跨座式單軌大跨度連續(xù)鋼桁軌道梁研究

李先婷 高靜青 劉永鋒 郭子煜 趙 博

(中鐵工程設(shè)計咨詢集團(tuán)有限公司,北京 100055)

隨著我國城市化進(jìn)程的不斷加快,軌道交通已成為各個城市解決城市交通擁堵問題的重要途徑[1]?？缱絾诬壸鳛橐环N新興的軌道交通方式,具有運量適中、占地面積小、建設(shè)投資費用低、噪聲及各種污染低、對城市空間影響小等優(yōu)點,正越來越受到人們的關(guān)注[2]。

從目前國內(nèi)外跨座式單軌大跨度橋型方案實例來看,跨度30～48 m 多采用簡支鋼混結(jié)合軌道梁,跨度48～65 m 多采用連續(xù)鋼-混結(jié)合軌道梁,跨度大于65 m 時,一般采用梁上托梁的形式[3]。然而,梁上托梁整體結(jié)構(gòu)建筑高度較高,在一些有高程要求的跨越點使用受限,景觀效果較差;另外,軌道梁僅作為單軌車輛的行走軌道,不參與下方托梁的結(jié)構(gòu)受力[4],導(dǎo)致工程造價相應(yīng)增加。

為此,提出一種新型跨座式單軌結(jié)構(gòu),并基于蕪湖市軌道交通2 號線一期工程跨越扁擔(dān)河及蕪宣高速公路工程實例開展研究,以期解決大跨單軌橋型結(jié)構(gòu)跨度大于65 m 時的難點。

1 工程概況

蕪湖市軌道交通2 號線一期采用龐巴迪制式跨座式單軌,橋位處線路以42°上跨扁擔(dān)河及蕪宣高速公路。蕪宣高速公路現(xiàn)狀寬度為25 m,雙向四車道;但其已開展拓寬設(shè)計工作,拓寬后為雙向八車道,寬度為42 m,擬采用(52+80+52) m 連續(xù)鋼桁軌道梁(直線、線間距4.6 m)跨越。

2 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

正線數(shù)目:雙線;

車輛運營速度:80 km/h;

平面直曲線:直線;

線路縱坡:平坡;

列車類型:CMR2 型車,初近遠(yuǎn)期4/6/6 輛編組;

極端溫度:極端最低氣溫為-13.1 ℃,極端最高氣溫為41 ℃;

設(shè)計基本風(fēng)壓:500 Pa;

地震動峰值加速度值:Ag≤0.1g。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計

連續(xù)鋼桁軌道梁采用(52+80+52) m 連續(xù)鋼桁梁結(jié)構(gòu),計算跨度為(51.35+80+51.35) m,梁全長183.8 m。桁高5.7 m,桁寬4.6 m,節(jié)間長度為3.575 m、3.675 m 和3.250 m。連續(xù)鋼桁軌道梁布置見圖1～圖3。

圖1 主橋立面布置(單位:mm)

圖2 中支點處橫斷面(單位:mm)

圖3 一般橫斷面(單位:mm)

3.1 主桁

(1)主桁弦桿均采用箱形截面,板件間設(shè)隔板。上弦桿外高 1 880 mm,頂板與底板之間外高1 860 mm,腹板外寬550 mm,腹板外側(cè)設(shè)置穩(wěn)定軌和導(dǎo)向軌;下弦桿外高650 mm,外寬550 mm。

(2)斜腹桿采用H 形截面和箱型截面。H 形截面腹板上設(shè)置加勁肋,H 形截面外高550 mm,翼緣寬度為440 mm 和240 mm,翼緣厚14～28 mm,腹板厚12～20 mm,加勁肋寬100 mm,厚10 mm;箱型桿件翼緣尺寸為400 mm×16 mm,腹板尺寸為454 mm×16 mm。

(3)豎桿采用H 形截面,腹板上設(shè)置加勁肋。H形截面外高550 mm,翼緣寬240 mm,翼緣厚14 mm,腹板厚14 mm,加勁肋寬100 mm,厚10 mm。

