謝 丹

（中國華西工程設(shè)計(jì)建設(shè)有限公司深圳分公司，廣東深圳518029）

1 概述

深圳地鐵11號線是深圳軌道交通線網(wǎng)中的一條西部快線，線路總長51.495 km，其中含兩段高架線路，分別位于碧海站-機(jī)場站之間（寶源路段），以及福永站-后亭站之間（寶安大道段），占線路總長的2.51%。

2 箱梁截面設(shè)計(jì)

碧海站-機(jī)場站高架區(qū)間標(biāo)準(zhǔn)跨推薦采用結(jié)構(gòu)功能適用性較好、技術(shù)成熟的預(yù)應(yīng)力混凝土斜腹板箱梁結(jié)構(gòu)。普通梁部主要采用30 m單箱單室預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁。梁頂寬10.2 m，梁高2.0 m。截面采用斜腹板飛雁式，箱梁翼緣根部及腹板、箱底交界處采用圓弧倒角處理，保證梁體外觀的線條流暢。預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁施工工藝成熟，與周邊環(huán)境及線路線型適用性強(qiáng)，同時與非標(biāo)準(zhǔn)大跨連續(xù)梁過渡自然，如圖1所示。

圖1 地鐵上部結(jié)構(gòu)橫斷面（單位：mm）

3 設(shè)計(jì)荷載

3.1 主力

3.1.1 恒載

（1）結(jié)構(gòu)自重：混凝土容重按26.5 kN/m3計(jì)，按實(shí)際斷面計(jì)算重量。

（2）二期荷載：包括軌枕板、鋼軌、扣件、感應(yīng)板、橋面防水層、護(hù)欄、接觸網(wǎng)、電纜及支架、疏散平臺、聲屏障等，雙線按126 kN/m計(jì)。

（3）預(yù)應(yīng)力：按照《鐵路橋梁鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB10002.3-2005）計(jì)算。

（4）混凝土收縮和徐變：按照《鐵路橋梁鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB10002.3-2005）計(jì)算。

（5）基礎(chǔ)變位：按1 cm考慮。由于簡支梁是靜定結(jié)構(gòu)，因此支座位移不產(chǎn)生內(nèi)力和應(yīng)力。

3.1.2 活載

3.1.2.1 列車荷載

該項(xiàng)目按八節(jié)車輛編組設(shè)計(jì)，重車軸重160 kN，空車軸重80 kN，見圖2所示。

圖2 列車荷載示意圖

3.1.2.2 列車豎向動力作用

按《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》第9.2.6條，沖擊系數(shù)1+μ=1+0.8×α×6/（30+L），L為橋梁跨度(m)。α=4×（1-h），取α=2。計(jì)算得出該橋沖擊系數(shù)為1.16。

3.2 附加力

溫度力按《鐵路橋涵基本設(shè)計(jì)規(guī)范》與《鐵路橋涵鋼筋混凝土與預(yù)應(yīng)力混凝土規(guī)范》規(guī)定進(jìn)行計(jì)算。

整體溫差：升溫溫差按T=25℃計(jì),降溫溫差按T=-20℃計(jì)。由于簡支梁是靜定結(jié)構(gòu)，因此均勻升、降溫不產(chǎn)生內(nèi)力和應(yīng)力。

日照溫差：按單向考慮，升溫溫差按T0=20℃考慮，降溫溫差按T0’=-10℃考慮，簡支梁在梯度升、降溫作用下不引起內(nèi)力，但有應(yīng)力存在。

3.3 荷載組合及特殊荷載

主力組合：結(jié)構(gòu)自重+二期恒載+預(yù)應(yīng)力+混凝土收縮和徐變+活載。

主力+附加力組合：結(jié)構(gòu)自重+二期恒載+預(yù)應(yīng)力+混凝土收縮和徐變+活載+日照溫差。

主力+特殊荷載組合：結(jié)構(gòu)自重+二期恒載+預(yù)應(yīng)力+混凝土收縮和徐變+活載+脫軌力。

脫軌力：按《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50157-2003）第9.3.7.2條辦理。

4 設(shè)計(jì)參數(shù)

4.1 結(jié)構(gòu)參數(shù)

梁體混凝土強(qiáng)度等級為C50，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)如1、表2所列。

