徐友才， 游勇利， 劉 華

(1.江西省公路科研設(shè)計(jì)院有限公司， 江西 南昌 330002； 2.吉安市路橋工程局， 江西 吉安 343500)

1 工程概述

吉安贛江大橋位于吉安市中心城區(qū)，東接青原區(qū)贛江大道，西接吉州區(qū)吉安南大道，是吉安市東西向重要的交通通道。受服役周期長、橋梁病害嚴(yán)重以及橋面寬度不能滿足城市發(fā)展需要等不利因素的影響，擬將老橋拆除并在原址上新建一座大橋。

吉安贛江大橋?yàn)榧骖櫝鞘械缆饭δ艿臉蛄海赏ê街鳂蚝鸵龢蚪M成。主橋采用(75+2×120+75)m預(yù)應(yīng)力混凝土變高度連續(xù)梁，引橋采用25～42m不等的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，橋梁全長1501.2m。根據(jù)規(guī)劃要求，大橋近期按照公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，橋面設(shè)雙向車道+非機(jī)動(dòng)車道+人行道，遠(yuǎn)期預(yù)留有軌電車通道，計(jì)劃將中間2個(gè)機(jī)動(dòng)車道改造成軌道交通。

考慮到公路與軌道交通同平面合建的大跨徑橋梁建設(shè)經(jīng)驗(yàn)較少，吉安贛江大橋設(shè)計(jì)中，積極開展了預(yù)留軌道交通空間的相關(guān)技術(shù)專題研究，研究內(nèi)容包括預(yù)留軌道交通空間位置的比選、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、公路荷載與有軌電車荷載效應(yīng)對比、設(shè)計(jì)參數(shù)、列車行走平穩(wěn)性及安全性等關(guān)鍵技術(shù)。

2 軌道交通空間位置的比選

現(xiàn)代有軌電車具有多種路權(quán)方式，由于半獨(dú)立路權(quán)(路段封閉+路口開放)方式需采用地面敷設(shè)，其運(yùn)行效率受機(jī)動(dòng)車、非機(jī)動(dòng)車和行人等常規(guī)城市交通元素的制約，如何降低有軌電車對城市交通的影響且保證其高效運(yùn)營是研究的重、難點(diǎn)。

有軌電車在路基段的布置方式一般分為兩種，分隔帶布置和路側(cè)布置(宜布置在側(cè)分帶左右側(cè))，根據(jù)規(guī)劃要求、交通安全、運(yùn)行效率及道路沿線建設(shè)情況，本項(xiàng)目路基段有軌電車路線設(shè)置在中央分隔帶上。

根據(jù)路基段有軌電車路線設(shè)置情況，對橋梁段有軌電車的布置進(jìn)行了比較，其中方案1采用公軌橋梁分離布置(見圖1、圖2)，方案2采用公軌橋梁合建布置(見圖3、圖4)。

圖1 公軌橋梁分離布置(近期)(單位： cm)

圖2 公軌橋梁分離布置(遠(yuǎn)期)(單位： cm)

圖3 公軌橋梁合建布置(近期)(單位： cm)

圖4 公軌橋梁合建布置(遠(yuǎn)期)(單位： cm)

通過對兩種方案的經(jīng)濟(jì)性、適用性和可行性等方面對比分析，決定采用方案2，其原因在于： ① 兩種方案橋梁結(jié)構(gòu)受力均滿足相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范要求，但方案2建設(shè)費(fèi)用較低，工期短。② 本項(xiàng)目跨徑較大，如采用方案1，則軌道交通橋梁的鋼束構(gòu)造布置空間不滿足要求；對于小跨徑橋梁，可以采用方案1。③ 本項(xiàng)目有軌電車為分期建設(shè)，近期可采用雙向公路6車道，后期利用中間2個(gè)車道改造成軌道交通通道，整個(gè)工程建設(shè)較節(jié)省，且方案合理可行。

