小半径曲线钢轨道梁的方案研究.pdf

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1、小半径曲线钢轨道梁的方案研究程京伟l，2，王健2桥梁工程器BridgeEngineodng(1．北京市市政工程设计研究总院有限公司，北京100082；2．北京建筑大学，北京100044)摘要：在吸收和消化国内外跨座式轨道交通技术的基础上，对小半径曲线段钢轨道梁进行了研究，并利用MIDAS—CIVIL有限元程序，建立了空间杆系模型，对钢轨道梁的应力、刚度及自振特性进行了分析；分别计算了不同梁高、板厚的变化规律，掌握了其受力特性，验证了体系的合理性和适用性。该研究成果可为同类工程的结构优化提供参考。关键词：跨座式单轨交通；

2、钢轨道梁；有限元分析；小半径曲线段中图分类号：U232；U443．312文献标志码：B文章编号：1009—7767(2016)04—0047—04SchemeStudyofSmallRadiusCurvedSteelTrackBeamChengJingwei，WangJian在轨道交通工程中跨座式单轨一般修建在城区内。但由于沿线既有建筑物多，地形地貌复杂，所以线位处于曲线段的现象就较为常见。钢轨道梁结构轻、跨越能力大【11．能够克服预应力混凝土轨道梁存在的病害和缺点．并且更加适合工业化方式的制作、运输、架设和安装。在跨

3、座式单轨交通中小半径曲线段(R=150～400m)上应用具有很大优势，更加适用小半径曲线段的节点桥设计，有着广阔的应用前景。笔者主要通过有限元程序分析钢轨道梁在小半径曲线段时的受力性能【2】，对轨道梁结构进行承载能力和使用性能的评估，并通过对梁高和板厚等关键设计参数的分析，达到对截面进行设计优化的目的，为小半径曲线钢轨道梁的设计提供依据。1研究思路目前，国内相关人员对跨座式钢轨道梁的研究还较少，而且实际应用的项目也少，所以笔者在吸收和消化国内外跨座式轨道交通技术的基础上。根据我国有关标准、规范和技术要求，对连续钢轨道梁

4、桥开展设计分析时．遵循了如下基本思路：1)轨道梁作为跨座式单轨车辆的走行轨道和系统设备的运输通道，设计时充分考虑各种影响因素，来拟定钢轨道梁的跨径布置和结构主尺。2)以3跨x25m，R=150m的小半径曲线梁为例，荷载(列车荷载、恒载、风荷载及离心力等)均按照曲梁布置．利用空间有限元分析方法建立标准模型，对小半径曲线段的3跨钢轨道梁进行结构分析，对其承载能力和使用性能进行评估。3)轨道梁有强大的横隔板，不会发生畸变和翘曲效应．所以一般可以忽略不计约束扭转引起的应力。根据单梁扭转理论，轨道梁在偏载或扭矩的作用下产生扭转剪

5、应力【3】，其数值可采用空间梁单元计算。单元长度如果控制在0．5～1m便可控制其精度。4)建立标准模型，并以此为基础通过改变梁高、板厚等关键设计参数，建立6种模型进行类比分析，以便找出钢轨道梁的应力、刚度、自振特性、动力反应等与曲线半径、梁高、板厚之间的关系，总结规律，进行截面的设计优化。2总体布置及结构主要尺寸2．1钢轨道梁总体布置在结合线路走向、桥梁高度、受力性能以及城市景观等因素并进行综合考虑后。拟定钢轨道梁跨径为3跨x25m。轨道梁立面布置见图l。2．2钢轨道梁结构主要尺寸钢轨道梁需要具有承重功能和轨道功能，因

6、此在决定梁的构造形式时，必须从稳定性、施工性、经济性和美观性等方面综合考虑。依据跨座式轨道交通车辆的构造、尺寸及传力特点，钢轨道梁的构造必需包括行走面、导向面和稳定面。笔者按照常规跨座式轨道梁的截面形式，并结合钢桥的特点，确定钢轨道梁的主要尺寸。a016年$4_(7一)第34巷辛荭投术47¨mm桥梁工程BridgeEngineering一甲中叫钢轨道梁横向受力性能比较薄弱。因此横向尺寸为0．85m。结构需要采用钢箱截面，在中支点设置横向联系，主梁截面由上、下翼缘和2个腹板组成，并在翼缘板上焊接纵向加劲肋。为了保证钢梁具

7、有足够的抗扭刚度，防止主箱屈曲，钢轨道梁内侧需要设置横隔板。轨道梁主要尺寸见图2。850行走面850行走面850行走面莲踺再瞧牲踺(雌。皿}腾边墩铰接截面h)跨中截面c)中墩固结截面图2主梁截面图3标准模型的建立与分析3．1建立标准模型按照拟定的3跨x25m连续钢轨道梁进行有限元分析，基于MIDAS—CIVIL建立空间单元杆系模型进行全桥的静力分析。钢轨道梁的翼缘板和腹板的厚度与梁高相比，是典型的闭口薄壁结构。因此可按照规范要求设置足够数量的横隔板防止局部失稳：主梁可以采用空间梁单元模拟，墩柱采用混凝土梁单元模拟，墩梁

8、固结处采用刚臂连接，2个边墩采用活动受拉支座连接。桩基约束用“In”法模拟桩周土对桩基的水平支承刚度141。计算模型中包括322个节点，310个单元。模型中需要按施工阶段和运营阶段考虑计算荷载，主要荷载包括静荷载、活荷载、施工吊装荷载、冲击荷载、横向摇摆力、离心荷载、支座沉降等；附加荷载包括风荷载、地震荷载、温度荷载等【5】。48