梁的橋式方案,即2個(gè)框架墩配3孔20m簡(jiǎn)支梁,詳見(jiàn)圖2。由于框架墩跨度大,2個(gè)框架墩受梁部荷載的作用點(diǎn)差異大,采用自重輕且對(duì)受扭及支座不均勻變形承受

3、才能好的橋跨構(gòu)造是本工點(diǎn)的首選。因此,本橋跨越京山鐵路小三線的橋跨構(gòu)造采用了雙箱單室的鋼混結(jié)合梁。3 鋼混結(jié)合梁的構(gòu)造形式3·1 構(gòu)造的平面布置(圖3)本橋的鋼混結(jié)合梁位于緩和曲線及R=400m的圓曲線上,但為了便于制作和架設(shè),鋼梁那么采用了直線梁。同時(shí),盡量減小曲線內(nèi)外側(cè)梁縫差值便于兩端伸縮縫安裝的原那么,采用了橋面板兩端線平行于墩中心線的布置方式,即內(nèi)外鋼箱梁腹板長(zhǎng)度不相等。3·2 鋼混結(jié)合梁橫斷面形式為了減輕鋼梁架設(shè)安裝的重量,便于施工人員的安裝作業(yè),鋼梁選用了雙箱單室截面,且將鋼梁部分做成U形斷面的等高度梁。鋼梁高2.0m,橋面板厚0.3m,構(gòu)造總高2.3m。全橋每

4、隔4m左右設(shè)置橫梁、橫隔板,將兩箱梁連成空間構(gòu)造增強(qiáng)橋梁的整體剛度。兩箱中心距4.80m,箱梁采用U形斷面,每道上翼緣板寬0.6m,下翼緣板寬3.0m,支點(diǎn)附近為滿足布置支座的構(gòu)造要求,增加到3.3m。箱梁腹板中心距2.6m,主梁腹板厚16mm。鋼梁上翼緣板厚30mm,下翼緣板厚40mm。設(shè)計(jì)時(shí)為滿足軌道交通對(duì)構(gòu)造自振頻率的要求,鋼箱梁下翼緣設(shè)縱向加勁肋進(jìn)展截面加強(qiáng),所以下翼緣縱向加勁肋沿主梁縱向通長(zhǎng)不能連續(xù)。3·3 鋼混結(jié)合梁的其他構(gòu)造形式端橫隔板、中間橫隔板均設(shè)置過(guò)人孔。架設(shè)安裝時(shí)施工人員可以進(jìn)入梁內(nèi)進(jìn)展拼接,運(yùn)營(yíng)后檢查維修人員也可以進(jìn)入梁內(nèi)檢查和維修,而且可以通過(guò)與之相鄰的混凝

5、土梁體的進(jìn)人洞,由端隔板的過(guò)人孔進(jìn)入到鋼混結(jié)合梁的梁體內(nèi)。頂梁位置設(shè)在主梁各支點(diǎn)的橫隔板處盡量靠近腹板,綜合考慮了防震落梁措施和頂梁的要求,防震落梁擋塊與主梁用螺栓連接,頂梁時(shí),卸下防震落梁擋塊,在此位置安放頂梁千斤頂,詳見(jiàn)圖4。3·4 混凝土收縮控制措施為了盡量減少混凝土收縮對(duì)構(gòu)造的 影響 ,橋面板分段澆筑,各段之間設(shè)50cm后澆帶,鋼筋不斷開(kāi)。橫向澆筑時(shí)可先澆筑腹板頂部,然后對(duì)稱澆筑。4 鋼混結(jié)合梁的 計(jì)算 分析鋼混結(jié)合梁是一種組合構(gòu)造,由鋼筋混凝土橋面板與鋼梁通過(guò)剪力連接器連接成一整體,共同承受荷載。由于是兩種材料,其彈性模量不一樣,且在不同的使用條件下,兩種材料的表現(xiàn)也不一樣

