31.2 m跨中低速磁悬浮轨道梁截面关键尺寸研究.pdf

文章编号:()收稿日期:网络首发日期:基金项目:中国铁建股份有限公司科技重大专项()作者简介:董超()男四川成都人助理工程师主要从事桥梁设计工作:.引文格式:董超.跨中低速磁悬浮轨道梁截面关键尺寸研究.铁道建筑技术():.跨中低速磁悬浮轨道梁截面关键尺寸研究董 超(中铁二十三局集团建筑设计研究院有限公司 四川成都)摘 要:为填补中低速磁浮轨道梁在 以上标准跨度的空白拟定了中低速磁浮轨道梁多种梁高分别计算其强度与刚度根据梁承载力要求、变形极限和动力特性提出了推荐的.跨中低速磁浮轨道梁高度、顶板、底板和腹板厚度参数 基于推荐的参数制造了等比例试验梁并进行静载试验 研究得出随着梁高的加高轨道梁的强度与刚度有较好提升在满足梁承载力要求、变形极限和动力特性要求的条件下兼顾城市空间限制以及景观考虑选择.梁高作为.跨度中低速磁浮轨道梁合理梁高关键词:中低速磁浮轨道梁.跨度 截面参数 静载试验中图分类号:.文献标识码:./.(.):.:.引言近年来我国城镇化迅速 立体交通设施越来越多北京、上海、广州等特大城市在立体交通网的建设中投入了大量的精力 中低速磁浮目前在城市轨道交通中属于比较尖端的技术 赖慧蕊等认为磁浮轨道梁及桥墩的研究受到越来越多的关注 徐银光等认为中低速磁浮交通是中低运量城市地面轨道交通的最佳制式在我国有广阔的应用前景 邹振民认为中低速磁浮交通在未来城市中短距离的交通运输中具有良好的发展前景 边涛论证了中低速磁浮交通在市域(郊)铁路的优势 牟瀚林研究得出中低速磁浮铁路具有小半径、选线灵活、爬坡能力强的特点在地势条件复杂的山区或交通条件复杂的城区最能体现其优势 张文斌等采用中低速磁浮轨道梁结构体系比选墩梁型比选经济跨度比选施工方式比选提出了轨道梁的合理结构形式和建造方式 颜志华提出适用于单箱单室后张预应力混凝土简支的中低速磁悬浮轨道梁强度计算不作为轨道梁的控制因素刚度和动力性成为设计控制中低速磁悬浮轨道梁的要素杨平等对中低速磁浮轨道梁动力系数做了详细研究论证了我国中低速磁浮交通设计规范的最小限值是 偏于保守 罗锟等研究得出高速列车运行引起的轨道 桥梁振动在 以内的低频区域衰减较慢 以上随着振动频率的增加衰减速度逐渐加快 王凌波等对静载试验校验系数及优化评定方法铁道建筑技术 ()董超:.跨中低速磁悬浮轨道梁截面关键尺寸研究展开了相应研究 赵瑞鹏对高速铁路不同梁高结构设计进行了对比分析国内目前投入使用的中低速磁浮线共有 条分别是上海磁浮示范线、北京磁浮 线、长沙磁浮快线和成都青城山磁浮线线路全长 长沙、北京磁浮项目实施过程中大部分采用简支箱梁跨度多在 以下少部分达到 跨越城市道路、河沟等普适性一般 我国标准铁路桥梁跨度为 与 为填补磁浮轨道梁在 以上标准跨度的空白新型跨度磁浮轨道梁研究必要性突出 因此本文提出一种新型跨度(.)中低速磁浮线简支箱梁段(以下简称轨道梁)对其关键尺寸进行了设计研究并制造了等比例试验梁进行静载试验 设计原则中低速磁悬浮交通一般用于近距离运输 列车设计最大时速为 根据国内既有运营线路资料线路平曲线段多采用专项设计结构多采用钢梁故本文仅对直线段磁悬浮梁进行讨论 本文选定梁结构为等高单箱单室简支梁结构桥梁跨度为匹配标准长度轨排布置暂定.桥面宽度受轨排结构空间限制为.梁的顶板、底板和腹板为抵抗剪力在梁端进行加厚处理 采取工地集中预制、吊装等方式进行施工主梁材料采用 混凝土 预应力钢绞线采用公称直径.