重庆轻轨较新线倒T形PC轨道梁设计研究.

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1、重庆轻轨较新线倒T形PC轨道梁设计研究.摘　要:曲线桥是立交桥和高架桥的一种重要的结构形式,在交通运输中起着重要作用。主要研究重庆轻轨倒T形曲线PC轨道梁桥的结构特点,并对其受力特性进行分析研究。关键词:高架桥;倒T形;PC轨道梁;重庆轻轨1概述重庆市轻轨线路纵贯长江和嘉陵江间狭长的渝中半岛,穿行于中梁山至真武山之间的低丘地带,总长。沿途共有14个车站、2个主变电所、1个车辆段、1个控制中心。重庆轻轨较新线一期工程在我国首次采用跨座式单轨交通系统,其轨道梁既是车辆的承重结构,又是车辆运行的轨道,因此设计时除必须确保轨道梁的强度、刚度外,还必须确保轨道梁的线形精

2、度。倒T形PC轨道梁是跨座式单轨交通系统轨道梁中具有突出特点的一种新型结构形式,具有跨越能力强、刚度大、噪声低、防腐性好、耐久性高的优点,为城市单轨交通跨越既有城市构筑物的首选方案之一。由于受线路平纵断面、既有城市立交桥净空和车辆限制,以及腰部安装接触网汇流牌需要,倒T形PC轨道梁的上部尺寸必须满足85cm×150cm的断面尺寸及相应的平面曲线,而且行车的净空也有特殊要求(即上述梁断面上方及左右都不能有障碍物),结构高度也受到限制。因此,跨座式单轨交通系统倒T形PC轨道梁的设计是一项全新的、具有较高设计难度的工作。重庆轻轨较新线一期工程于大堰村维修基地出入段线

3、路跨越长江二桥北引道处,由于受地形、地物控制须采用较大跨度,且线路位于曲线上,因而入段线采用跨度为和的2跨倒T形PC简支轨道梁;出段线采用跨度为40m的3跨倒T形PC简支轨道梁。由于跨座式单轨交通在我国实施尚属首次,跨座式单轨交通系统倒T形PC轨道梁为国内首创,目前在国内外均无设计标准,更没有“倒T形PC轨道梁”的设计资料和相关范例。因此,跨座式单轨交通系统倒T形PC轨道梁的设计研究是一项艰巨的创新工作。目前,根据日本和马来西亚的经验,跨座式单轨交通系统PC简支轨道梁的跨度都不超过22m,更大的跨度采用钢结构或连续梁结构。钢结构轨道梁一般是板梁,构造比较复杂,

4、特别在小半径的平面曲线上其构造更加复杂且构件的加工、组拼施工都特别困难;马来西亚曾采用跨度为40m左右的直线连续PC轨道梁结构,截面为变高度形式,其梁高从跨中的左右过渡到支点附近的3m左右。考虑到在小半径的平面曲线上设置变高度的连续PC轨道梁的设计和施工难度都很大,因此未采用上述方案。根据曲线梁扭矩较大的特点,首先比较“山”字形槽形梁和倒T形梁,经分析计算,槽形梁预应力配置较多、混凝土体积较大,施工中模板制作、预应力张拉不便;其次比较简支和连续梁方案,连续梁通长束长约120m,张拉后预应力施加的效果不好。故本设计采用了“倒T形PC简支轨道梁”方案(图1),并在

5、大跨间的墩顶预留张拉空间,梁部施工完成后浇楔形混凝土。设计段内的线路纵坡为%与平坡,其衔接的竖曲线半径R=1000m,平曲线半径为R=100m(不设缓和曲线)。本文重点以出段线3跨跨度为40m的简支梁(图2)为例,简要介绍入段线简支梁计算和倒T形PC轨道梁设计。其中第1跨(B1段)位于直线与圆曲线上,其直线部分跨长,曲线部分跨长;第2跨(B2段)位于圆曲线上;第3跨(B3段)位于圆曲线与直线上,其曲线部分跨长,直线部分跨长。3跨均为后张全预应力混凝土简支梁。由于是跨座式轨道梁,因此设计除满足承载力要求外,还要求在制造过程中满足线路设计要求的流畅的轨道线型。重庆

6、轻轨曲线梁桥特点简支曲线梁桥的主要力学特性(1)竖向荷载下的受力特点同直线梁桥一样,曲线梁桥在竖向荷载作用下,梁截面内产生弯矩和剪力,但由于曲线梁桥本身的几何特性,导致梁发生扭转而在截面内产生扭矩。扭矩的大小与曲线梁桥的曲线半径有密切的关系,对于相同的竖向荷载,曲线半径越小,截面内的扭矩越大;反之,扭矩越小。(2)曲线梁的弯扭耦合作用根据弯梁的空间平衡条件、弯梁的几何方程以及变形协调方程,可以得到描述位移、转角与外荷载关系的弯梁基本微分方程(符拉索方程),其表达式为由上述方程可以看出,弯梁平面内的荷载、内力和变形与垂直于弯梁平面的荷载内力变形互不影响;而式(1

7、)和式(2)分别反映了竖向位移、扭转角与外荷载的关系,两个方程不相互独立,即弯梁中弯矩与扭矩具有相互影响的特性,这就是曲线梁的弯扭耦合作用。(3)翘曲和畸变效应对于薄壁结构的曲线梁桥,当梁受扭时,若梁截面受到约束,纵向纤维在纵向不能自由伸缩,将会产生约束扭转,截面上除扭转剪应力外还有翘曲正应力。畸变是截面受扭后产生的变形,这时截面不再是原来的形状,畸变产生翘曲正应力和畸变剪应力。对于薄壁结构,由约束扭转产生的翘曲正应力和由畸变产生的翘曲正应力及畸变剪应力是不容忽略的。重庆轻轨主梁,由于其截面开孔较小,因此,翘曲和畸变变形也非常小,对梁内力的影响可以忽略不计,因

8、此计算时可不考虑翘曲和畸变产生的影响。