(4)腹板外側(cè)穩(wěn)定面鋼板,板厚16 mm,穩(wěn)定軌支撐板厚12 mm。

(5)主桁上、下弦桿節(jié)點均采用整體節(jié)點形式。除上弦桿頂板為焊接外,其余均采用M24 高強(qiáng)度螺栓拼接。

(6)主桁以不超過4 個節(jié)間作為1 個節(jié)段,節(jié)段內(nèi)采用全焊接,節(jié)段與節(jié)段之間采用M30 高強(qiáng)螺栓插入式拼接。

3.2 隔板

(2)上弦桿內(nèi)隔板與頂板、底板及腹板采用焊接[6]。

(3)支座設(shè)于支點隔板下方,支承肋下緣熔透焊在下弦桿底板上[7]。

(4)每個節(jié)段兩端的封閉隔板不設(shè)過人孔,其余隔板均設(shè)過人孔。

3.3 聯(lián)結(jié)系

聯(lián)結(jié)系包含上平聯(lián)、下平聯(lián)和橫向聯(lián)結(jié)系。

上、下平聯(lián)斜桿為工形截面,截面高260 mm,上、下平聯(lián)橫撐和橫向聯(lián)結(jié)系桿件為工形截面,除支點處橫撐截面外高630 mm 外,其余截面高260 mm。

3.4 防落梁措施

為保證梁部結(jié)構(gòu)在地震力作用下的安全性能,本橋設(shè)置縱、橫向防落梁措施[8]。防落梁措施通過在下平聯(lián)端橫撐底設(shè)置鋼柱、在墩柱蓋梁頂設(shè)置鋼擋塊實現(xiàn);梁底鋼柱扣于蓋梁頂鋼擋塊上方,并在縱、橫橋留有相應(yīng)的活動量,以保證梁體常時正常伸縮[9];地震時,墩頂鋼擋塊外側(cè)面作用于梁底鋼柱內(nèi)側(cè)面,以實現(xiàn)對梁體的限位[10]。防落梁措施設(shè)置于下平聯(lián)支點橫撐中部下方,共設(shè)置4 處。

4 結(jié)構(gòu)分析

采用通用有限元分析計算軟件Midas Civil 對鋼桁梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬[11]。計算模型見圖4。

圖4 有限元分析模型

4.1 桿件強(qiáng)度、疲勞應(yīng)力

主桁桿件疲勞計算參考TB 10091—2017《鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》第4.3 條,疲勞容許應(yīng)力幅類別為XI,疲勞容許應(yīng)力幅為71.9 MPa。經(jīng)計算,滿足規(guī)范要求[12]。

良好的情感可以促進(jìn)和補償學(xué)生的非智力活動，并產(chǎn)生持久的學(xué)習(xí)動力。教師對學(xué)生真摯熱烈的情感能打開學(xué)生心扉喚起學(xué)生相應(yīng)的情感，使之對教師產(chǎn)生親近感、信賴感，進(jìn)而把教師之愛轉(zhuǎn)化為聽老師的話，愛上老師的課，積極認(rèn)真完成老師交給的任務(wù)，從而改變“要我學(xué)”為“我要學(xué)”。形成自主的學(xué)習(xí)行為。

桿件計算強(qiáng)度、桿件疲勞應(yīng)力計算結(jié)果見表1。

表1 桿件強(qiáng)度、疲勞應(yīng)力匯總 MPa

4.2 活載豎向撓度

根據(jù)GB 50458—2008《跨座式單軌交通設(shè)計規(guī)范》規(guī)定,在靜活載作用下,梁體的豎向撓度容許值為L/1 000。計算結(jié)果見表2。

表2 活載豎向撓度匯總

4.3 梁體水平撓度

在“主力+附加力”作用下,梁體橫向位移不應(yīng)超過其跨度的1/1 000,計算結(jié)果見表3。

表3 梁體水平撓度匯總

4.4 橫向傾覆穩(wěn)定系數(shù)

