邢繼勝

(鐵道第三設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,天津 300142)

采用梁格法對(duì)異形道岔梁支座布置的優(yōu)化設(shè)計(jì)

邢繼勝

(鐵道第三設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,天津 300142)

采用梁格法對(duì)天津至保定客運(yùn)專線子牙河特大橋異形道岔梁的支座布置進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)單梁模型及通常的連續(xù)梁支座橫向布置模式不能適用于該異形道岔梁,需要采用三維分析方法(如梁格法)才能得到較準(zhǔn)確的各支座反力情況并據(jù)此對(duì)支座布置進(jìn)行優(yōu)化的結(jié)論。并且對(duì)于異形連續(xù)梁,在截面突變的位置需要注意支座方向的選擇,以避免溫度作用下產(chǎn)生過(guò)大的水平力。

異形道岔梁;梁格法;支座布置

1 概述

新建天津至保定客運(yùn)專線子牙河特大橋在DK144+322.83～DK144+728.12范圍內(nèi)因道岔布置要求,采用(30.226+11×31.176+30.226)m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)道岔梁(以下簡(jiǎn)稱13-30 m道岔梁)結(jié)構(gòu)。因軌道道岔結(jié)構(gòu)的特殊布置,道岔梁平面布置為異形結(jié)構(gòu),梁上布置津保正線2條,兩側(cè)為京津北聯(lián)絡(luò)線兩條以及高速聯(lián)絡(luò)線2條,安全線1條。道岔梁結(jié)構(gòu)主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下。

1.1 主要結(jié)構(gòu)尺寸

梁全長(zhǎng)404.988 m。梁體為單箱多室等高、頂?shù)装遄儗挕蛎孀儗挼闹备拱逑淞航Y(jié)構(gòu),梁高3.0 m,箱梁頂板寬為27.653～31.913～23.2 m變化布置,一般懸臂寬1.9 m,橋面設(shè)置轉(zhuǎn)轍機(jī)的位置懸臂局部加寬1 m。主梁主要結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 主梁結(jié)構(gòu)平面(單位:cm)

1.2 線路及軌道

(1)鐵路等級(jí):正線為津保鐵路,兩側(cè)為京津北聯(lián)絡(luò)線上下行及高速聯(lián)絡(luò)線上下行,等級(jí)均為Ⅰ級(jí)。

(2)線間距:兩正線線間距4.6 m,聯(lián)絡(luò)線與正線線間距5.0 m;

(3)線路平縱斷面:正線位于直線及平坡道上;

(4)列車設(shè)計(jì)行車速度:正線最高設(shè)計(jì)速度250 km/h,聯(lián)絡(luò)線最高設(shè)計(jì)速度160 km/h;

(5)地震烈度:七度震區(qū)(0.15g)。

1.3 設(shè)計(jì)荷載

(1)主梁容重按26.0 kN/m計(jì)算。二期恒載:軌下枕底道砟厚度35 cm,鋼軌、扣件、墊板、枕木、道砟、防水層、保護(hù)層、電纜槽、蓋板、擋砟墻、人行道欄桿、接觸網(wǎng)支架、轉(zhuǎn)轍機(jī)等重力,按370.4～518.0 kN/m漸變考慮。

(2)荷載組合分別以主力、主力+附加力進(jìn)行組合,取最不利組合進(jìn)行設(shè)計(jì),并對(duì)特殊荷載進(jìn)行檢算。

1.4 主要材料

主梁采用C55混凝土,采用HRB400鋼筋和HPB300鋼筋。

1.5 支座

采用球型鋼支座(LXQZ型)。

2 梁格法建模

該13-30 m道岔梁較普通連續(xù)梁橫向?qū)?且平面為異形結(jié)構(gòu),一般連續(xù)梁的橫向2支座布置方式不能滿足本道岔梁的要求,因此在常規(guī)的單梁模型分析計(jì)算的基礎(chǔ)上還需要結(jié)合其他方法進(jìn)行支座布置研究。使用Midas Civil軟件建立梁格法模型進(jìn)行支座布置分析,建模時(shí)進(jìn)行如下處理。

(1)縱梁:根據(jù)縱向腹板的布置,將箱梁劃分為5～7片縱向梁格,縱梁的位置分別對(duì)應(yīng)箱梁腹板中線,由于截面分割帶來(lái)縱梁形心與整體截面形心位置的偏差,需要在模型中修改各截面模量為按照整體截面形心的模量。

(2)橫梁:橫梁分為剛性梁與虛擬梁。虛擬梁采用工字形梁,頂?shù)装宸謩e取箱梁上下翼板厚度,腹板厚度取極小的值,以達(dá)到對(duì)橫向聯(lián)系梁的模擬。箱梁經(jīng)劃分成為梁格之后,截面形狀由閉口到開(kāi)口,其扭轉(zhuǎn)剛度差異很大,因此需調(diào)整縱橫梁的扭轉(zhuǎn)剛度,縱梁及虛擬橫梁每單位寬度的扭轉(zhuǎn)常數(shù)可按下式計(jì)算

