标准跨连续刚构桥梁的设计

 

摘要:随着我国城市快速轨道交通建设的高速发展,搭乘快捷、舒适、安全的地铁纵横驰骋于城市的东南西北也便成了人们首选的交通工具,而高架的铺设方式也日益成为地铁建设的一种主要方式,巴黎地铁十三号线高架桥、里尔地铁高架桥、新加坡地铁高架桥、香港轻轨跨线桥高架桥都在地铁运营中发挥了重要的作用。

关键词:桥梁;标准跨连续刚构;设计

 

1概述

      地铁线路敷设方式分高架和地下两种,其中高架线具有造价低(约为地下线的1/3~1/2)、设备系统少、运营成本低、工程实施进度快的特点,一般运用在郊区、城市组团间联系区、生态绿化区这些对景观、环境要求不高的地方,从节约造价和运营成本出发,可以采用高架线的地铁线路敷设方式。

      高架桥一般分为简支梁桥、连续梁桥、连续刚构桥及单跨刚构桥,其中连续刚构是墩梁固结的连续结构,减少了桥梁支座及支座养护上的麻烦,且在有较高墩的连续结构中,可以利用高墩的柔性来适应结构由于预应力、混凝土收缩、徐变和温度变化所引起的位移,减少墩的弯矩,从而减少桥墩及基础工程的材料用量,如果在标准跨连续刚构中采用双薄壁墩型式,还具有支点固结弯矩由双壁力偶分配,使全梁受力均匀,便于设计成等高梁以及视觉上通透、纤细的优点。

2标准跨连续刚构桥梁的设计

2.1梁体截面型式选择

     目前国内外所普遍采用的高架桥梁型结构,常用的横截面类型有箱形梁、T形梁和U形梁。其中箱型截面梁是桥梁结构中广泛采用的截面形式,适用面很广,在我国大、中、小跨度公路、铁路桥梁均有成熟的技术。区间可采用单线单箱或双线单箱形式,下部外型还可以设成圆形或弧形,外形美观,城市景观好。箱型截面受力合理,抗弯及抗振性能好,结构产生的噪音影响较小。箱型截面又可分为双线单箱截面及单线单箱截面。其中双线单箱截面按腹板呈直线及弧度的大小有4种截面,如下图所示。

2.2高架区间结构设计

     高架区间一般以三跨一联的标准跨度连续刚构为常见的结构形式。

2.2.1结构计算模型

     结构计算模型见下图。

2.2.2计算荷载

      ①结构自重:混凝土容重按25kN/m³计。

      ②列车荷载:按列车的最大轴重、轴距及近、远期中最长的列车编组确定。

      ③列车竖向动力系数:1+μ=1+0.8×12/(30+L)

      ④列车制动力和牵引力:按列车竖向静活载的15%计算,计算中区间双线计一线。

      ⑤无缝线路的伸缩力、挠曲力、断轨力计算中,轨道纵向阻力按10.0kN/m~12.0kN/m/轨计算。

      ⑥离心力:静活载乘以离心力率C,C=V2/127R

      ⑦列车横向摇摆力:按列车相邻两节车四个轴重的15%计算。

      ⑧风荷载:基本风压按1200Pa计。

      ⑨混凝土收缩、徐变:预应力加载时龄期按60d计算至1500d。

      ⑩温度影响:广州地区合拢温度一般按20℃考虑,最冷月平均温度按13℃计,最热月平均温度按28℃计,桥面升温按5℃计。

      ⑾基础变位影响:不均匀沉降按10mm考虑,更换支座按10mm考虑。

      ⑿人群荷载:检修、人行通道上按4kN/m²计。

      ⒀地震力:广州地区抗震设防烈度为7度。

      ⒁桥上二期恒载:40kN/m每线(包括桥上防水层、轨枕板、线路设备、管线)。

      ⒂施工荷载:根据工程实际进行计算(见荷载分类表)。

2.2.3内力组合

2.2.3.1主力

      ①自重+二期恒载+预加应力+活载+混凝土收缩及徐变

      ②自重+二期恒载+预加应力+活载+混凝土收缩及徐变+基础变位

      ③自重+二期恒载+预加应力+活载+混凝土收缩及徐变+无缝线路纵向水平力(伸缩力、挠曲力)

