薛曉凱

（中鐵工程設計咨詢集團有限公司，河南 鄭州 450001）

1 研究現(xiàn)狀

城市地鐵的建設因受地形等因素的限制，部分車站咽喉區(qū)的道岔必須置于橋梁上。目前對于地鐵道岔梁的受力分析研究相對較少，且研究所用模型多為平面桿系，無法考慮梁體的橫向變形和活載的空間分布特性及軌道與梁體之間的相互作用。與平面模型相比，空間梁格模型能夠更為真實地反應此類多線道岔梁的受力狀態(tài)及相互影響情況。

2 工程概況

某地鐵高架區(qū)段為正線左、右線與車輛段出入段線左、右線的交叉渡線區(qū)，設計采用（4×32.7+20.4）m連續(xù)梁結構形式，如圖1所示。

圖1 橋位平面圖

橋梁總長151.2 m，梁高2.0 m，橋面寬20.0～21.0 m，采用單箱五室截面，頂面平坡。頂板厚0.25 m，底板厚0.27 m，腹板厚0.5 m，懸臂長1.1 m，懸臂根部0.35 m，腹板采用斜腹板，腹板斜率1：3，梁端設置橫隔板，橫隔板厚1.5 m。箱梁一端靠近梁端底板設置長圓形進人孔，尺寸為1 000×600 mm。采用摩擦擺減隔震支座，支座橫向間距8 m，縱向支座中心距離梁端0.55 m。箱梁采用雙向向預應力體系。縱向預應力腹板鋼束采用15-φs15.2鋼束，頂板和底板鋼束均采用12-φs15.2鋼束。預應力鋼束采用高強低松弛鋼絞線，fpk=1 860 MPa，Ep=1.95×105MPa，所有預應力鋼絞線均采用高密度聚乙烯塑料波紋管成孔。腹板束錨固于梁端，頂底板鋼束交叉錨固于箱梁頂底板的齒塊上。

3 技術標準

3.1 主要技術參數

結構設計使用年限：100年；列車類型：標準B型車；設計行車速度：120 km/h；車型及編組：6輛編組；地震動峰值加速度：0.15g；抗震設防烈度：7度。

3.2 設計荷載

（1）恒載：自重，二期恒載，預應力，混凝土收縮徐變，基礎變位。

（2）列車活載：列車編組為6 輛，車輛最大軸重140 kN。列車豎向動力系數為1+μ。

（3）附加力：列車制動力和牽引力以及溫度影響力。

4 平面桿系模型

采用“橋梁博士”建立平面桿系模型，全橋共131個節(jié)點，130個單元，計算結果如下：

（1）支座反力：1#、3#、5#橋墩支座總反力分別為12 453 kN、25 745 kN、24 376 kN。平面桿系模型的弊端只能計算出總反力，不能反映出每個支座的反力值。

（2）主力作用下強度安全系數2.39，“主力+附加力”作用下強度安全系數2.30，應力結果如圖2所示。

圖2 主力組合上下緣正應力圖

（3）梁體變形：工后徐變?yōu)?.2 mm＜10 mm，靜活載撓度L/8 275＜L/1 500，梁端轉角0.4‰＜3‰，均滿足規(guī)范要求。

5 空間梁格模型

5.1 模型簡介

用等效梁格代替橋梁上部結構，將分散在板、梁每一區(qū)段內的彎曲剛度和抗扭剛度集中于最鄰近的等效梁格內。實際結構的縱向剛度集中于縱向梁格構件內，橫向剛度集中于橫向梁格內。理想的剛度等效原則是：當原型實際結構和對應的等效梁格承受相同的荷載時，二者的撓曲將是恒等的，并且每一梁格內的彎矩、剪力和扭矩等于該梁格所代表的實際結構部分的內力。箱梁斷面采用單箱五室截面，根據“剪力-柔性梁格理論”，將單箱五室斷面劃分為6個“獨立”的“工字梁”。橫向梁格抗彎剛度采用“虛擬橫梁法”定義多根虛擬橫梁模擬各片縱梁之間的橫向聯(lián)系，橫梁與縱梁采用共節(jié)點的方式保持共同受力。

5.2 計算結果

（1）支座反力：1#橋墩左、右支座反力分別為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%。由于受橋面道岔區(qū)設備布置及曲線等因素影響，同一個橋墩左、右兩支座的支座反力有明顯差異，這是梁格模型對橋梁實際受力狀態(tài)的反映，也是單梁模型所不能替代的。

（2）截面強度、應力計算結果如表1所示。

表1 截面強度與應力計算結果/MPa

梁格模型能夠較為全面地反映出整個梁體的受力狀態(tài)，箱梁強度及混凝土應力指標均滿足規(guī)范要求。工后徐變?yōu)?.8 mm，靜活載撓度L/9875，梁端轉角0.35‰，均滿足規(guī)范要求。

6 結語

（1）道岔是線路的薄弱環(huán)節(jié)，橋梁梁端產生相對的伸縮時也會引起道岔的變形，無縫道岔必須設于連續(xù)梁上。

（2）道岔連續(xù)梁的計算需要考慮車輛、道岔及梁體的相互影響。

（3）對于橋面較寬的變寬連續(xù)梁，普通的平面桿系模型已不能較好地滿足受力分析精度的要求，建議采用“梁格模型”，能夠更準確地模擬梁體的空間受力狀況。

（4）橋面較寬時的橫向計算需充分考慮橋面設備的布置、列車脫軌荷載以及風力等因素的影響，通過計算指導配筋設計。

（5）通過對此地鐵四線道岔變寬連續(xù)梁的設計過程分析，積累了道岔連續(xù)梁設計的經驗，對于類似工程具有一定的參考意義。