高烈度地區軌道交通大跨度連續梁設計

王輝

摘 要：文章通過對高烈度地區西安地鐵5號線二期（49.264+80+50）m曲線段雙線預應力混凝土連續箱梁的總體設計、構造尺寸進行介紹，為降低地震響應的影響采用摩擦擺間隔震支座，給出建議摩擦系數及本橋支座相關參數，并采用ASCB模型進行靜力分析計算、Midas模型進行地震動力分析計算。針對軌道交通在景觀區域的設置給出了建議性的設計原則，對類似工程設計具有一定的參考借鑒意義。

關鍵詞：西安地鐵；高烈度地區；大跨度連續梁；摩擦擺支座；計算分析

中圖分類號：U442.5 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）21-0099-03

Abstract： This paper introduces the overall design and structural size of the double-line prestressed concrete continuous box girder of Xi'an Metro Line 5 in the second phase of（49.264+80+50+50）m curve section in high intensity area. In order to reduce the influence of earthquake response， friction pendulum spacer bearing is adopted. The proposed friction coefficient and the relevant parameters of the bridge support are given， and the static analysis and calculation of the ASCB model and the seismic dynamic analysis of the Midas model are carried out. According to the rail transit in scenic spots， this paper puts forward the design principles of rail transit in the landscape area， which has some reference for similar engineering design.

Keywords： Xi'an Metro； high intensity area； long-span continuous beam； friction pendulum bearing； calculation and analysis

1 工程概況

西安地鐵五號線二期工程（交大創新港～和平村），線路在文教園站～張旺渠站區間上跨灃河，灃河河面寬約60m，無通航要求，河道兩側為片石鋪砌，堤頂設有防洪通道。綜合考慮線站位要求，線路斜跨灃河，斜交角度為37°，且位于R=450m緩和曲線上。橋梁設計綜合考慮退距控制、高度控制和結構體量控制，采用（49.264+80+50）m雙線曲線預應力混凝土連續箱梁一跨跨越主河槽，采用30m標準簡支梁跨越河灘及防洪通道。綜合考慮本橋位于高烈度地區，為降低地震響應的影響采用摩擦擺間隔震支座進行設計。

2 主要技術標準

（1）雙線鐵路橋，位于曲線上，線間距4.2m。

（2）設計最高運行速度：80km/h。

（3）車型及編組為B型車，設計荷載采用6輛編組，列車軸重≤140kN。

（4）供電方式為接觸網供電

（5）軌道類型為整體道床。

3 橋梁設計原則

橋式方案選擇充分考慮河道的既有現狀，并結合遠期規劃情況，在滿足河道行洪、防洪搶險要求的前提下，“確保工期、兼顧效益”，盡可能采用成熟的施工工藝，降低施工風險和工程管理難度，采用橋梁結構施工方法應具有較強的適應性，工期風險可控，運營養護簡便易行。同時綜合考慮建成后對灃河景觀影響，原則上保證灃河公路鐵搭斜拉橋的景觀，弱化軌道交通橋梁，從退距控制、高度控制和結構體量控制三個方面進行設計。

退距控制——線路盡量遠離灃河景觀橋，距離從50m逐漸退至400m。

高度控制——保證地鐵橋梁高度控制在公路景觀橋以上6.5m范圍內。

結構體量控制——在滿足防洪評價要求的前提下，盡量減小跨度和橋梁結構高度，削弱橋體結構體量。

4 主要結構尺寸

4.1 一聯（49.264+80+50）m連續梁箱梁構造

梁體采用單箱單室變高度斜腹板箱形截面，跨中和邊墩現澆段處梁高為2.8m，中支點處梁高為4.8m，梁底曲線為二次拋物線，拋物線方程為y=-0.001461x2。本連續箱梁頂部寬為10.3m，底部寬為6.017m～5.052m，為設置支座要求，在中支點4m范圍內底寬一側增加0.5m，單側懸臂長度為1.55m，懸臂端部高為20cm，懸臂根部高為35cm。箱梁腹板厚度為50～90cm，底板厚度為50～90cm，頂板厚度為35～60cm。頂板設75*25cm的梗肋，底板設25*25cm的梗肋，箱梁在中支點和邊支點處設置橫隔墻，橫隔板均設置過人洞，中支點處橫隔梁厚2.5m，邊支點橫隔梁厚1.5m，因本聯梁位于曲線上，在中跨跨中設置0.5m的中隔墻，設置過人洞。

4.2 預應力體系

箱梁梁體按縱、豎雙向預應力體系設計，縱向按全預應力構件設計。

縱向鋼束：頂板T束、腹板束和跨中底板束均采用15φs15.2mm鋼絞線，邊跨底板束采用12φs15.2mm鋼絞線，分別選用與之匹配的M15-17、M15-15錨具錨固，采用內徑為φ90mm金屬波紋管成孔。

