槽形梁在城市轨道交通工程中的应用形式

槽形梁在城市轨道交通工程中的应用形式摘要通过对槽形梁结构特点的分析,提出了槽形梁在城市轨道交通工程中应用的几种结构形式,并对各种结构形式的特点进行了分析。关键词槽形梁,高架轨道交通,结构形式1概述槽形梁是一种下承式桥梁,适用于铁路桥、公路桥及城市高架桥,目前在国际上应用较多。我国在铁路和公路桥梁上也有此种工程实例。国外最早的预应力混凝土槽形梁是英国1952年建造的罗什尔汉桥,此后,日本、西德、澳大利亚相继在铁路桥梁中应用()。在轨道交通工程中,法国的里尔建造了双线跨度为50m的预应力槽形梁;巴黎的13号线在塞纳河上建造了跨度为85m、腹板为矩形、双层底板的预应力槽形梁;智利的圣地亚哥已建成双线槽形梁,运行多年情况良好。在日本,已把槽形梁的设计计算方法纳入了日本国有铁路建筑物设计标准中。日本和前苏联还做了槽形梁的标准设计。我国学者对槽形梁的设计理论做了大量的研究,并且已经应用于工程实践,运行多年情况良好。在铁路桥上,我国目前已建成3座槽形梁桥。它们是位于北京铁路枢纽双桥编组站内的为京秦线跨越京承线而设的二孔跨度为24m的单线槽形梁、位于京承线双怀段怀柔车站附近的为跨越京丰公路而设的一孔跨度为20m的双线槽形梁桥,以及位于浙赣复线江西弋阳葛水河的跨度为25m+40m+25m的单线铁路连续槽形梁。2槽形梁在轨道交通高架工程中的应用形式在高架城市轨道交通线中为了节省系统总投资,就要求高架结构有较小的建筑高度(工学/交通运输论文)。早期,轨道交通高架结构一般采用常见的城市高架桥或公路高架桥型式,建筑高度较大。槽形梁是适合于轨道交通高架结构要求、具有较小建筑高度的结构型式之一,而且槽形梁跨径的变化只影响两侧主梁的梁高,基本上不影响槽形梁道床板面的建筑高度,便于轨道交通系统在线路纵断面上作定线布置。2.1国内轨道交通高架工程中槽形梁的应用现状槽形梁在我国城市轨道交通领域尚无实际工程应用,但近几年也做了大量的研究工作。1999年广州市地下铁道设计研究院与法国索非图公司合作设计,并进行了二孔单线槽形梁的1∶1足尺试验;2001年由上海市隧道工程轨道交通设计研究院负责,与原上海铁道大学、申通公司合作设计,并进行了一孔双线槽形梁的1∶1足尺实验;2002年我院在上海市轨道交通6号线设计招投标及初步设计中采用了槽形梁结构,并对槽形梁理论做了进一步研究,初步设计已通过专家评审,现正在施工图设计阶段。这标志着槽形梁在城市轨道交通工程中的应用已成现实。2.2在轨道交通中应用槽形梁的优点(1)建筑高度低:直接行驶车辆的槽形梁道床板厚度(即建筑高度)一般为0.35～0.50m,较一般的轨道箱梁或T形梁降低约1.5m(以30m跨为例)。在轨道交通中应用槽形梁,对降低车站及区间建筑高度效果显著。(2)降噪效果好:轨道交通车辆行驶于槽形梁时,其轮轨走行系统噪声受到两侧主梁上翼缘及腹板的阻隔,在一定程度上减少了车辆噪声对周围环境的影响。相对箱形梁,槽形梁无箱体共鸣噪声。(3)断面空间利用率高:结构受力需要的主梁上翼缘可兼做检修及旅客紧急疏散通道,在车站内部可以作为站台宽度使用,下部空间可布置通信、信号、电力电缆等管线。(4)行车安全:两侧主梁可防止脱轨车辆倾覆下落,给行车安全提供了可靠的保证。(5)外观美观、视觉效果好:槽形梁不但本身梁体外型优美,而且主梁上翼缘和腹板遮挡了外观较差的桥面系及车辆走行系统,只露出整洁、美观的上部车体;若采用三轨供电系统,则景观效果更佳。由上可知,槽形梁是适合于轨道交通的一种优秀、新型的桥梁结构型式。2.3槽形梁在高架区间的应用(1)双线分离式(单线)预应力混凝土槽形梁分离式预应力混凝土槽形梁,每线设置1个“U”形槽,两主梁分离,如图1。