跨坐式单轨交通轨道梁稳定性分析

(重庆交通大学 重庆 400074)

一、概述

单轨轨道交通是重庆市城市交通的主要支柱，早在2005年轻轨较新线(现二号线)就已正式通车运营。其采用的是世界上已较为成熟的跨坐式单轨方式，桥跨结构采用22m的简支梁。跨坐式轨道其单轨轨道梁对列车有导向和承重的双重作用，行驶的列车和轨道梁构成耦合系统具有非常复杂的力学行为。对于轨道线设计目的具有实用意义的是，在耦合系统的动力学研究的基础上，转化为进行静力分析。

二、静载试验方案和结果分析

(一)重庆市轻轨的单轨梁采用了标准的PC轨道梁，因为通过专用的模板在工厂实现预制生产所以具有较高的精度和工程质量。对此，西南大学结构试验中心曾对跨长22mPC试验直梁和20m的试验PC曲梁进行了静动载以及疲劳试验。实验分析梁的挠曲，疲劳刚度和破坏状态，用于设计合理性的检验也为优化设计积累基础数据。

1.对此，本文利用Midas civil软件，对PC梁进行静力荷载下的数值计算分析。

(1)计算参数及设计荷载

①混凝土：轨道梁采用C60混凝土；封锚混凝土采用微膨胀混凝土，强度等级C60；环境相对湿度70%。

②普通钢筋：普通钢筋采用HRB235、HRB335，其布置形式满足《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土节后设计规范》的要求，civil模型中输入发布形式如图所示。

③预应力筋:纵向预应力筋采用抗拉强度标准值fpk=1860MPa，张拉控制应力1302MPa，两端张拉，纵向预应力钢束管道摩阻系数μ=0.23，管道偏差系数k=0.0025，一端锚具回缩6mm，松弛损失0.03σcon。

④结构自重：轨道梁钢筋混凝土自重γ=26kN/m3，钢材自重γ=78kN/m3。

⑤列车荷载：列车有多节车厢编组，单轴重110kN，两节车厢的列车荷载布置图如下图:

参照规范，取动力系数1.10，考虑转弯颠簸，按25%单轴重布置水平荷载，作用高度为梁顶平面处。

(2)列车组在轨道梁上运行，考虑对称和偏载两种加载情况:

4车轴加载，对称布置；6车轴加载，偏载布置

静载计算结果与分析

梁单元应力对比梁单元最大应力/Mpa对称加载实测对称加载计算值偏载计算值上缘8.58.78.8下缘14.014.214.1

对称加载下轨道梁上缘及下缘的最大应力分别为14.2MPa，8.7MPa，这与实际测值14.0MPa，8.5MPa很符合。偏载下轨道梁上缘及下缘最大的应力14.1MPa，8.8MPa，所以可以将前者作为最不利的加载方式考虑最大的应力状态。由于轨道梁采用的是较大截面，截面配筋率高，所以表现出很好的线弹性小变形，实测值与计算值相符合。

如图，比较两种荷载下的垂直挠度和侧向挠度。4车轴加载和6车轴偏载下的垂直挠度曲线几乎完全重叠。对称加载侧向挠度曲线包住了偏载侧向挠度曲线，两条曲线的峰值都出现在跨中部位，可按4车轴对称加载考虑最不利情况。

(3)分析水平力对梁稳定性的影响

对钢筋混凝土梁来说，分析屈曲失稳是没有意义的，因为截面尺寸大，截面闭合。所以分析计算轨道梁在已知预应力以及竖向荷载下，水平力的屈曲特征值很大，表明不会因为列车运行的转向力而发生失稳。我们观察4车轴对称加载和6车轴偏载的一阶失稳模态可以发现水平力会引起较明显的侧向挠曲，轨道梁截面也有绕梁轴线的轻微倾覆转动。

结论:轨道梁具有较大的刚度，civil模型中梁端采用铰接约束，实际中，相邻两跨的梁端有全截面的铸钢连接，具有简支结构的受力模式，还能提供梁上缘的侧向约束，满足梁的稳定性，使得运行的列车组具有可靠的安全性和良好的舒适性。