PC轨道梁标准定型化设计.doc

中文摘要中文摘要摘要:实际布置中的预应力混凝土轨道梁几乎都不是标准梁跨,若对每一变化的粱长都要进行一次轨道梁结构标准图设计和出图工作,不但出现重复工作和重复费用支出,而且设计周期长。由于不同的设计单位设计出的梁体差别较大,不仅对研制、设计和预制梁体模板等来说将花费巨大,而且难以累计设计经验.这个问题不解决,将极大地制约跨座式单轨交通系统技术的推广应用和发展。针对以上问题,亟需对轨道梁的设计和生产进行标准化和定型化设计研究。本文总结重庆较新线跨座式单孰交通系统工程中轨道梁设计过程及加工制造过程的实践经验,通过系统设计和研究发现,轨道梁从截面尺寸、外观形状、跨度、钢筋布置和预埋件设置各个方面来看,已完全具备标准化和定型化设计的技术条件。通过对已有轨道梁进行优化分析,采用 .高级程序开发语言与混合编程,选用数据库,编写轨道梁标准定型化设计软件。该软件能满足曲线半径大于,跨度在范围内的各种轨道梁的设计出图工作.关键词:轨道梁:标准化; 定型化;程序分类号:北京交通大学硕士学位论文了 ., ,. ,., . . .,.? . , , , . . , , , . , .: ;:北京交通大学硕士学位论文学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。保密的学位论文在解密后适用本授权说明学位论文作者签名:绯导师签名:爿芬仅签字日期: 年 侍日签字日期:一年谰%日北京交通大学硕士学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果,除了文中特别加以标注和致谢之处外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。日学位论文作者签名: 签字日期: 年 月北京交通人学硕十学位论文致谢本论文的工作是在我的导师朱尔玉教授和董德禄高工的悉心指导下完成的,两位导师严谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响,在此衷心感谢两年半来两位导师对我的关心和指导。本课题在选题和论文写作过程中都得到了重庆轨道交通总公司的大力支持和帮助,尤其感谢董德禄部长、江斌副部长、时智刚主任、何荣容女士对我们在渝期间的照顾和帮助在实验室工作及撰写论文期间,陈锐、尹冬梅、黄云鸱等同学给予我热情帮助,提出了宝贵意见,在此向他们表达感谢。另外也感谢我的父母和家人,他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业。段海东年月日引言引言随着我国城市化进程的加快,城市人大量增加。如何解决城市的交通问题成为许多中型和大型城市考虑的主要问题。由于现在许多城市家庭都采购私家车使得城市路面交通越来越繁忙,在上下班的高峰期许多路段长时间堵车,给城市交通造成巨大压力。为了解决以上问题提出了城市轨道交通系统,现在的城市轨道交通按运量分主要有两种:地铁交通系统:一般适用于大中城市,道路交通必须发达。地势比较平坦。且具有隧道可开挖地质条件,很好的财政实力;轻轨交通系统;一般适用于中小城市及大中城市的市郊,路经条件适应性强,造价偏低,可利用原有轨电车、市郊列车线路进行改建。轻轨交通系统又分单轨交通系统和轮轨交通系统。单轨交通系统以其自身的特殊适应性成为中小城市、海滨城市和山城轨道交通首选型式之一.单轨交通的发展单轨交通发展的历史可以追溯到世纪.世界上第一条单轨交通诞生在年的英国;其后,在爱尔兰年和德国年也建造了单轨交通线路。虽然后来许多国家对单轨交通进行了研究和建设,但是由于城市的有轨电车和公共汽车以及小汽车等交通工具的迅速发展,再加上单轨交通技术还不够成熟,因此在此后相当长一段时间内.单轨交通未得到发展。第二次世界大战后,随着科学技术的进步,单轨交通的发展又提到议事日程.