城市轨道交通结构设计与施工8第八章

城市轨道交通结构设计与施工StructuralDesignandConstructionofUrbanRailTransit,主讲：周顺华教授同济大学交通运输工程学院,第八章高架结构设计,目录总则第一节设计荷载第二节结构设计原则第三节高架轨道交通的下部结构设计第四节高架轨道交通的上部结构设计第五节高架梁的结构设计流程第六节高架轨道交通的防噪结构,总则,构造简洁、力求标准化，满足耐久性、列车运行安全和乘坐舒适度，建筑形式应充分考虑城市景观的要求；上部结构优先采用预应力混凝土结构，有足够的强度、刚度；墩位布置应符合城市规划要求；,防水、排水、伸缩缝、栏杆、灯杆、防撞墙等配套构件的功能完善和外观鲜明；,施工应尽可能避免对城市交通和市民生活的干扰；必要地段要设置隔声屏障；桥上应设置养护、维修人员及疏散旅客的安全通道。,第一节设计荷载,设计规范无专门的设计规范，遵照铁路桥涵设计基本规范、铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范、地铁设计规范设计荷载分类高架结构荷载一般分为主力、附加力及特殊荷载三类。,车辆荷载的标准图式,（1）活载,图中荷载轴重P1、P2，车轴距D1、D2、D3及连挂车辆相邻轴距D0应根据所选车型各项数据采用。,注：无驾驶室动车C=2300mm，有驾驶室拖车C=3095mm；重车轴重170kN,轻车80kN。,上海明珠线车辆荷载图式（尺寸单位mm）,国外某些轻轨高架线路的活载（单位kN),制动力或牵引力取竖向静活载的15%，当其与离心力同时计算时，取10%。双线桥只计算一线的制动力或牵引力。横向摇摆力可按相邻两节车四个轴轴重的15%计，以集中力形式作用于轨顶处，横向摇摆力不与风力或离心力组合。曲线上的列车离心力按静活载乘以离心力率取值：,（2）附加力及特殊荷载,风荷载、温度变化的作用及混凝土收缩的影响、船只撞击力按现行铁路桥涵设计基本规范的规定执行。线路的纵向水平力、断轨力作用于墩台上的支座中心处，单线及多线桥只计算一根钢轨的断轨力。若考虑汽车对墩柱撞击力时，撞击力顺行车方向采用1000kN，横行车方向采用500kN，作用在路面以上1.2m高度处。高架桥结构边缘应考虑30kN的脱轨力。车站站台、楼板和楼梯等部位的人群均布荷载值应采用4.0kPa，设备用房楼板荷载根据实际情况确定，并不小于4.0kPa。高架结构的挡板结构，应考虑0.75kN/m的水平推力和0.36kN/m的竖向压力，水平推力作用于桥面以上1.2m处。,设计荷载组合主力单独作用，即恒载+活载；主力+附加力的作用，即恒载+活载+一个方向（纵向或横向）可能同时出现的附加力，但横向摇摆力不与离心力、风力同时计入；地震荷载+恒载。,列车竖向活载的动力作用以车辆竖向静荷载乘以动力系数（1+）的方式来考虑，按现行铁路桥涵设计基本规范规定的值乘以0.8。对于钢筋混凝土简支梁桥，有：,第二节结构设计原则,计算原则钢筋混凝土、预应力混凝土和钢结构，应按容许应力法设计，材料、容许应力、结构安全系数、结构设计方法及构造要求应符合现行铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范（TB10002.32005）和铁路桥梁钢结构设计规范（TB10002.22005）要求。