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跨座式单轨交通刚构体系钢轨道梁桥设计参数影响性分析

2024-04-25 来源:榕意旅游网
64 世界桥梁 2016,44(1) 跨座式单轨交通刚构体系钢轨道梁桥 设计参数影响性分析 李盼到 ,王新山。,刘一平 ,程京伟 (1.北京市市政工程设计研究总院有限公司,北京100082; 2.大连理工大学桥梁工程研究所,辽宁大连116024) 摘要:刚构体系钢轨道梁桥的主梁中支点应力和桥墩配筋率对结构受力及工程造价影响较大,为掌握设计参数对主梁中支 点应力和桥墩配筋率的影响程度,采用有限元软件建立3种典型桥梁(等截面3×25 m连续、变截面单跨40 m门架式及变截 面z+8O m+z连续刚构体系钢轨道梁桥桥型方案)计算模型,分别计算不同梁高、墩柱尺寸、平曲线半径等参数下主梁中支 点应力和桥墩配筋率的变化规律。结果表明:针对主梁中支点应力和桥墩配筋率的影响,等截面连续刚构体系钢轨道梁桥对 主梁高度及平曲线半径较为敏感,变截面单跨门架式刚构体系钢轨道梁桥对桥墩尺寸及平曲线半径较为敏感,边跨跨度、中 支点梁高、桥墩尺寸及平曲线半径对变截面连续刚构体系钢轨道梁桥的主梁中支点应力和桥墩配筋率的影响较大。 关键词:跨座式单轨交通;刚构体系;钢轨道梁;等截面;变截面;门架式;设计参数;有限元法;桥梁设计 中图分类号:U448.13;U442.5 文献标志码:A 文章编号:1671—7767(2016)01—0064—06 1 引 言 2刚构体系钢轨道梁桥桥型方案设计 城市轨道桥梁布置需解决线路曲线段多,相交 刚构体系钢轨道梁桥在线路平面小曲线段及 道路、河道、铁路多,桥梁沿线管线情况复杂等诸多 中、大跨度节点处较为适用 ],针对这3种情况,综 复杂建设条件的制约,因此对桥梁的跨越能力要求 合考虑施工、经济性及桥梁景观效果,分别设计等截 较高。跨座式单轨交通以其对线路平面小曲线、大 面多跨连续、变截面单跨门架式及变截面多跨连续 纵坡的良好适应能力,占地少、噪音小、桥梁景观效 刚构体系钢轨道梁桥桥型方案。 果好的特点,在中、小运力轨道交通线路中的应用日 2.1 等截面多跨连续刚构体系钢轨道梁桥 益广泛_1q]。但现有跨座式单轨轨道梁跨越能力小 等截面多跨连续刚构体系钢轨道梁桥一般用于 的缺点严重制约了其应用及发展。 线路平面小曲线半径段。典型3×25 m刚构体系 目前,跨座式单轨交通桥梁主要有简支体系和 钢轨道梁桥布置示意如图1所示。其基本参数为: 连续刚构体系 ],在建筑材料上,大部分采用预应 力混凝土轨道梁,钢轨道梁应用相对较少。国内最 梁高等高度1.7 m;轨道梁平曲线半径为300 m;轨 道梁之间无横梁;墩高8 m,墩柱截面尺寸为1.7 mX 新的研究成果表明,刚构体系钢轨道梁桥可有效解 决跨座式单轨桥梁跨越能力不足的问题_7]。对于刚 2.2 m(N桥向×横桥向);桩长20 m,直径1.5 m。 构体系钢轨道梁桥,控制设计的主要参数有主梁内 2.2变截面单跨门架式刚构体系钢轨道梁桥 力、应力、横纵向刚度、自振频率,桥墩及基础的内 变截面单跨门架式刚构体系钢轨道梁桥一般用 力、配筋及横纵向刚度,其中主梁的中支点应力及桥 于线路跨越相交路口处。典型单跨40 m刚构体系 墩的配筋率对结构受力及工程的造价影响最大。目 钢轨道梁桥布置示意如图2所示。基本参数为:跨 前此类桥梁未在实际工程中广泛应用,无成熟的设 中轨道梁高2.6 m,两端处梁高2.2 m;轨道梁平曲 计经验遵循。鉴于此,本文设计3种典型的刚构体 线半径为300 m;横梁采用钢箱梁,宽度为0.866 系钢轨道梁桥桥型方案,并采用有限元法,进行主梁 m,高度为0.55 m,间距5.85 m;墩高8 m,墩柱截 中支点应力和桥墩配筋率的设计参数影响性分析。 面尺寸为1.7 m×2.2 rn(顺桥向×横桥向);桩长 20 m,直径1.5 m。 收稿13期:2015—03—24 作者简介:李盼到(1977一),男,高级工程师,2001年毕业于大连理工大学土木工程专业,工学学士,2004年毕业于大连理工大学桥梁与隧道工 程专业,工学硕士(E—mail:18561651@qq.corn)。 