摘 要:曲線橋是立交橋和高架橋的一種重要的結(jié)構(gòu)形式,在365JT交通運(yùn)輸中起著重要作用。主要研究重慶輕軌倒Ｔ形曲
線ＰＣ軌道梁橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),并對其受力特性進(jìn)行分析研究。
關(guān)鍵詞:高架橋;倒Ｔ形;ＰＣ軌道梁;重慶輕軌
中圖分類號:Ｕ448．28 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:Ｂ 文章編號:10042954(2004)06002905
1 概述
重慶市輕軌線路縱貫長江和嘉陵江間狹長的渝中半島,穿行于中梁山至真武山之間的低丘地帶,總長14．35ｋｍ。沿途共有14個(gè)車站、2個(gè)主變電所、1個(gè)車輛段、1個(gè)控制中心。重慶輕軌較新線一期工程在我國首次采用跨座式單軌交通系統(tǒng),其軌道梁既是車輛的承重結(jié)構(gòu),又是車輛運(yùn)行的軌道,因此365JT設(shè)計(jì)時(shí)除必須確保軌道梁的強(qiáng)度、剛度外,還必須確保軌道梁的線形精度。倒Ｔ形ＰＣ軌道梁是跨座式單軌交通系統(tǒng)軌道梁中具有突出特點(diǎn)的一種新型結(jié)構(gòu)形式,具有跨越能力強(qiáng)、剛度大、噪聲低、防腐性好、耐久性高的優(yōu)點(diǎn),為365JT城市單軌交通跨越既有城市構(gòu)筑物的首選方案之一。由于受線路平縱斷面、既有城市立交橋凈空和車輛限制,以及腰部安裝接觸網(wǎng)匯流牌需要,倒Ｔ形ＰＣ軌道梁的上部尺寸必須滿足85ｃｍ×150ｃｍ的斷面尺寸及相應(yīng)的平面曲線,而且行車的凈空也有特殊要求(即上述梁斷面上方及左右都不能有障礙物),結(jié)構(gòu)高度也受到限制。因此,跨座式單軌交通系統(tǒng)倒Ｔ形ＰＣ軌道梁的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)全新的、具有較高設(shè)計(jì)難度的工作。重慶輕軌較新線一期工程于大堰村維修基地出入段線路跨越長江二橋北引道處,由于受地形、地物控制須采用較大跨度,且線路位于曲線上,因而入段線采用跨度為33．608ｍ和29．8ｍ的2跨倒Ｔ形ＰＣ簡支軌道梁;出段線采用跨度為40ｍ的3跨倒Ｔ形ＰＣ簡支軌道梁。由于跨座式單軌交通在我國實(shí)施尚屬首次,跨座式單軌交通系統(tǒng)倒Ｔ形ＰＣ軌道梁為國內(nèi)首創(chuàng),目前在國內(nèi)外均無設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),更沒有“倒Ｔ形ＰＣ軌道梁”的設(shè)計(jì)資料和相關(guān)范例。因此,跨座式單軌交通系統(tǒng)倒Ｔ形ＰＣ軌道梁的設(shè)計(jì)研究是一項(xiàng)艱巨的創(chuàng)新工作。目前,根據(jù)日本和馬來西亞的經(jīng)驗(yàn),跨座式單軌交通系統(tǒng)ＰＣ簡支軌道梁的跨度都不超過22ｍ,更大的跨度采用鋼結(jié)構(gòu)或連續(xù)梁結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)軌道梁一般是板梁,構(gòu)造比較復(fù)雜,特別在小半徑的平面曲線上其構(gòu)造更加復(fù)雜且構(gòu)件的加工、組拼365JT施工都特別困難;馬來西亞曾采用跨度為40ｍ左右的直線連續(xù)ＰＣ軌道梁結(jié)構(gòu),截面為變高度形式,其梁高從跨中的1．5ｍ左右過渡到支點(diǎn)附近的3ｍ左右。考慮到在小半徑的平面曲線上設(shè)置變高度的連續(xù)ＰＣ軌道梁的設(shè)計(jì)和施工難度都很大,因此未采用上述方案。