中低速磁懸浮小半徑框架墩連續(xù)梁體系設(shè)計與研究

萬 明

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司，天津 300142)

中低速磁懸浮小半徑框架墩連續(xù)梁體系設(shè)計與研究

萬 明

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司，天津 300142)

中低速磁懸浮具有噪聲低、振動小、無污染、轉(zhuǎn)彎半徑小等優(yōu)點，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)計和研究，分析了此類結(jié)構(gòu)的受力特點及設(shè)計注意事項。

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目在我國的開建，我國自主研發(fā)的中低速磁懸浮技術(shù)也慢慢從試驗階段走向工程化。中低速磁懸浮技術(shù)具有轉(zhuǎn)彎半徑小的特點，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，對此類結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法進行探討(如圖1)。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

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)放置縱向活動支座，曲線外側(cè)放置多向活動支座。連續(xù)梁高1.5 m，支點處加高到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，橫梁底至承臺頂高7.3 m(如表1)。

表1 方案一預應(yīng)力鋼束使用情況

經(jīng)計算，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)計要求；樁基礎(chǔ)采用5根1 m的摩擦樁，樁長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 方案二預應(yīng)力鋼束使用情況

經(jīng)計算，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)計要求；樁基礎(chǔ)采用5根1 m的摩擦樁，樁長28 m。

方案一優(yōu)點是結(jié)構(gòu)受力明確，框架墩橫梁受力較小；框架墩橫梁高度小，景觀效果好；缺點是結(jié)構(gòu)總高度較大。方案二優(yōu)點是結(jié)構(gòu)高度較小，能提供較大的橋下凈空；缺點是框架墩橫梁和連續(xù)梁變形不協(xié)調(diào)，受力較復雜，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

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基礎(chǔ)的約束剛度比較敏感，基礎(chǔ)剛度取值較大時，橫梁的設(shè)計偏不安全且立柱與基礎(chǔ)的計算較為困難；基礎(chǔ)剛度取值較小時，橫梁計算困難且立柱和基礎(chǔ)的計算偏不安全。因此，計算中需根據(jù)地質(zhì)資料和基礎(chǔ)的實際設(shè)計情況，確定合理的基礎(chǔ)約束剛度范圍，進行包絡(luò)計算。

2.3 連續(xù)梁設(shè)計

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進行計算。主梁采用空間梁單元模擬，在支承處建立節(jié)點局部坐標系，根據(jù)實際支承情況設(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力特性和列車走行性，整體結(jié)構(gòu)受力明確，構(gòu)造簡單，在磁懸浮線路曲線段落小角度跨越既有結(jié)構(gòu)時，能夠最大限度減少對既有結(jié)構(gòu)的影響且具有良好的經(jīng)濟性。

表3 連續(xù)梁運營階段計算指標

表4 連續(xù)梁施工階段計算指標 MPa

小半徑連續(xù)梁橋溫度效應(yīng)、預應(yīng)力效應(yīng)的計算不同于直線橋梁，且曲線梁橋在自重、預應(yīng)力和列車荷載作用下還會產(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)計中應(yīng)通過高精度的有限元軟件分析計算，準確掌握結(jié)構(gòu)的受力行為，針對其受力特性，合理布置預應(yīng)力鋼束，設(shè)置適宜的支座預偏心，并在箱梁內(nèi)部布置適當?shù)臋M隔板，保證結(jié)構(gòu)的安全。

[1] 姚玲森.混凝土彎梁橋設(shè)計[M].北京：人民交通出版社，1990

[2] TB 10621—2009高速鐵路設(shè)計規(guī)范(試行)[S]

[3] 顏志華.中低速磁浮橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計與試驗研究[J].都市快軌交通，2011，24(3):70-73

[4] 智敏，曹衛(wèi)力.彎梁橋常見問題分析[J].廣西交通科技，2003(2)

[5] 邵容光.混凝土彎梁橋[M].北京：人民交通出版社，1994

[6] 張夫鍵.鐵路橋梁群樁基礎(chǔ)沉降性狀與計算分析[J].鐵道勘察，2012(3)

[7] 姚玲森.混凝土彎梁橋設(shè)計[M].北京：人民交通出版社，1990

[8] 趙慶武.大跨度鐵路連續(xù)梁橋線形控制關(guān)鍵技術(shù)分析[J].鐵道勘察，2013(3)

DesignandResearchofFramePiersandContinuousCurvedBeamonMediumandLowSpeedMaglevTransportation

WAN Ming

2014-09-10

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

1672-7479(2014)06-0103-02

U442.5+4

： A