、的 钢绞线锚固系统为自锚式采用后张法进行建造 普通钢筋规格采用 及 梁的结构设计计算.梁高拟定中低速磁浮轨道梁通常架设于城市内桥梁设计时受到线下线路建筑限界影响跨越建筑物时需留出足够的高度为满足限界条件如若一味地调高轨顶高程下部结构高度必然随之调高造价也会大幅增加故应在容许的范围内适当调高轨顶高程并在满足结构安全的前提下降低梁高本文取轨道梁梁高在.范围每.为 级共 级同时暂拟轨道梁截面其他参数如下:桥顶面宽度受到磁浮列车空间要求及轨排安装要求制约限定自梁顶面以下.横向宽度为.跨中截面顶板厚度取值为 腹板厚度取值为 底板厚度取值为 单列布置腹板预应力束满足抗裂要求轨道梁截面示意见图 图 轨道梁截面示意(单位:).梁体基频及转角为避免桥梁出现激烈的振动保证列车运行的安全性和乘坐的舒适性需对桥梁的最小自振频率加以限制 梁体基频、单线静活载(不包括冲击效应)下挠跨比和梁端转角见表 表 梁体基频、静活载下的挠跨比及梁端转角梁高/梁体基频/梁端转角/挠度/跨度/挠度.由表 可以看出:()梁高度与基频成正比关系本文拟定梁高度范围内梁的基频均在.以上符合规范不小于/.的要求()梁高度与挠跨比成反比关系且梁高度不小于.时符合规范不大于/的限制()梁的高度越高与梁端的角度呈反比关系 当支座悬空长度为.时本文拟定梁高度范围内梁的转角均满足不大于.的限值要求.梁体跨中弯矩通常简支梁跨中段为承载力控制截面 在考虑自重、二期恒载(取 /)及活载(考虑动力系数)的条件下梁体跨中弯矩见表 所示 在自重作用下轨道梁的跨中弯矩为 轨道梁在二期恒载和活载作用下的跨中弯矩为 表 跨中弯矩梁高/自重跨中弯矩/()自重/二期恒载 活载跨中弯矩/().铁道建筑技术 ()董超:.跨中低速磁悬浮轨道梁截面关键尺寸研究.跨中底缘压应力及抗裂性根据铁路桥涵混凝土结构设计规范的规定跨中段底缘在自重、二期恒载和活载三种作用下不应产生拉应力抗裂安全系数在.以上本文拟定的梁高度范围内各梁的跨中底缘压应力(应力拉正压负)及其对应的抗裂安全系数见表 所示(梁高自左向右增加)表 跨中底缘压应力及抗裂安全系数跨中底缘应力/.抗裂安全系数.钢绞线用量/由表 可知:在自重 二期恒载 活载作用下梁高大于.时各项指标符合要求.残余徐变上拱度轨道梁跨度与残余的徐变上拱成正比关系 铁路规范规定对于跨度小于等于 的无砟高速铁路桥梁在二期恒载作用下残余徐变上拱度通常控制在 以内 中低速磁浮轨道梁车辆悬挂间隙仅 故采用高速铁路标准在二期恒载 /作用下按铁路规范规定梁高若不低于.则能满足 以内的残余上拱度要求 轨道梁残余徐变上拱情况见表 所示(梁高自左向右增加)表 不同高度梁的残余徐变上拱度残余徐变上拱.年上拱值.上拱值.梁截面关键尺寸推定基于上述计算可以看出当轨道梁高度为.时强度、刚度等关键指标满足要求经济性合理 当确定轨道梁梁高为.时轨道梁断面主要结构尺寸有顶板、底板、腹板三种由于桥面宽度和桥面布置与现有的 跨度中低速磁浮简支箱梁一致因此在横向荷载方面没有太大区别 因此本方案中跨截面箱梁顶板厚度为 (中间高出 做双向排水)与现有 跨中低速磁浮简支箱梁顶板厚度一致考虑纵横向钢筋布置的空间影响及底板在单线荷载作用下受力的需要跨中截面底板的厚度拟定为 轨道梁腹板的厚度应在保证梁体弯曲和剪切强度要求的同时提供足够的扭转刚度在受力满足设计要求时预应力束布置在梁体内其管道间净距应满足铁路桥涵混凝土结构设计规范的规定采用每束约 根钢绞线的单排预应力梁 管径最小为 腹板在单排布束时最小厚度为 参考现有的 跨度中低速磁浮简支箱梁腹板厚度取 箱梁静载试验基于前文参数制作试验梁待完成大部分收缩徐变后将试验梁移入静载试验台座 试验采用钢质反力梁进行加载采用 点加载方式共计布置 台千斤顶及自动化控制系统 加载示意见图 钢质反力梁架设示意见图 图 加载示意(单位:)图 反力梁架设示意(单位:)在静载试验中在试验梁的跨中、/、/跨截面表面布置应变测点 个在试验梁底部装有 个位移计同时布置梁端倾角仪 个.