中低速磁懸浮小半徑框架墩連續(xù)梁體系設(shè)計(jì)與研究

萬 明

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300142)

中低速磁懸浮小半徑框架墩連續(xù)梁體系設(shè)計(jì)與研究

萬 明

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300142)

中低速磁懸浮具有噪聲低、振動(dòng)小、無污染、轉(zhuǎn)彎半徑小等優(yōu)點(diǎn)，適用于城市市區(qū)交通連接。結(jié)合小曲線半徑框架墩連續(xù)梁體系的設(shè)計(jì)和研究，分析了此類結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)及設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)。

中低速磁懸浮 小半徑 連續(xù)梁、框架墩

1 概述

中低速磁懸浮是一種前景良好的新型軌道交通技術(shù)，隨著一批中低速磁懸浮項(xiàng)目在我國(guó)的開建，我國(guó)自主研發(fā)的中低速磁懸浮技術(shù)也慢慢從試驗(yàn)階段走向工程化。中低速磁懸浮技術(shù)具有轉(zhuǎn)彎半徑小的特點(diǎn)，在工程上，線路小半徑段落常常以小跨度連續(xù)梁的形式通過。小曲線半徑段落橋梁結(jié)構(gòu)受力較為復(fù)雜，除承受彎矩、剪力外，還承受較大的扭矩和翹曲力矩的作用。以曲線半徑為200 m的4×24 m框架墩連續(xù)梁體系為例，對(duì)此類結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行探討(如圖1)。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 墩梁連接

(1)連續(xù)梁與框架墩橫梁支座連接方案(方案一)

連續(xù)梁支承在框架墩上，連續(xù)梁橫隔板平行于框架墩設(shè)置，其中曲線內(nèi)側(cè)放置縱向活動(dòng)支座，曲線外側(cè)放置多向活動(dòng)支座。連續(xù)梁高1.5 m，支點(diǎn)處加高到1.8 m，連續(xù)梁頂板寬11.2 m，底板寬5.42 m，支點(diǎn)加高處底板寬5.18 m；框架墩橫梁高2 m，寬2.2 m，橫梁底至承臺(tái)頂高7.3 m(如表1)。

表1 方案一預(yù)應(yīng)力鋼束使用情況

經(jīng)計(jì)算，框架墩立柱需配置2根一束的HRB400鋼筋(直徑25 mm)，應(yīng)力及裂縫寬度均能滿足設(shè)計(jì)要求；樁基礎(chǔ)采用5根1 m的摩擦樁，樁長(zhǎng)26 m。

(2)連續(xù)梁與框架墩橫梁固結(jié)方案(方案二)

連續(xù)梁和框架墩橫梁固結(jié)。連續(xù)梁高1.5 m，除和框架墩橫梁固結(jié)處外，支點(diǎn)處梁高均加高到1.8 m，連續(xù)梁頂板寬11.2 m，底板寬5.42 m，支點(diǎn)加高處底板寬5.18 m；框架墩橫梁高2.4 m，寬2.2 m，橫梁底至承臺(tái)頂高8.9 m(如表2)。

圖1 平面關(guān)系示意(單位：cm)

表2 方案二預(yù)應(yīng)力鋼束使用情況

經(jīng)計(jì)算，框架墩立柱需配置2根一束的HRB400鋼筋(直徑25 mm)，應(yīng)力及裂縫寬度均能滿足設(shè)計(jì)要求；樁基礎(chǔ)采用5根1 m的摩擦樁，樁長(zhǎng)28 m。

方案一優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)受力明確，框架墩橫梁受力較??；框架墩橫梁高度小，景觀效果好；缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)總高度較大。方案二優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)高度較小，能提供較大的橋下凈空；缺點(diǎn)是框架墩橫梁和連續(xù)梁變形不協(xié)調(diào)，受力較復(fù)雜，框架墩橫梁高度較高，連續(xù)梁懸臂伸出框架墩橫梁范圍以外，景觀效果較差。

考慮方案一受力明確，橋下凈空能夠滿足道路要求，方案二框架墩橫梁高度較高，不能改善景觀且受力復(fù)雜，故本結(jié)構(gòu)最后采用連續(xù)梁與框架墩橫梁支座連接的方法。

2.2 框架墩設(shè)計(jì)

因跨度較大，框架墩橫梁、立柱和基礎(chǔ)均采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。在模擬分析中框架墩對(duì)基礎(chǔ)的約束剛度比較敏感，基礎(chǔ)剛度取值較大時(shí)，橫梁的設(shè)計(jì)偏不安全且立柱與基礎(chǔ)的計(jì)算較為困難；基礎(chǔ)剛度取值較小時(shí)，橫梁計(jì)算困難且立柱和基礎(chǔ)的計(jì)算偏不安全。因此，計(jì)算中需根據(jù)地質(zhì)資料和基礎(chǔ)的實(shí)際設(shè)計(jì)情況，確定合理的基礎(chǔ)約束剛度范圍，進(jìn)行包絡(luò)計(jì)算。

2.3 連續(xù)梁設(shè)計(jì)

小曲線半徑連續(xù)梁采用空間有限元軟件MIDAS和曲線梁分析軟件ASCB進(jìn)行計(jì)算。主梁采用空間梁?jiǎn)卧M，在支承處建立節(jié)點(diǎn)局部坐標(biāo)系，根據(jù)實(shí)際支承情況設(shè)置沿曲線徑向和切線方向的約束，并考慮支座剛度的影響(如表3、表4所示)。

3 結(jié)束語

框架墩-連續(xù)梁體系具有良好的動(dòng)力特性和列車走行性，整體結(jié)構(gòu)受力明確，構(gòu)造簡(jiǎn)單，在磁懸浮線路曲線段落小角度跨越既有結(jié)構(gòu)時(shí)，能夠最大限度減少對(duì)既有結(jié)構(gòu)的影響且具有良好的經(jīng)濟(jì)性。

表3 連續(xù)梁運(yùn)營(yíng)階段計(jì)算指標(biāo)

表4 連續(xù)梁施工階段計(jì)算指標(biāo) MPa

小半徑連續(xù)梁橋溫度效應(yīng)、預(yù)應(yīng)力效應(yīng)的計(jì)算不同于直線橋梁，且曲線梁橋在自重、預(yù)應(yīng)力和列車荷載作用下還會(huì)產(chǎn)生較大的主梁扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，整體結(jié)構(gòu)空間效應(yīng)十分明顯。這種空間效應(yīng)隨著曲線半徑的減小而增大。在設(shè)計(jì)中應(yīng)通過高精度的有限元軟件分析計(jì)算，準(zhǔn)確掌握結(jié)構(gòu)的受力行為，針對(duì)其受力特性，合理布置預(yù)應(yīng)力鋼束，設(shè)置適宜的支座預(yù)偏心，并在箱梁內(nèi)部布置適當(dāng)?shù)臋M隔板，保證結(jié)構(gòu)的安全。

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WAN Ming

2014-09-10

萬 明(1984—)，2009年畢業(yè)于西南交通大學(xué)橋梁與隧道專業(yè)，工學(xué)碩士，工程師。

1672-7479(2014)06-0103-02

U442.5+4

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