廈門BRT島內(nèi)1號(hào)線高架橋設(shè)計(jì)荷載取值分析

蔡潤(rùn)楷

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司廈門分院，福建 廈門 361004)

1 BRT設(shè)計(jì)荷載取值分析

我國(guó)首條BRT線路于2005年12月30日在北京正式建成通車。目前，中國(guó)一線城市幾乎全都進(jìn)行了BRT規(guī)劃建設(shè)方面的設(shè)想。BRT車輛相對(duì)普通公交車輛，其特點(diǎn):速度快、可靠度高、安全性好。從規(guī)范而言，BRT大容量公交系統(tǒng)車輛的選取目前均無(wú)相應(yīng)規(guī)范的支持，而應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選取，而且從目前市面上流行的橋梁設(shè)計(jì)軟件來(lái)看，也沒(méi)有直接針對(duì)BRT的設(shè)計(jì)荷載。為了今后類似的工程項(xiàng)目創(chuàng)造可以借鑒的材料，有必要對(duì)BRT相關(guān)工程的設(shè)計(jì)荷載進(jìn)行探討。

參照國(guó)內(nèi)已建成的快速公交系統(tǒng)所采用的車輛，BRT車輛荷載考慮按三軸布置，P=100kN;荷載圖式如圖1所示。

圖1 BRT荷載圖式

2 輕軌設(shè)計(jì)荷載取值分析

城市高架輕軌交通在我國(guó)是一項(xiàng)方興未艾的工程，但與此不相適應(yīng)的是:我國(guó)至今尚無(wú)城市輕軌高架橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范，設(shè)計(jì)時(shí)均參考其他規(guī)范作為依據(jù)。全國(guó)各地已建成的輕軌交通高架橋大都采用鐵路橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范和其他設(shè)計(jì)規(guī)范(如地鐵規(guī)范)作為設(shè)計(jì)依據(jù)。1號(hào)線設(shè)計(jì)活載擬采用直線電機(jī)車輛，遠(yuǎn)期及遠(yuǎn)景均采用4輛編組。直線電機(jī)A型車與B型車相差不大，參照國(guó)內(nèi)外已使用的輕軌車輛，1號(hào)線擬采用直線電機(jī)B型車，考慮其軸重:有利時(shí)為P=80kN，不利時(shí)為P=130kN。列車按四節(jié)編組，荷載圖式如圖2所示。

圖2 直線電機(jī)B型車荷載圖式

3 設(shè)計(jì)荷載比較

1號(hào)線高架橋采用預(yù)應(yīng)力箱型連續(xù)梁，橋梁標(biāo)準(zhǔn)跨徑為30m，梁高1.8m，采用單箱單室斜腹板截面。箱梁頂寬9.8m，底寬4.45m;箱梁翼緣板挑臂長(zhǎng)2.0m，翼緣板端部厚18cm，與腹板交接處加厚到45cm;頂板厚28cm，底板厚25cm，腹板厚度40cm，在中支點(diǎn)兩側(cè)各4.5m范圍內(nèi)腹板加厚為60cm。1號(hào)線高架橋?qū)嶋H采用城－B級(jí)活載及直線電機(jī)B型車活載雙重檢算。

根據(jù)計(jì)算比較論證，1號(hào)線設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間梁確定合理孔跨布置為3×30m，聯(lián)長(zhǎng)90m，故本次活載作用的影響比較以3×30m為例。比較活載采用三種:BRT活載;城－B級(jí)活載;輕軌活載。

3.1 縱向計(jì)算比較

縱向計(jì)算采用橋梁博士v3.1軟件，計(jì)算模型均分為三個(gè)施工階段，第一施工階段澆注混凝土，施工周期為30天。第二施工階段張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋，施工周期為20天。第三施工階段加鋪二期恒載及運(yùn)營(yíng)階段，施工周期為3650天。使用階段升溫溫差和降溫溫差為25°和－25°，非線性正溫差按公路規(guī)范中的正溫差T1=14°，T2=5.5°，非線性負(fù)溫差取正溫差的一半。支座不均勻沉降按5mm。BRT荷載、城－B荷載橫向分布系數(shù)按2.3考慮;輕軌荷載按直線電機(jī)B型車荷載計(jì)算，橫向分布系數(shù)按2.32考慮。主要比較各單項(xiàng)荷載作用下，跨中彎矩及支點(diǎn)剪力值區(qū)別(按實(shí)際計(jì)算進(jìn)行內(nèi)力比較)，假設(shè)在BRT活載下彎矩、剪力系數(shù)為1，表1為三種荷載內(nèi)力比較系數(shù)結(jié)果。