图1双线分离式槽形梁横断面图分离式预应力混凝土槽形梁具有以下特点:①采用分离式主梁可以降低主梁高度,减小道床板的厚度,结构体量可以做得较轻巧。②分离式主梁可适应岛式车站线路分离的要求,保证站内桥梁与站外桥梁协调一致。③采用分离式的两个槽形梁,道床板的宽跨比较小,剪力滞后效应小,道床板可全截面参与主梁受力,提高了截面的利用率。④分离式的两个槽形梁其道床板的计算跨度小,道床板的受力较小。⑤采用分离式的两个槽形梁,两主梁的受力明确,避免了单线加载时的偏载效应。⑥采用分离式的两个槽形梁,线间距须加宽,桥面宽,高架桥整体体量大。⑦分离式的两个槽形梁无法进行交叉、渡线区域的桥梁设计。⑧采用分离式的两个槽形梁,线间距加宽,平面线型要设置从地下线向高架线的过渡,平面线型较复杂。Goodcounselnevercomestoolate.新技术应用(2)双线整体式预应力混凝土槽形梁双线预应力混凝土槽形梁,两线设置1个“U”形槽,两片主梁分置在线路两侧,如图2。图2双线槽形梁横断面图双线预应力混凝土槽形梁具有以下特点:①线间距不变化,平面线型简单。②线间距可设置为最小值,桥面宽度减小,高架桥整体体量小,并能有效降低工程造价。③可满足交叉、渡线区域的桥梁设计,使全线梁型一致。④双线槽形梁其道床板的计算跨度大,道床板受力及厚度较大。⑤主梁横向间距较大,横向抗扭刚度较差。⑥单线行车时对主梁有偏载效应,主梁受力复杂。2.4槽形梁在高架车站的应用高架车站站台形式一般为侧式站台或岛式站台,槽形梁是最适用于高架车站的桥梁结构。由于其建筑高度低,可有效地降低车站的线路高程,减小站台的提升高度,方便旅客出行,降低车站造价,并可改善线路纵断面。(1)侧式站台槽形梁结构形式槽形梁两侧主梁位于站台范围,主梁上翼缘可作为站台功能使用。视站台宽度,主梁断面可采用T形或箱形结构形式,如图3。采用此结构形式具有以下特点:①槽形梁主梁断面的增大,提高了槽形梁的承载能力,增强了槽形梁的横向抗扭刚度。②断面利用率高,槽形梁主梁下部空腔部分可作为车站通信、信号、电力电缆通道。③建筑高度改善明显。不另外设置站台梁,桥墩也就可以不设置用于支承站台梁的横梁。因此,建筑高度仅为槽形梁道床板厚度。Moneyistherootofallevil.④槽形梁主梁兼作站台使用,取消了站台梁,有望降低车站的工程造价。图3侧式站台槽形梁横断面图Wineandjudgementmaturewithage.图4岛式站台槽形梁横断面图Goodcounselnevercomestoolate.参考文献1何宗华.城市轻轨交通工程设计指南.北京:中国建筑工业出版社,19932胡匡璋.槽形梁.北京:中国铁道出版社,19873上海市隧道工程轨道交通设计研究院.轨道交通槽形梁研究报告.2001论文教育信息网预应力混凝土槽形简支梁内力分析方法研究作者：王玉田姜福香来源：免费论文发布时间：03-03-15浏览：16次摘要:首先采用传统的计算理论对某轻轨高架桥槽形简支梁的内力进行了手算.同时,还采用MidasCivil桥梁专用设计软件对槽形梁进行了电算,在对计算结果进行比较的基础上,对传统设计理论的可靠性进行了剖析和评价,并对实际的工程设计提出合理化的建议.关键词:预应力混凝土;槽形梁;内力计算1工程简介某轻轨高架桥,设计区间总长为90m,双线、线路中心线间距为3.6m.车辆采用电力牵引、第三轨受力,设计最高行车速度为80km/h,轨距1425mm,轴重14t.采用60kg/m钢轨、钢筋混凝土轨枕式整体道床,轨道建筑高度为55cm.拟采用3×30m预制装配式预应力混凝土简支梁桥,采用等高度双线整体式预应力混凝土槽形梁截面.桥墩采用T形墩,基础采用钻孔灌注桩.槽形梁是一种下承式受力构件,其传力途径为列车轮载作用于槽形梁底板,底板将荷载横向传至两侧纵向主梁.