摘 要:结合工程实例,对槽形梁用手算和电算两种 方法 进行了 分析 ,并对两种 计算 结果进行了比较分析, 总结 了两种方法的优缺点,提出了手算需改进的方案,为今后槽形梁桥的设计计算提供了 参考 依据。
关键词:槽形梁,预应力体系,轻轨高架桥,结构设计
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;受力结构满足功能之需;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90m的区间长度设计,在该区间采用3×30m三跨简支预应力槽形梁方案。
2 主要技术标准3 桥体结构设计
3.1 梁体设计
3.1.1 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3.5m范围内55cm,跨中至梁端4.0m范围内35cm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1.05m,宽1.3m的矩形截面。
采用三向预应力体系,纵向为5-7Φ5钢绞线,全截面共34束。横向为5-7Φ5钢绞线,间距0.5m。锚具采用OVM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1860MPa的高强低松弛钢绞线。竖向采用Φ28的45SiMnV光圆冷拉Ⅳ级粗钢筋,布于腹板中部,间距0.5m,与横向钢丝束间隔布置。端横梁预应力体系也采用5-7Φ5钢绞线,间距0.35m。
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 桥墩及基础设计4 梁体结构内力计算分析
4.1 手工计算分析
手工计算是根据 影响 线法并利用结构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)。 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距离,取1m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M0及固端梁支点负弯矩M1,则道床板跨中弯矩
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M0,则端横梁跨中弯矩Mk=M0;支点负弯矩M+z=0.2Mk;正弯矩M-z=-0.2Mk。
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表面尺寸相比小得多,可近似把槽形梁视为空间折板的薄壳结构,并离散成由有限个薄壳单元组成的结构物。该槽形主梁电算分析采用的是薄壳结构有限单元法,用MIDAS软件进行计算分析。
4.2.1 截面换算原则
截面主要外形尺寸及板厚不变;主梁中和轴位置基本不变;腹板截面面积及中面倾角不变;梁上、下翼缘板截面面积基本不变;梁截面沿X,Y方向的惯性矩Ix,Iy基本不变。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)。
4.2.2 MIDAS建模及离散化
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 两种计算结果对比分析
槽形梁在荷载作用下不仅会发生双向弯曲和扭转,且由于共同工作还会引起拉伸变形。腹板处的单元则受法向力、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 两种计算结果比较5.2 存在差距的原因分析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行分析,从而找出最理想的分析软件。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行了计算分析。主梁和端横梁部分主要用手算进行;道床板部分采用手算和电算结合。电算主要用来与手算结果作对比分析,从而找出手算所依理论的不足及今后需改进的地方,为今后槽形梁桥的设计计算提供参考。
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