麒麟科技创新园快速公共交通工程上跨铁路转体T构空间受力分析

麒麟科技创新园快速公共交通工程上跨铁路转体　Ｔ构空间受力分析　Ｓｐａｃｅ　Ｓｔｒｅｓｓ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｏｖｅｒｐａｓｓ　Ｓｗｉｖｅｌ　Ｔ—ｌｆａｍｅ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　Ｑｉｌ　ｉｎ　Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｐａｒｋ　Ｒａｐｉｄ　Ｐｕｂｌｉｃ　Ｔｒａｆｉｃ　Ｔｒｆａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ　Ｐｒｏｊ　ｅｃｔ　余晓燕　（中铁第四勘察设计院集团有限公司，武汉４３００６３）　ＹＵ　Ｘｉａｏ—ｙａｎ　（ＣｈｉｎａＲａｉｌｗａｙＳｉｙｕａｎＳｕｒｖｅｙ　ａｎｄ　Ｄｅｓｉｇｎ　ＧｒｏｕｐＣｏ．Ｌｔｄ．，Ｗｕｈａｎ　４３００６３，Ｃｈｉｎａ）　【摘　要】南京麒麟科技创新园现代有轨电车一号线上跨宁芜铁路和仙西联络线，由于路线标高受限，同时考虑到跨铁路施工　及运营安全要求较高，采用２×７０ｍ转体Ｔ构主粱结构，其结构桥型新颖、线形不受控、简洁美观，同时由于其受力复杂，为国内　首次采用此类型结构，通过对结构整体与局部的有限元分析，对设计关键因素进行分析，为今后类似工程的设计提供借鉴。　【ＡｂｓｔｒａｃｔＩＮａｎｊｉｎｇｓｃｉｅｎｃｅａｎｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｎｏｖａｔｉｏｎｐａｒｋｍｏｄｅｍｔｒａｍｌｉｎｅｃｒｏｓｓｅｓＮｉｎｇＷｕｒａｉｌｗａｙａｎｄｗｅｓｔｌｉｎｋ．Ｄｕｅｔｏｔｈｅｌｉｍｉｔｅｄｌｉｎｅ　ｌｅｖｅｌ，ａｔ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｔｉｍｅ，ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｈｉｇｈ　ａｃｒｏｓｓ　ｔｈｅ　ｒａｉｌｗａｙ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｓａｆｅｔｙ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ，２　ｘ　７０　ｍ　Ｔ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｇｉｒｄｅｒ　ｓｔｍｃｍｒｅ　ｉｓ　ａｄｏｐｔｅｄ．Ｔｈｅ　ｔｙｐｅ　ｏｆｔｈｅ　ｂｒｉｄｇｅ　ｉｓ　ｎｏｖｅｌ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｌｉｎｅａｒ　ｉｓ　ｎｏｔ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ，ｃｏｎｃｉｓｅ　ａｎｄ　ｂｅａｕｔｉｆｕ１．Ｔｈｉｓ　ｋｉｎｄ　ｏｆｂｒｉｄｇｅ　ｉｓ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌｌｙ　ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ．ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ．ｍｉｓｓｔｍｃｔｕｒｅｉｓｕｓｅｄｉｎＣｈｉｎａｆ０ｒｍｅｆｉｒｓｔ血ｎｅ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅｋｅｙｄｅｓｉｇｎｆａｃｔｏｒｓｂｙｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆｔｈｅｗｈｏｌｅａｎｄｐａｒｔｉａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｐｒｏｖｉｄｅｓａｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｆｕｔｕｒｅｓｉｍｉｌａｒｐｒｏｊｅｃｔｓ．　【关键词】公跨铁；槽形梁；Ｔ构；转体　【Ｋｅｙｗｏｒｄｓ】ｏｖｅｒｐａｓｓ　ｒａｉｌｗａｙ　ｂｒｉｄｇｅ；ｃｈａｎｎｅｌｂｅａｍ；ＴＦｒａｍｅ；ｓｗｉｖｅｌ　【中图分类号１Ｕ４９１　【文献标志码ＩＡ　【文章编号】１００７．９４６７（２０１６）０３．００８２．０３　［ＤＯＩ］１０．１３６１６￣．ｃｎｋｉ．ｇｃｊｓｙｓｊ．２０１６．０３．０２１　１概述　南京麒麟科技创新园现代有轨电车一号线起点位于马群　综合客运枢纽，线路沿马群南路、芝嘉东路和沧麒东路敷设，　计及受力特ｆ生进行分析，对结构设计进行介绍，同时进行空间　实体分析，得到其受力特性。　２主要技术标准　１）铁路等级：轻轨；　２）正线数目：双线；　沿线跨越绕城高速公路、宁芜铁路和仙两联络线，途经百水芊　城社区、南湾营、麒麟商务区、中央公园以及王五庄等区域。全　线长约８．９５ｋｍ，其中，高架段１．０２ｋｍ，地面段７．９３ｋｍ，线路于　芝嘉东路为路中敷设，沧麒东路为路西侧敷设。　本文对上跨宁芜铁路和仙西联络线２ｘ７０ｍ转体Ｔ构设　３）轨道型式：无砟轨道；　４）速度目标值：７０ｋｍ／ｈ（有接触网）；５０ｋｍ／ｈ（无接触网）；　５）设计活载：列车荷载，轴重１２５ｋＮ。　６）基本地震动峰值加速值为０．１ｏｇ，按７度地震烈度设防。　【作者简介】佘晓燕（１９８２　），女，湖北钟祥人，工程师，从事桥梁设　计与研究，（电子信箱）６８１２４８５３＠ｑｑ．ｃｏｍ。　３主桥设计　马群特大桥由马群客运枢纽引出，跨越绕城公路、宁芜铁　８２　路、仙西联络线、百水河。起点桩号ＣＫ０＋９９．５８７，终点桩号　ＣＫＩ＋Ｉ１４．９８７，全桥长１０１５．４００ｍ。　成的影响，桥墩上下各设实体段。承台分为上下承台，上下承　台之间安装转体球铰，在转动到位后进入浇筑混凝土封填。　其中大桥在ＣＫ０＋７２４．８６～ＣＫ０＋８６４．８６　７段上跨宁芜铁　路和仙西联络线，上跨铁路部分线路位于直线，根据前期方案　评审结果采用２ｘ７０ｍ槽形Ｔ构梁，转体施工，如下图１所示。　３．２施工方案　Ｔ型刚构采用“支架现浇＋水平转体就位”的施工方法。转　动球铰设在承台处，转体吨位为１　ｌ　０００ｔ。　转体施工的步骤如下：　宁芜铁路目前为单线，仙宁铁路为京沪高铁南京南站宁　安场至沪宁城际铁路仙西站间的独立联络线，双线，全长　２２．５７７ｋｍ。