根據(jù)曲線梁扭矩較大的特點(diǎn),首先比較“山”字形槽形梁和倒Ｔ形梁,經(jīng)分析計(jì)算,槽形梁預(yù)應(yīng)力配置較多、混凝土體積較大,施工中模板制作、預(yù)應(yīng)力張拉不便;其次比較簡支和連續(xù)梁方案,連續(xù)梁通長束長約120ｍ,張拉后預(yù)應(yīng)力施加的效果不好。故本設(shè)計(jì)采用了“倒Ｔ形ＰＣ簡支軌道梁”方案(圖1),并在大跨間的墩頂預(yù)留張拉空間,梁部施工完成后澆楔形混凝土。
圖1 倒Ｔ形ＰＣ軌道梁斷面(單位:ｍｍ)
設(shè)計(jì)段內(nèi)的線路縱坡為3．343%與平坡,其銜接的豎曲線半徑Ｒ=1000ｍ,平曲線半徑為Ｒ=100ｍ(不設(shè)緩和曲線)。本文重點(diǎn)以出段線3跨跨度為40ｍ的簡支梁(圖2)為例,簡要介紹入段線簡支梁計(jì)算和倒Ｔ形ＰＣ軌道梁設(shè)計(jì)。其中第1跨(Ｂ1段)位于直線與圓曲線上,其直線部分跨長16．283ｍ,曲線部分跨長23．717ｍ;第2跨(Ｂ2段)位于圓曲線上;第3跨(Ｂ3段
)位于圓曲線與直線上,其曲線部分跨長38．854ｍ,直線部分跨長1．146ｍ。3跨均為后張全預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁。由于是跨座式軌道梁,因此設(shè)計(jì)除滿足承載力要求外,還要求在制造過程中滿足線路設(shè)計(jì)要求的流暢的軌道線型。
圖2 重慶輕軌倒Ｔ形ＰＣ軌道梁(出段線)結(jié)構(gòu)示意
2 重慶輕軌曲線梁橋特點(diǎn)
2．1 簡支曲線梁橋的主要力學(xué)特性
(1)豎向荷載下的受力特點(diǎn)同直線梁橋一樣,曲線梁橋在豎向荷載作用下,梁截面內(nèi)產(chǎn)生彎矩和剪力,但由于曲線梁橋本身的幾何特性,導(dǎo)致梁發(fā)生扭轉(zhuǎn)而在截面內(nèi)產(chǎn)生扭矩。扭矩的大小與曲線梁橋的曲線半徑有密切的關(guān)系,對于相同的豎向荷載,曲線半徑越小,截面內(nèi)的扭矩越大;反之,扭矩越小。
(2)曲線梁的彎扭耦合作用根據(jù)彎梁的空間平衡條件、彎梁的幾何方程以及變形協(xié)調(diào)方程,可以得到描述位移、轉(zhuǎn)角與外荷載關(guān)系的彎梁基本微分方程(符拉索方程),其表達(dá)式為
由上述方程可以看出,彎梁平面內(nèi)的荷載、內(nèi)力和變形與垂直于彎梁平面的荷載內(nèi)力變形互不影響;而式(1)和式(2)分別反映了豎向位移、扭轉(zhuǎn)角與外荷載的關(guān)系,兩個(gè)方程不相互獨(dú)立,即彎梁中彎矩與扭矩具有相互影響的特性,這就是曲線梁的彎扭耦合作用。(3)翹曲和畸變效應(yīng)對于薄壁結(jié)構(gòu)的曲線梁橋,當(dāng)梁受扭時(shí),若梁截面受到約束,縱向纖維在縱向不能自由伸縮,將會產(chǎn)生約束扭轉(zhuǎn),截面上除扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力外還有翹曲正應(yīng)力。畸變是截面受扭后產(chǎn)生的變形,這時(shí)截面不再是原來的形狀,畸變產(chǎn)生翹曲正應(yīng)力和畸變剪應(yīng)力。對于薄壁結(jié)構(gòu),由約束扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的翹曲正應(yīng)力和由畸變產(chǎn)生的翹曲正應(yīng)力及畸變剪應(yīng)力是不容忽略的。重慶輕軌主梁,由于其截面開孔較小,因此,翹曲和畸變變形也非常小,對梁內(nèi)力的影響可以忽略不計(jì),因此計(jì)算時(shí)可不考慮翹曲和畸變產(chǎn)生的影響。