跨座式单轨交通刚构体系钢轨道梁桥设计参数影响性分析 (a)立面 i lJ (b)钢轨道梁标准横断面 单位:mill 图1典型3×25 in刚构体系钢轨道梁桥布置示意 .40 000 . (a)立面 (b)钢轨道梁标准横断面 单位:mill 图2典型单跨40 in刚构体系钢轨道梁桥布置示意 2.3变截面多跨连续刚构体系钢轨道梁桥 变截面多跨连续刚构体系钢轨道梁桥一般用于 线路跨越大型节点处。典型 +80 m+ 刚构体系 钢轨道梁桥布置示意如图3所示。基本参数为:梁 截面变化规律采用二次抛物线,中跨跨中与边支点 处梁高2.6 m,中支点处梁高5 m;轨道梁平曲线半 径为600 m;横梁采用钢箱梁,宽度为0.866 m,横 梁顶距轨道梁顶2.05 m,底部与轨道梁底平齐,横 梁间距4.6 m;中墩高8 m,墩柱截面尺寸为2.5 mX 4.2 m(J顷桥向×横桥向);边墩高10.4 rn,墩柱截面 尺寸为1.7 m×2.2 m(顺桥向×横桥向);采用墩梁 固结形式;桩长20 m,中桩直径2.5 m,边桩直径 1.5 m。 3有限元计算 采用MIDAS Civil进行建模计算,模型包括主 梁、横梁、盖梁、桥墩、承台和桩基,其中主梁、横梁、 李盼到,王新山,刘一平,程京伟 65 (a)立面 850. 2 850 .850 丁 】 —厂 0 ] 0 0 0 0 0 3 700 (b)钢轨遭梁标准横断面 单位:mill 图3典型 +80 m+x刚构体系钢轨道梁桥 盖梁、桥墩、承台用梁单元模拟;主梁与横梁通过共 用节点连接,主梁与盖梁间通过刚臂进行连接,桩周 土采用弹性约束,桩端采用完全固结约束。通过计 算不同边跨跨度、主梁高度、中墩尺寸、墩柱高度、平 曲线半径下结构受力,得到主梁应力和刚度、墩柱最 大计算配筋率、墩梁固结处内力及结构横向自振频 率结果_9 。 等截面多跨连续刚构体系钢轨道梁桥在前述典 型结构的基础上,分别计算梁高为1.5 m、1.7 m、1.9 m,桥墩截面尺寸(顺桥向×横桥向)采用l_5 mX 2.2 m、1.7 m×2.2 m、2.0 m×2.2 m,墩柱高度为6 m、 8 m、10 m、12 m以及平曲线半径为150 m、300 m、 450 m、直线桥时结构的内力及位移。 变截面单跨门架式刚构体系钢轨道梁桥在前述 典型结构的基础上,分别计算跨中梁高为2.4 m、 2.6 m、2.8 m,桥墩截面尺寸(顺桥向×横桥向)采 用1.5 m×2.2 m、1.7 m×2.2 m、2.0 m×2.2 m, 墩柱高度为6 m、8 m、10 m、12 m以及平曲线半径 为150 m、300 m、450 m、直线桥时结构的内力及位移。 变截面多跨连续刚构体系钢轨道梁桥在前述典 型结构的基础上,分别计算边跨跨度为40 m、48 rn、 56 m,中支点梁高为4 m、5 m、6 m,中墩截面尺寸 (顺桥向×横桥向)采用2.5 m×4.2 m、2.75 m× 4.2 m、3.0 m×4.2 m,中(边)墩柱高度分别为8 m (10.4 m)、10 m(12.4 m)、12 m(14.4 m)以及平曲 线半径为450 rrl、600 in、直线桥时结构的内力及 位移。 66 4 3种桥型方案设计参数影响性分析结果 4.1 等截面多跨连续刚构体系钢轨道梁桥 采用上述参数进行计算时,桥梁上、下部结构刚 度及结构振动特性均满足规范要求。篇幅限制,本 文仅列出对结构受力安全及工程造价影响较大的主 梁中支点应力及桥墩配筋率的设计参数影响性分析 结果(见图4、图5)。 帕 鱼 鱼 \ \ 粤 《 咂 孚 梁高/m (a)主梁中支点应力 日 量\ 《似导 mⅢ 《 斛 褂 妪 接 岛 碗 暹 匠 蟾 蜷 娶 梁高/m (b)桥墩配筋率 图4等截面多跨连续刚构体系钢轨道梁桥 轨道梁高对计算结果的影响 由结果可知:①随着梁高的增大,轨道梁中支点 应力及应力幅降低,桥墩顺桥向配筋率增加,横桥向 配筋率降低;②随着桥墩尺寸的增大,轨道梁中支点 应力增大,应力幅减小,桥墩双向配筋率均降低;③ 随着桥墩高度的增大,轨道梁中支点应力减小,应力 幅增大,桥墩双向配筋率均略有增大;④随着平曲线 半径的增大,轨道梁中支点应力及应力幅均减小,桥 墩横桥向配筋率大幅降低。 4.2变截面单跨门架式刚构体系钢轨道梁桥 采用上述参数进行计算时,桥梁上、下部结构刚 度及结构振动特性均满足规范要求。篇幅限制,本 文仅列出部分设计参数影响性分析结果(见图6、图7)。 