豎向預應力鋼筋：采用φ32mm的PSB830精軋螺紋鋼筋，配合JLM-32精軋螺紋錨，采用內徑φ50mm波紋管成孔。箱梁每道腹板根據腹板厚度設置兩根或四根豎向預應力鋼筋，順橋向的間距控制在50cm左右。

5 一聯（49.264+80+50）m預應力混凝土箱形連續梁結構分析

5.1 計算參數及荷載

（1）混凝土

主梁采用C55混凝土，彈模為3.6×104MPa，容重采用26.5kN/m3（考慮增大系數），極限抗壓強度為37.0MPa，極限抗拉強度為3.30MPa。二期恒載加載齡期不小于60天，徐變齡期按3600天考慮計算。

（2）預應力鋼筋

縱向預應力鋼束均采用雙端張拉，頂板束和腹板束鋼絞線錨下張拉控制應力σcon=0.69fpk和σcon=0.67fpk；中底板束鋼絞線錨下張拉控制應力σcon=0.67fpk，邊底板束鋼絞線錨下張拉控制應力σcon=0.69fpk。

預應力鋼束管道摩阻系數μ=0.23，偏差系數k=0.0025。豎向預應力鋼束一端錨具回縮1mm，松弛損失0.05σcon；縱向預應力鋼束一端錨具回縮6mm，松弛損失0.03σcon。

（3）恒載：包括結構自重、橋上設備重量、預應力結構混凝土收縮徐變影響力和基礎變位影響力等；其中本橋二期恒載按105kN/m計算。

活載：B型車，6輛編組，考慮列車豎向動力作用。動力系數按現行《鐵路橋涵設計規范》（TB10002-2017）規定的值乘以0.8。

溫度力：按整體升溫25℃降溫20℃考慮，合龍溫度按10～15℃考慮。混凝土線膨脹系數為0.00001，橋面板升溫對結構的影響按7℃考慮。

基礎不均勻沉降：相鄰兩橋墩基礎不均勻沉降值取10mm。

施工臨時荷載：每套掛籃（含施工機具、人員等）按600kN計算。

其它荷載按有關規范取值。

5.2 荷載組合

根據相關規范分別按主力組合和主力+附加力組合進行組合驗算，并對特殊荷載按規范進行組合驗算。

5.3 摩擦擺支座

本工程地震動峰值加速度值Ag=0.20g，抗震設防烈度8度，特征周期為0.40s，地震動加速度反應譜特征周期值Tg=0.40s。為降低地震響應的影響墩梁之間采用摩擦擺間隔震支座進行設計，當發生地震時，墩頂最大水平力小于減隔震支座的剪斷力時，摩擦擺支座與普通支座功能相同；當地震發生時，墩頂最大水平力超過設計值時，支座限位裝置被剪斷，水平限位約束解除，摩擦擺支座中大半徑球面摩擦幅即可在水平方向自由滑移，保證墩身在多遇地震和罕遇地震作用下處于彈性工作狀態。支座曲率半徑、隔震位移及摩擦系數等參數根據本橋工程實際情況結合減隔震支座作用機理計算得到。經比較，設計采用支座參數如表1所示。

5.4 計算程序

設計中采用《曲線橋梁結構分析系統》（ASCB）程序對（49.264+80+50）m連續梁箱梁進行施工和運營階段縱向平面靜力分析計算，采用Midas程序對本連續箱梁結構進行地震動力分析計算。

6 箱梁主要計算結果

6.1 根據《曲線橋梁結構分析系統》（ASCB）模型計算結果如表2。

上述結果均滿足相關規范要求。

6.2 根據Midas模型振型周期結果如圖3。

7 施工方法

利用支架，在墩頂立模施工箱梁0號段。箱梁0號段施工完成后，即可進行懸臂梁段施工。箱梁T構梁段施工采用移動支架法對稱現澆施工，根據梁段劃分利用支架分節段逐步完成。先合龍中跨，再同時合龍邊跨。

8 結束語

本橋預應力混凝土連續梁橋按照全預應力混凝土設計，結構正截面的最大壓應力不大于規定限值的0.8倍，最小壓應力儲備不小于0.6Mpa，箱梁腹板的最大主壓應力和最大主拉應力均不大于規定限值的0.7倍。連續梁結構體系具有較好的結構剛度、其施工工藝非常成熟、外形簡單美觀等特點，在40～150m跨徑范圍內具有很大的競爭優勢，本設計綜合考慮對周圍景觀的影響，制定相應的設計原則，采用體量較小的結構小曲線半徑跨越景觀河道；在高烈度地區抗震方面結構采用摩擦擺間隔震支座，大幅度降低墩身受力，使得墩身維持在彈性狀態，同時減少了鋼筋用量降低造價，具有較好的經濟效益和社會效益。在軌道交通領域具有一定的參考借鑒意義。

參考文獻：

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