单轨交通系统钢梁荷载分析

张建军 高定军 张 盟 王翊毅 苏 关 马素鹏

(1.中国兵器工业规划研究院，北京 100053； 2.中国五洲工程设计集团有限公司，北京 100053； 3.北京兴国环球认证有限公司，北京 100068)

单轨交通系统钢梁荷载分析

张建军1高定军1张 盟2王翊毅1苏 关1马素鹏3

(1.中国兵器工业规划研究院，北京 100053； 2.中国五洲工程设计集团有限公司，北京 100053； 3.北京兴国环球认证有限公司，北京 100068)

经查阅大量有关单轨交通系统轨道梁相关资料，结合我国的轨道交通发展现状及使用情况，对跨座式单轨交通系统中钢轨道梁进行受力分析，其复杂受力情况与现有规范不相符，主要进行五个方面的荷载受力进行分析。

跨座式单轨交通系统，钢轨道梁，荷载分析

1 概述

我国第一条跨座式轨道交通系统重庆市单轨交通系统较新线上部分轨道梁为钢轨道梁。该工程有两跨计算跨度为39.2 m的直线型钢轨道梁[1,4,5]。在设计时钢轨道梁的受力荷载种类、分布情况及荷载大小与我国现有规范不完全一致，因此本文对轨道梁的荷载情况进行了研究。钢轨道梁的的受力荷载种类较多，一般分为主要荷载和附加荷载。结合钢轨道梁的实际情况，对钢轨道梁上的荷载主要考虑五种情况进行分析。

2 轨道梁荷载类型及设计要求

荷载类型及设计方法有如下几个方面。

2.1桥梁结构自重(主梁自重+二期附加荷载)

桥梁结构静荷载分为主梁自重荷载和二期附加荷载。材料的种类及重量如表1所示。参照国外设计规范及日本多摩线跨座式单轨交通系统，主要包括：线路设备(含钢轨、扣件、承轨台)按15 kN/(线·m)计算，桥面两侧电缆、防噪屏及支架等按5 kN/(侧·m)计算，桥面排水坡按10 kN/m计算[2]。

表1 材料的单位重量

2.2活荷载

单轨交通系统中的钢轨道梁的活荷载依据不同的车辆选型取不同的荷载值，同时应考虑站台位置的分布荷载。以B型车辆举例，假设本交通系统的最高运行速度80 km/h，轴重暂按140 kN采用。车辆荷载图式如图1所示。设计时车辆荷载应该按照无限长的连行荷载进行计算。

其载荷的计算方法如下[2,3]:

设计车辆的荷载为编成队的并行荷载，主横梁计算时在材料产生最不利的应力处加载。桥面板计算时是采用有限元循环加载的方法。B型车辆活荷载规定采用满员时的荷载取p=140 kN。考虑疲劳影响时，活荷载为p=120 kN。车站处要进行单线荷载或复线荷载状态的检算。复线的情况包括单线停止状态、其他线行车状态两种的情况。考虑地震影响时，活荷载为平均荷载(p=120 kN)。对于复线结构以单线结构进行考虑。车站检算单线荷载和复线荷载时，不计算设计车辆的冲击作用。

站台位置的分布荷载[2]。

在进行轨道梁的计算时不考虑分布荷载，主要用于桥面板计算。本文简单介绍分布荷载，其特点是简化为等分布载荷，其取值如下：

在停车场平台的分布荷载：

1)设计平台的地板、地板组的情况是300 kgf/m2(3.0 kN/m2)。

2)主梁和下部构造设计的情况是200 kgf/m2(2.0 kN/m2)，不过在和地震组合的情况是100 kgf/m2(1.0 kN/m2)。

在停车场的台阶、中央大厅、联络通道处作用如下分布荷载。不过，必须是依据立体横断设施技术基准进行这些设计：

1)地板、地板组设计的情况是500 kgf/m2(5.0 kN/m2)。

2)主梁和下部构造设计的情况是350 kgf/m2(3.5 kN/m2)。不过，在地震影响和组合考虑的情况为150 kgf/m2(1.5 kN/m2)。

2.3冲击荷载

活荷载产生冲击。其中分布荷载不考虑冲击。参考多摩市南北线实测数据。对B型车辆冲击系数依据材料及跨度计算。计算公式如下：

钢

(1)

i=

(2)

