徐友才， 游勇利， 劉 華

(1.江西省公路科研設計院有限公司， 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。

吉安贛江大橋為兼顧城市道路功能的橋梁，由通航主橋和引橋組成。主橋采用(75+2×120+75)m預應力混凝土變高度連續(xù)梁，引橋采用25～42m不等的預應力混凝土連續(xù)箱梁，橋梁全長1501.2m。根據規(guī)劃要求，大橋近期按照公路標準建設，橋面設雙向車道+非機動車道+人行道，遠期預留有軌電車通道，計劃將中間2個機動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經驗較少，吉安贛江大橋設計中，積極開展了預留軌道交通空間的相關技術專題研究，研究內容包括預留軌道交通空間位置的比選、設計標準、公路荷載與有軌電車荷載效應對比、設計參數、列車行走平穩(wěn)性及安全性等關鍵技術。

2 軌道交通空間位置的比選

現代有軌電車具有多種路權方式，由于半獨立路權(路段封閉+路口開放)方式需采用地面敷設，其運行效率受機動車、非機動車和行人等常規(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營是研究的重、難點。

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

根據路基段有軌電車路線設置情況，對橋梁段有軌電車的布置進行了比較，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(遠期)(單位： cm)

通過對兩種方案的經濟性、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 兩種方案橋梁結構受力均滿足相關設計規(guī)范要求，但方案2建設費用較低，工期短。② 本項目跨徑較大，如采用方案1，則軌道交通橋梁的鋼束構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 本項目有軌電車為分期建設，近期可采用雙向公路6車道，后期利用中間2個車道改造成軌道交通通道，整個工程建設較節(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

吉安贛江大橋為一座兼顧城市道路功能的橋梁，同時考慮遠期預留有軌電車通道，作用設計力根據《公路橋涵設計通用規(guī)范》[1]和《城市道路與軌道交通合建橋梁設計規(guī)范》[2]有關規(guī)定執(zhí)行(見表1)。

3.2 有軌電車活載

根據規(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留在內側。為節(jié)約成本，站臺間無架空接觸網。采用站臺內充電蓄電的低踏板車輛，車輛可根據運能需要，采用多個模塊進行編組，并形成適合線路條件的動拖比布置。每輛車可獨立運行，也可連掛運行，車輛軸重120 kN。

表1 作用類型分類名稱分類名稱結構自重列車橫向搖擺力附屬設備自重制動力或牽引力恒載預加應力附加力風力混凝土收縮徐變流水壓力基礎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，有軌電車技術參數見表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]有關規(guī)定執(zhí)行。列車脫軌作用、船舶撞擊力、汽車撞擊力僅計算其中的一種作用，且不與其他附加力組合。活載按汽車與有軌電車直接組合；車輛制動力按汽車與有軌電車直接組合。

表2 有軌電車技術參數最高運營速度/(km·h-1)定員/人列車長度/mm緊急制動減速度/(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分析對比

4.1 箱梁橋面板荷載效應分析

根據公路規(guī)范[1]車輛荷載軸重的標準值，后軸為140kN，軸間距1.4m，輪距1.8m(見圖6)；本由圖5可知項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《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》[5]4.2條計算分析可知，公路車輛對箱梁橋面板荷載效應大于有軌電車荷載(見表3)。因此，箱梁橋面板荷載效應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折線橫向分布系數有效寬度a/m車輪荷載P/kN折線橫向分布系數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:對同時承受汽車與軌道交通荷載的橋梁結構，應進行承載力承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)設計。

結合橋梁結構設計圖紙，結構靜力分析采用Midas Civil 2015進行分析，全橋共劃分134個單元。有限元模型見圖7。

圖7 有限元計算模型

汽車和列車荷載共同作用時，宜采用同一動力放大系數(1+μ)，動力放大系數將汽車和列車分別計算并取較大值。汽車荷載豎向動力放大系數為1.05，有軌電車荷載豎向動力放大系數為1.064，因此，本橋梁結構的豎向動力放大系數設計值取1.064。

4.2.1荷載彎矩效應分析

根據橋梁有限元分析結果可知，主橋遠期(汽車+有軌電車荷載)比近期(汽車荷載)彎矩效應小(見圖8、圖9)，且橋梁結構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抗力驗算及應力驗算指標均滿足現行規(guī)范要求。

圖8 近期(汽車荷載)、遠期(汽車+有軌電車荷載)彎矩效應對比

圖9 持久狀況承載能力極限狀態(tài)彎矩比較

4.2.2主梁豎向撓度驗算分析

主梁容許豎向撓度限值主要是從列車運行的安全性、舒適性與混凝土結構徐變預拱度控制等方面考慮。一般來說，高速鐵路荷載大、車速快，車橋振動較大，對橋梁剛度要求嚴格；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)定預應力混凝土梁撓度容許值為L/800。《地鐵設計規(guī)范》[4]對高架區(qū)間結構規(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應力混凝土梁橋結構，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，有軌電車荷載產生的豎向撓度值略小于公路-Ⅰ荷載產生的豎向撓度值(見表4)。

表4 持久狀況正常使用極限狀態(tài)豎向撓度mm項目豎向撓度設計值近期遠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，有軌電車荷載產生的效應值略小于公路-Ⅰ荷載產生的效應值，橋梁各項受力指標均滿足規(guī)范要求，公軌橋梁合建方案可行。

5 結論

吉安贛江大橋設計中開展了預留軌道交通空間位置、作用類型和作用組合等相關技術專題研究，得到以下結論：

1) 荷載標準的比較是公軌合建的基本前提，經過分析比較，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。