表1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)表

表2 預(yù)應(yīng)力鋼束配置情況一覽表

4.2 結(jié)構(gòu)橫斷面（見圖3、圖4）

圖3 支點(diǎn)斷面圖（單位：mm）

圖4 跨中斷面圖（單位：mm）

4.3 預(yù)應(yīng)力鋼束配置（見圖5、圖6）

5 箱梁結(jié)構(gòu)計(jì)算

根據(jù)荷載組合要求的內(nèi)容進(jìn)行主梁強(qiáng)度、抗裂性、應(yīng)力計(jì)算，驗(yàn)算結(jié)構(gòu)在運(yùn)營階段應(yīng)力及主梁極限承載能力是否滿足規(guī)范要求。

5.1 計(jì)算方法

梁部結(jié)構(gòu)的靜力計(jì)算分析采用平面桿系理論，主梁縱向采用橋梁博士軟件進(jìn)行計(jì)算，以主梁軸線為基準(zhǔn)線劃分結(jié)構(gòu)離散圖。全橋共劃分15個節(jié)點(diǎn)，14個梁單元。結(jié)構(gòu)有限元模型如圖7所示。

5.2 施工階段應(yīng)力驗(yàn)算

5.2.1 施工階段劃分

（1）滿堂支架現(xiàn)澆箱梁混凝土，張拉預(yù)應(yīng)力鋼束；

（2）施工二期恒載；

（3）考慮1500 d收縮徐變。

圖5 腹板鋼束配置立面圖（單位：mm）

圖6 底板鋼束配置立面圖（單位：mm）

圖7 結(jié)構(gòu)離散圖

5.2.2 施工階段應(yīng)力驗(yàn)算

根據(jù)橋規(guī)TB10002.3-2005第6.4.4條，假定預(yù)應(yīng)力張拉時，混凝土的強(qiáng)度已經(jīng)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的100%。

壓應(yīng)力：σc≤0.75fc'=0.75×33.5=25.1（MPa）；

拉應(yīng)力：σct≤0.7fct'=0.7×3.1=2.17（MPa）。

表3為施工階段混凝土應(yīng)力匯總表。

表3 施工階段混凝土應(yīng)力匯總表（單位：MPa）

由表3可知，施工階段上緣最大應(yīng)力為：5.7 MPa，最小應(yīng)力為：0 MPa；下緣最大應(yīng)力為：14.4 MPa，最小應(yīng)力為：0 MPa，均滿足規(guī)范要求。

5.3 承載能力極限強(qiáng)度驗(yàn)算

依規(guī)范6.1.5條強(qiáng)度驗(yàn)算的規(guī)定，主梁主力組合強(qiáng)度安全系數(shù)為：2，主力＋附加力組合強(qiáng)度安全系數(shù)為：1.8。該梁為現(xiàn)場澆筑施工，不是工廠制造，按規(guī)范要求安全系數(shù)提高10%，分別為：2.2和1.98.主梁在成橋階段主力工況下選取代表性截面：跨中截面、1/4跨截面，進(jìn)行正截面抗彎承載力驗(yàn)算，具體結(jié)果如表4所列，主梁各截面強(qiáng)度均滿足規(guī)范要求。

表4 主力組合正截面抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算表（單位：kN·m）

5.4 運(yùn)營階段驗(yàn)算

運(yùn)營階段，活載考慮地鐵輕軌活載的最不利加載，以及其他可變荷載考慮橋面板升、降溫。

將各種荷載進(jìn)行二種組合，對正應(yīng)力和主應(yīng)力驗(yàn)算：

（1）組合I：主力組合：恒載+活載+預(yù)應(yīng)力+混凝土收縮徐變;

（2）組合II：主力+附加力組合：主力+溫度變化+支座沉降+制動力。根據(jù)橋規(guī)TB10002.3-2005第6.3.10-11條：運(yùn)營荷載下正截面壓應(yīng)力（主力組合）σc≤0.50fc=16.75 MPa，

