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道路与桥梁
低墩刚构在跨座式单轨专用桥梁上的运用
陈波
(重庆市轨道交通设计研究院有限责任公司,重庆400050
摘要:本文以重庆轨道交通三号线某跨线节点桥为研究位移问题;(4)用等代上弾簧来反映士层的恢复力,其刚度用
对象,采用大型通用有限元软件对跨座式单轨低撖刚构桥进“m”法计算
行了结构分析,并对低墩刚构在桩土耦合作用下的结构受力
状况进行了比较
本桥主桥桩基础均位于弱风化砂质泥岩中,根据地勘报告,其饱和单轴抗压
关键词:轨道交通;跨座式单轨;低墩刚构;中跨合强度标准值=280Pa,为便于电算,采用く公路桥涵地基与基础设计规范
拢;桩土耦合
附录P计算,该岩石地基抗力系数C=15×10w/m。根据附录F第P.0.1条相关公
前言
式计算得单柱计算宽度b.=ょk:G+1),其中k:=0.9,d+1=2.8,其中L1=2.3m<0.6h
近年来,城市轨道交通在多地蓬勃发展,地铁、轻轨、跨座
式单轨、有轨电车等多种轨道交通建成投运为人们提供了安
6×9.6=5.76m,
城市的交通拥堵、行难等交通问题提供了多层次、现代化的故+とーを、と-。っ。=06953,故-1-Ta
全、快捷、高效、环保的出行方式,轨道交通的建设也为解决大
0.6h
解次方案。随着重庆轨道交通
号线相继投入运営,跨座
式单轨这种中低运量的城市轨道交通也越来越被人们接受和模型中柱基础单元标准长度1=20m,故土弹簧側向抗推刚度
喜欢,除具有安全、快捷、高效、噪声低等优点外,由于跨座式x=C:1=1.510x2x2.,015-5,29210KW/m
单轨以地面高架敷设为主,工程投资比地铁低,同时其最大爬
坡能力可达50%,是山地丘陵城市发展中低运量轨道交通的
2本桥计算结果
理想选择
2.1考虑桩土耦合后的主梁内力变化
重庆轨道交通三号线某跨线节点桥需上跨绕城高速公
(1)最不利工况下的正截面抗裂拉应力在不同模型中的
路,经方案比选后采用48m+80m+48m的预应力混凝土连续刚结果见图21(单位:KPa)
构,主梁采用单箱单室截面,墩顶处梁高5.2m,跨中2.4m,桥m
笕9.1m,梁高按1.8次抛物线变化,由于线路、市政道路纵坡
等原因,主墩高度只有17m,为低刚构跨线桥。由于列车活
载引起的离心力、横向摇摆力较大,且牵引力、制动力等附加
力的活载效应明显,造成主墩的内力较大,主墩需设计成单柱
式。由于主墩较低,其抗推刚度大,桥梁在混凝土收缩、徐变
升降温等荷载作用下桥墩及桩基础会承受很大的弯矩,往往
成为连续刚构方案成立与否的控制因素。根据工程工期要求
并结合桥位处的场地条件,本桥施工采用挂篮悬臂浇筑,先边
后中合拢。针对该低墩连续刚构设计方案,在不考虑桩柱和考
虑桩土耦合建立了两种有限元模型进行了结构分析。结论表
明,低墩刚构桥的施工和设计理念上有别于常规刚构桥,采用
定的措施能有效改善主梁及低墩受力。
1低墩刚构有限元模型的建立
1.1整体模型的建立
图2-1桩土耦合对正截面拉应力的影响
为利用有限单元法求解,引入了如下假定:各材料均为连
(2)最不利工况下的正截面压应力在不同模型中的结果
续的、完全弹性的、均质的、各向同性的。按照原桥实际模型建见图22(单位:KPa)
立。全桥主结构采用的是空间梁单元,属于等截面或者变截面
三维梁单元,具有拉、压、剪、弯、扭的变形刚度,每一个节点都
具有三个方向的线性移动位移和三个方向的旋转位移,即六
个自由度。
1日G
图22桩土耦合对正截面压应力的影响
从上面图示可以看出,考虑的桩土耦合后,墩顶负弯矩区
图1-1全桥有限元模型(不考虑桩柱,共475个单元)
上缘拉应力有所减小,但最大压应力增大了;中跨跨中正弯矩
区下缘拉应力有所增大,但压应力相应減小。但由于本桥柱基
处岩层强度较大,故差异并不是很明显,数值变化基本在5%
10%左右。
2.2中跨合拢前考虑顶推力后的内力变化
木桥平衡悬臂的施工过程与一般的连续刚构桥施工并无
大的区别,合拢顺序也是先合拢边跨,然后合拢中跨。但本桥
施工不同之处表现为:合拢中跨前须利用千斤顶在腹板截面
的重心处向边跨方向顶推1000KN的力(当中跆合拢段温度与
设计情况不符时,顶推力的大小须根据具体情况作出调整)
图1-2全桥有限元模型(考虑桩土耦合,共659个单元)
顶推时应对称逐級加载,每级加250KN:同时加强对桥墩和主
图1-3桩土耦合模拟图示
梁的观测,尤其是主墩顶面。
1.2桩土耦合的模拟
2.2.1未考虑桩柱长度影响
如图1-3所示,桩一土结构集中质量模型是在 Penv ien
(1)裂缝(单位:m)
模型基础上作了改进而成的,桩基础部分由单桩模型变为多
桩模型,桩的根数可与实际结构相同或适当并桩,其基木方法「:
是将桥梁上部结构多质点体系和桩一土结构的多质点体系联
合成为一个整体建立祸连的运动微分方程进行求解。用集中
质量法将桩一土系统离散为质量一弾簧系统时,采用以下假
定:(1)在同一水平层土壤为各向同性线弾性体,但不同层土
坡性质是不相同的:(2)侧向土的性质在2个正交方向彼此无
关;(3)土壤的抗力在轴向、侧向和扭转方向不祸合,且属于小