年,瑞典出生的工业家.,在德国的科隆进行了自己发明的单轨交通的试验。经过多次试验,在年取得了成果,为现代单轨交通轨道是混凝土的,采用橡胶轮胎的跨座式车辆的发展奠定了基础。这种方式以发明者名字的英文字头命名为式,成为目前单轨交通的一种基本类型。年,法国的主要银行和企业联手对另一种新型的悬挂式单轨交通进行了开发研究。这种单轨形式的橡胶轮胎在钢质箱形结构轨道梁内部运行,其车体悬挂在转向架上。这种方式以参与开发公司的英文字头命名为式,这就是目前单轨交通的另一种基本类型。虽然单轨交通起源于欧洲国家,但是它却在日本得到了很大的发展。年月,日本的第一条单轨交通在东京的上野动物园诞生,其目的是以此来探讨作为城市轨道交通的可行性。其后,通过与海外公司的技术合作以及日本国内公司自己的开发研制,形成了独特的城市单轨交通系统,并在许多城市建设了这种轨道交通。近年来,又引入了车辆制造方面最新的技术成就如铝合金焊接车体、厂、,、,逆北京交通大学硕士学位论文变器控制装置等,使这种系统更趋完善【】.跨座式单轨交通的特点.单轨交通的优点单轨是一种安全、舒适的交通系统单轨的车辆在高架专用轨道上行驶,不会与其它交通工具发生冲突和脱轨。车辆采用了橡胶轮胎,行走于混凝土制作的轨道上,所以乘坐起来会感到非常舒适。轨道粱是在构件厂里加工预制的预应力钢筋混凝土梁,所以可以保证极高的制作精度。单轨系统对环保有利单轨系统以电力驱动,所以对大气没有污染。为采用了橡胶轮胎,所以噪音低、振动小。在距离车辆侧方米处的噪音强度在分贝以下。通过引进单轨,还可以美化城市,提高城市的价值。这些特点都在重庆单轨中得到了充分的体现。单轨系统可以灵活地选择路线大型单轨的最小转弯半径为米,最大可以爬%的纵坡。从技术上来看,最小半径可达到米,最大纵坡可达到。单轨系统运行时间准确、可靠最小可以实现分秒的运行间隔,还可以实现无人驾驶自动运行。单轨系统有良好的经济性单轨的轨道构造简单,所以易于施工且工期短。与其它高架的交通系统相比,可以大幅降低建设费用和维护保养费用【】。.单轨交通的缺点输送旅客的能力比地铁小车轮与路面的磨耗快道俞结构复杂由于线路道岔结构复杂,搬动比较费时,限制了列车运行间隔不能低于分秒。能耗较大由于走行轮胎和轨道梁之间的摩擦系数较大,因而能源消耗较大。引言列车有故障时,疏散旅客难度大【.日本单轨现状迄今为止在日本国内已经建设了条单轨线路,目前有条线路处于运营中。日本单轨系统是根据有关法律,由国家、县或市等政府部门提供占建设费用的大约%的补助金修建的。由于引进单轨,缓解了市内交通拥堵的状况,促进了城市的的建设。北九州的城市单轨,开业于年.线路长度为.公里,设置了座车站,辆编组,平均每天运送乘客万千人。单轨和铁路等其它交通系统的换乘站与大楼合为一体,为乘客换乘提供方便。这条单轨也是日本根据有关单轨系统的法律而建成的第条路线。由于开业已经年,目前正在考虚对各种设备进行更新。大阪的城市单轨,开业于年。线路长度.公里,设置有座车站,辆编组,平均每天运送乘客万千人。预定将来改为辆编组。这条路线特点为环状,规划线路长度将达到公里。.公里的延伸线正在施工中。作为目前世界上最长的线路,已被记入吉尼斯纪录。多摩城市单轨,作为东京副都心的轨道交通工具于年开业。线路长度为公里,设置有座车站,辆编组,平均每天运送乘客万人。规划将来形成环状线,线路总长为公里。冲绳的城市单轨,是冲绳县最初的轨道类交通系统。冲绳单轨于年开业,线路长度为.公里,设置有座车站,平均每天运送乘客万千人,该线路还具有观光功能。目前正规划修建公里的延伸线。东京单轨作为第一条正式的城市交通用的单轨路线,已经运行了年。东京单轨于年开业,线路长度为.公里,设置有座车站,辆编组,平均每天运送乘客万人。目前正在规划修建延伸到市中心的线路。.重庆单轨现状重庆是中国个直辖市之一,位于中国西南部。是长江上游的经济中心和水陆交通枢纽。