3 作用類型與作用組合

3.1 作用類型

吉安贛江大橋?yàn)橐蛔骖櫝鞘械缆饭δ艿臉蛄海瑫r(shí)考慮遠(yuǎn)期預(yù)留有軌電車通道，作用設(shè)計(jì)力根據(jù)《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》[1]和《城市道路與軌道交通合建橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]有關(guān)規(guī)定執(zhí)行(見表1)。

3.2 有軌電車活載

根據(jù)規(guī)劃，有軌電車將在中央綠化帶上通行，吉安贛江大橋的有軌電車通道將預(yù)留在內(nèi)側(cè)。為節(jié)約成本，站臺間無架空接觸網(wǎng)。采用站臺內(nèi)充電蓄電的低踏板車輛，車輛可根據(jù)運(yùn)能需要，采用多個(gè)模塊進(jìn)行編組，并形成適合線路條件的動(dòng)拖比布置。每輛車可獨(dú)立運(yùn)行，也可連掛運(yùn)行，車輛軸重120 kN。

表1 作用類型分類名稱分類名稱結(jié)構(gòu)自重列車橫向搖擺力附屬設(shè)備自重制動(dòng)力或牽引力恒載預(yù)加應(yīng)力附加力風(fēng)力混凝土收縮徐變流水壓力基礎(chǔ)變位溫度力水浮力支座摩阻力主力汽車活載列車脫軌荷載列車活載船只或汽車撞擊力活載沖擊力特殊荷載施工臨時(shí)荷載人群荷載地震作用 鋼軌縱向力無縫線路斷軌力

有軌電車荷載縱向布置見圖5，有軌電車技術(shù)參數(shù)見表2。

圖5 有軌電車荷載縱向布置

3.3 作用組合

作用組合按規(guī)范[1]、[2]有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。列車脫軌作用、船舶撞擊力、汽車撞擊力僅計(jì)算其中的一種作用，且不與其他附加力組合?；钶d按汽車與有軌電車直接組合；車輛制動(dòng)力按汽車與有軌電車直接組合。

表2 有軌電車技術(shù)參數(shù)最高運(yùn)營速度/(km·h-1)定員/人列車長度/mm緊急制動(dòng)減速度/(m·s-2)車體寬度/mm車體高度/mm踏板高度/mm軸重/kN7036834 800≥2.52 6503 560350120

4 公路荷載與有軌電車荷載效應(yīng)分析對比

4.1 箱梁橋面板荷載效應(yīng)分析

根據(jù)公路規(guī)范[1]車輛荷載軸重的標(biāo)準(zhǔn)值，后軸為140kN，軸間距1.4m，輪距1.8m(見圖6)；本由圖5可知項(xiàng)目采用的有軌電車車輛荷載平均軸重為120kN，軸間距1.8m，輪距為1.435m。根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》[5]4.2條計(jì)算分析可知，公路車輛對箱梁橋面板荷載效應(yīng)大于有軌電車荷載(見表3)。因此，箱梁橋面板荷載效應(yīng)分析均采用公路車輛荷載。

圖6 公路汽車車輛荷載縱向布置

表3 汽車、有軌電車橋面板荷載x坐標(biāo)汽車荷載有軌電車荷載有效寬度a/m車輪荷載P/kN折線橫向分布系數(shù)有效寬度a/m車輪荷載P/kN折線橫向分布系數(shù)0.82 5.4828051.09 5.8824040.82 1.38 5.4828051.09 5.8824040.82 3.00 0.84140166.67 0.84120142.86 3.55 0.84140166.67 0.84120142.86 5.17 5.4828051.09 5.8824040.82 7.51 5.4828051.09 5.8824040.82 9.13 0.84140166.67 0.84120142.86 9.68 0.84140166.67 0.84120142.86 11.30 5.4828051.09 5.8824040.82 13.63 5.4828051.09 5.8824040.82 15.25 0.84140166.67 0.84120142.86 15.80 0.84140166.67 0.84120142.86 17.42 5.4828051.09 5.8824040.82 17.98 5.4828051.09 5.8824040.82

