某輕軌高架橋兩種計算結果的對比分析

1、某輕軌高架橋兩種計算結果的比照分析摘要:結合工程實例,對槽形梁用手算和電算兩種方法進展了分析,并對兩種計算結果進展了比擬分析,總結了兩種方法的優(yōu)缺點,提出了手算需改良的方案,為今后槽形梁橋的設計計算提供了參考根據(jù)。關鍵詞:槽形梁,預應力體系,輕軌高架橋,構造設計1工程簡介天津地鐵1號線經(jīng)過地區(qū)地處海河沖擊平原上,地形平坦,沿線地層簡單,第四系地層發(fā)育廣泛。地層分布從上到下依次是人工堆積層、新近沉積層、上部陸相層、第一海相層、中上部還相層、上部及中上部地層廣泛沉積有十幾米厚的軟土。因槽形梁具有建筑高度低;受力構造滿足功能之需;改善建筑外觀;隔噪聲;兩邊墻可防止脫軌與翻車;造型輕巧美觀等優(yōu)點。故文

2、中設想如將地鐵1號線的高架段設計為槽形梁橋可能更有優(yōu)勢,文中取90的區(qū)間長度設計,在該區(qū)間采用330三跨簡支預應力槽形梁方案。2主要技術標準1)線路:雙線、線間距3.6(全為直線段),平坡;2)車輛:電力牽引、第三軌受力、設計最高行車速度80k/h,軌距1425,軸重14t;3)橋下凈空:跨越城市主干道不小于5,其他次干道不小于4.5;4)地震設防烈度:天津地區(qū)按8度考慮;5)設計荷載:構造自重、橋面二期恒載按65kn/計;列車荷載按六節(jié)車輛編組設計,重車軸重140kn,空車軸重70kn;人行道活載按4.0kpa計;溫度力按頂板升溫5及梁體內(nèi)外溫差10計。3橋體構造設計3.1梁體設計3.1.1

3、梁體構造梁截面采用等高度雙線整體式預應力混凝土槽形梁,采用向外傾斜約70的斜墻式“t型斷面(見圖1)。腹板厚端部3.5范圍內(nèi)55,跨中至梁端4.0范圍內(nèi)35厚;端部端橫梁可增加橋梁末端半框架橫向剛度,減少道床板橫向彎矩及橋梁支點截面橫向撓度,截面采用高1.05,寬1.3的矩形截面。3.1.2梁體預應力體系采用三向預應力體系,縱向為5-75鋼絞線,全截面共34束。橫向為5-75鋼絞線,間距0.5。錨具采用v及其配套的支承墊板,管道用金屬波紋管成孔。鋼絞線為標準強度1860pa的高強低松弛鋼絞線。豎向采用28的45sinv光圓冷拉級粗鋼筋,布于腹板中部,間距0.5,與橫向鋼絲束間隔布置。端橫梁預應

4、力體系也采用5-75鋼絞線,間距0.35。3.1.3梁體施工槽形梁為開口截面,且需配三向預應力筋,因此對構件制作精度要求高。本橋采用工地現(xiàn)場預制,后用運梁車在線上運輸?shù)轿?再采用架橋機或龍門吊吊裝就位的施工方法。3.2橋墩及根底設計橋墩采用t型墩,因其具有受力合理、占地面積孝構造輕巧美觀、線條流暢、滿足橋下行車要求等優(yōu)點。根底采用鉆孔灌注樁,樁徑1.25,樁長34,以使其承載在承載力較高的密實粉質(zhì)粘土上。4梁體構造內(nèi)力計算分析4.1手工計算分析手工計算是根據(jù)影響線法并利用構造力學求解器輔助計算,從而求得梁體內(nèi)力(手工計算溫度荷載較復雜,因此手算未考慮溫度荷載組合)。4.1.1主梁內(nèi)力包絡圖(見

5、圖2)4.1.2道床板內(nèi)力計算道床板計算跨度b取兩主梁腹板中線與道床板中面交點間間隔 ,取1板寬計算。先利用材料力學方法求得荷載引起的簡支梁跨中彎矩0及固端梁支點負彎矩1,那么道床板跨中彎矩支點負彎矩y1=0.51;支點正彎矩y2=0.31。4.1.3端橫梁內(nèi)力計算端橫梁承受荷載見圖3陰影中所示范圍。先求得簡支梁跨中彎矩0,那么端橫梁跨中彎矩k=0;支點負彎矩+z=0.2k;正彎矩-z=-0.2k。4.2電算分析由于槽形梁的主梁翼緣、腹板及道床板厚度與梁體外表尺寸相比小得多,可近似把槽形梁視為空間折板的薄殼構造,并離散成由有限個薄殼單元組成的構造物。該槽形主梁電算分析采用的是薄殼構造有限單元法