表1 3×30m不同車輛載重引起橋梁內(nèi)力系數(shù)比較表

3.2 箱梁框架橫向計(jì)算比較

橫向計(jì)算按橋面板上荷載的實(shí)際加載位置進(jìn)行計(jì)算，并考慮恒載(結(jié)構(gòu)自重按26.5KN/m3;混凝土調(diào)平層6～12.75cm，按線性荷載施加;橋面鋪裝10cm瀝青砼，按均布荷載施加;防撞護(hù)欄及聲屏障每米重20.5KN，按集中力施加)及活載的橫向分配系數(shù)。列車活載考慮橋上線路的分布作用，活載橫向分布寬度計(jì)至頂板頂。橫向計(jì)算按被支承在主梁腹板中心線下的框架結(jié)構(gòu)計(jì)算。

箱梁框架橫向計(jì)算取用單位寬度的跨中斷面進(jìn)行計(jì)算，分別采用BRT荷載、城－B荷載和輕軌荷載進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，采用橋梁博士v3.1進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算模型如圖3所示。

圖3 計(jì)算模型

通過(guò)計(jì)算，表2是箱梁頂板各節(jié)點(diǎn)在各單項(xiàng)荷載作用下橋面板最小彎矩值比較結(jié)果(BRT和輕軌荷載作用效果已經(jīng)過(guò)折算，三者均為標(biāo)準(zhǔn)值)。

表2 不同車輛載重引起橋面板最小彎矩值比較表 單位:KN.m

4 結(jié)束語(yǔ)

BRT線路預(yù)留了遠(yuǎn)期為軌道交通的荷載條件，軌道交通活載作用效應(yīng)較BRT活載及城－B荷載的作用效應(yīng)大出許多，故1號(hào)線橋梁設(shè)計(jì)應(yīng)由輕軌活載作用效應(yīng)作為控制設(shè)計(jì)。采用城－B荷載代替BRT荷載進(jìn)行BRT專用車道計(jì)算結(jié)果會(huì)偏大一些，但考慮到BRT專用車道在高峰期車輛密度要低于城－B級(jí)車輛間距(15m)以及BRT專用車道必要的消防、應(yīng)急交通的功能，采用城－B荷載代替BRT荷載進(jìn)行驗(yàn)算是合理可行的，其計(jì)算結(jié)果通過(guò)了設(shè)計(jì)監(jiān)理單位北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院論證驗(yàn)算。因此1號(hào)線設(shè)計(jì)最終采用城－B荷載及直線電機(jī)B型車活載雙重檢算。由于設(shè)計(jì)荷載的合理取值關(guān)系到結(jié)構(gòu)安全和工程造價(jià)的問(wèn)題，本文僅對(duì)其橋梁設(shè)計(jì)的荷載取值進(jìn)行了分析與討論。而作為控制設(shè)計(jì)荷載的輕軌活載作用效應(yīng)與大鐵路采用的活載存在較大差別，如列車制動(dòng)力和牽引力問(wèn)題、橫向搖擺力的問(wèn)題等都需要認(rèn)真地進(jìn)行研究，使得設(shè)計(jì)取值更加合理。目前，我國(guó)有關(guān)建設(shè)部門已開(kāi)始城市快速公交系統(tǒng)和高架輕軌交通設(shè)計(jì)規(guī)范的研究與編寫。相信不久的將來(lái)，分別適應(yīng)城市快速公交系統(tǒng)和高架輕軌交通設(shè)計(jì)規(guī)范將制定出來(lái)執(zhí)導(dǎo)城市交通橋梁的設(shè)計(jì)。