津濱輕軌鋼筋混凝土連續(xù)梁設(shè)計

　摘　要:結(jié)合津濱輕軌高架橋設(shè)計,介紹長大橋梁鋼筋混凝土連續(xù)梁設(shè)計情況。關(guān)鍵詞:城市輕軌; 高架橋; 鋼筋混凝土連續(xù)梁; 結(jié)構(gòu)設(shè)計　
　 1 　梁部結(jié)構(gòu)形式
箱梁是目前國內(nèi)外廣泛采用的高架橋結(jié)構(gòu)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(yīng)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(jié)構(gòu)中,鋼筋混凝土梁有其優(yōu)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(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu),材料強度不高而容重較大,跨越能力有限。津濱輕軌區(qū)間高架橋一般地段采用3 25 m 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁,部分地段采用鋼筋混凝土連續(xù)箱梁調(diào)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(qū)地段盡量采用小跨度鋼筋混凝土連續(xù)梁;為設(shè)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(xù)結(jié)構(gòu)可以克服簡支梁接縫多的缺點,有利于改善行車條件?？紤]到聯(lián)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(xù)梁聯(lián)長以3 20 m 為主。
鋼筋混凝土連續(xù)箱梁采用單箱雙室截面,由于設(shè)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(yīng)減小;且由于腹板總厚度增加,主拉應(yīng)力和剪應(yīng)力數(shù)值減小,這樣大大節(jié)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(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)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(jié)構(gòu)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?shù)装搴穸染捎?0 cm 。
(2) 腹板承受截面的剪應(yīng)力及主拉應(yīng)力,并承受局部荷載產(chǎn)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(shè)梗腋,以提高截面抗扭剛度,減小畸變應(yīng)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(yīng)力集中,底板與腹板相交處設(shè)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(yīng)力,在支撐處的橫隔板還擔(dān)負著承受和分布鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計較大支承反力的作用,本次只設(shè)支撐處橫隔板。
2 　結(jié)構(gòu)計算與分析
2. 1 　荷載計算
(1) 主力
① 恒載
恒載包括結(jié)構(gòu)自重及橋面二期荷載,其中橋面二期荷載包括線路設(shè)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(shè)計,重車軸重為150 kN , 空車軸重為70 kN 。
設(shè)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(qū)加重載,中間的異號影響線區(qū)段加輕載。對于結(jié)構(gòu)設(shè)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(shè)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(chǔ)變形影響,取最不利組合對各截面進行內(nèi)力計算。箱形梁受力是一個復(fù)雜的結(jié)構(gòu)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(xù)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(nèi)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(yù)應(yīng)力混凝土橋程序》進行內(nèi)力計算,結(jié)構(gòu)簡化圖見圖3 。計算考慮主梁恒載、二期恒載、輕軌活載、箱內(nèi)外溫差等荷載組合。在設(shè)置接觸網(wǎng)立柱處還要考慮立柱荷載,必要時增加橫向鋼筋,加厚箱內(nèi)頂板及懸臂板厚度?；钶d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(shè)計, 箱內(nèi)外溫差按5 ℃ 考慮。
乘以動力系數(shù)。動力系數(shù)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(xù)梁邊孔和中孔取不同的的動力系數(shù)。
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(fēng)力
梁上風(fēng)力要按有聲屏障計算,并考慮有可能設(shè)置廣告牌,聲屏障或廣告牌高度按梁頂以上3 m 設(shè)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(jié)構(gòu)曲線橋分析系統(tǒng)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(nèi)力、變形分析。將3 20 m 鋼筋混凝土連續(xù)梁劃分為35 個單元,在規(guī)范規(guī)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(shè)置節(jié)點,其余地方按1. 5～2 m 一個單元,按平面桿系結(jié)構(gòu)進行分析。列車加載分兩線兩列

圖3 　橫向計算單元劃分