摘要：介紹大興輕軌40+64+40m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋的設(shè)計，結(jié)合橋式方案的選擇，從受力特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)尺寸的擬定等方面進(jìn)行受力分析，說明輕軌鐵路橋梁的設(shè)計特點(diǎn)。
　　關(guān)鍵詞：大興輕軌，連續(xù)剛構(gòu)橋，支架現(xiàn)澆，墩梁固結(jié)，橋墩剛度
　　1概述
　　大興輕軌線是北京市城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃中由城市中心向城市外部輻射的一條南北線路，北起豐臺馬家樓，南至大興新城南部建設(shè)邊緣的南兆路，與地鐵四號線接軌，形成貫穿北京市海淀區(qū)、西城區(qū)、宣武區(qū)、豐臺區(qū)、大興區(qū)的軌道交通干線，是一條客流需求和規(guī)劃引導(dǎo)兼顧的軌道交通線路，正線全長22.2km。在新宮站至西紅門站區(qū)間，設(shè)40m+64m+40m三跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋。由于軌道交通車輛荷載軸重不大，使得連續(xù)剛構(gòu)的設(shè)計較為靈活。關(guān)鍵是主墩的柔度要合理，在保證主墩承載能力的同時，柔度越大，上部結(jié)構(gòu)越接近連續(xù)梁，墩身的內(nèi)力越小，對基礎(chǔ)的影響也越小。圖1為此橋橋跨總體布置圖。
　　
　　圖1橋跨總體布置圖(單位:cm)
　　2橋梁結(jié)構(gòu)形式選擇
　　2.1上部結(jié)構(gòu)
　　本橋上部結(jié)構(gòu)形式為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，全長143.8m（含兩側(cè)梁端至邊支座中心各0.5m）。梁體控制截面梁高分別為：端支座處、邊跨直線段及跨中處為2.0m，中支點(diǎn)處梁高4.0m，梁高按圓曲線變化，圓曲線半徑R=218.5625m；箱梁頂板寬9.0m，底寬：端支座處及邊跨直線段和跨中處為4.314m,中支點(diǎn)處為3.457,箱梁橫截面為單箱單室斜腹板，腹板斜率為3：14。頂板厚30cm，底板厚30變厚至80cm，腹板厚分別為50cm、70cm；全橋共設(shè)5道橫隔梁，分別設(shè)于中支點(diǎn)、端支點(diǎn)、跨中截面，中支點(diǎn)處設(shè)置厚3.0m的橫隔梁，邊支點(diǎn)處設(shè)置厚1.5m的端隔梁，跨中設(shè)置厚0.5m的中橫隔梁。本橋梁部采用支架現(xiàn)澆施工。全橋采用15－Φj15.2、12－Φj15.2鋼絞線，分為頂板、底板和腹板三種鋼束類型，鋼束均采用兩端張拉方式。錨具分別采用M15－15、M15－12型群錨，張拉機(jī)具采用YCW350B和YCW250B型千斤頂。梁部縱、橫斷面布置圖見圖2。
　　圖2粱體縱、橫斷面結(jié)構(gòu)圖(單位:cm)
　　2.2下部結(jié)構(gòu)
　　2.2.1墩身截面
　　由于剛構(gòu)橋橋墩和上部主梁共同受力，因此設(shè)計時應(yīng)注意主梁與橋墩線剛度匹配的問題，使上、下部結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)。無縫線路上的連續(xù)剛構(gòu)，其下部結(jié)構(gòu)承受較大的水平力作用（溫度力、收縮徐變、制動力、長鋼軌縱向力、地震力及汽車撞擊力等），如果墩身剛度設(shè)計過大，墩底承載能力很難計算通過，對于梁部的受力也較為不利，因此，確定合理的橋墩結(jié)構(gòu)形式和理想的斷面尺寸也是連續(xù)剛構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵所在。對于橋墩來說，其剛度與墩身高度和截面尺寸有關(guān)，在墩身高度一定的條件下，橫向?qū)挾茸兓瘜v向剛度的影響遠(yuǎn)小于縱向厚度的變化。為了保證橋墩合理的剛度，在綜合考慮了墩底受力大小、墩身配筋、粱體控制截面應(yīng)力的大小以及橋下道路的界限要求等因素基礎(chǔ)上，選擇了3.3m×1.3m的截面尺寸。為了保證梁底與墩身截面平順銜接，采用R=354.0m的圓曲線過渡。下部結(jié)構(gòu)布置圖見圖3。