橫向傾覆穩(wěn)定系數(shù)匯總見表4。

表4 橫向傾覆穩(wěn)定系數(shù)匯總

4.5 支反力

支座反力匯總見表5。

表5 支反力匯總 kN

5 車橋耦合分析

對全橋所有構(gòu)件及樁基礎(chǔ)均采用空間梁單元建模[13],模型見圖5。

圖5 全橋有限單元劃分示意

根據(jù)前述橋梁計算模型,對其自振特性進(jìn)行計算與分析,結(jié)果見表6～表9。

表6 橋梁自振特性計算結(jié)果

表7 橋梁振動位移最大值計算結(jié)果匯總

表8 列車動力響應(yīng)最大值計算結(jié)果匯總

表9 車-橋系統(tǒng)動力響應(yīng)評價結(jié)果匯總

綜上所述,該連續(xù)鋼桁軌道梁橋設(shè)計方案具有良好的動力特性及列車走行性[14],列車通過橋梁時的安全性和乘坐舒適性均滿足要求。

6 施工方法

采用兩側(cè)不等跨墩底轉(zhuǎn)體施工,轉(zhuǎn)體長度為(63.49+51.9) m。施工流程:施工準(zhǔn)備→施工樁基、承臺、轉(zhuǎn)體墩及其他永久墩,為避免轉(zhuǎn)體就位沖突,大里程邊墩暫時施工至設(shè)計高程以下不小于0.7 m→搭設(shè)臨時拼裝平臺,同時在小里程側(cè)沿線路方向,在拼接位置架設(shè)臨時墩→在大里程的拼裝平臺上架設(shè)轉(zhuǎn)體部分鋼梁,先拼裝E12～E16 節(jié)段,安裝支座、墩頂臨時固定措施,安裝梁、墩間臨時斜撐,再拼裝完成其他節(jié)段,在小里程的臨時墩上架設(shè)剩余部分鋼梁→轉(zhuǎn)體部分鋼梁拼裝完成后,進(jìn)行配重[15],稱重→拆除轉(zhuǎn)體段拼裝平臺,稱重,實測其重心位置和摩阻系數(shù),必要時進(jìn)行配重→正式轉(zhuǎn)體前進(jìn)行試轉(zhuǎn)動→進(jìn)行正式轉(zhuǎn)體,合計將轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)逆時針轉(zhuǎn)體42°后就位→轉(zhuǎn)體到位后,調(diào)整懸臂端水平位置至橋梁中軸線處,豎向高程至設(shè)計高程,臨時緊固轉(zhuǎn)體側(cè)梁端,封固轉(zhuǎn)盤,使梁體線形與設(shè)計線形一致→拼裝合龍段鋼梁,全橋合龍,拆除轉(zhuǎn)體墩頂臨時固結(jié),拆除梁、墩斜撐,澆筑大里程邊墩至設(shè)計高程→安裝支座等附屬裝置,全橋施工完畢。

施工過程布置見圖6,施工過程實景見圖7,成橋?qū)嵕耙妶D8。

圖6 施工過程布置(單位:mm)

圖7 施工過程實景

圖8 成橋?qū)嵕?/p>

7 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表10。

表10 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

8 結(jié)論

(1)將連續(xù)鋼桁梁應(yīng)用于大跨度跨座式單軌結(jié)構(gòu),其上弦桿兼作跨座式單軌的走行軌道,可有效降低結(jié)構(gòu)高度、節(jié)省鋼材。

(2)為解決同時跨越既有高速公路、河流的難題,將轉(zhuǎn)體施工技術(shù)應(yīng)用于跨座式單軌交通建設(shè)領(lǐng)域,可大幅降低跨座式單軌建設(shè)對既有交通的影響。

(3)為跨越河流、高速鐵路、高速公路的大跨度橋梁提供一套可靠的設(shè)計和施工方法,進(jìn)一步擴(kuò)大輕型跨座式單軌交通的使用范圍。