2．2 設(shè)計(jì)荷載(圖3)
(1)恒載
結(jié)構(gòu)容重按26ｋＮ/ｍ3計(jì)算自重;二期恒載包括各種管線重量,按2．25ｋＮ/ｍ考慮。(2)活載入段線及基地內(nèi)試車線單軌車輛的設(shè)計(jì)荷載按滿員時(shí)(軸重110ｋＮ)考慮,基地內(nèi)其余庫線單軌車輛的設(shè)計(jì)荷載按定員時(shí)(軸重90ｋＮ)考慮,疲勞檢算按定員活載計(jì)算。沖擊系數(shù)μ=20/(50+Ｌ),Ｌ為計(jì)算跨徑。離心力 當(dāng)曲線梁半徑小于250ｍ時(shí),需要考慮離心力的作用,離心力按車輛荷載乘以離心力系數(shù)計(jì)算,離心力系數(shù)ｃ=Ｖ2/127Ｒ,Ｖ為計(jì)算行車速度,取Ｖ=25ｋｍ/ｈ;Ｒ為曲線半徑。車輛的橫向力 由于輕軌前、后輪對于梁的橫向作用力方向相反、大小相等,因此對于具有偶數(shù)對車輪的梁,其橫向力相互抵消,合力為零;而對于具有奇數(shù)對車輪的梁,其對橫向力的合力為一對車輪的橫向作用力,按作用在行駛面高度處水平作用于與軌道軸線方向垂直的單軸集中荷載考慮,其大小為單軌車輛設(shè)計(jì)荷載單軸軸重的25%。(3)風(fēng)荷載無車時(shí)風(fēng)壓Ｗ1=0．845ｋＰａ,有車時(shí)風(fēng)壓Ｗ2=0．8ｋＰａ,Ｗ1=0．676ｋＰａ。根據(jù)《鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范》(ＴＢ10002．1—99)得到:基本風(fēng)壓Ｗ0=500Ｐａ、Ｋ1=1．3、Ｋ2=1．3(Ｈ=50ｍ)、Ｋ3=1．0;無車時(shí)風(fēng)壓Ｗ1=Ｋ1×Ｋ2×Ｋ3×Ｗ0=845Ｐａ。(4)溫度混凝土結(jié)構(gòu)隨溫度升降用月平均氣溫為參照來確定,取+20℃,混凝土收縮按降溫15℃考慮,不均勻日照按溫差5℃考慮。(5)制動(dòng)荷載和啟動(dòng)荷載制動(dòng)荷載及啟動(dòng)荷載是單軌車輛重心位置上作用于軌道方向的力,取單軌車輛設(shè)計(jì)荷載的15%。(6)地震烈度7度。在設(shè)計(jì)中根據(jù)《鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(ＴＢＪ111—87)按7度取水平地震系數(shù)Ｋｈ=0．10。計(jì)算地震荷載時(shí)活載按定員考慮,軸重Ｐ=90ｋＮ,且不計(jì)沖擊。
圖3 設(shè)計(jì)荷載圖式(單位:ｍｍ)
3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)
3．1 荷載組合
(1)使用階段荷載組合
根據(jù)《鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范》(ＴＢ10002．1—99)以及實(shí)際情況,確定以下6種組合。①基本組合 靜荷載+動(dòng)荷載+沖擊荷載+離心力(或車輛橫向荷載);②組合Ａ 基本組合+溫度;③
組合Ｂ 基本組合+風(fēng)荷載;④組合Ｃ 基本組合+風(fēng)荷載+溫度;⑤組合Ｄ 基本組合+風(fēng)荷載+溫度+縱向力;⑥組合Ｅ 基本組合+地震力。根據(jù)對上述組合進(jìn)行計(jì)算的結(jié)果,得到最不利組合為⑤組合Ｄ。(2)破壞階段荷載組合①1．3×靜荷載+2．5×(動(dòng)荷載+沖擊荷載+離心
力+橫向荷載);②1．75×(靜荷載+動(dòng)荷載+沖擊荷載+離心力+橫向荷載);③1．3×靜荷載+2．5×(動(dòng)荷載+沖擊荷載+風(fēng)荷載)。
