標(biāo)準(zhǔn)跨連續(xù)剛構(gòu)橋梁的設(shè)計摘要:隨著我國城市快速軌道交通建設(shè)的高速發(fā)展,搭乘快捷、舒適、安全的地鐵縱橫馳騁于城市的東南西北也便成了人們首選的交通工具,而高架的鋪設(shè)方式也日益成為地鐵建設(shè)的一種主要方式,巴黎地鐵十三號線高架橋、里爾地鐵高架橋、新加坡地鐵高架橋、香港輕軌跨線橋高架橋都在地鐵運(yùn)營中發(fā)揮了重要的作用。關(guān)鍵詞:橋梁;標(biāo)準(zhǔn)跨連續(xù)剛構(gòu);設(shè)計1概述 地鐵線路敷設(shè)方式分高架和地下兩種,其中高架線具有造價低(約為地下線的1/3~1/2)、設(shè)備系統(tǒng)少、運(yùn)營成本低、工程實(shí)施進(jìn)度快的特點(diǎn),一般運(yùn)用在郊區(qū)、城市組團(tuán)間聯(lián)系區(qū)、生態(tài)綠化區(qū)這些對景觀、環(huán)境要求不高的地方,從節(jié)約造價和運(yùn)營成本出發(fā),可以采用高架線的地鐵線路敷設(shè)方式。 高架橋一般分為簡支梁橋、連續(xù)梁橋、連續(xù)剛構(gòu)橋及單跨剛構(gòu)橋,其中連續(xù)剛構(gòu)是墩梁固結(jié)的連續(xù)結(jié)構(gòu),減少了橋梁支座及支座養(yǎng)護(hù)上的麻煩,且在有較高墩的連續(xù)結(jié)構(gòu)中,可以利用高墩的柔性來適應(yīng)結(jié)構(gòu)由于預(yù)應(yīng)力、混凝土收縮、徐變和溫度變化所引起的位移,減少墩的彎矩,從而減少橋墩及基礎(chǔ)工程的材料用量,如果在標(biāo)準(zhǔn)跨連續(xù)剛構(gòu)中采用雙薄壁墩型式,還具有支點(diǎn)固結(jié)彎矩由雙壁力偶分配,使全梁受力均勻,便于設(shè)計成等高梁以及視覺上通透、纖細(xì)的優(yōu)點(diǎn)。2標(biāo)準(zhǔn)跨連續(xù)剛構(gòu)橋梁的設(shè)計2.1梁體截面型式選擇 目前國內(nèi)外所普遍采用的高架橋梁型結(jié)構(gòu),常用的橫截面類型有箱形梁、T形梁和U形梁。其中箱型截面梁是橋梁結(jié)構(gòu)中廣泛采用的截面形式,適用面很廣,在我國大、中、小跨度公路、鐵路橋梁均有成熟的技術(shù)。區(qū)間可采用單線單箱或雙線單箱形式,下部外型還可以設(shè)成圓形或弧形,外形美觀,城市景觀好。箱型截面受力合理,抗彎及抗振性能好,結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的噪音影響較小。箱型截面又可分為雙線單箱截面及單線單箱截面。其中雙線單箱截面按腹板呈直線及弧度的大小有4種截面,如下圖所示。
2.2高架區(qū)間結(jié)構(gòu)設(shè)計 高架區(qū)間一般以三跨一聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)跨度連續(xù)剛構(gòu)為常見的結(jié)構(gòu)形式。2.2.1結(jié)構(gòu)計算模型 結(jié)構(gòu)計算模型見下圖。2.2.2計算荷載 ①結(jié)構(gòu)自重:混凝土容重按25kN/m3計。 ②列車荷載:按列車的最大軸重、軸距及近、遠(yuǎn)期中最長的列車編組確定。 ③列車豎向動力系數(shù):1+μ=1+0.8×12/(30+L) ④列車制動力和牽引力:按列車豎向靜活載的15%計算,計算中區(qū)間雙線計一線。 ⑤無縫線路的伸縮力、撓曲力、斷軌力計算中,軌道縱向阻力按10.0kN/m~12.0kN/m/軌計算。 ⑥離心力:靜活載乘以離心力率C,C=V2/127R ⑦列車橫向搖擺力:按列車相鄰兩節(jié)車四個軸重的15%計算。 ⑧風(fēng)荷載:基本風(fēng)壓按1200Pa計。 ⑨混凝土收縮、徐變:預(yù)應(yīng)力加載時齡期按60d計算至1500d。 ⑩溫度影響:廣州地區(qū)合攏溫度一般按20℃考慮,最冷月平均溫度按13℃計,最熱月平均溫度按28℃計,橋面升溫按5℃計。 ⑾基礎(chǔ)變位影響:不均勻沉降按10mm考慮,更換支座按10mm考慮。 ⑿人群荷載:檢修、人行通道上按4kN/m2計。 ⒀地震力:廣州地區(qū)抗震設(shè)防烈度為7度。 ⒁橋上二期恒載:40kN/m每線(包括橋上防水層、軌枕板、線路設(shè)備、管線)。 ⒂施工荷載:根據(jù)工程實(shí)際進(jìn)行計算(見荷載分類表)。2.2.3內(nèi)力組合2.2.3.1主力 ①自重+二期恒載+預(yù)加應(yīng)力+活載+混凝土收縮及徐變 ②自重+二期恒載+預(yù)加應(yīng)力+活載+混凝土收縮及徐變+基礎(chǔ)變位 ③自重+二期恒載+預(yù)加應(yīng)力+活載+混凝土收縮及徐變+無縫線路縱向水平力(伸縮力、撓曲力) ④自重+二期恒載+預(yù)加應(yīng)力+活載+混凝土收縮及徐變+基礎(chǔ)變位+無縫線路縱向水平力(伸縮力、撓曲力) ⑤自重+二期恒載+預(yù)加應(yīng)力+活載(單列)+混凝土收縮及徐變+基礎(chǔ)變位+無縫線路縱向水平力(伸縮力、撓曲力)2.2.3.2主+附 ①自重+二期恒載+預(yù)加應(yīng)力+活載+混凝土收縮及徐變+基礎(chǔ)變位+無縫線路縱向水平力(一線伸縮力、撓曲力)+制動力(另一線)+溫度影響力+橫向搖擺力 ②自重+二期恒載+預(yù)加應(yīng)力+活載+混凝土收縮及徐變+基礎(chǔ)變位+無縫線路縱向水平力(一線伸縮力、撓曲力)+制動力(另一線)+溫度影響力+風(fēng)力 ③自重+二期恒載+預(yù)加應(yīng)力+活載(單列)+混凝土收縮及徐變+基礎(chǔ)變位+無縫線路縱向水平力(一線伸縮力、撓曲力)+制動力(另一線)+溫度影響力+橫向搖擺力2.2.3.3主+特殊荷載 ①自重+二期恒載+預(yù)加應(yīng)力+活載+混凝土收縮及徐變+基礎(chǔ)變位+無縫線路縱向水平力(三軌伸縮力、撓曲力)+斷軌力(一軌) ②自重+二期恒載+預(yù)加應(yīng)力+活載+混凝土收縮及徐變+基礎(chǔ)變位+地震力 根據(jù)以上內(nèi)力組合找出最不利的工況,計算出該工況下結(jié)構(gòu)的軸力、彎矩、剪力及扭矩,從而根據(jù)計算公式可反算出結(jié)構(gòu)的配筋。2.2.4主要設(shè)計標(biāo)準(zhǔn) ①《地鐵設(shè)計規(guī)范》(GB50157-2003); ②《鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范》(TB10002.1-99); ③《鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(TB10002.2-99); ④《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》(TB10002.3-99); ⑤《鐵路橋涵鋼筋混凝土和砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(TB10002.4-99); ⑥《鐵路工程抗震設(shè)計規(guī)范》(GBJ111-87); ⑦《鐵路橋涵施工規(guī)范》(TB10203-2002 J162-2002)。3橋梁的防噪減震措施3.1噪音的產(chǎn)生 地鐵列車經(jīng)過高架橋時所產(chǎn)生的噪音主要有以下三部分組成(見圖1)。3.1.1車輪及軌道的噪音 是由車輪與車軌的摩擦及火車的推動系統(tǒng)所造成。3.1.2結(jié)構(gòu)振動所發(fā)出的噪音 結(jié)構(gòu)所散發(fā)的噪音是由列車行駛時橋梁結(jié)構(gòu)的震動所產(chǎn)生的噪音。3.1.3空調(diào)噪音 空調(diào)噪音主要來自車廂上的空調(diào)及其發(fā)動機(jī),并由空調(diào)本身的運(yùn)作和設(shè)定規(guī)范控制,所以與高架橋結(jié)構(gòu)的設(shè)計沒有直接關(guān)系。3.2防噪減震措施 高架橋上的防噪,可以采用以下措施(見圖2): ①選擇剛度大、自振頻率低的閉合截面箱型梁結(jié)構(gòu); ②結(jié)構(gòu)設(shè)計中,適當(dāng)?shù)膬?yōu)化截面,盡量使腹板支承在鋼軌下部; ③敏感地段在橋上部兩側(cè)加設(shè)隔音屏障,內(nèi)噴吸音材料; ④設(shè)浮置板道床,并在橡膠支承的底部加上軟墊。