中低速磁浮并置單線簡支箱梁跨度經濟性研究*

張子堯

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司 武漢 430063)

隨著社會經濟的發展，人們對交通出行的需求越來越高[1]。中低速磁浮作為一種新型軌道交通系統，具有噪聲小、耗能低、污染小等優點[2]。隨著長沙磁浮快線[3-4]、北京地鐵S1線的建成通車，中低速磁浮軌道交通項目展現出了較好的示范效應[5]。

調查研究發現，現有CJJ/T 262-2017《中低速磁浮交通設計規范》推薦標準簡支梁采用 20～30 m 跨徑和小于 20 m 跨徑組合；已建成高速鐵路標準簡支梁多為 32 m；此外，有研究成果表明與中低速磁浮交通荷載水平基本相當的跨座式單軌交通橋梁結構在30～40 m跨徑范圍擁有更好的經濟性[6]。因此，有必要對中低速磁浮交通橋梁經濟跨度開展研究。

1 并置單線簡支箱梁截面尺寸研究

并置單線箱梁橋面布置[6]見圖1。

圖1 并置單線箱梁橋面布置

1.1 箱梁截面尺寸

采用midas Civil空間有限元軟件，分別建立25，30，35，40 m跨度簡支箱梁空間模型[7]，對各跨度截面尺寸進行研究[8]。

并置單線箱梁截面尺寸示意見圖 2，并置單線簡支箱梁空間模型見圖 3。

H-梁高；B-梁寬；tw-腹板厚度；tt-頂板厚度；tb-底板厚度。圖2 并置單線箱梁截面尺寸示意圖

圖3 并置單線簡支箱梁空間模型

各跨度在滿足剛度要求的條件下，選取不同的截面尺寸，尺寸結果見表1。

表1 不同跨度簡支梁截面尺寸

1.2 梁體變形及自振頻率限值

1) 梁體變形限值

列車靜活載作用及溫度力作用下，梁體的豎向撓度不應大于表2限值。

表2 軌道梁最大變形容許值

2) 軌道梁自振頻率

軌道梁設計的豎向一階固有頻率應滿足：n0>90/L′。式中：n0為軌道梁的豎向一階固有頻率，Hz；L′為橋梁支點距，m。

由上述可知，25,30,35,40 m跨度簡支梁對應變形容許值及一階固有頻率限值見表3。

表3 結構變形及自振頻率限值

1.3 計算結果分析

由于結構對變形要求較高，截面尺寸的選擇主要由變形指標控制。分析計算各跨度結構變形指標，見表4。

表4 不同跨度簡支梁計算結果

綜合考慮梁體用料及梁體空間美觀性，各跨度滿足要求的最小截面尺寸見表5。

表5 各跨度滿足要求的最小截面尺寸

2 跨度經濟性分析

截面尺寸越小，用料越經濟。根據上述計算結果，以軌道交通橋梁常規高度——橋墩高度11 m為基準，根據不同地質條件，選取約840 m橋長，綜合橋墩、基礎等主體工程數量進行經濟性對比。橋長840 m時主體工程數量對比見表6。

表6 橋長840 m時主體工程數量對比

工程造價對比結果見表7。

表7 工程造價對比

通過上述研究，可以得到結論如下。

1) 不論是在地質較好區域還是軟土地區，采用25 m簡支梁跨最為經濟。

2) 在地質較好區段，30 m跨度的主體工程費用較25 m簡支梁僅高出約0.57%；35 m跨的主體工程費用較25 m跨高出約11%，40 m跨的主體工程費用較25m跨高出約27.5%。

3) 在軟土地區，30 m跨度的主體工程費用較25 m簡支梁高出約8.5%；35 m跨度的主體工程費用較25 m簡支梁高出約17.7%，40 m跨度的主體工程費用較25 m簡支梁高出約30.9%。

由于30 m跨度簡支梁相對于25 m簡支梁工程造價相差不大，因此，將中低速磁浮標準簡支梁跨度加大到30 m，土建主體工程經濟規模增加不大，但其跨越能力增大后，能更好地適應城市規劃需要，有利于中低速磁浮項目的推廣，所產生的社會效應大。

4 結語

本文對25～40 m跨度范圍并置單線簡支箱梁進行了截面尺寸研究；并進行跨度經濟性研究。結果表明，不論在地質較好區域還是軟土地區，采用25 m簡支梁跨最為經濟，但是考慮到跨度增大后的適用能力、社會效應，推薦采用30 m跨度中低速磁浮標準簡支梁。