试验数据为研究试验梁截面应变分布规律分析数据选取试验梁跨中截面腹板位置的测点进行数据分析得到其应变分布规律如图 所示图 跨中腹板应变分布由图 可知:试验梁顶面受压应变为负值试验梁底面受拉应变为正值 随着截面高度的降低试验梁实测应变是逐步增大的并且荷载等级越大试验梁实测应变也越大 加载作用下由实测应变可推算出梁体跨中截面的中性轴高度约为 铁道建筑技术 ()董超:.跨中低速磁悬浮轨道梁截面关键尺寸研究为分析试验梁底部应变分布规律分析数据选取位于试验梁底部的测点的数据得出试验梁底部应变变化图如图 所示图 底板应变分布由图 可知:从试验梁跨中底部到试验梁/跨截面其底部应变变化呈逐渐下降的趋势梁体跨中截面的实测应变明显高于/、/跨截面的实测应变梁体/截面的实测应变高于/跨截面的实测应变 随着荷载等级的增加试验梁底部的实测应变也随之增大.试验结论在静活载作用下试验梁未出现受力裂缝本试验梁静载试验合格在 .加载等级(.)下持荷 试验加载到.时试验梁出现裂纹未发现下缘截面(含倒角、圆弧过渡段)有受力裂纹延伸到梁底边经评定试验梁抗裂合格 结论()相同情况下梁高取较高值梁刚度更高残余徐变拱度更低但在城市中受到空间限制 因此综合考虑刚度、减重以及空间限制.跨度轨道梁高度拟定为.是合理的 ()基于试验结果本文拟定.跨轨道梁参数满足强度及刚度要求().跨轨道梁推荐梁中跨截面的形式和尺寸为:顶板厚度为 底板厚度为 腹板厚度为 参考文献 赖慧蕊何旭辉冉瑞飞等.横风作用下高速列车 简支梁桥系统气动性能三维数值模拟.铁道科学与工程学报():.徐银光蔡文锋.中低速磁浮交通工程建设核心技术研究.铁道工程学报():.邹振民.新世纪城市理想的交通工具:介绍日本 磁悬浮列车系统.铁道通信信号():.边涛.中低速磁浮交通在市域(郊)铁路的应用研究.铁道建筑技术():.牟瀚林.清远市磁浮旅游专线线路方案研究.铁道工程学报():.张文斌文功启.某中低速磁浮试验线桥梁总体设计.铁道标准设计():.颜志华.中低速磁浮桥梁结构设计与试验研究.都市快轨交通():.杨平刘德军李小珍.中低速磁浮简支轨道梁动力系数研究.桥梁建设():.罗锟雷晓燕曾少辉.无砟轨道 箱梁结构振动传递及参数影响分析.噪声与振动控制():.王凌波蒋培文马印平等.桥梁静载试验校验系数及优化评定方法研究.公路交通科技():.赵瑞鹏.高速铁路()连续梁不同梁高结构设计对比分析.铁道标准设计():.中铁磁浮交通投资建设有限公司.中低速磁浮交通设计规范:/.北京:人民交通出版社:.中铁工程设计咨询集团有限公司.铁路桥涵混凝土结构设计规范:.北京:中国铁道出版社:.(上接第 页)胡存刘海笑.适用于饱和黏土循环动力分析的新型边界面塑性模型.水利学报():.黄茂松李帅.长期往复荷载作用下近海饱和软黏土强度和刚度的弱化特性.岩土工程学报():.黄茂松 刘莹.基于非线性运动硬化模型的饱和黏土桩基础竖向循环弱化数值分析.岩土工程学报():.():.():.():.():.铁道建筑技术 ()