運(yùn)營荷載下正截面壓應(yīng)力（主+附）σc≤0.55fc=18.425 MPa，

運(yùn)營荷載下正截面拉應(yīng)力σct≤0（不出現(xiàn)拉應(yīng)力）。

5.4.1 主力組合（見表5）

表5 主力組合正截面應(yīng)力驗(yàn)算表（單位：MPa）

主力組合下，箱梁上緣最大正應(yīng)力為：7.8 MPa≤16.75 MPa；上緣最小正應(yīng)力為：0 MPa≥0 MPa；箱梁下緣最大正應(yīng)力為：8.6 MPa≤16.75 MPa；下緣最小正應(yīng)力為：0 MPa≥0 MPa，全截面沒有出現(xiàn)拉應(yīng)力，滿足規(guī)范要求。

5.4.2 主力+附加力組合（見表6）

表6 主力+附加力組合正截面應(yīng)力驗(yàn)算表（單位：MPa）

主力+附加力組合下，箱梁上緣最大正應(yīng)力為：10.5 MPa≤18.43 MPa；上緣最小正應(yīng)力為：0 MPa≥0 MPa；箱梁下緣最大正應(yīng)力為：9.4 MPa≤18.43 MPa；下緣最小正應(yīng)力為：0 MPa≥0 MPa，全截面沒有出現(xiàn)拉應(yīng)力，滿足規(guī)范要求。

5.5 截面剪應(yīng)力驗(yàn)算

根據(jù)橋規(guī)TB10002.3-2005第6.3.15條：

運(yùn)營荷載下梁體最大剪應(yīng)力τc≤0.17fc=5.695（MPa）（無豎向預(yù)應(yīng)力）。

5.5.1 主力組合（見圖8）

圖8 主力組合箱梁剪應(yīng)力包絡(luò)圖（單位：MPa）

主力組合下箱梁最大剪應(yīng)力為：2.0 MPa≤5.695 MPa，滿足規(guī)范要求。

5.5.2 主力+附加力組合（見圖9）

圖9 主力+附加力組合箱梁剪應(yīng)力包絡(luò)圖（單位：MPa）

主力+附加力組合下箱梁最大剪應(yīng)力為：2.0 MPa≤5.695 MPa，滿足規(guī)范要求。

5.6 截面抗裂驗(yàn)算

5.6.1 正截面抗裂驗(yàn)算

根據(jù)橋規(guī)TB10002.3-2005第6.3.9條：

kfσ≤σc+γfct，γ=2S0/W0。

橋梁博士V3.2輸出抗裂性驗(yàn)算的結(jié)果，是按6.3.9-2式移項(xiàng)后得到的σc-kfσ值，即只要滿足σc-kfσ≥-γfct（其中kf=1.2，γ>1）即可滿足規(guī)范要求。因此只要將橋博輸出的組合III的應(yīng)力值與-γfct比較就可以判斷是否滿足規(guī)范要求。

表7為正截面抗裂驗(yàn)算應(yīng)力匯總表。

表7 正截面抗裂驗(yàn)算應(yīng)力匯總表（單位：MPa）

箱梁上緣最小正應(yīng)力為：-2.38 MPa≥-3.1 MPa；箱梁下緣最小正應(yīng)力為：-0.624 MPa≥-3.1 MPa，滿足規(guī)范要求。

5.6.2 斜截面抗裂驗(yàn)算

根據(jù)橋規(guī)TB10002.3-2005第6.3.9條：

主壓應(yīng)力（主力組合）σcp≤0.6fc=20.10 MPa（見表8）。

表8 主力組合混凝土主應(yīng)力表（單位：MPa）

主壓應(yīng)力（主力 +附加應(yīng)力組合）σcp≤0.66fc=22.11 MPa（見表9）。

表9 主力+附加力組合混凝土主應(yīng)力表（單位：MPa）

主拉應(yīng)力（無豎向預(yù)應(yīng)力）σtp≤fct=3.10 MPa。

主力組合下，最大主壓應(yīng)力為：9.9 MPa≤20.1 MPa，最大主拉應(yīng)力為：-1.7 MPa≥-3.1 MPa，滿足規(guī)范要求；主力+附加力組合下，最大主壓應(yīng)力為：13.1 MPa≤20.1 MPa，最大主拉應(yīng)力為：-2.9 MPa≥-3.1 MPa，滿足規(guī)范要求。

[1]鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范[S].

[2]鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].