3．2 主梁設(shè)計(jì)及預(yù)應(yīng)力鋼筋設(shè)置
(1)主梁設(shè)計(jì)
出段線倒Ｔ形ＰＣ軌道梁梁高2．8ｍ,上部1．85ｍ范圍為適應(yīng)單軌車輛走行需要,采用與標(biāo)準(zhǔn)ＰＣ軌道梁相同的空心Ｉ字形截面,梁寬0．85ｍ;考慮結(jié)構(gòu)抗扭和抗傾覆需要,下部0．95ｍ梁高范圍內(nèi)的梁寬由支座處的4．20ｍ變化為跨中的3．00ｍ。為減小結(jié)構(gòu)自重,截面挖空形成單箱多室箱形截面。兩端及中間設(shè)橫隔板。主梁主斷面形式見圖1。主梁采用Ｃ60混凝土,彈性模量Ｅｃ=3．75×104ＭＰａ。根據(jù)初步計(jì)算,由于曲線梁半徑較小,結(jié)構(gòu)體系為簡支梁,因此梁端支座處扭矩很大,梁內(nèi)側(cè)支座出現(xiàn)較大拉力。經(jīng)反復(fù)計(jì)算,對梁截面進(jìn)行了調(diào)整,將原梁端下翼緣寬度由3．0ｍ擴(kuò)大為4．2ｍ,并設(shè)置0．6ｍ的偏心。調(diào)整后內(nèi)側(cè)支座無負(fù)反力。原梁下翼緣底板,由于設(shè)置預(yù)應(yīng)力鋼筋導(dǎo)致梁下翼緣底板面積削弱,因此將原設(shè)計(jì)中底板厚度由20ｃｍ調(diào)整為25ｃｍ。(2)縱向預(yù)應(yīng)力筋設(shè)置預(yù)應(yīng)力筋采用7?5(公稱直徑15．24ｍｍ)預(yù)應(yīng)力鋼絞線,縱向預(yù)應(yīng)力鋼筋采用每束12?15．24ｍｍ與15?15．24ｍｍ兩種規(guī)格的鋼絞線,錨具采用ＹＭ1512和ＹＭ1515,波紋管外徑分別為92ｍｍ和102ｍｍ,千斤頂采用ＹＣＬ420,錨下張拉控制應(yīng)力為1320ＭＰａ。跨中斷面布置見圖4。
線ＰＣ軌道梁橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),并對其受力特性進(jìn)行分析研究。
關(guān)鍵詞:高架橋;倒Ｔ形;ＰＣ軌道梁;重慶輕軌
中圖分類號:Ｕ448．28 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:Ｂ 文章編號:10042954(2004)06002905
1 概述
重慶市輕軌線路縱貫長江和嘉陵江間狹長的渝中半島,穿行于中梁山至真武山之間的低丘地帶,總長14．35ｋｍ。沿途共有14個(gè)車站、2個(gè)主變電所、1個(gè)車輛段、1個(gè)控制中心。重慶輕軌較新線一期工程在我國首次采用跨座式單軌交通系統(tǒng),其軌道梁既是車輛的承重結(jié)構(gòu),又是車輛運(yùn)行的軌道,因此365JT設(shè)計(jì)時(shí)除必須確保軌道梁的強(qiáng)度、剛度外,還必須確保軌道梁的線形精度。倒Ｔ形ＰＣ軌道梁是跨座式單軌交通系統(tǒng)軌道梁中具有突出特點(diǎn)的一種新型結(jié)構(gòu)形式,具有跨越能力強(qiáng)、剛度大、噪聲低、防腐性好、耐久性高的優(yōu)點(diǎn),為365JT城市單軌交通跨越既有城市構(gòu)筑物的首選方案之一。由于受線路平縱斷面、既有城市立交橋凈空和車輛限制,以及腰部安裝接觸網(wǎng)匯流牌需要,倒Ｔ形ＰＣ軌道梁的上部尺寸必須滿足85ｃｍ×150ｃｍ的斷面尺寸及相應(yīng)的平面曲線,而且行車的凈空也有特殊要求(即上述梁斷面上方及左右都不能有障礙物),結(jié)構(gòu)高度也受到限制。因此,跨座式單軌交通系統(tǒng)倒Ｔ形ＰＣ軌道梁的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)全新的、具有較高設(shè)計(jì)難度的工作。