津滨轻轨钢筋混凝土连续梁设计
摘 要:结合津滨轻轨高架桥设计,介绍长大桥梁钢筋混凝土连续梁设计情况。关键词:城市轻轨; 高架桥; 钢筋混凝土连续梁; 结构设计1 梁部结构形式
箱梁是目前国内外广泛采用的高架桥结构形式之一,它具有闭合薄壁截面、抗扭刚度大、整体受力性能好、外观简洁、适应性强等特点。箱梁截面刚度大,徐变上拱小,能较好地满足轻轨桥梁工程对竖向变位的要求。在小于20 m 的小跨度桥梁结构中,钢筋混凝土梁有其优越性,施工工艺简单,梁部施工周期短,混凝土收缩徐变影响小;缺点是,整体受力性能不如预应力混凝土结构,材料强度不高而容重较大,跨越能力有限。津滨轻轨区间高架桥一般地段采用3 25 m 预应力混凝土连续箱梁,部分地段采用钢筋混凝土连续箱梁调孔;由于长钢轨作用力的作用使制动墩尺寸较大, 为使桥墩美观,伸缩区地段尽量采用小跨度钢筋混凝土连续梁;为设计、施工方便,小半径地段、变宽地段、折返线及渡线段均采用钢筋混凝土箱梁,并采用满堂支架就地浇筑施工。采用连续结构可以克服简支梁接缝多的缺点,有利于改善行车条件。考虑到联长较长时长钢轨作用力较大、浇筑困难等缺点,钢筋混凝土连续梁联长以3 20 m 为主。
钢筋混凝土连续箱梁采用单箱双室截面,由于设置了3 道腹板,桥面板的横向跨度减小,其正负弯矩值也相应减小;且由于腹板总厚度增加,主拉应力和剪应力数值减小,这样大大节省了用钢量。本次钢筋混凝土梁采用C40 混凝土,梁高1. 5 m , 外形与3 25 m 预应力混凝土连续梁相同。轻轨双线线间距3. 6 m 时, 桥面宽8. 9 m ; 线间距4. 0 m 时,桥面宽9. 3 m ; 线间距 4. 6 m 时, 桥面宽9. 9 m 。以桥面宽8. 9 m 钢筋混凝土箱梁为例,跨中截面见图1 , 支点截面见图2 。
图1 跨中截面示意(单位:cm)
图2 支点截面示意(单位:cm)
(1) 顶板除承受结构正负弯矩外,还承受车辆荷载的直接作用,底板作为截面的翼缘板承受正负弯矩。为简单起见,顶底板厚度均采用20 cm 。(2) 腹板承受截面的剪应力及主拉应力,并承受局部荷载产生的横向弯矩,为满足受拉力及施工要求,跨中部分腹板厚采用30 cm , 支点附近采用45 cm 。
(3) 顶板与腹板相交处设梗腋,以提高截面抗扭刚度,减小畸变应力,使桥面板支点加厚,减小桥面板跨中弯矩,使力线过渡平缓,避免应力集中,底板与腹板相交处设梗腋,作用相对上梗腋较弱,尺寸可较小。本次上梗腋采用30 cm ×15 cm , 下梗腋为15 cm ×15 cm 。
(4) 横隔板的基本作用是增加截面的横向刚度,限制畸变应力,在支撑处的横隔板还担负着承受和分布铁道标准设计较大支承反力的作用,本次只设支撑处横隔板。
2 结构计算与分析
2. 1 荷载计算
(1) 主力
① 恒载
恒载包括结构自重及桥面二期荷载,其中桥面二期荷载包括线路设施、电缆槽及声屏障等,桥面宽8. 9 m 时其重按70 kN 计,桥面宽9. 3 m 时按72 kN 计。
② 活载a) 列车活载按6 辆车编组设计,重车轴重为150 kN , 空车轴重为70 kN 。
设计多载时,对多符号影响线,分别考虑重车与轻车的影响,即在同号影响线各区加重载,中间的异号影响线区段加轻载。对于结构设计分别按1 辆车、2 辆车 6 辆车分别加载, 双线加载考虑车辆的不同加载位置, 取总活载的100 % 按其最不利情况进行设计。
b) 列车竖向活载等于列车竖向静活载
起始位置按最不利位置进行计算,并考虑温度变化、基础变形影响,取最不利组合对各截面进行内力计算。箱形梁受力是一个复杂的结构空间分析问题,为了把问题简化,将箱形截面分割成若干工字形梁来进行强度检算,对于中小跨度连续梁来讲,可以满足其精度。
2. 3 横向计算
箱形截面横向计算按支承在腹板板底的横向框架进行内力分析和计算,取纵向长度为1 m 的箱梁为计算单元,采用《钢筋钢凝土及预应力混凝土桥程序》进行内力计算,结构简化图见图3 。计算考虑主梁恒载、二期恒载、轻轨活载、箱内外温差等荷载组合。在设置接触网立柱处还要考虑立柱荷载,必要时增加横向钢筋,加厚箱内顶板及悬臂板厚度。活载按双线行车及单线行车分别进行加载,按最不利组合进行配筋设计, 箱内外温差按5 ℃ 考虑。
乘以动力系数。动力系数计算公式为
1 +μ = 1 + 1.6 ×〔(6/(30 + L)〕
式中,L 为桥梁跨度,以m 计。连续梁边孔和中孔取不同的的动力系数。c) 人行道活载为4. 0 kPa 。
d) 不均匀沉降按1 cm 计。
(2) 附加力
① 风力
梁上风力要按有声屏障计算,并考虑有可能设置广告牌,声屏障或广告牌高度按梁顶以上3 m 设计。
② 温度力
体系温差按温升20 ℃,温降按-25 ℃ 考虑,日照温差按桥面板均匀升温5 ℃ 计。
2. 2 纵向计算
采用西南交大编《桥梁结构曲线桥分析系统ASCB 程序》模拟施工各阶段及运营阶段进行计算,对各阶段进行内力、变形分析。将3 20 m 钢筋混凝土连续梁划分为35 个单元,在规范规定验算的截面及截面突变的地方,在支点及距支点1/ 2 梁高的地方及距跨中1/ 4 梁跨处截面均设置节点,其余地方按1. 5～2 m 一个单元,按平面杆系结构进行分析。列车加载分两线两列
图3 横向计算单元划分