式中,d′,d″,h分別為頂、底板的厚度和梁高,縱向梁格的剪切面積則取腹板的橫截面積。

此外,還需在箱梁兩端翼緣處設(shè)置縱向虛擬梁格,此舉是為了準(zhǔn)確計(jì)算自振周期和分配荷載。箱梁的縱向梁格劃分如圖2所示。

圖2 梁格法模型

3 計(jì)算結(jié)果及分析

根據(jù)腹板及橫隔板的布置,各支座初步布置如圖3所示,縱向固定支座設(shè)置在7號(hào)墩。

按此支座布置形式,采用梁格法模型計(jì)算得到各支座反力如圖4所示(圖中橫軸m-n表示m號(hào)墩與n號(hào)腹板相交處的支座)。

圖3 支座布置示意

從圖4可以看出,在主力+附加力的工況作用下。

(1)該道岔梁兩端支座的豎向反力小于中間支座的豎向反力,邊腹板支座的豎向反力小于中間腹板的支座豎向反力——此規(guī)律與一般連續(xù)梁支座反力規(guī)律相同。

(2)兩端支座的橫向反力較大,跨中支座橫向反力較小。經(jīng)查證各工況反力,在溫度荷載作用下出現(xiàn)該現(xiàn)象,與該道岔梁橫向跨度很大有關(guān)。

(3)7-5號(hào)支座縱向反力異常,已超出支座的承載范圍。經(jīng)查證各工況反力,在溫度荷載作用下出現(xiàn)該現(xiàn)象,由于該道岔梁平面為異形結(jié)構(gòu),截面突變導(dǎo)致出現(xiàn)此現(xiàn)象。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果,為降低7-5號(hào)支座縱向反力,將7-5號(hào)～7-7號(hào)支座改為多向支座。優(yōu)化后計(jì)算結(jié)果如圖5所示。

圖4 支座反力(主力+附加力工況)

圖5 優(yōu)化后支座反力(主力+附加力工況)

通過(guò)對(duì)比前后計(jì)算中可以看出,將7-5號(hào)～7-7號(hào)支座改為多向支座后:

(1)各支座豎向反力與橫向反力與之前相差不大; (2)7-5號(hào)支座縱向反力異常的問(wèn)題得以解決; (3)7-4號(hào)支座縱向反力增加,增加到4 900 kN,為最大縱向支座反力,可以通過(guò)支座設(shè)計(jì)抵抗。

(4)對(duì)于異形連續(xù)梁,溫度荷載作用下在截面突變的位置會(huì)出現(xiàn)支座水平反力異常,需要注意支座方向的選擇,以避免溫度作用下產(chǎn)生過(guò)大的水平力。

4 結(jié)論

通過(guò)以上計(jì)算分析可知,一般的單梁分析模型以及常用的連續(xù)梁支座布置模式不能適用于截面突變的異形梁的支座布置,需要采用梁格法或其他三維分析方法才能詳細(xì)得出各支座反力情況,并對(duì)支座布置進(jìn)行優(yōu)化。對(duì)于異形連續(xù)梁,在截面突變的位置需要注意支座方向的選擇,以避免溫度作用下產(chǎn)生過(guò)大的水平力。

[1] [美]漢勃利E.C.橋梁上部構(gòu)造性能[M].郭文輝,譯.北京:人民交通出版社,1982.

[2] 于維汗.太中(銀)鐵路變寬道岔連續(xù)梁構(gòu)造及支座布置研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2013(1):70-73.

[3] 鄒永偉.鐵路變寬道岔連續(xù)梁設(shè)計(jì)[J].鐵道建筑技術(shù),2013 (S1):4-6.

[4] 李長(zhǎng)虹,王柏重.道岔應(yīng)力分析及理想道岔材料[J].鐵道學(xué)報(bào), 2000(4):103-107.

[5] 杜桃明.客運(yùn)專線無(wú)縫道岔梁設(shè)計(jì)研究[J].四川建筑,2009,29 (5):74-78.

[6] 戴勝勇,陳列,袁明.武廣客運(yùn)專線自家望2號(hào)大橋無(wú)砟軌道無(wú)縫道岔梁設(shè)計(jì)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2009(1):34-37.

[7] 王金山.淺述梁格法在連續(xù)箱梁橋設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].北方交通, 2009(10):35-37.

[8] 姚峻生,許智焰,任偉.廈深鐵路韓江特大橋道岔區(qū)變寬度大跨連續(xù)梁總體設(shè)計(jì)[J].鐵道工程學(xué)報(bào),2008(2):43-46.

[9] 王斌.京滬高速鐵路高架車站道岔區(qū)橋梁設(shè)計(jì)[J].交通科技, 2010(2):112-115.

[10]王立中,劉敬棉.高速鐵路無(wú)砟軌道無(wú)縫線路車站咽喉區(qū)道岔連續(xù)梁結(jié)構(gòu)形式的研究[J].鐵道工程學(xué)報(bào),2010(10):58-61.

Optimal Design on How to Arrange the Bearings for Girder with Specially-shaped Turnout by Using Beam Grid Method

XING Ji-sheng
(The Third Railway Survey and Design Institute Group Corporation,Tianjin 300142,China)

U443.36

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2014.08.022

1004-2954(2014)08-0092-03

2014-05-15

邢繼勝(1984—),男,工程師,工學(xué)碩士。