6、,因此,如何合理反響構(gòu)造的實(shí)際受力及變形,是鋼混結(jié)合梁與單一材質(zhì)的鋼梁或混凝土梁的重要區(qū)別所在。本橋橋面構(gòu)造為無(wú)碴軌道,對(duì)變形要求極為嚴(yán)格,因此,除需要進(jìn)展一般橋梁的計(jì)算外,還要進(jìn)展線對(duì)變形分析。設(shè)計(jì)中,根據(jù)?鐵路結(jié)合梁設(shè)計(jì)規(guī)程?(TBJ2489)在進(jìn)展不同階段、不同工況的受力分析時(shí),鋼與混凝土的彈性模量比n值按表1所列之值采用。4·1 構(gòu)造自振頻率計(jì)算分析城際軌道 交通 不同于以往的普通鐵路及輕軌對(duì)構(gòu)造的自振頻率的要求,在構(gòu)造的強(qiáng)度、剛度和各部應(yīng)力滿足要求時(shí),構(gòu)造的自振頻率還會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)的限值,因此,首先要進(jìn)展構(gòu)造的自振頻率分析。在構(gòu)造自振頻率分析時(shí),選擇合理的橋面板厚度及U形鋼

7、箱高度是本橋構(gòu)造計(jì)算的重點(diǎn)工作,構(gòu)造分析模型見(jiàn)圖5。計(jì)算分析選擇了不同梁高與不同橋面板厚度的情況,進(jìn)展了自振頻率的計(jì)算和比較,表2列出了3種組合的計(jì)算結(jié)果。從表2可知,第二種和第三種均滿足自振頻率要求,第二種橋面板較厚,鋼梁高度較低,總的構(gòu)造高度小,但由于橋面板厚自重增加較多,在凈高控制地段可選用第二種形式,即增加橋面板厚度減小構(gòu)造總高度。在本工程中要盡量減輕構(gòu)造重量,因此采用了第三種構(gòu)造高度。4·2 相對(duì)變形分析采用圖5計(jì)算模型,取3.0m長(zhǎng)、1.435m寬范圍內(nèi)最不利的荷載工況進(jìn)展加載及各支座在框架墩上的撓度變形作為支座的強(qiáng)迫位移進(jìn)展構(gòu)造分析。4·3 縱向計(jì)算建立平面桿

8、系有限元模型,模擬各施工階段和運(yùn)營(yíng)階段工況,計(jì)算各施工階段及運(yùn)營(yíng)階段各截面的內(nèi)力、應(yīng)力、變位和構(gòu)造的自振頻率,在各階段的計(jì)算中鋼與混凝土的彈性模量比n采用表1中相應(yīng)的n值。4·4 橫向計(jì)算取主梁的典型橫截面進(jìn)展橫向環(huán)框計(jì)算。5 結(jié)語(yǔ)橋跨構(gòu)造的選擇應(yīng)與其所在工點(diǎn)的地形、地理、人文環(huán)境相適應(yīng)。本橋那么是在充分考慮跨越京山鐵路小三線的位置處既有建筑物較多,限制了軌道交通平面線形等特點(diǎn)選擇了鋼混結(jié)合梁構(gòu)造,既滿足了功能需求,又可以與周邊環(huán)境協(xié)調(diào)統(tǒng)一。鋼混結(jié)合梁不但具有較高的強(qiáng)度,而且其構(gòu)造高度相對(duì)于混凝土構(gòu)造較低,適應(yīng)于線路高度受限制立交橋。再有鋼混結(jié)合梁的鋼梁部分可以工廠加工,現(xiàn)場(chǎng)吊裝和拼接,不僅可以保證建立工期,而且不影響橋下交通。高速客運(yùn)專線鐵路的結(jié)合梁設(shè)計(jì),不僅要關(guān)注各截面的內(nèi)力、應(yīng)力、變位是否滿足規(guī)程、標(biāo)準(zhǔn)的要求,更要注重構(gòu)造自振