重庆是中国著名的山城,主城区两江环抱,地势起伏不平,人口密集,道路狭窄,曲折坡陡,交通拥挤,城市交通系统已经不能满足居民出行的要求,随着经济、社会的发展客流量与运能的矛盾将更加突出。由于特殊的地理条件和城市布局的限制,单轨城市轨道交通以其规划建设与地面交通流隔离,有较好的适应特殊地势条件的特点和安全、经济、便捷、准时、舒适、高密度、适中运量、污北京交通大学硕士学位论文染小、低噪声的特征及良好的可持续发展特性成为重庆城市轨道交通的首选方案。.重庆单轨交通二号线重庆轨道交通二号线由市中的较场口到西部工业中。的新山村,称为较新线,线路总长.,高架段.,占全线%,隧道段.,占.%,其余为地面线。线路分左右线双向行驶,纵贯长江与嘉陵江之间狭长的渝中半岛,穿行于中梁山至真武山之间的低丘地带。最小曲线半径:正线,车辆段内,曲线段占总长的/,高架段墩高大都在以上,平均墩高,最高墩高。全线共设座车站高架车站座、地下车站座、地面车站座【】。.重庆单轨交通三号线重庆轨道交通三号线采用跨座式单轨交通系统,全长约六十公里,纵贯主城南北、横跨两江,南起鱼洞、北至江北机场及江北环城北路。重庆轨道交通三号线工程共分三期建设。一期工程从重庆南岸二塘至重庆火车北站所在地龙头寺;二期向北延伸至江北国际机场;三期向南延伸至巴南区鱼洞。一期工程线路全长.,其中地下线长.,高架线长.,敞开段长. ;全线设站座;设童家院子车辆段和综合基地处、控制中心座和主变电所座。工程总投资.亿元,预计年建成投运。三号线项目建成后将与已开通运营的轨道交通二号线形成“十”字型的轨道交通骨架,由南向北沿客运交通走廊将重庆主城区五大区域衔接起来。其中,重庆轨道交通三号线一期工程将跨过流经重庆主城的长江与嘉陵江,并将在嘉陵江上建成世界上跨度最大的单轨交通专用桥。该桥主跨度长一百六十米预计于年年底合龙。.课题研究意义跨座式单轨交通系统无论是在轨道、 道岔、支座,还是在机车、车辆等方面都与一般的轨道交通系统有很大的不同,其中车辆、轨道梁和道岔并称为跨座式轨道交通的三大关键技术。就土建部分而言,轨道、道岔、支座的设计、制造、安装都有其特殊的技术要求,是土建部分的大技术难点。与传统的混凝土梁相比,轨道梁不仅设计和制作精度要求高,而且在桥跨的布置中,虽尽量采用标准跨布置,但为满足线路平曲线、竖曲线及纵坡的要求,实际布置中的轨道粱引言几乎无标准梁跨可言,若对每一变化的梁长,都要进行一次轨道梁结构标准图设计的配筋计算和出图,从技术和经济上出现重复工作和重复费用支出,设计时问和周期拖长,由于不同的设计单位设计出的梁体差别较大,不论对研制、设计和预制粱体的模板等重加工来说将花费巨大,而且在时间上更是周期长。同时,设计的质量难以提高。这个问题不解决,将极大地制约跨座式单轨交通系统技术的推广应用和发展。针对以上问题,亟需对轨道梁的设计和生产进行标准化和定型化研究。总结重庆较新线跨座式单轨交通系统工程中轨道梁设计过程及加工制造过程的实践经验,通过系统设计和研究发现,轨道梁无论从截面尺寸、外观形状、跨度、钢筋布置、预埋件设置等方面来看,已完全具备标准化和定型化设计的技术条件.重庆轨道交通总公司在此基础上提出了关于。轨道梁标准定型化设计软件开发和应用”的科研课题.需求分析该软件开发成功后,可减少由设计单位设计轨道梁这一环节,可节省大量的设计经费。经测算,仅重庆轻轨较新线就可节省设计费余万。因此。在重庆轻轨号、号线的建设中,该软件将发挥巨大作用。全国目前已有个城市准备建设跨座式轻轨交通线路,因此,该课题的市场应用前景非常广阔。可以使得跨座式单轨交通系统在我国快速推广.应用范围本软件主要用于重庆轻轨轨道粱标准定型图的设计,设计图纸文件包括:轨道梁构造图、轨道粱预应力钢筋布置图、轨道梁端部构造图、轨道梁定位网钢筋布置图和轨道梁普通钢筋布置图。软件系统能满足曲线半径大于,跨度在范围内的各种轨道梁的生产制造。同时能够满足跨度在.一.范围内接道岔梁的生产制造。.