董華縣 中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430063

客運(yùn)專(zhuān)線大跨預(yù)應(yīng)力混凝土曲線連續(xù)梁曲線半徑敏感性分析

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曲線梁由于彎-扭耦合效應(yīng)，其設(shè)計(jì)與計(jì)算比常規(guī)直線梁計(jì)算復(fù)雜許多，隨著客運(yùn)專(zhuān)線建設(shè)的快速發(fā)展，研究曲線連續(xù)梁的各項(xiàng)力學(xué)指標(biāo)對(duì)曲線半徑的敏感性非常必要，這對(duì)指導(dǎo)我們的曲線連續(xù)梁有著重要的意義。本文著重對(duì)連續(xù)梁的支座反力及梁體橫向位移對(duì)曲線半徑的變化情況進(jìn)行分析，得出結(jié)論。

曲線連續(xù)梁；支座反力；橫向位移；曲線半徑；敏感性

引言

近年來(lái)，鐵路客運(yùn)專(zhuān)線建設(shè)取得了巨大的成就，由于拆遷成本的問(wèn)題，以及客運(yùn)專(zhuān)線對(duì)于線路線形平順性的依賴性，使得曲線連續(xù)梁的使用越來(lái)越頻繁，應(yīng)用半徑范圍也越來(lái)越廣泛。眾所周知，曲線梁的受力比較復(fù)雜，最為突出的就是“彎-扭耦合”效應(yīng)，另外曲梁內(nèi)外側(cè)反力相差很大，極端情況下甚至?xí)鲰?xiàng)梁體與支座的脫空現(xiàn)象，如果設(shè)計(jì)不合理甚至?xí)霈F(xiàn)梁體傾覆，從而釀成重大安全事故。這就需要我們對(duì)曲線梁對(duì)于各種半徑的適應(yīng)性有較為系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，從而使我們的曲線梁設(shè)計(jì)更加合理，科學(xué)。

1 算例

本文將以雙線48+80+48m大跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁為例，列車(chē)時(shí)速取250km/h，針對(duì)各種曲線半徑情況用M IDAS建立空間梁?jiǎn)卧Ｐ?，如圖1，并進(jìn)行受力分析，從而得出結(jié)論。模型簡(jiǎn)介：主梁采用單箱單室變截面箱梁，箱梁頂板寬13.4m，底板寬6.7m，支點(diǎn)梁高6.65，頂板厚0.4m，腹板厚0.9m，底板厚1.0m，跨中梁高3.85，頂板厚0.4m，腹板厚0.48m，底板厚0.4m，各墩編號(hào)從左往右依次為1#、2#、3#、4#，固定支座設(shè)于2#墩上。

圖1 曲線梁模型示意圖

2 計(jì)算結(jié)果

成橋階段各支座反力見(jiàn)表1。

表1 成橋荷載作用下支座豎向反力表

圖1 1#墩（邊墩）成橋支座反力變化圖

圖2 2#墩（中墩）成橋支座反力變化圖

從上表可以看出，對(duì)于3跨曲線連續(xù)梁，邊墩為外側(cè)支座反力大，中墩為內(nèi)側(cè)支座反力大。曲線半徑從∞變化到1000m時(shí)，恒載作用下的支座反力變化不大，邊墩在半徑R=1000m時(shí)，內(nèi)外支座反力差值達(dá)到3.4%，中墩在半徑R=1000m時(shí)，內(nèi)外支座反力差值達(dá)到4.5%。

運(yùn)營(yíng)階段各支座反力如下表。

表2 恒載+活載作用下支座豎向反力表Fzmax（kN）

表3 恒載+活載作用下支座豎向反力表Fz-min（kN）

圖3 1# 墩（邊墩）運(yùn)營(yíng)支座反力變化圖

圖4 2#墩（中墩）運(yùn)營(yíng)支座反力變化圖

由上面圖表中數(shù)據(jù)可以看出，半徑R在1000m～8000m范圍內(nèi)變化時(shí)，未出現(xiàn)支座脫空現(xiàn)象，邊跨最小支座反力為1626.7kN，中跨最小支座反力為19544.1kN，運(yùn)營(yíng)階段內(nèi)外側(cè)支座反力差別較大，邊墩內(nèi)外側(cè)最大支反力在R=1000時(shí)，相差16.1%，中墩內(nèi)外側(cè)最大支反力在R=1000時(shí)，相差6.1%。

離心力產(chǎn)生的橫向水平力及橫向位移見(jiàn)圖5和圖6。

圖 5 離心力產(chǎn)生最大橫向水平力變化圖

圖6 離心力作用下橫向位移變化圖

分析結(jié)果顯示，離心力產(chǎn)生的支座橫向水平力隨半徑變化極為顯著，R=1000m時(shí)，邊墩最大橫向水平力為994.6kN，中墩最大橫向水平力為2844.1kN。

由上面圖表可以看出，邊跨跨中橫向位移隨曲線半徑變化并不大，R=1000m時(shí)，曲線外側(cè)方向最大橫向位移為0.858mm，曲線內(nèi)側(cè)方向最大橫向位移為0.723mm。中跨跨中曲線外側(cè)橫向位移隨曲線半徑變化比較明顯，R=1000m時(shí)，曲線外側(cè)方向最大橫向位移為2.689mm，曲線內(nèi)側(cè)方向最大橫向位移為0.887mm。

3 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)以上對(duì)比分析可知，曲線梁內(nèi)外側(cè)最大支座反力差別隨曲線半徑變化比較明顯，高速列車(chē)行駛時(shí)離心力產(chǎn)生的水平力更是大得驚人，因此我們?cè)趯?duì)支座的選取時(shí)要充分考慮支座的橫向水平力承受能力。曲線連續(xù)箱梁的在離心力作用下的橫向變位并不是很大，在半徑為1000時(shí)，中跨跨中的橫向位移不超過(guò)3mm，可見(jiàn)對(duì)于曲線梁選取箱梁截面能提供較大的剛度。

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10.3969/j.issn.1001-8972.2011.10.044

董華縣 湖北襄陽(yáng)人，工學(xué)碩士，20 09年畢業(yè)于中南大學(xué)，長(zhǎng)期從事橋梁設(shè)計(jì)工作。