4結(jié)束語 綜上所述,高架的敷設(shè)方式已普遍地應(yīng)用于我國的地鐵建設(shè)中,它不但為市民的出行提供了極大的便利,也成為一個城市的主要標(biāo)志和景觀,如何保證橋梁的結(jié)構(gòu)既安全又美觀,就要求我們設(shè)計人員在設(shè)計的過程中根據(jù)周邊環(huán)境選取合適的結(jié)構(gòu)形式,并對受力進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠嬎惴治?為了盡量降低地鐵運(yùn)營時對周邊人群的干擾,我們還要采取一定的減噪措施,這樣才能夠?yàn)槿罕娞峁└玫姆?wù)。參考文獻(xiàn)[1]程建耀.最新橋梁設(shè)計實(shí)用手冊[M].長春:吉林電子出版社,2005.[2]邵旭東,程翔云.橋梁設(shè)計百問[M].北京:人民交通出版社,2003.[3]張樹仁.橋梁設(shè)計規(guī)范學(xué)習(xí)與應(yīng)用講評[M].北京:人民交通出版社,2005.[3]范立礎(chǔ),李建中,王君杰.高架橋梁抗震設(shè)計[M].北京:人民交通出版社,2001.
2.2高架區(qū)間結(jié)構(gòu)設(shè)計 高架區(qū)間一般以三跨一聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)跨度連續(xù)剛構(gòu)為常見的結(jié)構(gòu)形式。2.2.1結(jié)構(gòu)計算模型 結(jié)構(gòu)計算模型見下圖。2.2.2計算荷載 ①結(jié)構(gòu)自重:混凝土容重按25kN/m3計。 ②列車荷載:按列車的最大軸重、軸距及近、遠(yuǎn)期中最長的列車編組確定。 ③列車豎向動力系數(shù):1+μ=1+0.8×12/(30+L) ④列車制動力和牽引力:按列車豎向靜活載的15%計算,計算中區(qū)間雙線計一線。 ⑤無縫線路的伸縮力、撓曲力、斷軌力計算中,軌道縱向阻力按10.0kN/m~12.0kN/m/軌計算。 ⑥離心力:靜活載乘以離心力率C,C=V2/127R ⑦列車橫向搖擺力:按列車相鄰兩節(jié)車四個軸重的15%計算。 ⑧風(fēng)荷載:基本風(fēng)壓按1200Pa計。 ⑨混凝土收縮、徐變:預(yù)應(yīng)力加載時齡期按60d計算至1500d。 ⑩溫度影響:廣州地區(qū)合攏溫度一般按20℃考慮,最冷月平均溫度按13℃計,最熱月平均溫度按28℃計,橋面升溫按5℃計。 ⑾基礎(chǔ)變位影響:不均勻沉降按10mm考慮,更換支座按10mm考慮。 ⑿人群荷載:檢修、人行通道上按4kN/m2計。 ⒀地震力:廣州地區(qū)抗震設(shè)防烈度為7度。 ⒁橋上二期恒載:40kN/m每線(包括橋上防水層、軌枕板、線路設(shè)備、管線)。 ⒂施工荷載:根據(jù)工程實(shí)際進(jìn)行計算(見荷載分類表)。2.2.3內(nèi)力組合2.2.3.1主力 ①自重+二期恒載+預(yù)加應(yīng)力+活載+混凝土收縮及徐變 ②自重+二期恒載+預(yù)加應(yīng)力+活載+混凝土收縮及徐變+基礎(chǔ)變位 ③自重+二期恒載+預(yù)加應(yīng)力+活載+混凝土收縮及徐變+無縫線路縱向水平力(伸縮力、撓曲力) ④自重+二期恒載+預(yù)加應(yīng)力+活載+混凝土收縮及徐變+基礎(chǔ)變位+無縫線路縱向水平力(伸縮力、撓曲力) ⑤自重+二期恒載+預(yù)加應(yīng)力+活載(單列)+混凝土收縮及徐變+基礎(chǔ)變位+無縫線路縱向水平力(伸縮力、撓曲力)2.2.3.2主+附 ①自重+二期恒載+預(yù)加應(yīng)力+活載+混凝土收縮及徐變+基礎(chǔ)變位+無縫線路縱向水平力(一線伸縮力、撓曲力)+制動力(另一線)+溫度影響力+橫向搖擺力 ②自重+二期恒載+預(yù)加應(yīng)力+活載+混凝土收縮及徐變+基礎(chǔ)變位+無縫線路縱向水平力(一線伸縮力、撓曲力)+制動力(另一線)+溫度影響力+風(fēng)力 ③自重+二期恒載+預(yù)加應(yīng)力+活載(單列)+混凝土收縮及徐變+基礎(chǔ)變位+無縫線路縱向水平力(一線伸縮力、撓曲力)+制動力(另一線)+溫度影響力+橫向搖擺力2.2.3.3主+特殊荷載 ①自重+二期恒載+預(yù)加應(yīng)力+活載+混凝土收縮及徐變+基礎(chǔ)變位+無縫線路縱向水平力(三軌伸縮力、撓曲力)+斷軌力(一軌) ②自重+二期恒載+預(yù)加應(yīng)力+活載+混凝土收縮及徐變+基礎(chǔ)變位+地震力 根據(jù)以上內(nèi)力組合找出最不利的工況,計算出該工況下結(jié)構(gòu)的軸力、彎矩、剪力及扭矩,從而根據(jù)計算公式可反算出結(jié)構(gòu)的配筋。2.2.4主要設(shè)計標(biāo)準(zhǔn) ①《地鐵設(shè)計規(guī)范》(GB50157-2003); ②《鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范》(TB10002.1-99); ③《鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(TB10002.2-99); ④《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》(TB10002.3-99); ⑤《鐵路橋涵鋼筋混凝土和砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(TB10002.4-99); ⑥《鐵路工程抗震設(shè)計規(guī)范》(GBJ111-87); ⑦《鐵路橋涵施工規(guī)范》(TB10203-2002 J162-2002)。3橋梁的防噪減震措施3.1噪音的產(chǎn)生 地鐵列車經(jīng)過高架橋時所產(chǎn)生的噪音主要有以下三部分組成(見圖1)。3.1.1車輪及軌道的噪音 是由車輪與車軌的摩擦及火車的推動系統(tǒng)所造成。3.1.2結(jié)構(gòu)振動所發(fā)出的噪音 結(jié)構(gòu)所散發(fā)的噪音是由列車行駛時橋梁結(jié)構(gòu)的震動所產(chǎn)生的噪音。3.1.3空調(diào)噪音 空調(diào)噪音主要來自車廂上的空調(diào)及其發(fā)動機(jī),并由空調(diào)本身的運(yùn)作和設(shè)定規(guī)范控制,所以與高架橋結(jié)構(gòu)的設(shè)計沒有直接關(guān)系。3.2防噪減震措施 高架橋上的防噪,可以采用以下措施(見圖2): ①選擇剛度大、自振頻率低的閉合截面箱型梁結(jié)構(gòu); ②結(jié)構(gòu)設(shè)計中,適當(dāng)?shù)膬?yōu)化截面,盡量使腹板支承在鋼軌下部; ③敏感地段在橋上部兩側(cè)加設(shè)隔音屏障,內(nèi)噴吸音材料; ④設(shè)浮置板道床,并在橡膠支承的底部加上軟墊。4結(jié)束語 綜上所述,高架的敷設(shè)方式已普遍地應(yīng)用于我國的地鐵建設(shè)中,它不但為市民的出行提供了極大的便利,也成為一個城市的主要標(biāo)志和景觀,如何保證橋梁的結(jié)構(gòu)既安全又美觀,就要求我們設(shè)計人員在設(shè)計的過程中根據(jù)周邊環(huán)境選取合適的結(jié)構(gòu)形式,并對受力進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠嬎惴治?為了盡量降低地鐵運(yùn)營時對周邊人群的干擾,我們還要采取一定的減噪措施,這樣才能夠?yàn)槿罕娞峁└玫姆?wù)。參考文獻(xiàn)[1]程建耀.最新橋梁設(shè)計實(shí)用手冊[M].長春:吉林電子出版社,2005.[2]邵旭東,程翔云.橋梁設(shè)計百問[M].北京:人民交通出版社,2003.[3]張樹仁.橋梁設(shè)計規(guī)范學(xué)習(xí)與應(yīng)用講評[M].北京:人民交通出版社,2005.[3]范立礎(chǔ),李建中,王君杰.高架橋梁抗震設(shè)計[M].北京:人民交通出版社,2001.
