中低速磁浮并置單線簡支箱梁跨度經(jīng)濟性研究*

張子堯

(中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司 武漢 430063)

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，人們對交通出行的需求越來越高[1]。中低速磁浮作為一種新型軌道交通系統(tǒng)，具有噪聲小、耗能低、污染小等優(yōu)點[2]。隨著長沙磁浮快線[3-4]、北京地鐵S1線的建成通車，中低速磁浮軌道交通項目展現(xiàn)出了較好的示范效應(yīng)[5]。

調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有CJJ/T 262-2017《中低速磁浮交通設(shè)計規(guī)范》推薦標準簡支梁采用 20～30 m 跨徑和小于 20 m 跨徑組合；已建成高速鐵路標準簡支梁多為 32 m；此外，有研究成果表明與中低速磁浮交通荷載水平基本相當?shù)目缱絾诬壗煌蛄航Y(jié)構(gòu)在30～40 m跨徑范圍擁有更好的經(jīng)濟性[6]。因此，有必要對中低速磁浮交通橋梁經(jīng)濟跨度開展研究。

1 并置單線簡支箱梁截面尺寸研究

并置單線箱梁橋面布置[6]見圖1。

圖1 并置單線箱梁橋面布置

1.1 箱梁截面尺寸

采用midas Civil空間有限元軟件，分別建立25，30，35，40 m跨度簡支箱梁空間模型[7]，對各跨度截面尺寸進行研究[8]。

并置單線箱梁截面尺寸示意見圖 2，并置單線簡支箱梁空間模型見圖 3。

H-梁高；B-梁寬；tw-腹板厚度；tt-頂板厚度；tb-底板厚度。圖2 并置單線箱梁截面尺寸示意圖

圖3 并置單線簡支箱梁空間模型

各跨度在滿足剛度要求的條件下，選取不同的截面尺寸，尺寸結(jié)果見表1。

表1 不同跨度簡支梁截面尺寸

1.2 梁體變形及自振頻率限值

1) 梁體變形限值

列車靜活載作用及溫度力作用下，梁體的豎向撓度不應(yīng)大于表2限值。

表2 軌道梁最大變形容許值

2) 軌道梁自振頻率

軌道梁設(shè)計的豎向一階固有頻率應(yīng)滿足：n0>90/L′。式中：n0為軌道梁的豎向一階固有頻率，Hz；L′為橋梁支點距，m。

由上述可知，25,30,35,40 m跨度簡支梁對應(yīng)變形容許值及一階固有頻率限值見表3。

表3 結(jié)構(gòu)變形及自振頻率限值

1.3 計算結(jié)果分析

由于結(jié)構(gòu)對變形要求較高，截面尺寸的選擇主要由變形指標控制。分析計算各跨度結(jié)構(gòu)變形指標，見表4。

表4 不同跨度簡支梁計算結(jié)果

綜合考慮梁體用料及梁體空間美觀性，各跨度滿足要求的最小截面尺寸見表5。

表5 各跨度滿足要求的最小截面尺寸

2 跨度經(jīng)濟性分析

截面尺寸越小，用料越經(jīng)濟。根據(jù)上述計算結(jié)果，以軌道交通橋梁常規(guī)高度——橋墩高度11 m為基準，根據(jù)不同地質(zhì)條件，選取約840 m橋長，綜合橋墩、基礎(chǔ)等主體工程數(shù)量進行經(jīng)濟性對比。橋長840 m時主體工程數(shù)量對比見表6。

表6 橋長840 m時主體工程數(shù)量對比

工程造價對比結(jié)果見表7。

表7 工程造價對比

通過上述研究，可以得到結(jié)論如下。

1) 不論是在地質(zhì)較好區(qū)域還是軟土地區(qū)，采用25 m簡支梁跨最為經(jīng)濟。

2) 在地質(zhì)較好區(qū)段，30 m跨度的主體工程費用較25 m簡支梁僅高出約0.57%；35 m跨的主體工程費用較25 m跨高出約11%，40 m跨的主體工程費用較25m跨高出約27.5%。

3) 在軟土地區(qū)，30 m跨度的主體工程費用較25 m簡支梁高出約8.5%；35 m跨度的主體工程費用較25 m簡支梁高出約17.7%，40 m跨度的主體工程費用較25 m簡支梁高出約30.9%。

由于30 m跨度簡支梁相對于25 m簡支梁工程造價相差不大，因此，將中低速磁浮標準簡支梁跨度加大到30 m，土建主體工程經(jīng)濟規(guī)模增加不大，但其跨越能力增大后，能更好地適應(yīng)城市規(guī)劃需要，有利于中低速磁浮項目的推廣，所產(chǎn)生的社會效應(yīng)大。

4 結(jié)語

本文對25～40 m跨度范圍并置單線簡支箱梁進行了截面尺寸研究；并進行跨度經(jīng)濟性研究。結(jié)果表明，不論在地質(zhì)較好區(qū)域還是軟土地區(qū)，采用25 m簡支梁跨最為經(jīng)濟，但是考慮到跨度增大后的適用能力、社會效應(yīng)，推薦采用30 m跨度中低速磁浮標準簡支梁。