,高架结构设计计算建议按以下原则进行：,按弹性受力阶段计算；预应力砼结构应验算其强度、抗裂性、稳定性、应力及变形，预应力砼连续梁应考虑温度等二次力；结构满足最小配筋率和最大裂缝宽度的要求；,箱梁应考虑进行抗扭计算；墩顶容许位移除满足行车安全及桥梁自身的受力外，应还保证轨道结构的正常使用；桥墩内力计算时考虑无缝线路引起的墩顶水平力；墩台身应验算强度、纵向弯曲稳定、墩顶弹性水平位移；墩顶弹性水平位移、顶帽尺寸及构造要求，暂执行铁路桥规的规定；桩基设计考虑土的弹性抗力，可按K法或m法计算；摩擦桩设计，按土的阻力验算桩的承载力，即材料强度，验算混凝土及钢筋应力，验算桩身开裂宽度；基础的容许沉降量应满足列车安全运营和乘客舒适度的要求，并控制在轨道结构允许变形的范围之内。,刚度要求,梁式桥跨结构竖向挠度容许值,桥墩墩顶纵向水平线刚度,墩顶弹性水平位移,L桥梁跨度，采用相邻跨中的较小跨，L25m时取25m。,墩台基础的沉降（静定）,注：超静定结构，相邻墩台不均匀沉降量之差的容许值应根据沉降对结构产生的附加影响来确定。,横向刚度，采用横向自振频率控制，取不小于90/L。,第三节高架轨道交通的下部结构设计,墩身、基础,倒梯形桥墩,Y形桥墩,倒梯形桥墩与上部结构布置,Y桥墩与上部结构布置,构造简单施工容易受力较合理,占地少美观简洁构造复杂,T形桥墩,长悬臂T形桥墩,T形桥墩与上部结构布置,占地面积小最常用轻巧美观,双柱式桥墩,双柱式桥墩,双柱式桥墩与上部结构布置,墩质量轻节省圬工材料透空空间大承载能力和稳定性均较强,钢筋混凝土墩台结构应验算强度、整体纵向弯曲稳定性、墩台顶弹性水平位移；基底应验算压应力、合力偏心距、基底倾覆稳定性和滑动稳定性；活载一般按单跨活载、双跨活载、双跨空车来考虑，取最不利情况；混凝土空心墩削弱截面面积较多，验算截面压应力、拉应力；薄壁空心墩台中，考虑温度变化、空心墩内外温差、混凝土收缩等影响。,下部结构的设计计算,拉压应力验算,第四节高架轨道交通的上部结构设计,上部结构的截面形式,城市轨道交通常用桥梁截面形式,a)箱梁；b)空心板梁；c)T形梁；d)槽形梁；e)脊梁式箱梁,每种梁型都有自身的适应性；同一条高架线路的结构类型不宜过多，考虑构件标准化、便于工厂制造和机械化施工。,上部结构的设计计算原则,（1）板的计算,计算弯矩计算跨度为两梗间净距加板的厚度，但不大于两梗间净距加梁梗宽度。,计算剪力计算跨度为梗间净距，剪力按简支板计算。,由于剪力滞现象，计算主梁的弯曲纵向正应力时，取一定宽度的车道板作为主梁翼缘，这个宽度被称为计算宽度。城市轻轨桥单线跨径12m以上，双线跨径22m以上可取车道板全宽作为主梁翼缘。此外，在预加应力作用下可以取车道板全宽作为主梁翼缘。,（2）梁的计算形截面梁受弯时，只有当板厚满足一定要求时，方可按T形截面计算，否则应按不计翼缘悬出部分的矩形截面计算。,根据国内外资料，板的计算宽度采用下列三项中的最小值：,T形截面梁受弯时，受压翼缘悬臂端部应力呈三角形分布，采用有效宽度简化计算，假定有效宽度范围内的应力图形与腹板内的应力图形相同。,超静定结构，力的计算仅与刚度比有关，翼缘宽度大小对刚度比影响很小，可近似取全宽计算；箱形梁也可按T形梁的规定计算。计算连续梁时应考虑截面变化的影响。连续梁要考虑因多余约束而产生的次内力；分阶段施工的连续梁，做施工阶段验算。设计中箱形梁应考虑截面温差所引起的纵向和横向温差应力。连续梁中间支承处负弯矩图理论上呈尖形，实际情况支点负弯矩呈圆滑的曲线形。,式中：g梁的支承力R在支承两侧向上按45分布于中心轴G-G水平处的荷载;a在支承两侧按45向上扩散交于中心轴G-G的长度。,第五节高架梁的结构设计流程,第六节高架轨道交通的防噪结构,噪声源,（1）轮轨噪声源,（2）空气动力性噪声源,（3）集电系统噪声,（4）线路结构物噪声源,噪声的危害,噪