主梁内配有高强预应力钢筋,抵抗桥跨结构由外荷载产生的弯矩.槽形梁具有增加桥下净空、减少建筑高度、两侧主梁可提供隔音屏作用、缩短施工工期及降低使用期内的费用等优点.槽形梁的具体尺寸见图1.2一般计算方法2.1主梁内力计算对于主梁内力的计算,传统的方法是将主梁简化为一般的简支受力体系,采用结构力学的方法进行计算.(1)恒载内力:包括一期恒载(槽形梁自重)及二期恒载(65kN/m)作用下的内力.计算简图如图2所示.(2)活载内力:列车活载按6节车辆编组计算,重车和空车轴重分别为140kN和70kN.考虑到该轻轨为双线,依据《地铁设计规范》(GB50157—2003)[1],双线时应按各线列车活载总和计算.故最不利加载情况为双线同时有重车通过.图3为跨中最大弯矩的计算图式,限于篇幅,其他不一一列出.主梁内力计算结果汇总于表1.2.2道床板内力计算道床板按单向板进行计算[2-3],计算跨度B取两主梁腹板中线与道床板中面交点间的距离,取1m宽的板条进行计算.计算结果列于表2.对两种方法的计算结果对比分析后发现,它们之间存在一定的差别.无论哪种荷载情况,手算结果均比电算结果大,各种荷载作用下横向弯矩值沿梁长方向的变化趋势也不相同.总体而言,利用手算的结果进行配筋计算,是偏安全的处理方法.差异的主要原因在于以下几个方面:(1)在电算分析中,将结构作为一个整体,其结果是由共同作用产生的;而手算时则不能很好地体现这种共同作用,故导致计算结果偏大.(2)在电算分析中,结构跨中部分的板单元受到的是相邻板单元的约束,而端部的板单元受到的是支座与端横梁的约束,两种约束条件不同.这就使得荷载作用下,单元的弯矩值沿梁长的变化趋势在跨中与端部并不相同.(3)由于槽形梁实际上是一种梁、板组合的空间整体结构,而角隅部分又是梁、板的连接处,结构复杂.但由于软件本身的特点,使得电算对结构在角隅处的分析结果并不是太理想,从而也导致两种方法在角隅处的计算结果有出入.为保证电算中角隅部分的计算精度,应将角隅部分单独取出,作进一步的细部分析计算.5结论总结上述的分析结果可知,两种计算方法各有自己的优缺点.电算的关键在于建立一个与实际较为接近的模型;同时应采用多种软件进行计算分析和比较.而手算的关键在于所依据的理论是否可靠,采用的设计计算方法是否正确可行.由于槽形梁构造复杂,理论研究还不够成熟,而目前已建成的实例也较少.依据以上分析研究,给出以下几点建议:(1)手算所得主梁内力均偏大,应适当结合电算方法综合确定.(2)手算道床板内力时,沿梁全长均采用单位板宽的计算值,偏于安全,浪费材料.应该依据力的变化趋势进行配筋计算,从而达到减少钢材用量,降低成本的目的.(3)今后,应在试验及理论方面加强对槽形梁角隅部分的研究.同时在设计计算中应加强角隅部分的设计,并进行相关的验算.参考文献:[1]GB50157—2003,地铁设计规范[S].北京:中国铁道出版社,2003.[2]TB10002.3—99,铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范[S].北京:中国铁道出版社,1999.[3]黄剑源,谢旭.城市高架桥的结构理论与计算方法[M].北京:科学出版社,2001.[4]朱一凡,刘海凤.支座转动约束对连续梁内力的影响及显式表示[J].青岛建筑工程学院学报,1998,19(3):23-26.[5]王玉田,马培建,章伟,等.某半刚构—连续箱梁特大桥施工监控技术[J].青岛理工大学学报,2006,27(4):14-18.[6]徐艳秋.圆心角对预应力砼曲线连续梁弹塑性力学的影响[J].青岛理工大学学报,2006,27(1):64-67.