單線連續(xù)槽形梁設計分析

摘 要:以具體工程為背景，介紹了單線連續(xù)槽形梁梁部結(jié)構(gòu)。對橋梁結(jié)構(gòu)進行了縱向及橫向計算，提出了橫向荷載的簡化算法，為設計者提供了新的思路。結(jié)果表明，應力結(jié)果均能滿足相應的規(guī)范要求。

關鍵詞:預應力混凝土連續(xù)槽形梁橫向荷載

中圖分類號:U448文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)09(a)-0067-02

1 概述

沈西工業(yè)走廊火石崗至渤海鐵路工程跨越新工街，受縱斷影響，采用等高度單線連續(xù)槽形梁結(jié)構(gòu)，采用60kg/m鋼軌，鋼筋混凝土軌枕，碎石道床，軌道建筑高度65cm。

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

2 梁部結(jié)構(gòu)及設計參數(shù)

2.1 梁部結(jié)構(gòu)

主梁全長113.1m(含兩側(cè)梁端至邊支座中心各0.55m)，跨度布置為(32+48+32)m連續(xù)式槽形梁。為滿足預應力筋設計及施工需要，全橋共分5個梁段，中支點處A0號梁段長度10.0m，A1號梁段長度5.0m，中跨A2號梁段長度25.0m，邊跨A3號梁段長度21.05m，中、邊跨合龍?zhí)嶢4號梁段長度1.5m。縱向布置圖如圖1所示。

梁底寬8.7m，橋上提供凈寬6.8m。跨中截面梁高350cm，底板厚45cm，腹板厚45cm，腹板上緣馬蹄寬120cm，高65cm；支點截面梁高410cm，底板厚105cm，腹板厚60cm。梁的截面形式如圖2所示。

2.2 主要材料及技術參數(shù)取值

(1)混凝土:主梁采用C50混凝土，彈性模量3.45×104MPa，泊松比0.2，極限抗壓強度設計值33.5MPa，極限抗拉強度設計值3.1MPa。

(2)結(jié)構(gòu)采用縱、橫、豎三向預應力體系:縱向預應力束采用Φj15.2鋼絞線，兩端張拉，管道成形采用內(nèi)徑90mm和100mm塑料波紋管成孔。橫向預應力束采用Φj15.2，管道形成采用內(nèi)徑90x19mm和70x19mm扁型塑料波紋管成孔。豎向預應力采用Φ25mmPSB830預應力混凝土用螺紋鋼筋。

預應力鋼絞線:彈性模量1.95×105Mpa，抗拉強度標準值fpk=1860MPa，孔道摩阻系數(shù)μ=0.25，孔道偏差系數(shù)K=0.003，錨具變形及鋼束回縮值△l=0.006。

2.3 荷載及其組合

(1)恒載

梁體自重:γ取26.0kN/m3。

二期恒載:包括線路設備、道碴、人行道支架、步板、電纜槽、擋碴塊現(xiàn)澆橋面板及橫隔板濕接縫等，其重量按80.81kN/m計。

(2)計算活載

列車豎向靜活載:采用中－活載圖式及特種活載圖式。橫向計算時取特種活載，輪重分布寬度縱向取1.5m。

列車活載動力系數(shù)為1+μ=1.12。

(3)附加力

制動力或牽引力:按豎向靜活載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100kN，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(jù)《鐵路橋涵設計基本規(guī)范(TB10002．1-2005)》進行計算，梁以上3m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(guī)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(shù)，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(cè)，平行于線路中線且距線路中心線0.14m。

斷軌力:按規(guī)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(jié)構(gòu)設計分析

上部結(jié)構(gòu)計算采用平面桿系法進行分析。

3.1 主梁縱向計算

由于結(jié)構(gòu)以縱向受力為主，主梁空間有限元分析與平面桿系有限元計算結(jié)果吻合[4]，設計采用橋梁博士程序進行計算。在運營階段，按成橋狀態(tài)下的恒載、活載、預應力、混凝土收縮、徐變、體系升降溫對結(jié)構(gòu)進行了分析計算，據(jù)此進行配束設計，縱向鋼束斷面如圖3所示。

3.2 主梁橫向計算

3.2.1 計算簡圖

取主梁跨中截面進行檢算。縱向取1.5m梁段[1]，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，間距30cm。橫向計算模型如圖4所示。

3.2.2 橫向荷載計算

二期恒載及活載均換算成橫向均布荷載。

二期恒載:q=80.81kN/m，分布寬度:L=4.9m，則

Q恒=q*1.5/L=24.74kN/m

中-活載:F=250kN，分布寬度:L=3.9m，沖擊系數(shù)μ=1.12，則

恒載及活載分布如圖5所示。

其余橫向搖擺力及脫軌荷載均簡化為集中荷載，作用于橋面。

3.3 計算成果整理

現(xiàn)將部分截面的應力、強度等情況列表如表1所示。

4 結(jié)語

通過計算并對其結(jié)果進行分析可知，該設計能夠滿足施工及使用要求。主梁上下緣有較為明顯的剪力滯效應，設計中對橫向預應力及豎向預應力進行了加強，實際效果也比較明顯。由于連續(xù)槽形梁結(jié)構(gòu)復雜，實際結(jié)構(gòu)受力模式也較復雜，而目前這方面的理論研究還不夠成熟，工程實例也比較少，因此，仍需做進一步研究。

參考文獻

[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]TB10002.3-2005.鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范[S].北京:中國鐵道出版社，2005.

[3]TB10002.1-2005.鐵路橋涵設計基本規(guī)范[S].北京:中國鐵道出版社，2005.

[4]葉明月遼溪鐵路雙線槽形簡支梁設計分析[J].山西建筑，2011，(9).