两条铁路在本线经过处并行。　１）沿铁路线一侧平行于既有　萄晏支架，现浇Ｔ构主梁；　２）待Ｔ构施工完毕后，拆除支架及上下转盘间的临时支　撑，准备转体；　３）按顺时针方向转体５７。，使梁体中心与线路中心相吻　合，封铰；　有轨电车～号线与宁芜铁路及仙宁铁路相交桥位处铁路　为路堑，宽４０ｍ，目前为三线，线间距为８．３ｍ＋１１．６ｍ，轨面标　高１５．７ｍ，与线路夹角为５７￣。根据铁路限界要求，结合跨铁路　施工方案要求，桥跨布置为２ｘ７０ｍ槽形Ｔ构梁，计算跨度２ｘ　６９．２ｍ，全长１３９．８ｍ，（含两侧梁端至支座中心各０．７ｍ）。采用　现浇转体到位施工。　４）在梁端上顶主梁，安装梁端支座，成桥。　４受力特性分析　槽形梁高度低、隔声效果好、断面空间利用率高、行车安　全、外形美观，这些都是他公认的优点，但是其设计较为复杂，　特别是铁路槽形梁，其受力机理目前还不是很明确。本计算主　要解决以下几点问题：　１）槽形梁属于开口截面，其整体性不如箱梁，属于一种复　杂的空间组合结构，具有开口薄壁的受力特点，受扭性差，底　丽　图１本线穿越铁路方案　板与腹板相交处受力复杂；　２）腹板承受垂直方向拉力，主拉应力分布复杂；　３）荷载的传递通过底板传给两侧腹板，再由腹板传给支　座，接近端部的荷载直接通过底板传递给支座，传力较复杂。　３．１结构设计　主桥桥面宽度：槽形梁腹板内侧净宽７．９ｍ，底板宽　１２．２ｍ。截面类型为ｕ型槽形梁。刚臂墩采用距形空心墩。槽　４．１模型的建立　采用Ｍｉｄａｓ／ＦＥＡ分析软件建立全桥实体有限元模型（见　图２），其中各项参数与设计保持一致，箱梁采用Ｃ５５混凝土，　形梁边跨截面高４．０ｍ，在支点处截面加高为５．０ｍ。跨中腹板　厚０．３５ｍ，靠近中支点附近腹板加厚至Ｏ．５ｍ；底板厚Ｏ。７５ｍ。　中支点处粱高加高至７．５ｍ，梁高按圆曲线变化。桥墩采用矩　形空间墩，其尺寸为１２．２ｍ￣６ｍ，纵向壁厚１．２ｍ，横向壁厚　２．１５ｍ，墩高９．２５ｍ。为减少不同施工时间收缩徐变不统一造　纵向预应力采用钢束单元进行模拟，钢束管道摩阻系数　＝　０．２５，管道偏差系数ｋ＝０．００２５，～端锚具回缩６ｍｍ，边界条件　与纵向平面计算保持一致，桩基按铁路桥梁工程师计算的桩　图２　Ｍｌ１）ＡＳ空间实体有限元整体模型　８３　ｆ工程建设与设计　ｌＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ＆ＤｅｓｌｇｔｔＦｏｒＰｒｏｊｅｃｔ　基刚度结果输入到边界的刚度矩阵中，在程序中模拟施工阶　段及安装支座的预顶过程。　横向应力分析主要分析在空间荷载作用下，底板的受力特性，　指导配筋设计，根据计算结果显示三种活载模式对边支点横　梁应力变化较大，说明大部分的活载对底板作用范围是有限　４．２荷载组合　荷载严格按照平面计算所采用荷载进行，其中对于活载，　由于本梁为两跨Ｔ构，活载影响线较为简单，为避免采用计算　代价较大的影响面计算，故采用手工加载，分为多种加载模　的，同时根据应力，底板受力类似于简支粱，跨中较大，边上基　本为Ｏ～０．５ＭＰａ，为受弯构件，其轴力０ｋＮ，弯矩６４６ｋＮ·ｍ，每　米需要配筋ｑ￣２５ｍｍ钢筋１０根，同时顶板、应力不大，主要以　式。荷载计算如下：　４．２．１恒载　１）结构自重：混凝土容重按２６．