重慶輕軌較新線一期工程于大堰村維修基地出入段線路跨越長江二橋北引道處,由于受地形、地物控制須采用較大跨度,且線路位于曲線上,因而入段線采用跨度為33．608ｍ和29．8ｍ的2跨倒Ｔ形ＰＣ簡支軌道梁;出段線采用跨度為40ｍ的3跨倒Ｔ形ＰＣ簡支軌道梁。由于跨座式單軌交通在我國實(shí)施尚屬首次,跨座式單軌交通系統(tǒng)倒Ｔ形ＰＣ軌道梁為國內(nèi)首創(chuàng),目前在國內(nèi)外均無設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),更沒有“倒Ｔ形ＰＣ軌道梁”的設(shè)計(jì)資料和相關(guān)范例。因此,跨座式單軌交通系統(tǒng)倒Ｔ形ＰＣ軌道梁的設(shè)計(jì)研究是一項(xiàng)艱巨的創(chuàng)新工作。目前,根據(jù)日本和馬來西亞的經(jīng)驗(yàn),跨座式單軌交通系統(tǒng)ＰＣ簡支軌道梁的跨度都不超過22ｍ,更大的跨度采用鋼結(jié)構(gòu)或連續(xù)梁結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)軌道梁一般是板梁,構(gòu)造比較復(fù)雜,特別在小半徑的平面曲線上其構(gòu)造更加復(fù)雜且構(gòu)件的加工、組拼365JT施工都特別困難;馬來西亞曾采用跨度為40ｍ左右的直線連續(xù)ＰＣ軌道梁結(jié)構(gòu),截面為變高度形式,其梁高從跨中的1．5ｍ左右過渡到支點(diǎn)附近的3ｍ左右。考慮到在小半徑的平面曲線上設(shè)置變高度的連續(xù)ＰＣ軌道梁的設(shè)計(jì)和施工難度都很大,因此未采用上述方案。根據(jù)曲線梁扭矩較大的特點(diǎn),首先比較“山”字形槽形梁和倒Ｔ形梁,經(jīng)分析計(jì)算,槽形梁預(yù)應(yīng)力配置較多、混凝土體積較大,施工中模板制作、預(yù)應(yīng)力張拉不便;其次比較簡支和連續(xù)梁方案,連續(xù)梁通長束長約120ｍ,張拉后預(yù)應(yīng)力施加的效果不好。故本設(shè)計(jì)采用了“倒Ｔ形ＰＣ簡支軌道梁”方案(圖1),并在大跨間的墩頂預(yù)留張拉空間,梁部施工完成后澆楔形混凝土。
圖1 倒Ｔ形ＰＣ軌道梁斷面(單位:ｍｍ)
設(shè)計(jì)段內(nèi)的線路縱坡為3．343%與平坡,其銜接的豎曲線半徑Ｒ=1000ｍ,平曲線半徑為Ｒ=100ｍ(不設(shè)緩和曲線)。本文重點(diǎn)以出段線3跨跨度為40ｍ的簡支梁(圖2)為例,簡要介紹入段線簡支梁計(jì)算和倒Ｔ形ＰＣ軌道梁設(shè)計(jì)。其中第1跨(Ｂ1段)位于直線與圓曲線上,其直線部分跨長16．283ｍ,曲線部分跨長23．717ｍ;第2跨(Ｂ2段)位于圓曲線上;第3跨(Ｂ3段
)位于圓曲線與直線上,其曲線部分跨長38．854ｍ,直線部分跨長1．146ｍ。3跨均為后張全預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁。由于是跨座式軌道梁,因此設(shè)計(jì)除滿足承載力要求外,還要求在制造過程中滿足線路設(shè)計(jì)要求的流暢的軌道線型。
圖2 重慶輕軌倒Ｔ形ＰＣ軌道梁(出段線)結(jié)構(gòu)示意
2 重慶輕軌曲線梁橋特點(diǎn)
2．1 簡支曲線梁橋的主要力學(xué)特性
(1)豎向荷載下的受力特點(diǎn)同直線梁橋一樣,曲線梁橋在豎向荷載作用下,梁截面內(nèi)產(chǎn)生彎矩和剪力,但由于曲線梁橋本身的幾何特性,導(dǎo)致梁發(fā)生扭轉(zhuǎn)而在截面內(nèi)產(chǎn)生扭矩。扭矩的大小與曲線梁橋的曲線半徑有密切的關(guān)系,對于相同的豎向荷載,曲線半徑越小,截面內(nèi)的扭矩越大;反之,扭矩越小。
