某轻轨高架桥两种计算结果的对比分析

1、某轻轨高架桥两种计算结果的比照分析摘要:结合工程实例,对槽形梁用手算和电算两种方法进展了分析,并对两种计算结果进展了比拟分析,总结了两种方法的优缺点,提出了手算需改良的方案,为今后槽形梁桥的设计计算提供了参考根据。关键词:槽形梁,预应力体系,轻轨高架桥,构造设计1工程简介天津地铁1号线经过地区地处海河冲击平原上,地形平坦,沿线地层简单,第四系地层发育广泛。地层分布从上到下依次是人工堆积层、新近沉积层、上部陆相层、第一海相层、中上部还相层、上部及中上部地层广泛沉积有十几米厚的软土。因槽形梁具有建筑高度低;受力构造满足功能之需;改善建筑外观;隔噪声;两边墙可防止脱轨与翻车;造型轻巧美观等优点。故文

2、中设想如将地铁1号线的高架段设计为槽形梁桥可能更有优势,文中取90的区间长度设计,在该区间采用330三跨简支预应力槽形梁方案。2主要技术标准1)线路:双线、线间距3.6(全为直线段),平坡;2)车辆:电力牵引、第三轨受力、设计最高行车速度80k/h,轨距1425,轴重14t;3)桥下净空:跨越城市主干道不小于5,其他次干道不小于4.5;4)地震设防烈度:天津地区按8度考虑;5)设计荷载:构造自重、桥面二期恒载按65kn/计;列车荷载按六节车辆编组设计,重车轴重140kn,空车轴重70kn;人行道活载按4.0kpa计;温度力按顶板升温5及梁体内外温差10计。3桥体构造设计3.1梁体设计3.1.1

3、梁体构造梁截面采用等高度双线整体式预应力混凝土槽形梁,采用向外倾斜约70的斜墙式“t型断面(见图1)。腹板厚端部3.5范围内55,跨中至梁端4.0范围内35厚;端部端横梁可增加桥梁末端半框架横向刚度,减少道床板横向弯矩及桥梁支点截面横向挠度,截面采用高1.05,宽1.3的矩形截面。3.1.2梁体预应力体系采用三向预应力体系,纵向为5-75钢绞线,全截面共34束。横向为5-75钢绞线,间距0.5。锚具采用v及其配套的支承垫板,管道用金属波纹管成孔。钢绞线为标准强度1860pa的高强低松弛钢绞线。竖向采用28的45sinv光圆冷拉级粗钢筋,布于腹板中部,间距0.5,与横向钢丝束间隔布置。端横梁预应

4、力体系也采用5-75钢绞线,间距0.35。3.1.3梁体施工槽形梁为开口截面,且需配三向预应力筋,因此对构件制作精度要求高。本桥采用工地现场预制,后用运梁车在线上运输到位,再采用架桥机或龙门吊吊装就位的施工方法。3.2桥墩及根底设计桥墩采用t型墩,因其具有受力合理、占地面积孝构造轻巧美观、线条流畅、满足桥下行车要求等优点。根底采用钻孔灌注桩,桩径1.25,桩长34,以使其承载在承载力较高的密实粉质粘土上。4梁体构造内力计算分析4.1手工计算分析手工计算是根据影响线法并利用构造力学求解器辅助计算,从而求得梁体内力(手工计算温度荷载较复杂,因此手算未考虑温度荷载组合)。4.1.1主梁内力包络图(见

5、图2)4.1.2道床板内力计算道床板计算跨度b取两主梁腹板中线与道床板中面交点间间隔 ,取1板宽计算。先利用材料力学方法求得荷载引起的简支梁跨中弯矩0及固端梁支点负弯矩1,那么道床板跨中弯矩支点负弯矩y1=0.51;支点正弯矩y2=0.31。4.1.3端横梁内力计算端横梁承受荷载见图3阴影中所示范围。先求得简支梁跨中弯矩0,那么端横梁跨中弯矩k=0;支点负弯矩+z=0.2k;正弯矩-z=-0.2k。4.2电算分析由于槽形梁的主梁翼缘、腹板及道床板厚度与梁体外表尺寸相比小得多,可近似把槽形梁视为空间折板的薄壳构造,并离散成由有限个薄壳单元组成的构造物。该槽形主梁电算分析采用的是薄壳构造有限单元法