由结果可知:①随着梁高的增大,轨道梁中支点 应力及应力幅降低,桥墩双向配筋率降低;②随着桥 墩尺寸的增大,轨道梁中支点应力及应力幅均增大, 桥墩双向配筋率均增大;③随着桥墩高度的增大,轨 道梁中支点应力及应力幅略有降低,桥墩双向配筋 率均略有增大;④随着平曲线半径的增大,轨道梁中 世界桥梁 2016,44(1) 1o5∞ 95是 85 75 导 6555 平曲线半径/m (a)主梁中支点应力 誉 0.38 瓣 褂 溢 O.33 0.18 甚 '叵 O.28 蜷 擎 o.13羹 O.23 0.18 平曲线半径/m (b)桥墩配筋率 图5等截面多跨连续刚构体系钢轨道梁桥 平曲线半径对计算结果的影响 垒 \ 《 似 导 桥墩尺寸/m (a)主梁中支点应力 m m ∞∞ ∞ 垒\ 趟《 d] 孚 褂 槲 蝮 埋 岛 驻 _叵 匣 蜷 妪 螫 桥墩尺寸/珈 (b)桥墩配筋率 图6变截面单跨门架式刚构体系钢轨道梁桥 桥墩尺寸对计算结果的影响 支点应力及应力幅均减小,桥墩双向配筋率大幅降低。 4.3变截面多跨连续刚构体系钢轨道梁桥 采用上述参数进行计算时,桥梁上、下部结构刚 度及结构振动特性均满足规范要求。篇幅限制,本 文仅列出部分设计参数影响性分析结果(见图8~ 图11)。 跨座式单轨交通刚构体系钢轨道梁桥设计参数影响性分析 李盼到,王新山,刘一平,程京伟 6\瓣搬岛厘蜷 67 9}} 亩 平曲线半径/m (a)主梁中支点应力 0.80 0.70 糌 o.60餐 厅 0.50鞲 撂 O.40 0.30 ∞垒\ 遢《似 平曲线半径/m 量斛疆 厦鞲鳖 咖 渤 (枷啪啪m b)桥墩配筋率 m 3 图7变截面单跨门架式刚构体系钢轨道梁桥 平曲线半径对计算结果的影响 甜 曼 \ 《 廿 边跨跨度/m m m m%∞踮∞}(a)主梁中支点应力 2 5 ∞垒\ R毯《似d| \瓣 鞋匠鞲搭 边跨跨度/m (b)边墩配筋率 图8变截面多跨连续刚构体系钢轨遭梁桥 边跨跨度对计算结果的影响 由结果可知:①随着边跨跨度的增大,轨道梁中 支点应力及应力幅增大,边墩双向配筋率增大;②随 着中支点梁高的增大,轨道梁中支点应力及应力幅 降低,桥墩双向配筋率降低;③随着中墩尺寸的增 大,轨道梁中支点应力及应力幅基本不变,边墩双向 配筋率降低;④随着桥墩高度的增大,轨道梁中支点 应力降低,应力幅增大,边墩双向配筋率降低;⑤随 中支点梁高/m (a)主梁中支点应力 瓣 中支点梁高/m (b)边墩配筋率 图9变截面多跨连续刚构体系钢轨道梁桥轨道梁 中支点梁高对计算结果的影响 田 馨 R 翅 《 导 岳 }} 桥墩尺寸/m (a)主梁中支点应力 1.40 0.60 1.30 墼1.20 0.55芝 糌 孽1.i0 0.50蝮 1.O0 0.45垂 O.4O颦 O.9O 0.80 0.35 桥墩尺寸/m (b)边墩配筋率 图10变截面多跨连续刚构体系钢轨道梁桥 中墩尺寸对计算结果的影响 着平曲线半径的增大,轨道梁中支点应力及应力幅 均减小,边墩双向配筋率变化不大。 5结论 本文根据刚构体系钢轨道梁适用的3类情况, 拟定了3种基本结构形式,并通过各自典型模型进 行了参数影响性分析,得到如下结论。 匣鞲68 世界桥梁 2016,44(1) ∞ 翅《似d] \糌蝮髓懂蝽娶 220 半径减小而增大;桥墩顺桥向、横桥向配筋率随桥墩 210 尺寸的增大而减小,随平曲线半径减小而增大。 200 190 (3)变截面连续刚构体系钢轨道梁桥主梁中支 180 点应力及桥墩配筋率对边跨跨度、中支点梁高、桥墩 170 尺寸及平曲线半径较为敏感,主梁的中支点应力及 160 应力幅随中支点梁高的增大而减小,随平曲线半径 150 平曲线半径/m 减小而增大;边墩顺桥向、横桥向配筋率随边跨跨度 (a)主梁中支点应力 的增大而增大,随中墩尺寸的增大而减小。 1.30 0.55 参考文 献: 1.20 0·50 1.10 -I1]杨佑发,王立福.跨座式单轨交通箱形钢轨道梁动力特 摇 %∞踮∞}2 ∞ 1.00 0.45 性研究[J].桥梁建设,2004,(2):12—15. 垒\罂R翅《似 [2]王省茜.跨座式单轨铁路的特点及其应用前景[J].中 0.90 0.40 国铁道科学,2004,(1):132—136. 0.80 O.35 [3]李林.重庆跨座式单轨交通高架轨道梁桥设计[J]. 平曲线半径/m 城市轨道交通研究,2003,(6):88—93. (b)边墩配筋率 [4]仲建华.