(2)曲線梁的彎扭耦合作用根據(jù)彎梁的空間平衡條件、彎梁的幾何方程以及變形協(xié)調(diào)方程,可以得到描述位移、轉(zhuǎn)角與外荷載關(guān)系的彎梁基本微分方程(符拉索方程),其表達(dá)式為
由上述方程可以看出,彎梁平面內(nèi)的荷載、內(nèi)力和變形與垂直于彎梁平面的荷載內(nèi)力變形互不影響;而式(1)和式(2)分別反映了豎向位移、扭轉(zhuǎn)角與外荷載的關(guān)系,兩個(gè)方程不相互獨(dú)立,即彎梁中彎矩與扭矩具有相互影響的特性,這就是曲線梁的彎扭耦合作用。(3)翹曲和畸變效應(yīng)對于薄壁結(jié)構(gòu)的曲線梁橋,當(dāng)梁受扭時(shí),若梁截面受到約束,縱向纖維在縱向不能自由伸縮,將會產(chǎn)生約束扭轉(zhuǎn),截面上除扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力外還有翹曲正應(yīng)力。畸變是截面受扭后產(chǎn)生的變形,這時(shí)截面不再是原來的形狀,畸變產(chǎn)生翹曲正應(yīng)力和畸變剪應(yīng)力。對于薄壁結(jié)構(gòu),由約束扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的翹曲正應(yīng)力和由畸變產(chǎn)生的翹曲正應(yīng)力及畸變剪應(yīng)力是不容忽略的。重慶輕軌主梁,由于其截面開孔較小,因此,翹曲和畸變變形也非常小,對梁內(nèi)力的影響可以忽略不計(jì),因此計(jì)算時(shí)可不考慮翹曲和畸變產(chǎn)生的影響。
2．2 設(shè)計(jì)荷載(圖3)
(1)恒載
結(jié)構(gòu)容重按26ｋＮ/ｍ3計(jì)算自重;二期恒載包括各種管線重量,按2．25ｋＮ/ｍ考慮。(2)活載入段線及基地內(nèi)試車線單軌車輛的設(shè)計(jì)荷載按滿員時(shí)(軸重110ｋＮ)考慮,基地內(nèi)其余庫線單軌車輛的設(shè)計(jì)荷載按定員時(shí)(軸重90ｋＮ)考慮,疲勞檢算按定員活載計(jì)算。沖擊系數(shù)μ=20/(50+Ｌ),Ｌ為計(jì)算跨徑。離心力 當(dāng)曲線梁半徑小于250ｍ時(shí),需要考慮離心力的作用,離心力按車輛荷載乘以離心力系數(shù)計(jì)算,離心力系數(shù)ｃ=Ｖ2/127Ｒ,Ｖ為計(jì)算行車速度,取Ｖ=25ｋｍ/ｈ;Ｒ為曲線半徑。車輛的橫向力 由于輕軌前、后輪對于梁的橫向作用力方向相反、大小相等,因此對于具有偶數(shù)對車輪的梁,其橫向力相互抵消,合力為零;而對于具有奇數(shù)對車輪的梁,其對橫向力的合力為一對車輪的橫向作用力,按作用在行駛面高度處水平作用于與軌道軸線方向垂直的單軸集中荷載考慮,其大小為單軌車輛設(shè)計(jì)荷載單軸軸重的25%。(3)風(fēng)荷載無車時(shí)風(fēng)壓Ｗ1=0．845ｋＰａ,有車時(shí)風(fēng)壓Ｗ2=0．8ｋＰａ,Ｗ1=0．676ｋＰａ。根據(jù)《鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范》(ＴＢ10002．1—99)得到:基本風(fēng)壓Ｗ0=500Ｐａ、Ｋ1=1．3、Ｋ2=1．3(Ｈ=50ｍ)、Ｋ3=1．0;無車時(shí)風(fēng)壓Ｗ1=Ｋ1×Ｋ2×Ｋ3×Ｗ0=845Ｐａ。(4)溫度混凝土結(jié)構(gòu)隨溫度升降用月平均氣溫為參照來確定,取+20℃,混凝土收縮按降溫15℃考慮,不均勻日照按溫差5℃考慮。