与国内外同类技术的比较在国内外均没有此类的标准定型化设计的概念,也没有相关标准定型化设计软件。我们所开发的轨道梁标准定型化设计软件,大大缩短设计周期,防止了北京交通大学硕十学位论文重复设计,保证了轨道梁的推广使用。在国内外实属首创性的技术开发。本软件基于系列操作系统进行开发,选用 .高级程序开发语言与混合编程,系统的数据库选用。其图形界面友好、参数的输入由菜单引导、便于检查和校对。.作用意义社会效益本软件的使用可以加快轨道梁的设计。这个软件如果能继续推广下去。在更多的城市得到应用,会加快我国城市轨道交通的发展,改进城市景观.同时,也能加快解决目前在大中城市中存在的交通拥挤问题和噪声污染等问题,因此具有很好的社会效益。经济效益标准定型化设计软件开发成功后,将减少设计环节,以前每片梁的设计可能需要几十天的时间,而现在只需要几分钟的时间,因此节省的费用是巨大的。跨座式单轨交通轨道粱的分类跨座式单轨交通轨道梁的分类重庆跨座式轻轨二号线一期工程和二期工程的设计工作分别由铁道部专业设计院和上海市政设计院两家设计单位完成。两个设计院的设计有一定差别:种类:铁道部专业设计院设计的丸道梁为粥色;上海市政设计院设计的轨道粱为类。普通钢筋:铁道部专业设计院设计的普通纵向钢筋直径为和:上海市政设计院设计的普通纵向钢筋直径为和.两院在箍筋设计中也存在较大差别。预应力钢筋:在相同跨度和曲线半径的吼道梁设计中,铁道部专业设计院设计的预应力筋孔数多于上海市政设计院。设计院给出的轨道梁设计图存在的问题:浪费大量的人力物力,设计出来的轨道梁差别较大,不利于制梁厂加工.尤其是当改变梁端的预应力筋孔数时,制梁厂需要较大的资金投入更换端模。设计院给出整数跨长固定半径的轨道梁施工设计图,而实际工程中要求给出如.、.等非整数跨长非固定半径的轨道梁施工设计图。所以有必要对轨道梁进行分类,确定相应的分类标准,预应力筋孔数,并在此基础上优化已有设计。编制轨道梁标准定型化设计软件。.重庆轻轨设计技术条件由于我国目前尚没有跨座式单轨的设计规范和标淮,针对重庆轻轨工程,借鉴日本标准单轨构造设计指南,并参考我国公路、铁路桥规、地下铁道设计规范,结合重庆轻轨工程的具体特点,制定如下设计技术要求和技术标淮。线路性质:城市快速轨道交通线,正线数目为双线。行车速度:车辆构造速度/,最高行车速度/,平均加速度./,平均减速度./。设计荷载轴重:车辆设计荷载图示见图.。复夏夏 :受基图跨座式单轨车辆设计荷载图示尺寸单位:北京交通大学硕士学位论文平曲线最小半径:线,车站,车辆段及道岔附带曲线。纵断面最大坡度:下线%,地下车站%,高架车站%。曲线超高:正线圆曲线上设不大于%的超高率,允许欠超高率%,允许过超高率%,超高过渡在缓和曲线范围内完成。桥下净空:跨越城市一般路段不小于.,大件路段一般不小于。双线线间距:直线段.,曲线段根据曲线半径及行车速度计算进行线问距加宽。建筑限界:区问直线段单线建筑限界宽度.,轨顶面以上.;双线桥梁限界宽度为.,高度为轨顶面以上.。标准轨道形式:采用预制钢筋混凝土轨道梁,断面尺寸为.高.宽、。标准预制轨道梁跨度:平面曲线半径大于时采用跨度;平面曲线半径小于等于时采用跨度。支座及伸缩缝:采用特殊设计的跨座式单轨专用铸钢拉力支座和指形板伸缩缝川。.轨道梁结构特点和截面类型轨道梁是由梁厂预制的后张法预应力混凝土箱型粱,最常用到的轨道梁为简支梁。为了满足特殊的使用要求梁体本身具有较高制造精度,这就使得轨道梁制造成为跨座式单轨交通工程三大难点之一。.轨道梁的结构特点城市单轨交通系统的特点是:轨道梁一般架设在公路中间的隔离带之上,由钢筋混凝土墩支撑。这种梁一方面承受车体和梁体的各种荷载,并将荷载传递到梁两端的混凝土墩上:另一方面梁体本身就是轨道,车体直接通过轮胎接触轨道梁,在其上运行。在轨道梁上行驶的城市单轨车辆转向架上装有三种轮胎:走行轮、导向轮和稳定轮,如图.所示。