跨座式单轨交通在我国的应用和创新I-J].都 图ll 变截面多跨连续刚构体系钢轨道梁桥 市快轨交通,2014,(2):1—5. 平曲线半径对计算结果的影响 E5]熊 茜,沈思建.重庆轨道交通高架单轨桥跨分析研究 (1)等截面连续刚构体系钢轨道梁桥主梁中支 [J].中国西部科技,2014,(4):56—57. 点应力及桥墩配筋率对梁高及平曲线半径较为敏 [6]彭华春,赵志军.吴江单轨桥梁选型研究l-J].铁道工程 感,主梁的中支点应力及应力幅随梁高增大而减小, 学报,2014,(8):44—48. 随平曲线半径减小而增大;桥墩顺桥向配筋率随梁 [7]雷晓峰.跨座式轨道交通的梁部结构形式比较[J].铁 道标准设计,2005,(1):72—76. 高增大而增大,桥墩横桥向配筋率随主梁高度增大 [8]薛爱,勾红叶,王君明.简析跨座式单轨交通系统大跨 而减小,随平曲线半径减小而增大。 钢轨道梁I-J].四川建筑,2007,(5):135—137. (2)变截面单跨门架式刚构体系钢轨道梁桥主 1-9]陈扬义,刘名君.重庆轻轨2号线40.5 m钢轨道梁设计 梁中支点应力及桥墩配筋率对桥墩尺寸及平曲线半 研究[J].铁道工程学报,2009,(12):86—92. 径较为敏感,主梁的中支点应力及应力幅随平曲线 ,110]GB 50458—2008,跨座式单轨交通设计规范Es]. Analysis of Influence of Desi gn Parameters of Steel Track Beam Bridge of Straddle。·Type Single Track Rigid_IFrame System LJ Pan—dao ,WANG Xin—shan ,LIU Yi—ping ,CHENG Jing—wei (1.Beijing General Municipal Engineering Design 8L Research Institute Co.,Ltd., Beijing 100082,China;2.Bridge Engineering Research Institute, Dalian University of Technology,Dalian 1 1 6024,China) Abstract:In the steel track beam bridge of rigid—frame system,the intermediate support stress in the main beam and the amount of reinforcement in the piers exert substantial influence on the load bearing capacity of the structure as well as the costs of the proj ect.To examine the influential degree of design parameters on the intermediate support stress in the main beam and the amount of reinforcement in the piers,the finite element software was used to establish the calculating models of three typical types of bridges,including the steel track beam bridges of continuous rigid—frame system respectively with span arrangement of 3 X 2 5 m and with constant cross sections,a 40 m long single span portal frame structure with variable cross sections and a x+80 m+z structure 跨座式单轨交通刚构体系钢轨道梁桥设计参数影响性分析 李盼到,王新山,刘一平,程京伟 69 with variable cross sections,to calculate the variation 