地鐵區(qū)間高架四線道岔連續(xù)梁設(shè)計(jì)

薛曉凱

（中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，河南 鄭州 450001）

1 研究現(xiàn)狀

城市地鐵的建設(shè)因受地形等因素的限制，部分車站咽喉區(qū)的道岔必須置于橋梁上。目前對(duì)于地鐵道岔梁的受力分析研究相對(duì)較少，且研究所用模型多為平面桿系，無(wú)法考慮梁體的橫向變形和活載的空間分布特性及軌道與梁體之間的相互作用。與平面模型相比，空間梁格模型能夠更為真實(shí)地反應(yīng)此類多線道岔梁的受力狀態(tài)及相互影響情況。

2 工程概況

某地鐵高架區(qū)段為正線左、右線與車輛段出入段線左、右線的交叉渡線區(qū)，設(shè)計(jì)采用（4×32.7+20.4）m連續(xù)梁結(jié)構(gòu)形式，如圖1所示。

圖1 橋位平面圖

橋梁總長(zhǎng)151.2 m，梁高2.0 m，橋面寬20.0～21.0 m，采用單箱五室截面，頂面平坡。頂板厚0.25 m，底板厚0.27 m，腹板厚0.5 m，懸臂長(zhǎng)1.1 m，懸臂根部0.35 m，腹板采用斜腹板，腹板斜率1：3，梁端設(shè)置橫隔板，橫隔板厚1.5 m。箱梁一端靠近梁端底板設(shè)置長(zhǎng)圓形進(jìn)人孔，尺寸為1 000×600 mm。采用摩擦擺減隔震支座，支座橫向間距8 m，縱向支座中心距離梁端0.55 m。箱梁采用雙向向預(yù)應(yīng)力體系。縱向預(yù)應(yīng)力腹板鋼束采用15-φs15.2鋼束，頂板和底板鋼束均采用12-φs15.2鋼束。預(yù)應(yīng)力鋼束采用高強(qiáng)低松弛鋼絞線，fpk=1 860 MPa，Ep=1.95×105MPa，所有預(yù)應(yīng)力鋼絞線均采用高密度聚乙烯塑料波紋管成孔。腹板束錨固于梁端，頂?shù)装邃撌徊驽^固于箱梁頂?shù)装宓凝X塊上。

3 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

3.1 主要技術(shù)參數(shù)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限：100年；列車類型：標(biāo)準(zhǔn)B型車；設(shè)計(jì)行車速度：120 km/h；車型及編組：6輛編組；地震動(dòng)峰值加速度：0.15g；抗震設(shè)防烈度：7度。

3.2 設(shè)計(jì)荷載

（1）恒載：自重，二期恒載，預(yù)應(yīng)力，混凝土收縮徐變，基礎(chǔ)變位。

（2）列車活載：列車編組為6 輛，車輛最大軸重140 kN。列車豎向動(dòng)力系數(shù)為1+μ。

（3）附加力：列車制動(dòng)力和牽引力以及溫度影響力。

4 平面桿系模型

采用“橋梁博士”建立平面桿系模型，全橋共131個(gè)節(jié)點(diǎn)，130個(gè)單元，計(jì)算結(jié)果如下：

（1）支座反力：1#、3#、5#橋墩支座總反力分別為12 453 kN、25 745 kN、24 376 kN。平面桿系模型的弊端只能計(jì)算出總反力，不能反映出每個(gè)支座的反力值。

（2）主力作用下強(qiáng)度安全系數(shù)2.39，“主力+附加力”作用下強(qiáng)度安全系數(shù)2.30，應(yīng)力結(jié)果如圖2所示。

圖2 主力組合上下緣正應(yīng)力圖

（3）梁體變形：工后徐變?yōu)?.2 mm＜10 mm，靜活載撓度L/8 275＜L/1 500，梁端轉(zhuǎn)角0.4‰＜3‰，均滿足規(guī)范要求。

5 空間梁格模型

5.1 模型簡(jiǎn)介

用等效梁格代替橋梁上部結(jié)構(gòu)，將分散在板、梁每一區(qū)段內(nèi)的彎曲剛度和抗扭剛度集中于最鄰近的等效梁格內(nèi)。實(shí)際結(jié)構(gòu)的縱向剛度集中于縱向梁格構(gòu)件內(nèi)，橫向剛度集中于橫向梁格內(nèi)。理想的剛度等效原則是：當(dāng)原型實(shí)際結(jié)構(gòu)和對(duì)應(yīng)的等效梁格承受相同的荷載時(shí)，二者的撓曲將是恒等的，并且每一梁格內(nèi)的彎矩、剪力和扭矩等于該梁格所代表的實(shí)際結(jié)構(gòu)部分的內(nèi)力。箱梁斷面采用單箱五室截面，根據(jù)“剪力-柔性梁格理論”，將單箱五室斷面劃分為6個(gè)“獨(dú)立”的“工字梁”。橫向梁格抗彎剛度采用“虛擬橫梁法”定義多根虛擬橫梁模擬各片縱梁之間的橫向聯(lián)系，橫梁與縱梁采用共節(jié)點(diǎn)的方式保持共同受力。

5.2 計(jì)算結(jié)果

（1）支座反力：1#橋墩左、右支座反力分別為6 338 kN、6 052 kN，左、右支座反力相差286 kN，占平均支座反力的4.7%。由于受橋面道岔區(qū)設(shè)備布置及曲線等因素影響，同一個(gè)橋墩左、右兩支座的支座反力有明顯差異，這是梁格模型對(duì)橋梁實(shí)際受力狀態(tài)的反映，也是單梁模型所不能替代的。

（2）截面強(qiáng)度、應(yīng)力計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1 截面強(qiáng)度與應(yīng)力計(jì)算結(jié)果/MPa

梁格模型能夠較為全面地反映出整個(gè)梁體的受力狀態(tài)，箱梁強(qiáng)度及混凝土應(yīng)力指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。工后徐變?yōu)?.8 mm，靜活載撓度L/9875，梁端轉(zhuǎn)角0.35‰，均滿足規(guī)范要求。

6 結(jié)語(yǔ)

（1）道岔是線路的薄弱環(huán)節(jié)，橋梁梁端產(chǎn)生相對(duì)的伸縮時(shí)也會(huì)引起道岔的變形，無(wú)縫道岔必須設(shè)于連續(xù)梁上。

（2）道岔連續(xù)梁的計(jì)算需要考慮車輛、道岔及梁體的相互影響。

（3）對(duì)于橋面較寬的變寬連續(xù)梁，普通的平面桿系模型已不能較好地滿足受力分析精度的要求，建議采用“梁格模型”，能夠更準(zhǔn)確地模擬梁體的空間受力狀況。

（4）橋面較寬時(shí)的橫向計(jì)算需充分考慮橋面設(shè)備的布置、列車脫軌荷載以及風(fēng)力等因素的影響，通過(guò)計(jì)算指導(dǎo)配筋設(shè)計(jì)。

（5）通過(guò)對(duì)此地鐵四線道岔變寬連續(xù)梁的設(shè)計(jì)過(guò)程分析，積累了道岔連續(xù)梁設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于類似工程具有一定的參考意義。