在列车运行过程中,走行轮始终与轨道梁顶面接触,轮胎的弹性主要缓冲车辆竖向振动;导向轮和稳定轮则起到缓冲车辆横向振动的作用。如果转向架在平衡位置没有位移,导向轮和稳定轮将以有效半径向前滚动;当转向架发生横向位移横移、侧滚、摇头时,导向轮和稳定轮随之产生偏移,这时单侧或双侧的水平轮胎会受到轨道梁侧面的径向压力,这种压力将迫使转向架回到平衡位置。跨座式单轨交通轨道梁的分类一.一一.轨道梁的截面类型在单轨交通系统中日本和西方国家采用不同的轨道粱截面形式,在日本均采用工形截面,西方国家也有采用矩形截面的。我国山城重庆引进的是日本的单轨交通系统,所以单轨交通鼽道梁的尺寸也是沿用日本相关数据。根据资料知道日本日立的单轨系统具有种类型。大型:轴重吨、轨道梁宽。中型:轴重吨、轨道梁宽.小型:轴重吨、轨道梁宽,如图.所示。其中最常用的是第一种。日本几座大城市的跨座式单轨交通轨道梁截面宽度及高度采用 或,而目前国内建造的单轨线路的轨道梁都是采用的断面尺寸.豳亘零图轨道粱截面类型北京交通大学硕士学位论文.轨道梁梁体标准定型化的分类.跨座式轨道梁按平面线形的分类跨座式轨道梁从平面曲线的线形上分类可以分为以下种梁型。直线梁?图.直线粱圆曲线梁图圆曲线梁 缓和曲线梁图缓和曲线梁 圆曲线一缓和皓线梁跨座式单轨交通轨道梁的分类图圆曲线一缓和曲线粱 直线一圆曲线梁图直线一圆曲线粱?直线一缓和曲线粱图直线一缓和曲线梁.重庆轨道粱按跨度和半径的分类重庆跨座式单轨交通工程到目前为止一共完成了轻轨较新线一期工程和二期工程,而这两期工程分别由重庆轨道交通总公司委托不同设计院进行设计。在较新线一期工程中由于是刚刚从日本引进相关技术,所以设计时设计院主要是依据日本现行的相关标准将轨道粱的设计分为类,跨度从至,最小半径为.重庆轻轨较新线一期工程中各种轨道梁的使用数量如表.所示.北京交通大学硕十学位论文表重庆轻轨二号线一期工程轨道梁种类适用桥 适用半桥跨 支撑间距 曲线半径 轴重粱长图号 跨范围 径范围 数量一一 . . . . . . 一一一 . . . . . . . 一一一. . . . . 一一一 . . . .? . . . . . 一一一 . . . . . . 一?一 , . . . . . 一一一 . . . .一 . . . . .?. . . . .一一一. . . . . . . . 一 .跨座式单轨交通轨道粱的分类廷鞲半适用析桥跨 支撑间距 曲线半径 轴重图号 粱长 跨范围 径范围 数量 【 .日眺 .咖. . . .吆一争删 . . . 以 .吆一.日幛 . . .嘲 .砣卜伽帆 .咖 . .渤 .嘲 . . . .伽 卿:. 孓帕 . .】.鲫 . .吆一. . . .略 . .湖. . . . 川. .咖 . . . .啦邮 . . . . . . 啦一 .北京交通大学硕士学位论文适用桥 适用半曲线半径 轴罩桥跨 支撑间距图号 梁长 跨范围 径范围 数量 . 一. . . . . 一?一 . . . . . . . 一. . .【 .? . . . . .一 . . . . . . . . . ?. . . 【 .?. . . . .一 伽. . . .?书 道岔曲. . . 动物园渡线由表.和图.的数据统计结果可以看出在轨道梁架设过程中,使用最多的是跨度和跨度的轨道梁,小跨度的轨道梁使用率极低。在轨道梁的类梁型中,实际上有很多种类的梁应用很少,而设计不同种类的梁要耗跨座式单轨交通轨道粱的分类费大量的人力物力非常不经济,所以有必要减少孰道梁的种类。另一方面使用大跨度的轨道梁可以减少混凝土墩的数量,这样做可以美化城市环境、加快施工进度并且降低轨道梁的架设成本。图一一期工程轨道粱数量统计 萨灯湘鄹基于以上两个原因,重庆轨道交通总公司委托北京交通大学进行了大跨度轨道粱的设计实验研究。研究结果表明直线轨道梁完全能够满足跨座式轨道交通的要求。所以在此基础上提出了较新线二期工程的轨道梁分类,如表.