6、,用idas軟件進展計算分析。4.2.1截面換算原那么截面主要外形尺寸及板厚不變;主梁中和軸位置根本不變;腹板截面面積及中面傾角不變;梁上、下翼緣板截面面積根本不變;梁截面沿x,y方向的慣性矩ix,iy根本不變。另外,為保證計算精度,在下轉折點外增設一單元(添加單元,見圖4)。4.2.2idas建模及離散化根據(jù)如圖4所示截面,在idas中建型,并劃分單元。該槽形梁縱向劃分15個單元,橫向劃分20個單元,為保證模型符合實際構造,模型兩端增設了端橫梁單元。槽形梁模型采用四點支撐,約束條件分別是:固定支座;縱向固定、橫向活動的支座;橫向固定、縱向活動的支座;雙向活動支座。5兩種計算結果比照分析槽形梁

7、在荷載作用下不僅會發(fā)生雙向彎曲和改變,且由于共同工作還會引起拉伸變形。腹板處的單元那么受法向力、剪切和扭、彎共同作用,其比一般上承式梁的工作狀態(tài)要復雜。5.1兩種計算結果比擬兩種計算結果比照后發(fā)現(xiàn),橫向彎矩值主要存在以下差異:1)自重荷載作用下:手算較電算結果大,跨中相差約19.8%;角隅處正彎矩相差約9.3%,負彎矩相差約18.8%。2)二期恒載作用下:兩結果相差不大,約為2.3%。3)列車活載作用下:手算較電算結果大,跨中相差約36.0%;角隅處相差約33.0%。4)荷載組合作用下(自重+二期恒載+列車活載):手算較電算結果大,跨中相差約29.4%;角隅處相差約35.4%。5)電算可將溫度

8、力考慮進去,手算不行。6)橫向彎矩值沿梁長方向變化趨勢不同。電算中:彎矩值沿梁長向呈曲線變化,跨中最大,向兩端逐漸變小,且端部約為跨中的1/2;在構造跨中到距端部約1/5梁長范圍內(nèi)彎矩值變化較緩,其余地方變化快。手算道床板橫向彎矩時,取單位板寬計算,且全跨范圍內(nèi)都采用該值,即認為橫向彎矩沿梁長不變,且該值與電算的跨中彎矩值接近,由此知手算結果偏于保守。5.2存在差距的原因分析1)電算分析中可將構造的整體作用考慮進去;而手算時不能表達這種共同作用,也就導致計算結果偏大。2)分析列車活載時,手算時對列車荷載在道床板上的分布寬度采用雙線軌道間的間隔 ,而實際上軌道外一定寬度范圍內(nèi)的板也受影響;電算時

9、表達的正是這種相鄰板單元間的互相作用。3)在電算分析中,構造跨中局部的板單元受到周圍單元的約束,而端部的板單元那么受到支座與端橫梁的約束,由于兩種約束不同,橫向彎矩值沿梁長的變化趨勢也就不同。4)由于軟件本身的特點,使得電算對構造角隅處的分析結果不理想,也就導致兩種結果在角隅處有出入。5.3總結兩種方法各有優(yōu)缺點,電算的關鍵在于建立一個與實際接近的模型;有條件應采用多個軟件進展分析,從而找出最理想的分析軟件。手算的關鍵在于所根據(jù)的理論是否可靠,采用的設計計算方法是否可行。由于槽形梁構造復雜,理論研究不成熟,目前建成的實例也少,因此可參考的資料就非常少,本設計中所根據(jù)的理論,經(jīng)比照后發(fā)現(xiàn)其還有以

10、下缺乏之處:1)計算道床板內(nèi)力時,取單位板寬計算,梁全長范圍都采用該值。由電算結果知,道床板端部內(nèi)力只是跨中的1/2。因此,手算結果偏保守,如利用該結果進展配筋設計,會導致增加鋼材用量,浪費材料。2)槽形梁實際上是一種梁、板組合的空間整體構造,而角隅局部又是梁、板的連接處,故應在實驗及理論方面加強對角隅局部的研究。設計計算中也應加強角隅局部的設計,并進展相關驗算。6結語文中將天津地鐵1號線高架段設計為簡支預應力槽形梁橋。并對梁體用兩種方法進展了計算分析。主梁和端橫梁局部主要用手算進展;道床板局部采用手算和電算結合。電算主要用來與手算結果作比照分析,從而找出手算所依理論的缺乏及今后需改良的地方,為今后槽形梁橋的設計計算提供參考。參考文獻:1胡匡璋.槽形梁.北京:中國鐵道出版社,1987.5.2kuiperrr.nretetrugh-girderbridgefrrtterdaetrz.hallengesfrnre