５ｋＮ／ｍ３；　２）二期恒载：双线桥二期恒载按１００ｋＮ／ｒｎ；　３）混凝土收缩及徐变影响；　４）基础变位影响：连续结构强迫位移按１０ｍｍ考虑，更换　支座按１０ｒａｍ考虑。　４．２．２活载　１）车荷载，轴重１２５ｋＮ，分别按活载位于边跨梁端（活载模　式１）、活载位于跨中（活载模式２）、活载位于墩顶（活载模式３）　进行加载。　４．２．３附加力　包括基础列车制动力和牵引力。　４．２．４特殊荷载　施工荷载主要为转体过程中承台所受的荷载，根据平面　计算结果，转体过程中最大竖向力为８７　２４６ｋＮ，冲击系数取　１－３，故按ｌ１３　５００ｋＮ考虑。　４．３主要计算结果　４．３．１纵向计算结果　本梁的实体模型按平面设计真实的模拟了结构的实际尺　寸、钢束的张拉、施工阶段、收缩徐变（待验证）、桩基模拟、各　种使用荷载，可真实的反映结构的应力状态，对梁的纵向受力　进行定性分析。　从实体结果来看，没有出现拉应力，最大压应力出现在近　支点下缘，为１３．８ＭＰａ，满足规范要求。从应力横向分布来看，　其正应力不均匀系数即剪力滞效应并不突出，１／４至跨中底板　应力差约０．４ＭＰａ左右，靠近中支点处不均匀系数增加，最大　约１．５ＭＰａ左右，对边顶板也是此规律，这也验证了截面折减　靠近支点增大的计算理论。建议参考箱梁计算方法对顶底板　均进行折减。　４－３．２横向计算结果　承受温度为主，注意满足温度应力即可。　４．３．３腹板受力分析　槽形梁为开口截面，由于没有项板，活载为下承式，腹板　的受力区别于普通箱梁，故将此块单元取出分析，得出其受力　规律。腹板的主拉应力水平均较低，其最大主拉却为发生在腹　板与底板相交的位置，这是和普通箱梁不同的地方，是由于对　底板而言其横向受力为主受力方向，且其横向无预应力，并非　纵向主拉。　腹板靠近支点处，为全受压构件，在跨中支点影响小的区　域，为上半部分受压，下半部分受拉。在主＝　作用下，最大拉应力　为０．３ＭＰａ，如按拉弯件计算，拉力约６００ｋＮ，弯矩约５５ｋＮ·ｎｌ，　则每米所需配筋为　１６ｍｍ的钢筋即可，若再考虑抗剪的需　要，腹板钢筋可适当加强。　４．３．４受扭分析　槽形梁受力最大的特点为抗扭刚度过小，但由于本梁边　腹板为箱形截面，其偏载作用下的扭矩效应应该不会突出，为　验证偏载下的作用，取一线活载进行计算，得到偏载作用下的　结构特性。对抗扭而言，其抗扭刚度最小的地方为跨中和截面　最低的１／４截面处，故取这两处截面进行计算。　但对于实体分析，所有的应力结果为耦合在一起，并不好　区分哪些是扭转、畸变、翘曲所引起的应力，故采用观察应力　差的作法来进行判断。只考虑偏载活载作用下的各项应力和　位移结果。　ｊ　．　；　＿　．　）　－ｍ』＿Ｅ　－１Ⅱ±　ｄ一［～卸ｌ－。ｍ＿｝　图３偏载作用下正应力图（单位：ＭＰａ）　（下转第８７页）　市政·交通·水利工程设计Ｉ　Ｍｕｍｃ￣　。’Ｗａｔｅｒ　Ｒｄ．８ｏｕｒｃｅ￣，·ＥｎｇｌｎｅｅｒｉｎｇＤｅｓｌｇｎ『　３高速公路隧道洞口浅埋段开挖技术分析　在具体的高速公路隧道洞口浅埋段施工过程中，为了充　须做好支护措施，以充分确保机构的稳定陛。开挖前除了积极　做好监控工作和测量工作，还要实时掌握相关支护的变形情　况。同时，要格外注意地质的超前预报。在排水系统的施工中，　分保证施工的安全性能，需要针对不同的施工阶段采取科学　正确的开挖方法。