中低速磁浮并置单线简支箱梁跨度经济性研究*

张子尧

(中铁第四勘察设计院集团有限公司 武汉 430063)

随着社会经济的发展，人们对交通出行的需求越来越高[1]。中低速磁浮作为一种新型轨道交通系统，具有噪声小、耗能低、污染小等优点[2]。随着长沙磁浮快线[3-4]、北京地铁S1线的建成通车，中低速磁浮轨道交通项目展现出了较好的示范效应[5]。

调查研究发现，现有CJJ/T 262-2017《中低速磁浮交通设计规范》推荐标准简支梁采用 20～30 m 跨径和小于 20 m 跨径组合；已建成高速铁路标准简支梁多为 32 m；此外，有研究成果表明与中低速磁浮交通荷载水平基本相当的跨座式单轨交通桥梁结构在30～40 m跨径范围拥有更好的经济性[6]。因此，有必要对中低速磁浮交通桥梁经济跨度开展研究。

1 并置单线简支箱梁截面尺寸研究

并置单线箱梁桥面布置[6]见图1。

图1 并置单线箱梁桥面布置

1.1 箱梁截面尺寸

采用midas Civil空间有限元软件，分别建立25，30，35，40 m跨度简支箱梁空间模型[7]，对各跨度截面尺寸进行研究[8]。

并置单线箱梁截面尺寸示意见图 2，并置单线简支箱梁空间模型见图 3。

H-梁高；B-梁宽；tw-腹板厚度；tt-顶板厚度；tb-底板厚度。图2 并置单线箱梁截面尺寸示意图

图3 并置单线简支箱梁空间模型

各跨度在满足刚度要求的条件下，选取不同的截面尺寸，尺寸结果见表1。

表1 不同跨度简支梁截面尺寸

1.2 梁体变形及自振频率限值

1) 梁体变形限值

列车静活载作用及温度力作用下，梁体的竖向挠度不应大于表2限值。

表2 轨道梁最大变形容许值

2) 轨道梁自振频率

轨道梁设计的竖向一阶固有频率应满足：n0>90/L′。式中：n0为轨道梁的竖向一阶固有频率，Hz；L′为桥梁支点距，m。

由上述可知，25,30,35,40 m跨度简支梁对应变形容许值及一阶固有频率限值见表3。

表3 结构变形及自振频率限值

1.3 计算结果分析

由于结构对变形要求较高，截面尺寸的选择主要由变形指标控制。分析计算各跨度结构变形指标，见表4。

表4 不同跨度简支梁计算结果

综合考虑梁体用料及梁体空间美观性，各跨度满足要求的最小截面尺寸见表5。

表5 各跨度满足要求的最小截面尺寸

2 跨度经济性分析

截面尺寸越小，用料越经济。根据上述计算结果，以轨道交通桥梁常规高度——桥墩高度11 m为基准，根据不同地质条件，选取约840 m桥长，综合桥墩、基础等主体工程数量进行经济性对比。桥长840 m时主体工程数量对比见表6。

表6 桥长840 m时主体工程数量对比

工程造价对比结果见表7。

表7 工程造价对比

通过上述研究，可以得到结论如下。

1) 不论是在地质较好区域还是软土地区，采用25 m简支梁跨最为经济。

2) 在地质较好区段，30 m跨度的主体工程费用较25 m简支梁仅高出约0.57%；35 m跨的主体工程费用较25 m跨高出约11%，40 m跨的主体工程费用较25m跨高出约27.5%。

3) 在软土地区，30 m跨度的主体工程费用较25 m简支梁高出约8.5%；35 m跨度的主体工程费用较25 m简支梁高出约17.7%，40 m跨度的主体工程费用较25 m简支梁高出约30.9%。

由于30 m跨度简支梁相对于25 m简支梁工程造价相差不大，因此，将中低速磁浮标准简支梁跨度加大到30 m，土建主体工程经济规模增加不大，但其跨越能力增大后，能更好地适应城市规划需要，有利于中低速磁浮项目的推广，所产生的社会效应大。

4 结语

本文对25～40 m跨度范围并置单线简支箱梁进行了截面尺寸研究；并进行跨度经济性研究。结果表明，不论在地质较好区域还是软土地区，采用25 m简支梁跨最为经济，但是考虑到跨度增大后的适用能力、社会效应，推荐采用30 m跨度中低速磁浮标准简支梁。