所示.表重庆轻轨二号线二期工程轨道粱种类稿 支捧 曲线端类 桥跨 集长 适用桥畴 适用半径问距 半径 数量 范围 范围型 . .勰 . . . .皓 . . . . 柚 . . . . . . 一. . . . . . . . . 勰 . 舢 . . . . . .帅 . . 北京交通大学硕士学位论文端 端 支撑 线类 桥跨 粱长 适用桥跨 适用半径间距 半径 数量 型 范围范围 . . . . 图?二期程轨道梁数量从图.可以看出在较新线二期工程中轨道梁的种类为种,跨度从至引,大大减少了轨道梁的种类。轨道梁种类的减少和跨度的增加,减少了轨道梁的架设数量、缩短了工期同时节省了资金。.标准定型化梁体的分类标准定型化梁体按线形的分类在标准定型化中主要是针对平面曲线中的直线梁和圆曲线梁进行设计,故在标准定型化中可以分为以下两种梁型。直线梁一?二二二二二二?二?:?图直线梁 圆曲线梁跨座式单轨交通轨道粱的分类,多忒图一圆曲线粱 标准定型化粱体按跨度和半径的分类在较新线二期工程中只有跨度从至的九道梁。这在很大程度上限制了轨道粱布置的灵活性,有必要适当的增加小跨度梁,以便于更好的布置梁体。随着较新线一期、二期工程的顺利完工,在轨道梁的设计方面已经积累了许多经验。对于轨道梁次设计和二次设计有了比较系统的设计方法和实验验证并在施工运行过程中经受了考验。在较新线一期工程和二期工程的相关设计经验的基础上,本文提出了轨道梁标准定型化设计系统的轨道梁种类,如表.所示.表标准定型化设计轨道梁分类端衄 端抽 支撑 曲线 适用类 适用半径桥跨粱长 问距 桥跨 附注:半径型 范围?, 范围“. . 朝 . . . 勰 鹪 . . . . . . 朝 . 删 一. . . 钾 . . . 眄 . 靼 . 吼 衢 . 咖一. . . 一 鹌./北京交通大学硕士学位论文端 端 支撑 曲线 适用桥跨类 适用半径梁跃 问距 半径 桥跨 附注:型 范围范围端接. . . .连续轨道粱端接. . .道岔活.动端端接. . . .道岔固.定端结论:轨道梁标准定型化设计研究的首要问题就是确定梁型,提出相关的梁型划分标准。根据重庆单轨交通工程较新线一期、二期工程,结合工程实际情况本文将轨道梁标准定型化设计中的梁型共化分为类。在这类中包括:类对称轨道梁,适用跨度为,适用半径为;类非对称直线轨道梁,适用跨度为.。轨道梁的分析优化轨道梁的分析优化.轨道梁的扭转配筋分析由于单轨交通在我国首次应用,并没有针对它的设计规范,因而目前轨道梁基本上是参照铁路桥涵设计基本规范.【竭及铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范 .鲥进行设计的。但由于上述规范中没有抗扭配筋计算公式,所以抗扭设计目前只能借鉴公路钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范.、公路钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范卅及混凝土结构设计规范来进行设计.然而,规科“既日在轨道梁抗扭设计方面存在差别.比如规划】中只给出了矩形截面梁体的抗扭设计公式.文献中则给出了矩形和箱形截面粱体抗扭设计公式。规范撕主要针对房建中梁体设计,也给出了矩形及箱形截面的抗扭设计公式。本文结合轨道梁的设计和试验结果对比了规耐的计算结果,分析采用何种规范设计更加合理。轨道粱结构施工图如图.、图和图.所示【”“.旷二奔矗; 气 丫图跨中截面 图变截面眦北京交通大学硕士学位论文?:?:;?襞中心线。?一?一:笥图轨道梁侧面图.现有规范计算公式介绍依据规范计算受扭构件在规范中关于弯扭构件抗扭强度的计算公式矩形截面;.?.,丛。以盟其中:,为截面的计算扭矩?;吒为垂直箍筋的单肢截面面积;爿。为受扭计算时全部纵向钢筋的截面面积;为截面核心部分的长边尺寸;。