辽溪铁路双线槽形简支梁设计分析

叶明月

辽溪铁路双线槽形简支梁设计分析

叶明月

以具体工程为背景,介绍了双线槽形简支梁的结构构造及计算参数,并采用两种方法对桥梁上部结构进行了计算分析,结果表明：实验结果与设计提供的数据基本吻合,应力结果均满足相应规范要求。

槽形梁,预应力混凝土,设计,计算

1 工程简介

辽溪铁路辽阳—安平段改移工程跨越太子河大坝,受纵断控制,采用等高度双线槽形梁结构,线间距5.3m,轨距1 435mm,采用60 kg/m钢轨,钢筋混凝土轨枕碎石道床,轨道建筑高度 65 cm。

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。

2 结构设计及计算参数

2.1 上部结构

主梁全长32.6m(含两侧梁端至边支座中心各0.70m)。梁底宽12.5m,桥上提供净宽10.3m。跨中截面梁高400 cm,底板厚80 cm,腹板厚50 cm,腹板上缘马蹄宽150 cm,高50 cm;支点截面梁高 450 cm,底板厚130 cm,腹板厚80 cm。梁的截面形式见图1。

2.2 主要材料及技术参数取值

1)混凝土：主梁采用C55混凝土,弹性模量 3.6×104,泊松比0.2,极限抗压强度设计值37.0MPa,极限抗拉强度设计值3.3MPa。

2)预应力钢绞线：弹性模量 1.95×105,抗拉强度标准值 fpk= 1 860MPa,孔道摩阻系数μ=0.25,孔道偏差系数K=0.003,锚具变形及钢束回缩值 Δl=0.006。

2.3 荷载及荷载组合

1)恒载。梁体自重：γ取 26.0 kN/m3。二期恒载：包括线路设施、电缆槽、接触网立柱等,其重量按 150.44 kN/m计。2)计算活载。列车竖向静活载：采用中—活载图式(见图 2),图3为特种活载图式。横向计算时取特种活载,轮重分布宽度纵向取 1.5m。采用双线活载计算时按90%折减。列车活载动力系数：本桥的动力系数为 1+μ=1.17。3)附加力。制动力或牵引力：按竖向静活载的 10%计算,但当与离心力或列车竖向动力作用同时计算时,则按竖向静活载的 7%计算。横向摇摆力：其值为100 kN,作为一个集中荷载取最不利位置,以水平方向垂直线路中心线作用于轨顶。风力：根据 TB 10002.1-2005铁路桥涵设计基本规范进行计算,梁以上 3 m高计。温度力：按整体升温 14℃,整体降温-24℃计算,不考虑竖向日照温差。4)特殊荷载。地震力：地震动峰值加速度 0.15g,按铁路工程抗震设计规范进行抗震设计并采取相应的抗震措施。列车脱轨荷载：列车脱轨荷载不计动力系数,亦不考虑离心力,仅考虑一线脱轨荷载且其他线路上不作用列车活载。其作用位置为线路外侧,平行于线路中线且距线路中心线 0.14m。断轨力：按规范计算。5)荷载组合。荷载组合分别以主力、主力 +附加力进行组合,取最不利组合设计。同时就特殊活载进行验算。

3 结构计算分析

3.1 主梁纵向计算

3.1.1 平面杆系法分析

考虑到结构以纵向受力为主,设计计算中先采用西南交大编制的“桥梁结构分析系统BSAS 4.23net”程序进行纵向近似计算,在运营阶段,按成桥状态下的自重恒载、活载、预应力、混凝土收缩、徐变、体系温度升降对结构进行了分析计算,据此进行配束设计,横向预应力规格为12-7φ5,纵向束断面见图 4。

3.1.2 三维实体元法分析

平面杆系分析方法是采用了相应的简化假设,实际上槽形梁是一个空间的结构,主梁截面的不同部分之间有着相互的影响。将主梁作为空间整体分析,可以充分反映桥梁 结构的空间效应(见图5)。为了做一比较,同时检验平面杆系法计算结果的准确性,设计采用ANSYS结构分析软件进行相应的计算。预应力钢绞线采用三维实体分割建立实体力筋的方法,较为真实的模拟钢束的几何形状,采用降温法施加预应力。

列车活载换算均布载为 98.72 kN/m,冲击系数取 1.17。模型在梁端分别设置固定支座、纵向活动支座、横向活动支座及多向活动支座,并对相应的节点位移进行约束。

3.1.3 纵向计算结果

表 1是BSAS和空间分析对槽形梁进行分析计算的结果比较。

表 1 主力作用下各特征截面正应力比较表 MPa

3.2 主梁道床板计算

取主梁跨中截面进行检算。纵向取 0.6m梁段,因腹板对横向计算影响不大,故只取底板作为横向计算模型,采用桥梁结构专用有限元程序进行计算。横向预应力规格为 5-7φ5,间距30 cm。道床板计算模型见图 6。

4 结语

1)主梁空间有限元分析与平面杆系有限元计算结果相吻合,应力结果均满足相应规范要求;2)主梁上下缘有较为明显的剪力滞效应,对主梁进行平面杆系有限元分析时应考虑底板有效宽度。该桥竣工后,经现场桥梁静载实验,实验结果与设计提供的数据基本吻合。目前,该桥已通车,运营情况良好。

[1] 胡匡璋,江新元,陆光闾.槽型梁[M].北京：人民铁道出版社,1987.

[2] TB 10002.3-2005,铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范[S].

[3] TB 10002.1-2005,铁路桥涵设计基本规范[S].

Design analysis on crewel groove simp le beam in Liao-Xi railway

YE Ming-yue

Take specific project as background,discussed the structure and calcu late parameters of crewel groove simple beam and calculated and analysed bridge superstructure with twomethods,the results showed that：theexperimental resultswere fitted with design provided data,the stress results ismet with the appropriate specifications.

groove beam,prestressed concrete,design,calculate

U 448.217

A

1009-6825(2011)09-0198-02

2010-12-02

叶明月(1980-),男,工程师,沈阳铁道勘察设计院有限公司,辽宁沈阳 110013

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