      ④自重+二期恒载+预加应力+活载+混凝土收缩及徐变+基础变位+无缝线路纵向水平力(伸缩力、挠曲力)

      ⑤自重+二期恒载+预加应力+活载(单列)+混凝土收缩及徐变+基础变位+无缝线路纵向水平力(伸缩力、挠曲力)

2.2.3.2主+附

      ①自重+二期恒载+预加应力+活载+混凝土收缩及徐变+基础变位+无缝线路纵向水平力(一线伸缩力、挠曲力)+制动力(另一线)+温度影响力+横向摇摆力

      ②自重+二期恒载+预加应力+活载+混凝土收缩及徐变+基础变位+无缝线路纵向水平力(一线伸缩力、挠曲力)+制动力(另一线)+温度影响力+风力

      ③自重+二期恒载+预加应力+活载(单列)+混凝土收缩及徐变+基础变位+无缝线路纵向水平力(一线伸缩力、挠曲力)+制动力(另一线)+温度影响力+横向摇摆力

2.2.3.3主+特殊荷载

      ①自重+二期恒载+预加应力+活载+混凝土收缩及徐变+基础变位+无缝线路纵向水平力(三轨伸缩力、挠曲力)+断轨力(一轨)

     ②自重+二期恒载+预加应力+活载+混凝土收缩及徐变+基础变位+地震力

       根据以上内力组合找出最不利的工况,计算出该工况下结构的轴力、弯矩、剪力及扭矩,从而根据计算公式可反算出结构的配筋。

2.2.4主要设计标准

      ①《地铁设计规范》(GB50157-2003);

      ②《铁路桥涵设计基本规范》(TB10002.1-99);

      ③《铁路桥梁钢结构设计规范》(TB10002.2-99);

      ④《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》(TB10002.3-99);

      ⑤《铁路桥涵钢筋混凝土和砌体结构设计规范》(TB10002.4-99);

      ⑥《铁路工程抗震设计规范》(GBJ111-87);

      ⑦《铁路桥涵施工规范》(TB10203-2002 J162-2002)。

3桥梁的防噪减震措施

3.1噪音的产生

      地铁列车经过高架桥时所产生的噪音主要有以下三部分组成(见图1)。

3.1.1车轮及轨道的噪音

      是由车轮与车轨的摩擦及火车的推动系统所造成。

3.1.2结构振动所发出的噪音

      结构所散发的噪音是由列车行驶时桥梁结构的震动所产生的噪音。

3.1.3空调噪音

      空调噪音主要来自车厢上的空调及其发动机,并由空调本身的运作和设定规范控制,所以与高架桥结构的设计没有直接关系。

3.2防噪减震措施

      高架桥上的防噪,可以采用以下措施(见图2):

      ①选择刚度大、自振频率低的闭合截面箱型梁结构;

      ②结构设计中,适当的优化截面,尽量使腹板支承在钢轨下部;

      ③敏感地段在桥上部两侧加设隔音屏障,内喷吸音材料;

      ④设浮置板道床,并在橡胶支承的底部加上软垫。

4结束语

      综上所述,高架的敷设方式已普遍地应用于我国的地铁建设中,它不但为市民的出行提供了极大的便利,也成为一个城市的主要标志和景观,如何保证桥梁的结构既安全又美观,就要求我们设计人员在设计的过程中根据周边环境选取合适的结构形式,并对受力进行严谨的计算分析;为了尽量降低地铁运营时对周边人群的干扰,我们还要采取一定的减噪措施,这样才能够为群众提供更好的服务。

 

参考文献

[1]程建耀.最新桥梁设计实用手册[M].长春:吉林电子出版社,2005.

[2]邵旭东,程翔云.桥梁设计百问[M].北京:人民交通出版社,2003.

[3]张树仁.桥梁设计规范学习与应用讲评[M].北京:人民交通出版社,2005.

[3]范立础,李建中,王君杰.高架桥梁抗震设计[M].北京:人民交通出版社,2001.