(5)制動(dòng)荷載和啟動(dòng)荷載制動(dòng)荷載及啟動(dòng)荷載是單軌車輛重心位置上作用于軌道方向的力,取單軌車輛設(shè)計(jì)荷載的15%。(6)地震烈度7度。在設(shè)計(jì)中根據(jù)《鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(ＴＢＪ111—87)按7度取水平地震系數(shù)Ｋｈ=0．10。計(jì)算地震荷載時(shí)活載按定員考慮,軸重Ｐ=90ｋＮ,且不計(jì)沖擊。
圖3 設(shè)計(jì)荷載圖式(單位:ｍｍ)
3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)
3．1 荷載組合
(1)使用階段荷載組合
根據(jù)《鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范》(ＴＢ10002．1—99)以及實(shí)際情況,確定以下6種組合。①基本組合 靜荷載+動(dòng)荷載+沖擊荷載+離心力(或車輛橫向荷載);②組合Ａ 基本組合+溫度;③
組合Ｂ 基本組合+風(fēng)荷載;④組合Ｃ 基本組合+風(fēng)荷載+溫度;⑤組合Ｄ 基本組合+風(fēng)荷載+溫度+縱向力;⑥組合Ｅ 基本組合+地震力。根據(jù)對上述組合進(jìn)行計(jì)算的結(jié)果,得到最不利組合為⑤組合Ｄ。(2)破壞階段荷載組合①1．3×靜荷載+2．5×(動(dòng)荷載+沖擊荷載+離心
力+橫向荷載);②1．75×(靜荷載+動(dòng)荷載+沖擊荷載+離心力+橫向荷載);③1．3×靜荷載+2．5×(動(dòng)荷載+沖擊荷載+風(fēng)荷載)。
3．2 主梁設(shè)計(jì)及預(yù)應(yīng)力鋼筋設(shè)置
(1)主梁設(shè)計(jì)
出段線倒Ｔ形ＰＣ軌道梁梁高2．8ｍ,上部1．85ｍ范圍為適應(yīng)單軌車輛走行需要,采用與標(biāo)準(zhǔn)ＰＣ軌道梁相同的空心Ｉ字形截面,梁寬0．85ｍ;考慮結(jié)構(gòu)抗扭和抗傾覆需要,下部0．95ｍ梁高范圍內(nèi)的梁寬由支座處的4．20ｍ變化為跨中的3．00ｍ。為減小結(jié)構(gòu)自重,截面挖空形成單箱多室箱形截面。兩端及中間設(shè)橫隔板。主梁主斷面形式見圖1。主梁采用Ｃ60混凝土,彈性模量Ｅｃ=3．75×104ＭＰａ。根據(jù)初步計(jì)算,由于曲線梁半徑較小,結(jié)構(gòu)體系為簡支梁,因此梁端支座處扭矩很大,梁內(nèi)側(cè)支座出現(xiàn)較大拉力。經(jīng)反復(fù)計(jì)算,對梁截面進(jìn)行了調(diào)整,將原梁端下翼緣寬度由3．0ｍ擴(kuò)大為4．2ｍ,并設(shè)置0．6ｍ的偏心。調(diào)整后內(nèi)側(cè)支座無負(fù)反力。原梁下翼緣底板,由于設(shè)置預(yù)應(yīng)力鋼筋導(dǎo)致梁下翼緣底板面積削弱,因此將原設(shè)計(jì)中底板厚度由20ｃｍ調(diào)整為25ｃｍ。(2)縱向預(yù)應(yīng)力筋設(shè)置預(yù)應(yīng)力筋采用7?5(公稱直徑15．24ｍｍ)預(yù)應(yīng)力鋼絞線,縱向預(yù)應(yīng)力鋼筋采用每束12?15．24ｍｍ與15?15．24ｍｍ兩種規(guī)格的鋼絞線,錨具采用ＹＭ1512和ＹＭ1515,波紋管外徑分別為92ｍｍ和102ｍｍ,千斤頂采用ＹＣＬ420,錨下張拉控制應(yīng)力為1320ＭＰａ。跨中斷面布置見圖4。
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