4.2 橋梁受力分析

規(guī)范[2]規(guī)定:對同時(shí)承受汽車與軌道交通荷載的橋梁結(jié)構(gòu)，應(yīng)進(jìn)行承載力承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)。

結(jié)合橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙，結(jié)構(gòu)靜力分析采用Midas Civil 2015進(jìn)行分析，全橋共劃分134個(gè)單元。有限元模型見圖7。

圖7 有限元計(jì)算模型

汽車和列車荷載共同作用時(shí)，宜采用同一動(dòng)力放大系數(shù)(1+μ)，動(dòng)力放大系數(shù)將汽車和列車分別計(jì)算并取較大值。汽車荷載豎向動(dòng)力放大系數(shù)為1.05，有軌電車荷載豎向動(dòng)力放大系數(shù)為1.064，因此，本橋梁結(jié)構(gòu)的豎向動(dòng)力放大系數(shù)設(shè)計(jì)值取1.064。

4.2.1荷載彎矩效應(yīng)分析

根據(jù)橋梁有限元分析結(jié)果可知，主橋遠(yuǎn)期(汽車+有軌電車荷載)比近期(汽車荷載)彎矩效應(yīng)小(見圖8、圖9)，且橋梁結(jié)構(gòu)承載能力在極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)下，正截面和斜截面的各項(xiàng)抗力驗(yàn)算及應(yīng)力驗(yàn)算指標(biāo)均滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。

圖8 近期(汽車荷載)、遠(yuǎn)期(汽車+有軌電車荷載)彎矩效應(yīng)對比

圖9 持久狀況承載能力極限狀態(tài)彎矩比較

4.2.2主梁豎向撓度驗(yàn)算分析

主梁容許豎向撓度限值主要是從列車運(yùn)行的安全性、舒適性與混凝土結(jié)構(gòu)徐變預(yù)拱度控制等方面考慮。一般來說，高速鐵路荷載大、車速快，車橋振動(dòng)較大，對橋梁剛度要求嚴(yán)格；城市軌道交通荷載較小，速度低，對橋梁剛度要求相對較低。

鐵路規(guī)范規(guī)定預(yù)應(yīng)力混凝土梁撓度容許值為L/800?！兜罔F設(shè)計(jì)規(guī)范》[4]對高架區(qū)間結(jié)構(gòu)規(guī)定跨度L>80 m的梁式橋，豎向撓度容許值為L/1000。參照規(guī)范[2]和規(guī)范[4]，吉安贛江大橋主梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋結(jié)構(gòu)，橋梁豎向撓度容許值為L/1 000。由此可知吉安贛江大橋豎向撓度滿足要求，有軌電車荷載產(chǎn)生的豎向撓度值略小于公路-Ⅰ荷載產(chǎn)生的豎向撓度值(見表4)。

表4 持久狀況正常使用極限狀態(tài)豎向撓度mm項(xiàng)目豎向撓度設(shè)計(jì)值近期遠(yuǎn)期豎向撓度容許值第1跨16.9012.5975第2跨40.50 30.45120第3跨40.50 30.45120第4跨16.90 12.5975

通過以上分析，有軌電車荷載產(chǎn)生的效應(yīng)值略小于公路-Ⅰ荷載產(chǎn)生的效應(yīng)值，橋梁各項(xiàng)受力指標(biāo)均滿足規(guī)范要求，公軌橋梁合建方案可行。

5 結(jié)論

吉安贛江大橋設(shè)計(jì)中開展了預(yù)留軌道交通空間位置、作用類型和作用組合等相關(guān)技術(shù)專題研究，得到以下結(jié)論：

1) 荷載標(biāo)準(zhǔn)的比較是公軌合建的基本前提，經(jīng)過分析比較，公軌共梁單層合建方案可行。

2) 公路與軌道交通工程合建可充分利用有限的資源、節(jié)省工程投資，該方案可為類似工程提供參考。