同时，在洞口段的施工中，严禁利用全断面　的爆破法进行施工开挖。其根本原因是全断面的爆破会严重　扰动围岩，大幅度增加洞口坍塌的风险。通常隋况下，人们常　用的施工方法有两种，即：核心预留台阶法和双侧壁导坑法。　核心土预留台阶法最常用的地方是四级软弱围岩和五级软弱　还需要对两侧的临时排水沟进行压迫处理，对其不断进行铺　砌抹面，防止钢支护基底出现软化现象。　４结语　本文通过具体工程的隧道洞口浅埋段施工，详细阐述了　加固技术和开挖技术在具体施工过程中的进行步骤和注意事　项。因此，在具体的隧道洞口浅埋段施工中，需要对加固措施、　围岩的施工。在其施工过程中，需要对核心土进行预留，其台　阶通常设为３－５ｍ的长度。对上台阶进行开发时，需要采用弱　爆破开挖的方法，如风钻机钻孔等。而对下台阶进行施工时，　则需要采用预留核心土的方法，在下台阶工作面进行循环进　尺为０．８～Ｉ．５ｍ的弱爆破开挖。而双侧壁导坑法主要用于　稳定性较差的洞口段围岩施工。在具体施工时，需要采用松动　爆破开挖的方式将隧道两侧的导坑先挖出来，导坑长度有实　际情况和地厨情况决定，通常情况为５ｍ或５ｍ以上。在这个　过程中，还需要人工、挖掘机等进行协调配合施工。同时，导坑　开挖方法等进行灵活应用，以充分确保施工人员等能够安全　顺利地进入洞内，保证洞口施工的安全陛。　【参考文献】　【１】汪正榜．高速公路隧道洞口浅埋段施工技术探析［Ｊ】．交通建设与管　理，２０１５（２）：１５３－１５５．　【２】黄瑞芳．基于高速公路隧道洞口浅埋段施工技术研究［Ｊ】．黑龙江交　通科技，２０１４（１　１）：１２２．　的施工必须在正洞的正上方５ｍ处进行，并且在开挖结束后必　【收稿日期］２０１５－１１．２５　＋．．＋”＋－．＋“＋．．＋··＋“＋··＋··＋··＋一＋一十一＋－＋一＋一＋　＋··＋··＋一＋一＋”＋－＋　＋”＋“＋”＋“＋”＋“＋”＋一＋”＋“＋”＋”—－卜一＋－—卜一—卜”—·’一－＋＊—·卜－—卜－—·　一＋·　于腹板下方，则腹板基本不受力，算出的钢筋偏小；若设于腹　板上方，腹板全为受拉构件，则也忽略了腹板的支撑作用，计　算结果又会偏于保守；若要真实的模拟横向计算，需要在横框　模型中加竖向弹性约束，但弹性约束的刚度随纵向位置的不　同而不同，计算又过于繁琐，不利于设计。综合考虑，建议横向　按支撑位于下方和上方包络设计。　３）槽形梁虽为开口截面，但对于一般的工程结构，其抗扭　是可以满足使用阶段要求的。　４）横向存在一定的剪力滞效应，平面计算中需计入折减。　５）腹板为纵向传递剪力的主要构件，对每个截面相当于一　个支撑，在支点处由实际真实的支撑所代替，故腹板的竖向应　力表现出不同的受力特性。　图４偏载作用下位移图（单位：ｍｍ）　【参考文献】　【１】胡匡璋．槽形梁［ＭＩ．北京：人民交通出版社，１９８６．　５　结论　通过对结构的实体分析，可得到如下结论：　１１对于纵向受力，槽形梁纵向应力基本仍符合平截面假　定，其纵向计算采用平面杆系计算满足设计要求。　２）对于横向受力，在平面计算中，按横框计算，若将支点设　【２】杜国华桥梁结构分析［Ｍ］．上海：同济大学出版社，１９９４．　【３】王承礼，徐名枢铁路桥梁［Ｍ］．北京：中国铁道出版社，１９８３．　【４】项海帆，姚玲森．高等桥梁结构理论［Ｍ］．北京：人民交通出版社，　２００１．　【收稿日期］２０１５．１０．２９　８７