　　
　　圖3下部結(jié)構(gòu)布置圖(單位:cm)
　　2.2.2基礎(chǔ)設(shè)計
　　該橋橋位處地質(zhì)條件較好，從上到下依次為雜填土、素填土、粉土、粉質(zhì)粘土、粉砂、中砂、圓礫、卵石等。為保證基礎(chǔ)的沉降要求，采用鉆孔灌注摩擦樁。中墩承臺厚度為2.5m，樁徑為φ120cm，6根樁長為30.0m；邊墩承臺厚度為2.0m，樁徑為φ100cm，4根樁長為22.0m。
　　特別需要注意的是進(jìn)行計算時必須考慮基礎(chǔ)和下部結(jié)構(gòu)橋墩的共同作用，計算基礎(chǔ)的出口剛度，當(dāng)基礎(chǔ)地質(zhì)條件較差時，基礎(chǔ)剛度的影響不能忽略。
　　2.2.3墩梁結(jié)合部
　　連續(xù)剛構(gòu)由于其結(jié)構(gòu)本身的特點(diǎn)，在墩梁固結(jié)處容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，本橋在設(shè)計時為了減小局部過大應(yīng)力導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生，采用了以下幾項(xiàng)措施：①墩頂與梁底結(jié)合部位沿橋軸線方向采用85cmx50cm的倒角進(jìn)行過渡；②橫隔梁處采用比較緩和的倒角過渡；③墩梁固結(jié)區(qū)域外壁加設(shè)一層鋼筋網(wǎng)面。
　　3設(shè)計概要
　　3.1基本設(shè)計條件
　　（1）線路類別：輕軌
　　（2）正線數(shù)目：雙線正線，線間距4.2m
　　（3）設(shè)計最高行車速度：80km/h。
　　（4）環(huán)境類別及作用等級：一般大氣條件無防護(hù)措施的地面結(jié)構(gòu)，環(huán)境類別為碳化環(huán)境，作用等級為T2級。
　　（5）地震基本烈度：Ⅷ度設(shè)防烈度，地震動峰值加速度：0.2g
　　（6）設(shè)計正常使用年限：正常使用條件下梁體結(jié)構(gòu)設(shè)計使用壽命為100年。
　　3.2主要材料
　　(1)混凝土：主梁C50，中墩C50，邊墩C35，中墩承臺C40，邊墩承臺C30，樁基C30。
　　(2)鋼筋：Ⅱ級，HRB335。
　　(3)預(yù)應(yīng)力鋼材：低松弛高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力鋼絞線，<15.24mm，fpk=1860MPa。
　　4結(jié)構(gòu)縱向計算與分析
　　4.1恒載
　　（1）結(jié)構(gòu)重力：梁體自重：γ取26.0kN/m3。
　　（2）二期恒載：包括線路設(shè)備重、接觸軌、聲屏障、罩棚、管線及其支撐設(shè)備、欄桿、橋面防水層和保護(hù)層等重量。其數(shù)值按99.56KN/m計。
　　（3）預(yù)應(yīng)力參數(shù)：孔道摩阻系數(shù)0.17，孔道偏差系數(shù)0.0015
　　（4）混凝土收縮徐變：
　　環(huán)境條件按野外一般條件計算，相對濕度取70%。
　　根據(jù)老化理論計算混凝土的收縮徐變，系數(shù)如下：
　　徐變系數(shù)終極極值：2.0
　　徐變增長速率：0.0055
　　收縮速度系數(shù)：0.00625
　　收縮終極系數(shù)：0.00015
　　（5）支座不均勻沉降差：按10mm考慮。
　　4.2活載
　　（1）設(shè)計活載：
　　活載加載最大長度按一列車六輛編組設(shè)計，重車軸重P=140kN，空車軸重P=85kN。單線重車車輛荷載如圖4所示，單線空車車輛荷載如圖5所示（長度單位：m）。
　　
　　圖4
　　
　　圖5
　　（2）列車豎向活載：
　　計算豎向動力作用時，該列車豎向活載等于列車豎向靜活載乘以動力系數(shù)（1＋μ），其值為：
　　1＋μ＝1＋1.6×6/(30＋L)；