为截面核心部分的短边尺寸;为沿构件的轴线方向垂直箍筋的间距:。为纵向钢筋包围的截面核心部分的周长;“;.为构件工作条件系数;。一.为混凝土安全系数;一.为钢筋安全系数;。为箍筋的抗拉设计强度。对箱形截面轨道梁采用的方法是先将其简化成工字形截面,然后再分割成多个矩形截面进行计算,最后将其结果综合起来。依据规范【计算受扭构件在规划】中关于剪扭共同作用构件的计算公式矩形和箱形截面:?。%口,乜。口,旦裂。丽,脶叫眦。等“污耸等。屏蕊.其中:。为桥梁结构的重要性系数;圪为剪力组合设计值;疋为扭矩轨道梁的分析优化组合设计值?;为斜截面内纵向受拉钢筋的配筋百分率;口.为异号弯矩影响系数;口,为预应力提高系数;,为受压翼缘的影响系数;为矩形截面宽度或箱形截面腹板厚度咖;为斜截面受压端正截面的有效高度衄;成为箱形截面有效壁厚折减系数;厶为混凝土抗拉强度设计值:允为混凝土立方体抗压强度标准值,即混凝土强度等级;。为斜截面内估计配筋率;厶为箍筋抗拉强度设计值;,为计算截面上混凝土法向预应力等于零时纵向预应力钢筋及非预应力钢级的合力;为换算截面面积;彬为受扭构件的截面受扭塑性抵抗矩删咀;属为剪扭构件混凝土抗扭承载力降低系数;以。为受扭计算中沿截面周边配置的箍劲单肢截面面积衄;厶为箍筋内表面包围的截面核芯面积;为纯扭构件纵向钢筋与箍筋的配筋强度比;.为纯扭计算中箍筋的间距衄.依据规范计算受扭构件在规划司中关于剪扭共同作用构件的计算公式矩形截面:一层.。.,岱厶兰。刁,嘲驰.等“蛾竿尼。五夏.其中:为剪力设计值,为扭矩设计值?;正为混凝土抗拉强度设计值;,。为箍筋抗拉强度设计值;。为受剪计算中沿截面周边配置的箍劲单肢截面面积;为沿构件长度方向的箍筋间距衄。在规范中关于剪扭共同作用构件的计算公式箱形截面:?.一层,蚰.厶争.成彤.纠觋尘盘.具体算例北京交通大学硕士学位论文以一根的曲线轨道梁为例。具体数据如下:桥跨长为,轨道梁长为.,支座问梁长为.,曲线半径为,满员时活载为. /轴,设计超高为.,地震为度设防。计算时以梁的一个截面为例,如图.所示距支座.处的变截面,其最大弯矩. ?,最大扭矩、. ?为,最大剪力为,对该截面作规划、的对比计算,得出的受剪、受扭箍筋和纵筋用量见表。表?配筋对比. 腹板配筋受扭 受压翼缘受扭受拉翼缘受扭受剪配筋采用规范纵筋箍筋 纵筋 箍筋 纵筋 箍筋/按矩形 / / / 截面计算 . . . 规范【】, . . .规划】规范【 . . . .受压翼缘箱形截面配筋受扭 受拉翼缘受扭 受扭受剪配筋采用规范箍筋 纵筋 箍筋 纵筋 箍筋 纵筋按箱形/“/ / / 截面计算. .规范】 . . .规范】 .纵筋是依据规范【设计配置的.倍左右。依据文酬配置的箍筋和纵筋是依据规范【设计配置的.倍左右。第二,按箱形截面配筋时,依据规范【】配置的箍筋和纵筋是依据规范【 设计配置的.倍,这主要是因为规范】的箱形截面抗扭设计公式中没有考虑预应力作用,而规范中考虑了预应力的影响,这样就减少了配筋量。所以规划】中的箱形截面配筋公式不太适合用于预应力混凝土轨道梁抗扭设计。第三,规洲】配筋偏于保守,可以考虑按照规斟】矩形和箱形截面的配筋公式,或按照规斟矩形截面配筋公式进行配筋。.试验验证北京交通大学对曲线半径的曲线轨道梁进行了承载力、疲劳及破坏试验【】。该梁的受扭配筋是按文献【矩形截面设计的。试验得到的部分测点的数据见图.和表.。本文选取了部分有代表性的截面。其中号测点位于据梁跨端.处;号测点位于前述举例计算的变截面处;号测点位于活动支座处。轨道梁的分析优化第 一主应力主应,誓二 ,/棹“ /柏 / . 柚畦力姬图扭转试验荷载一主应力曲线疲劳前,鞴 第 .应力卜一主 力;./锥. / ,一、邋 . .应力/呼图?扭转试验荷载一主应力曲线疲劳后, 鼻,二主童力自主&力【 / .至心京孓、柱、 /柏/气. / . 应力/肝图扭转试验荷载一主应力曲线疲劳前,/舒 北京交通大学硕士学位论文。