0{intermediate support stress in the main beam and the amount of reinforcement in piers in the contexts of different beam depth,pier column dimension and plan curvature radius.The results of the calculation demonstrate that when the in— fluence of intermediate support stress in the main beam and the amount of reinforcement in piers is concerned,the steel track beam bridge of continuous rigid—frame system and with constant cross sections iS found more sensitive to the variation of main beam depth and plan curvature radius, whereas the one of rigid-frame system with single span portal frame structure and variable cross sections is prone to the changes of pier dimension and plan curvature radius.And for the steel track beam bridge of continuous rigid—frame system with variable cross sections,the side span length,beam depth at the intermediate support,pier dimension and plan curvature radius are proved the dominant influential factors for the intermediate support stress in the main beam and the amount of reinforcement in piers. Key words:straddle—type single track transport;rigid—frame system;steel track beam bridge; constant cross section;variable cross section;portal frame type;design parameter;finite element method;bridge design (编辑:陈雷) ','''''’’m,●,''',',’-m,,,'',●'●'’,’m,',,''''’m,ll,,'''I’,,m,,'',l’m’m,'''’●’’,’m,, 欢迎订阅201 6年度 世界桥梁 《世界桥梁》是中文核心期刊、中国学术期刊综合评价数据库统计源期刊、中国核心期刊(遴选)数据库 收录期刊、中国学术期刊(光盘版)人编期刊、中国科技期刊精品数据库入选期刊、中国科技期刊网入网期刊、 万方数据数字化期刊群收录期刊、中文科技期刊数据库收录期刊、《CAJ—CD规范》执行优秀期刊。 《世界桥梁》国际标准连续出版物号ISSN 1671—7767,国内统一连续出版物号CN 42—1681/U,邮发代 号38—55。《世界桥梁》为双月刊(单月28日出版),大16开本,每册定价18.O0元·全年定价108.O0元。 全国各地邮局均可订阅,编辑部亦可办理邮购。 《世界桥梁》持有广告经营许可证,代办设计,收费合理,时效持久,欢迎洽谈。 编辑部地址:武汉市建设大道103号 邮编:430034 电话:(027)83550081 传真:(027)83360005 E—mail:sjql@ztmbec.corn shij ieqiaoliang@yeah.net 《世界桥梁》编辑部 2016年1月 

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