津濱輕軌鋼筋混凝土連續梁設計
摘 要:結合津濱輕軌高架橋設計,介紹長大橋梁鋼筋混凝土連續梁設計情況。關鍵詞:城市輕軌; 高架橋; 鋼筋混凝土連續梁; 結構設計1 梁部結構形式
箱梁是目前國內外廣泛采用的高架橋結構形式之一,它具有閉合薄壁截面、抗扭剛度大、整體受力性能好、外觀簡潔、適應性強等特點。箱梁截面剛度大,徐變上拱小,能較好地滿足輕軌橋梁工程對豎向變位的要求。在小于20 m 的小跨度橋梁結構中,鋼筋混凝土梁有其優越性,施工工藝簡單,梁部施工周期短,混凝土收縮徐變影響小;缺點是,整體受力性能不如預應力混凝土結構,材料強度不高而容重較大,跨越能力有限。津濱輕軌區間高架橋一般地段采用3 25 m 預應力混凝土連續箱梁,部分地段采用鋼筋混凝土連續箱梁調孔;由于長鋼軌作用力的作用使制動墩尺寸較大, 為使橋墩美觀,伸縮區地段盡量采用小跨度鋼筋混凝土連續梁;為設計、施工方便,小半徑地段、變寬地段、折返線及渡線段均采用鋼筋混凝土箱梁,并采用滿堂支架就地澆筑施工。采用連續結構可以克服簡支梁接縫多的缺點,有利于改善行車條件。考慮到聯長較長時長鋼軌作用力較大、澆筑困難等缺點,鋼筋混凝土連續梁聯長以3 20 m 為主。
鋼筋混凝土連續箱梁采用單箱雙室截面,由于設置了3 道腹板,橋面板的橫向跨度減小,其正負彎矩值也相應減小;且由于腹板總厚度增加,主拉應力和剪應力數值減小,這樣大大節省了用鋼量。本次鋼筋混凝土梁采用C40 混凝土,梁高1. 5 m , 外形與3 25 m 預應力混凝土連續梁相同。輕軌雙線線間距3. 6 m 時, 橋面寬8. 9 m ; 線間距4. 0 m 時,橋面寬9. 3 m ; 線間距 4. 6 m 時, 橋面寬9. 9 m 。以橋面寬8. 9 m 鋼筋混凝土箱梁為例,跨中截面見圖1 , 支點截面見圖2 。
圖1 跨中截面示意(單位:cm)
圖2 支點截面示意(單位:cm)
(1) 頂板除承受結構正負彎矩外,還承受車輛荷載的直接作用,底板作為截面的翼緣板承受正負彎矩。為簡單起見,頂底板厚度均采用20 cm 。(2) 腹板承受截面的剪應力及主拉應力,并承受局部荷載產生的橫向彎矩,為滿足受拉力及施工要求,跨中部分腹板厚采用30 cm , 支點附近采用45 cm 。
(3) 頂板與腹板相交處設梗腋,以提高截面抗扭剛度,減小畸變應力,使橋面板支點加厚,減小橋面板跨中彎矩,使力線過渡平緩,避免應力集中,底板與腹板相交處設梗腋,作用相對上梗腋較弱,尺寸可較小。本次上梗腋采用30 cm ×15 cm , 下梗腋為15 cm ×15 cm 。
(4) 橫隔板的基本作用是增加截面的橫向剛度,限制畸變應力,在支撐處的橫隔板還擔負著承受和分布鐵道標準設計較大支承反力的作用,本次只設支撐處橫隔板。
2 結構計算與分析
2. 1 荷載計算
(1) 主力
① 恒載
恒載包括結構自重及橋面二期荷載,其中橋面二期荷載包括線路設施、電纜槽及聲屏障等,橋面寬8. 9 m 時其重按70 kN 計,橋面寬9. 3 m 時按72 kN 計。
② 活載a) 列車活載按6 輛車編組設計,重車軸重為150 kN , 空車軸重為70 kN 。
設計多載時,對多符號影響線,分別考慮重車與輕車的影響,即在同號影響線各區加重載,中間的異號影響線區段加輕載。對于結構設計分別按1 輛車、2 輛車 6 輛車分別加載, 雙線加載考慮車輛的不同加載位置, 取總活載的100 % 按其最不利情況進行設計。
b) 列車豎向活載等于列車豎向靜活載
起始位置按最不利位置進行計算,并考慮溫度變化、基礎變形影響,取最不利組合對各截面進行內力計算。箱形梁受力是一個復雜的結構空間分析問題,為了把問題簡化,將箱形截面分割成若干工字形梁來進行強度檢算,對于中小跨度連續梁來講,可以滿足其精度。
2. 3 橫向計算
箱形截面橫向計算按支承在腹板板底的橫向框架進行內力分析和計算,取縱向長度為1 m 的箱梁為計算單元,采用《鋼筋鋼凝土及預應力混凝土橋程序》進行內力計算,結構簡化圖見圖3 。計算考慮主梁恒載、二期恒載、輕軌活載、箱內外溫差等荷載組合。在設置接觸網立柱處還要考慮立柱荷載,必要時增加橫向鋼筋,加厚箱內頂板及懸臂板厚度。活載按雙線行車及單線行車分別進行加載,按最不利組合進行配筋設計, 箱內外溫差按5 ℃ 考慮。
乘以動力系數。動力系數計算公式為
1 +μ = 1 + 1.6 ×〔(6/(30 + L)〕
式中,L 為橋梁跨度,以m 計。連續梁邊孔和中孔取不同的的動力系數。c) 人行道活載為4. 0 kPa 。
d) 不均勻沉降按1 cm 計。
(2) 附加力
① 風力
梁上風力要按有聲屏障計算,并考慮有可能設置廣告牌,聲屏障或廣告牌高度按梁頂以上3 m 設計。
② 溫度力
體系溫差按溫升20 ℃,溫降按-25 ℃ 考慮,日照溫差按橋面板均勻升溫5 ℃ 計。
2. 2 縱向計算
采用西南交大編《橋梁結構曲線橋分析系統ASCB 程序》模擬施工各階段及運營階段進行計算,對各階段進行內力、變形分析。將3 20 m 鋼筋混凝土連續梁劃分為35 個單元,在規范規定驗算的截面及截面突變的地方,在支點及距支點1/ 2 梁高的地方及距跨中1/ 4 梁跨處截面均設置節點,其余地方按1. 5～2 m 一個單元,按平面桿系結構進行分析。列車加載分兩線兩列
圖3 橫向計算單元劃分