6、,用idas软件进展计算分析。4.2.1截面换算原那么截面主要外形尺寸及板厚不变;主梁中和轴位置根本不变;腹板截面面积及中面倾角不变;梁上、下翼缘板截面面积根本不变;梁截面沿x,y方向的惯性矩ix,iy根本不变。另外,为保证计算精度,在下转折点外增设一单元(添加单元,见图4)。4.2.2idas建模及离散化根据如图4所示截面,在idas中建型,并划分单元。该槽形梁纵向划分15个单元,横向划分20个单元,为保证模型符合实际构造,模型两端增设了端横梁单元。槽形梁模型采用四点支撑,约束条件分别是:固定支座;纵向固定、横向活动的支座;横向固定、纵向活动的支座;双向活动支座。5两种计算结果比照分析槽形梁

7、在荷载作用下不仅会发生双向弯曲和改变,且由于共同工作还会引起拉伸变形。腹板处的单元那么受法向力、剪切和扭、弯共同作用,其比一般上承式梁的工作状态要复杂。5.1两种计算结果比拟两种计算结果比照后发现,横向弯矩值主要存在以下差异:1)自重荷载作用下:手算较电算结果大,跨中相差约19.8%;角隅处正弯矩相差约9.3%,负弯矩相差约18.8%。2)二期恒载作用下:两结果相差不大,约为2.3%。3)列车活载作用下:手算较电算结果大,跨中相差约36.0%;角隅处相差约33.0%。4)荷载组合作用下(自重+二期恒载+列车活载):手算较电算结果大,跨中相差约29.4%;角隅处相差约35.4%。5)电算可将温度

8、力考虑进去,手算不行。6)横向弯矩值沿梁长方向变化趋势不同。电算中:弯矩值沿梁长向呈曲线变化,跨中最大,向两端逐渐变小,且端部约为跨中的1/2;在构造跨中到距端部约1/5梁长范围内弯矩值变化较缓,其余地方变化快。手算道床板横向弯矩时,取单位板宽计算,且全跨范围内都采用该值,即认为横向弯矩沿梁长不变,且该值与电算的跨中弯矩值接近,由此知手算结果偏于保守。5.2存在差距的原因分析1)电算分析中可将构造的整体作用考虑进去;而手算时不能表达这种共同作用,也就导致计算结果偏大。2)分析列车活载时,手算时对列车荷载在道床板上的分布宽度采用双线轨道间的间隔 ,而实际上轨道外一定宽度范围内的板也受影响;电算时

9、表达的正是这种相邻板单元间的互相作用。3)在电算分析中,构造跨中局部的板单元受到周围单元的约束,而端部的板单元那么受到支座与端横梁的约束,由于两种约束不同,横向弯矩值沿梁长的变化趋势也就不同。4)由于软件本身的特点,使得电算对构造角隅处的分析结果不理想,也就导致两种结果在角隅处有出入。5.3总结两种方法各有优缺点,电算的关键在于建立一个与实际接近的模型;有条件应采用多个软件进展分析,从而找出最理想的分析软件。手算的关键在于所根据的理论是否可靠,采用的设计计算方法是否可行。由于槽形梁构造复杂,理论研究不成熟,目前建成的实例也少,因此可参考的资料就非常少,本设计中所根据的理论,经比照后发现其还有以

10、下缺乏之处:1)计算道床板内力时,取单位板宽计算,梁全长范围都采用该值。由电算结果知,道床板端部内力只是跨中的1/2。因此,手算结果偏保守,如利用该结果进展配筋设计,会导致增加钢材用量,浪费材料。2)槽形梁实际上是一种梁、板组合的空间整体构造,而角隅局部又是梁、板的连接处,故应在实验及理论方面加强对角隅局部的研究。设计计算中也应加强角隅局部的设计,并进展相关验算。6结语文中将天津地铁1号线高架段设计为简支预应力槽形梁桥。并对梁体用两种方法进展了计算分析。主梁和端横梁局部主要用手算进展;道床板局部采用手算和电算结合。电算主要用来与手算结果作比照分析,从而找出手算所依理论的缺乏及今后需改良的地方,为今后槽形梁桥的设计计算提供参考。参考文献:1胡匡璋.槽形梁.北京:中国铁道出版社,1987.5.2kuiperrr.nretetrugh-girderbridgefrrtterdaetrz.hallengesfrnre