遼溪鐵路雙線槽形簡支梁設計分析

葉明月

遼溪鐵路雙線槽形簡支梁設計分析

葉明月

以具體工程為背景,介紹了雙線槽形簡支梁的結構構造及計算參數,并采用兩種方法對橋梁上部結構進行了計算分析,結果表明：實驗結果與設計提供的數據基本吻合,應力結果均滿足相應規范要求。

槽形梁,預應力混凝土,設計,計算

1 工程簡介

遼溪鐵路遼陽—安平段改移工程跨越太子河大壩,受縱斷控制,采用等高度雙線槽形梁結構,線間距5.3m,軌距1 435mm,采用60 kg/m鋼軌,鋼筋混凝土軌枕碎石道床,軌道建筑高度 65 cm。

槽形梁是一種下承式受力構件,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縱向主梁。主梁內配有預應力鋼筋,抵抗橋跨結構由外荷載產生的彎矩。槽形梁具有增加橋下凈空、減少建筑高度、兩側主梁可提供隔音屏作用、縮短施工工期及降低使用期內的費用等優點。

2 結構設計及計算參數

2.1 上部結構

主梁全長32.6m(含兩側梁端至邊支座中心各0.70m)。梁底寬12.5m,橋上提供凈寬10.3m。跨中截面梁高400 cm,底板厚80 cm,腹板厚50 cm,腹板上緣馬蹄寬150 cm,高50 cm;支點截面梁高 450 cm,底板厚130 cm,腹板厚80 cm。梁的截面形式見圖1。

2.2 主要材料及技術參數取值

1)混凝土：主梁采用C55混凝土,彈性模量 3.6×104,泊松比0.2,極限抗壓強度設計值37.0MPa,極限抗拉強度設計值3.3MPa。

2)預應力鋼絞線：彈性模量 1.95×105,抗拉強度標準值 fpk= 1 860MPa,孔道摩阻系數μ=0.25,孔道偏差系數K=0.003,錨具變形及鋼束回縮值 Δl=0.006。

2.3 荷載及荷載組合

1)恒載。梁體自重：γ取 26.0 kN/m3。二期恒載：包括線路設施、電纜槽、接觸網立柱等,其重量按 150.44 kN/m計。2)計算活載。列車豎向靜活載：采用中—活載圖式(見圖 2),圖3為特種活載圖式。橫向計算時取特種活載,輪重分布寬度縱向取 1.5m。采用雙線活載計算時按90%折減。列車活載動力系數：本橋的動力系數為 1+μ=1.17。3)附加力。制動力或牽引力：按豎向靜活載的 10%計算,但當與離心力或列車豎向動力作用同時計算時,則按豎向靜活載的 7%計算。橫向搖擺力：其值為100 kN,作為一個集中荷載取最不利位置,以水平方向垂直線路中心線作用于軌頂。風力：根據 TB 10002.1-2005鐵路橋涵設計基本規范進行計算,梁以上 3 m高計。溫度力：按整體升溫 14℃,整體降溫-24℃計算,不考慮豎向日照溫差。4)特殊荷載。地震力：地震動峰值加速度 0.15g,按鐵路工程抗震設計規范進行抗震設計并采取相應的抗震措施。列車脫軌荷載：列車脫軌荷載不計動力系數,亦不考慮離心力,僅考慮一線脫軌荷載且其他線路上不作用列車活載。其作用位置為線路外側,平行于線路中線且距線路中心線 0.14m。斷軌力：按規范計算。5)荷載組合。荷載組合分別以主力、主力 +附加力進行組合,取最不利組合設計。同時就特殊活載進行驗算。

3 結構計算分析

3.1 主梁縱向計算

3.1.1 平面桿系法分析

考慮到結構以縱向受力為主,設計計算中先采用西南交大編制的“橋梁結構分析系統BSAS 4.23net”程序進行縱向近似計算,在運營階段,按成橋狀態下的自重恒載、活載、預應力、混凝土收縮、徐變、體系溫度升降對結構進行了分析計算,據此進行配束設計,橫向預應力規格為12-7φ5,縱向束斷面見圖 4。

3.1.2 三維實體元法分析

平面桿系分析方法是采用了相應的簡化假設,實際上槽形梁是一個空間的結構,主梁截面的不同部分之間有著相互的影響。將主梁作為空間整體分析,可以充分反映橋梁 結構的空間效應(見圖5)。為了做一比較,同時檢驗平面桿系法計算結果的準確性,設計采用ANSYS結構分析軟件進行相應的計算。預應力鋼絞線采用三維實體分割建立實體力筋的方法,較為真實的模擬鋼束的幾何形狀,采用降溫法施加預應力。

列車活載換算均布載為 98.72 kN/m,沖擊系數取 1.17。模型在梁端分別設置固定支座、縱向活動支座、橫向活動支座及多向活動支座,并對相應的節點位移進行約束。

3.1.3 縱向計算結果

表 1是BSAS和空間分析對槽形梁進行分析計算的結果比較。

表 1 主力作用下各特征截面正應力比較表 MPa

3.2 主梁道床板計算

取主梁跨中截面進行檢算。縱向取 0.6m梁段,因腹板對橫向計算影響不大,故只取底板作為橫向計算模型,采用橋梁結構專用有限元程序進行計算。橫向預應力規格為 5-7φ5,間距30 cm。道床板計算模型見圖 6。

4 結語

1)主梁空間有限元分析與平面桿系有限元計算結果相吻合,應力結果均滿足相應規范要求;2)主梁上下緣有較為明顯的剪力滯效應,對主梁進行平面桿系有限元分析時應考慮底板有效寬度。該橋竣工后,經現場橋梁靜載實驗,實驗結果與設計提供的數據基本吻合。目前,該橋已通車,運營情況良好。

[1] 胡匡璋,江新元,陸光閭.槽型梁[M].北京：人民鐵道出版社,1987.

[2] TB 10002.3-2005,鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規范[S].

[3] TB 10002.1-2005,鐵路橋涵設計基本規范[S].

Design analysis on crewel groove simp le beam in Liao-Xi railway

YE Ming-yue

Take specific project as background,discussed the structure and calcu late parameters of crewel groove simple beam and calculated and analysed bridge superstructure with twomethods,the results showed that：theexperimental resultswere fitted with design provided data,the stress results ismet with the appropriate specifications.

groove beam,prestressed concrete,design,calculate

U 448.217

A

1009-6825(2011)09-0198-02

2010-12-02

葉明月(1980-),男,工程師,沈陽鐵道勘察設計院有限公司,遼寧沈陽 110013

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