其中,L为跨距，m。具体要求见表2。

表2 跨距

2.4车辆横向荷载

跨座式单轨交通系统与普通铁路不同，因为没有轨距加宽，仅在转弯半径处有超高，轨道车行走面非常光滑，水平轮为橡胶轮胎，冲击力较小。参考多摩市南北线实测数据，取设计钢轨道梁时车辆横向荷载大小取单轴重的25%[2,6]。此荷载为作用在钢轨道梁上的移动的荷载，产生的力矩为：

Mtlf=0.25·Pl·yt

(3)

其中，Pl为轴重，暂按140 kN计算;yt为轨道梁顶到形心的距离,m。

2.5离心荷载

离心荷载主要作用在曲线钢梁上，在较新线上不涉及。但是曲线钢轨道梁更常见，故本文参考多摩市南北线的设计纲要领的实测数据进行说明，假定离心荷载作用距离行走面1.30 m的位置处，计算时与冲击作用荷载不同时组合。作用于车辆的重心高度处，并水平地作用于垂直轨道的方向。

为了平衡此离心力，使车辆安全、稳定的行走，需设计黄曲线，并在曲线轨道上设置超高，设计的曲线的超高是按照设计所定的平均速度设置。因为有欠超高或过超高现象，由此产生离心力。此离心力大部分力通过设计钢轨道梁设置超高的缓和曲线来平衡[2]。其计算方法为依据设计超高计算本曲线的曲线半径。并通过曲线半径求出缓和曲线的长度。单轨交通系统的曲线半径以100 m以上为原则。如果因为地形的状况等因素，在没有障碍的情况时，可以缩小到50 m。在站台部位的曲线半径必须在300 m以上。在特殊的情况时，能缩小到250 m。所计算的曲线为需要是回旋曲线。此曲线的长度必须在下式求出的数值以上。

(4)

其中，L为缓和曲线长，m；V为曲线的通过的设计速度，km/h;R为曲线半径，m。

另外，在倾斜的轨道梁上作用车辆荷载的情况，考虑车辆停在停车平台时有如图2所示的相对于曲线内侧的扭转力矩。

(5)

HVL=HL×cosθ

(6)

LL=HL×sinθ

(7)

这个荷载是车辆平台时发生的，不能和车辆行走时的冲击荷载及离心荷载的同时组合。但是要考虑到单轨交通系统上轨道梁为复线形式时，此时有一个单线停止，另一个单线在行走的情况。还有在风、地震时产生的横向荷载作用情况。在计算时需要考虑对上述荷载做适当的组合进行结构设计。

3 结语

1)钢轨道梁的受力荷载类型与荷载大小和车辆类型、车辆布置等情况有关，与现有规范不完全一致，需深入研究。2)本文是参考国内外已有轨道交通系统中钢轨道梁的计算方法，对主要的计算荷载计算方法的总结。3)钢轨道梁桥的荷载计算时，需按照实际情况参考已有结论综合分析。

[1] 张建军.钢轨道梁中的平联设计分析[J].铁道建筑，2005(12)：128-130.

[2] 東京都北多摩北部建設事務所.多摩都市モノレ—ル多摩南北線詳細設計(その3)橋單純鋼軌道桁設計ㄆ算書[M](その1).1990：29-30.

[3] 贺拴海.桥梁结构理论与计算方法[M].北京：人民交通出版社，2003.

[4] 张建军.钢轨道梁的整体结构设计[J].山西建筑，2011，37(30)：39-41.

[5] 张建军.钢轨道梁桥桥面板设计[J].铁道建筑，2012(5)：166-167.

[6] 郭 峰.跨座式单轨交通应急轨道梁选型及受力性能研究[D].北京:北京交通大学,2014.

Theloadanalysisfortrackbeamofmonorailtrafficsystem’ssteelrailbeam

ZhangJianjun1GaoDingjun1ZhangMeng2WangYiyi1SuGuan1MaSupeng3

(1.ChinaWeponsIndustryPlanningandResearchInstitute,Beijing100053,China; 2.ChinaWuzhouEngineeringDesignGroupCo.,Ltd,Beijing100053,China； 3.BeijingXingguoGlobalCertificationCo.,Ltd,Beijing100068,China)

In this paper, a large number of related information on track beam of monorail traffic system’s steel rail beam are reviewed. In combination with the development status and usage of rail transit in our country, the stress analysis of steel rail beam in cross-seat single rail transit system is carried out. Its complex forces are not consistent with existing norms, in this paper, the load force of five aspects is analyzed.

a cross-seat monorail system, steel rail beam, load analysis

1009-6825(2017)28-0133-02

2017-07-25

张建军(1978- )，男，高级工程师

U232

A