跨坐式單軌交通軌道梁穩定性分析

(重慶交通大學 重慶 400074)

一、概述

單軌軌道交通是重慶市城市交通的主要支柱，早在2005年輕軌較新線(現二號線)就已正式通車運營。其采用的是世界上已較為成熟的跨坐式單軌方式，橋跨結構采用22m的簡支梁。跨坐式軌道其單軌軌道梁對列車有導向和承重的雙重作用，行駛的列車和軌道梁構成耦合系統具有非常復雜的力學行為。對于軌道線設計目的具有實用意義的是，在耦合系統的動力學研究的基礎上，轉化為進行靜力分析。

二、靜載試驗方案和結果分析

(一)重慶市輕軌的單軌梁采用了標準的PC軌道梁，因為通過專用的模板在工廠實現預制生產所以具有較高的精度和工程質量。對此，西南大學結構試驗中心曾對跨長22mPC試驗直梁和20m的試驗PC曲梁進行了靜動載以及疲勞試驗。實驗分析梁的撓曲，疲勞剛度和破壞狀態，用于設計合理性的檢驗也為優化設計積累基礎數據。

1.對此，本文利用Midas civil軟件，對PC梁進行靜力荷載下的數值計算分析。

(1)計算參數及設計荷載

①混凝土：軌道梁采用C60混凝土；封錨混凝土采用微膨脹混凝土，強度等級C60；環境相對濕度70%。

②普通鋼筋：普通鋼筋采用HRB235、HRB335，其布置形式滿足《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土節后設計規范》的要求，civil模型中輸入發布形式如圖所示。

③預應力筋:縱向預應力筋采用抗拉強度標準值fpk=1860MPa，張拉控制應力1302MPa，兩端張拉，縱向預應力鋼束管道摩阻系數μ=0.23，管道偏差系數k=0.0025，一端錨具回縮6mm，松弛損失0.03σcon。

④結構自重：軌道梁鋼筋混凝土自重γ=26kN/m3，鋼材自重γ=78kN/m3。

⑤列車荷載：列車有多節車廂編組，單軸重110kN，兩節車廂的列車荷載布置圖如下圖:

參照規范，取動力系數1.10，考慮轉彎顛簸，按25%單軸重布置水平荷載，作用高度為梁頂平面處。

(2)列車組在軌道梁上運行，考慮對稱和偏載兩種加載情況:

4車軸加載，對稱布置；6車軸加載，偏載布置

靜載計算結果與分析

梁單元應力對比梁單元最大應力/Mpa對稱加載實測對稱加載計算值偏載計算值上緣8.58.78.8下緣14.014.214.1

對稱加載下軌道梁上緣及下緣的最大應力分別為14.2MPa，8.7MPa，這與實際測值14.0MPa，8.5MPa很符合。偏載下軌道梁上緣及下緣最大的應力14.1MPa，8.8MPa，所以可以將前者作為最不利的加載方式考慮最大的應力狀態。由于軌道梁采用的是較大截面，截面配筋率高，所以表現出很好的線彈性小變形，實測值與計算值相符合。

如圖，比較兩種荷載下的垂直撓度和側向撓度。4車軸加載和6車軸偏載下的垂直撓度曲線幾乎完全重疊。對稱加載側向撓度曲線包住了偏載側向撓度曲線，兩條曲線的峰值都出現在跨中部位，可按4車軸對稱加載考慮最不利情況。

(3)分析水平力對梁穩定性的影響

對鋼筋混凝土梁來說，分析屈曲失穩是沒有意義的，因為截面尺寸大，截面閉合。所以分析計算軌道梁在已知預應力以及豎向荷載下，水平力的屈曲特征值很大，表明不會因為列車運行的轉向力而發生失穩。我們觀察4車軸對稱加載和6車軸偏載的一階失穩模態可以發現水平力會引起較明顯的側向撓曲，軌道梁截面也有繞梁軸線的輕微傾覆轉動。

結論:軌道梁具有較大的剛度，civil模型中梁端采用鉸接約束，實際中，相鄰兩跨的梁端有全截面的鑄鋼連接，具有簡支結構的受力模式，還能提供梁上緣的側向約束，滿足梁的穩定性，使得運行的列車組具有可靠的安全性和良好的舒適性。