应力 第 一主 力彗。、/、亲”、. 律.,神、:对?. .应力/图?扭转试验荷载一主应力曲线疲劳后,.撑主应. 第一二应力董一、 、壹蟠撂一 二柏强 、 、吣图?活动支座上摆荷载一主应力曲线疲劳前,? .踮应力第:二第 主应 力、.弋。的戛轿梧心 ,柚,/。?麻力/图活动支座上摆荷载一主应力曲线疲劳后,? .轨道梁的分析优化表扭转实验测点值测点位置 疲劳耵应力如 疲劳后应力测点号 距梁支座第一主应力 第二主应力第一主应力 第二主应力. . . . . 韶. . .注:第一主应力为拉应力,第二主应力为压应力.由表.分析可知,试验测得的主应力值远小于轨道粱允许的主应力值,通过轨道梁的静动力试验得知该梁具有良好的力学性能.通过综合分析得出如下结论:轨道梁按照规范】进行抗扭配筋设计完全满足铁路桥涵规范的要求;按照规范【配置的抗扭钢筋有较大的富余,有必要对轨道梁进行优化设计,减少部分受剪、受扭钢筋数量;轨道梁按照规范【矩形截面和箱形截面进行扭转配筋设计或按照规范【田矩形截面进行抗扭配筋设计可以满足铁路桥涵设计规范的要求,本文建议采用规范【】进行轨道梁抗扭配筋设计.偏心力矩对轨道梁的影响分析为保证荷载平衡,简支梁两端预应力筋的形心线必须过截面的重心,即预应力的偏心距为零。否则偏心距引起的端部弯矩将干扰梁的平衡,使梁处于受弯状态。对于连续结构,预应力筋必须通过边跨外端的截面形心;对于悬臂粱悬臂端处的预应力束形心线的切线必须水平。简支梁中不同的预应力筋布置引起的等效荷载和等效弯矩图,如图所示。北京交通入学硕士学位论文讲于 户瑚一譬。曳予口女 一鼍?潍口争一繁图一不同的预应力筋布置引起的等效荷载和等效弯矩图? 梁端由于预应力筋合力中心与梁体形心轴的偏心引起的残余弯矩计算公式为:?。再鼻山吨其中:为简支梁两端的预应力筋的形心线与截面的重心不重合引起的弯矩值?。只为有效预应力值;为梁端偏心距;为预应力筋的孔数。轨道梁在预应力作用下发生竖向弯曲,如图.所示。?一?卜图? 轨道梁竖向平面受力示意图口?/,一。/,其中:。为任意一点的应力值;为预加应力;为预加应力引起的偏心弯矩?。肘。为结构自重作用引起的弯矩值?。由上式分析可得:当预应力引起的竖向偏心距在梁体重心上侧时,梁体下边缘的受压应力增大,上边缘的受拉应力减小,梁体的竖向弯曲变形减小;当预应力引起的竖向偏心距在梁体重心下侧时,梁体下边缘的受压应力减小,上边缘的轨道粱的分析优化受拉应力增大,梁体的竖向弯曲变形增大。如果预应力偏心过大,使得孰道梁的竖向线形难以控制,必须对梁体的预应力偏心进行调整。轨道梁在预应力作用下发生水平弯曲,如图.所示。图 轨道粱竖向平面受力示意图?口:一【/,其中:盯:为任意一点的应力;为曲线半径;口为曲线上任意一点相对与:占侧支座的圆心角;为向惯性矩。由上式可以知当预应力引起的竖向偏心距增大时,梁的水平弯曲不受影响.轨道梁偏心力矩的统计调整通过对重庆轻轨较新线一期和二期工程中设计的轨道梁标准图进行统计分析,粱端偏心距和粱端残余弯矩统计分析结果如表和表所示。表中符号规定:在梁体形心轴以下的偏心距为正,以上为负值:梁端残余弯矩以梁下部受拉为正,上部受拉为负。计算统计时梁体结构的形心距梁底面距离统一取为珊。表较新线一期工程轨道梁粱端偏心距和粱端残余弯矩统计分析结果粱螭支捧间距桥跨 粱长 曲线半径粱端偏心圈号残余弯矩; 距:丘?一川.咖 . . . .眈一.?.咖 . . . .唧. . . 咖. . 一.弱北京交通大学硕士学位论文梁端支撑问距桥跨 粱长 曲线半径 粱端偏心图号残余弯矩:距:埘 . . .一一. . . . ?.一 . . . . ?.一一一 . . . . ?.一 一 . . . ?.一 . . . . .一 . . . . . .【一. . . . ?.一一一 【. . . . ?.?. . . . .一一一 【. . . . 一.一. .