地铁区间高架四线道岔连续梁设计

薛晓凯

（中铁工程设计咨询集团有限公司，河南 郑州 450001）

1 研究现状

城市地铁的建设因受地形等因素的限制，部分车站咽喉区的道岔必须置于桥梁上。目前对于地铁道岔梁的受力分析研究相对较少，且研究所用模型多为平面杆系，无法考虑梁体的横向变形和活载的空间分布特性及轨道与梁体之间的相互作用。与平面模型相比，空间梁格模型能够更为真实地反应此类多线道岔梁的受力状态及相互影响情况。

2 工程概况

某地铁高架区段为正线左、右线与车辆段出入段线左、右线的交叉渡线区，设计采用（4×32.7+20.4）m连续梁结构形式，如图1所示。

图1 桥位平面图

桥梁总长151.2 m，梁高2.0 m，桥面宽20.0～21.0 m，采用单箱五室截面，顶面平坡。顶板厚0.25 m，底板厚0.27 m，腹板厚0.5 m，悬臂长1.1 m，悬臂根部0.35 m，腹板采用斜腹板，腹板斜率1：3，梁端设置横隔板，横隔板厚1.5 m。箱梁一端靠近梁端底板设置长圆形进人孔，尺寸为1 000×600 mm。采用摩擦摆减隔震支座，支座横向间距8 m，纵向支座中心距离梁端0.55 m。箱梁采用双向向预应力体系。纵向预应力腹板钢束采用15-φs15.2钢束，顶板和底板钢束均采用12-φs15.2钢束。预应力钢束采用高强低松弛钢绞线，fpk=1 860 MPa，Ep=1.95×105MPa，所有预应力钢绞线均采用高密度聚乙烯塑料波纹管成孔。腹板束锚固于梁端，顶底板钢束交叉锚固于箱梁顶底板的齿块上。

3 技术标准

3.1 主要技术参数

结构设计使用年限：100年；列车类型：标准B型车；设计行车速度：120 km/h；车型及编组：6辆编组；地震动峰值加速度：0.15g；抗震设防烈度：7度。

3.2 设计荷载

（1）恒载：自重，二期恒载，预应力，混凝土收缩徐变，基础变位。

（2）列车活载：列车编组为6 辆，车辆最大轴重140 kN。列车竖向动力系数为1+μ。

（3）附加力：列车制动力和牵引力以及温度影响力。

4 平面杆系模型

采用“桥梁博士”建立平面杆系模型，全桥共131个节点，130个单元，计算结果如下：

（1）支座反力：1#、3#、5#桥墩支座总反力分别为12 453 kN、25 745 kN、24 376 kN。平面杆系模型的弊端只能计算出总反力，不能反映出每个支座的反力值。

（2）主力作用下强度安全系数2.39，“主力+附加力”作用下强度安全系数2.30，应力结果如图2所示。

图2 主力组合上下缘正应力图

（3）梁体变形：工后徐变为4.2 mm＜10 mm，静活载挠度L/8 275＜L/1 500，梁端转角0.4‰＜3‰，均满足规范要求。

5 空间梁格模型

5.1 模型简介

用等效梁格代替桥梁上部结构，将分散在板、梁每一区段内的弯曲刚度和抗扭刚度集中于最邻近的等效梁格内。实际结构的纵向刚度集中于纵向梁格构件内，横向刚度集中于横向梁格内。理想的刚度等效原则是：当原型实际结构和对应的等效梁格承受相同的荷载时，二者的挠曲将是恒等的，并且每一梁格内的弯矩、剪力和扭矩等于该梁格所代表的实际结构部分的内力。箱梁断面采用单箱五室截面，根据“剪力-柔性梁格理论”，将单箱五室断面划分为6个“独立”的“工字梁”。横向梁格抗弯刚度采用“虚拟横梁法”定义多根虚拟横梁模拟各片纵梁之间的横向联系，横梁与纵梁采用共节点的方式保持共同受力。

5.2 计算结果

（1）支座反力：1#桥墩左、右支座反力分别为6 338 kN、6 052 kN，左、右支座反力相差286 kN，占平均支座反力的4.7%。由于受桥面道岔区设备布置及曲线等因素影响，同一个桥墩左、右两支座的支座反力有明显差异，这是梁格模型对桥梁实际受力状态的反映，也是单梁模型所不能替代的。

（2）截面强度、应力计算结果如表1所示。

表1 截面强度与应力计算结果/MPa

梁格模型能够较为全面地反映出整个梁体的受力状态，箱梁强度及混凝土应力指标均满足规范要求。工后徐变为3.8 mm，静活载挠度L/9875，梁端转角0.35‰，均满足规范要求。

6 结语

（1）道岔是线路的薄弱环节，桥梁梁端产生相对的伸缩时也会引起道岔的变形，无缝道岔必须设于连续梁上。

（2）道岔连续梁的计算需要考虑车辆、道岔及梁体的相互影响。

（3）对于桥面较宽的变宽连续梁，普通的平面杆系模型已不能较好地满足受力分析精度的要求，建议采用“梁格模型”，能够更准确地模拟梁体的空间受力状况。

（4）桥面较宽时的横向计算需充分考虑桥面设备的布置、列车脱轨荷载以及风力等因素的影响，通过计算指导配筋设计。

（5）通过对此地铁四线道岔变宽连续梁的设计过程分析，积累了道岔连续梁设计的经验，对于类似工程具有一定的参考意义。