　　L—橋梁跨度(m)，不等跨連續(xù)梁為大跨跨度。
　　（3）列車離心力：按《地鐵設(shè)計規(guī)范》（第9.2.6條）辦理。車輛重心取軌面以上2m。
　　（4）長鋼軌縱向力：117.8kN/軌。
　　4.3附加力
　　（1）制動力：按豎向靜活載的15%計算，但當(dāng)與離心力同時計算時，制動力或牽引力應(yīng)按豎向靜活載的10%計算。雙線橋采用一線的制動力或牽引力（車站兩側(cè)與車站相鄰100m范圍內(nèi)雙線橋按雙線制動力）。制動力或牽引力作用在列車重心處，當(dāng)計算橋梁墩臺時可移至支座中心處，計算剛架結(jié)構(gòu)時移至橫梁中心處。
　　（2）列車橫向搖擺力：列車橫向搖擺力作用在鋼軌頂面處，其值為相鄰兩節(jié)車四個軸軸重的15％計算。
　　（3）風(fēng)荷載：按《鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范》要求進(jìn)行計算，基本風(fēng)壓取0.6kPa。
　　（4）溫度力：
　　a、均勻溫差取值按升溫25℃、降溫20℃計算溫度應(yīng)力影響。
　　b、日照溫差的影響參照《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（TB10002.3-2005）附錄B執(zhí)行。
　　（5）活動支座摩阻力：
　　F＝μ•N
　　μ——支座摩阻系數(shù)，取值0.05
　　N——豎向支反力
　　4.4特殊荷載
　　（1）地震力：設(shè)計地震基本烈度采用Ⅷ度，地震動峰值加速度：0.2g。按《鐵路工程抗震設(shè)計規(guī)范》進(jìn)行計算。
　　（2）施工荷載：采用現(xiàn)澆施工的橋梁應(yīng)考慮施工荷載在施工期間對結(jié)構(gòu)的影響。
　　（3）無縫線路斷軌力：526.8kN/軌。
　　（4）汽車撞擊力：順行車方向?yàn)?000kN，垂直行車方向?yàn)?00kN，作用在路面以上1.2m處。
　　4.5荷載組合
　　荷載按主力、主力+附加力、主力+特殊荷載進(jìn)行組合，在每種組合中又分別按無車、一線有車一線無車以及雙線有車三種工況考慮加載計算，具體組合件表1。
　　表1荷載組合
　　
　　
　　4.6計算模型
　　該橋縱向采用西南交大“橋梁結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng)BSAS4.23”進(jìn)行計算，結(jié)構(gòu)離散圖見圖6。
　　
　　圖6結(jié)構(gòu)離散圖
　　5結(jié)語
　　連續(xù)剛構(gòu)橋現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于城市軌道交通中，采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)方案，可以降低梁部支點(diǎn)的負(fù)彎矩以及跨中的正彎矩；抗震性能好，可免除設(shè)置專用大噸位抗震支座以及防震落梁裝置。尤其在橋位線路范圍內(nèi)，沒有條件設(shè)置軌道溫度調(diào)節(jié)器。如采用連續(xù)梁體系，必須設(shè)置強(qiáng)勁的制動墩來克服長鋼軌作用力，造成平面布置困難，而且影響景觀效果。采用3跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋，由于制動力和橋上的長鋼軌作用力可由2個主墩共同承擔(dān)，則很好地解決了這個問題。設(shè)計中充分考慮了這種結(jié)構(gòu)形式的受力特點(diǎn)，并對關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了充分的研究。兩橋于2009年6月完成施工圖設(shè)計，預(yù)計2010年10月建成通車。這種結(jié)構(gòu)形式在方案選取與結(jié)構(gòu)分析等方面，可為其他軌道交通項(xiàng)目類似工程的應(yīng)用提供經(jīng)驗(yàn)參考。
　　
　　參考文獻(xiàn)
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