中国希绶Ｚ程 蒋鹏，马坤全：城市轨道交通桥梁桥墩纵向水平刚度研究 桥梁论文集 ｚ 圈：ｂ｝ｎ｝ ａ）高架区问桥梁两端均考虑后继结构影响的计算模型 继结构 ｅ ｅ ｅ ｅ ’々 路基 ＼ ｂ）高架与地面结合区间考虑后继结构与路基影响的计算模型 围１ 轨道交通桥梁粱轨相互作用计算模型 力，同时考虑了道碴层纵向和竖向刚度的不同。梁 型和轻轨型Ｌ３ Ｊ。三种荷载轴重尽管不同，但一节车 和钢轨单元都采用梁单元，刚臂也采用弹性模量远 总重除以车体长度所得的均布荷载基本上是相同 大于钢材弹性模量的梁单元。采用水平向线性弹簧 的。考虑到制动荷载长度影响快速梁轨相对位移， 模拟墩台基础纵向水平刚度，墩顶纵向水平刚度的 本文计算荷载按最不利情况采用较长编组的地铁Ａ 变化范围考虑１６—１ ６００ ｋＮ／ｅｍ。 型荷载，８节车辆编组，荷载长度为２２．８×８＝ １．２城轨桥梁无碴轨道无缝线路弹性扣件纵向恢 １８２．４ ｍ，折合每延米轴重２８．０７ ｋＮ／ｍ。由于车辆 复力模型 组成以及制动系统的特点，城市轨道交通车辆在桥 由于高架桥无碴轨道铺设无缝线路，为减少钢 梁上的制动力率取值比铁路桥梁高。本文轨面制动 轨与桥梁的相互作用力，要求扣件阻力较小，因此轨 率取０．２５，按单线制动计算；挠曲力计算按双线加 道交通高架桥上一般采用ＷＪ一２型小阻力弹性扣 载，不折减；温度伸缩力按桥梁升降温２０ Ｋ考虑。 件。该扣件纵向阻力与钢轨纵向位移的关系曲 ２计算与分析 线 表明，在钢轨纵向滑动前，扣件阻力随钢轨纵 ２．１ 高架区间计算分析 向位移的增加而增大，但当梁轨相对位移超过扣件 对于很长距离全为高架桥的区间，采用两端全 总的弹性变形（称为临界滑动位移）后，梁轨之间就 设置后继结构的模型，取中间典型的七跨桥梁为研 呈滑动状态。无荷载作用下，试验测得不同螺母扭 究对象。以前的计算表明，桥梁的跨数对梁轨相互 矩的小阻力弹性扣件参数如图２所示。 作用的计算结果有一定的影响，选取七跨计算所产 生的误差在工程容许的范围内。计算的结果主要从 三方面进行分析。 １）墩顶位移：如表２所示。当墩顶纵向水平刚 度降低到３２ ｋＮ／ｍ时，计筻的墩顶 大位移将接近 规范规定的最大墩顶位移界限△≤５．｜，Ｌ＝５、／／３０ ＝２７．３９ｍｍ。当墩顶纵向水平刚度降低到１６ ｋＮ／ｍ 时，墩顶位移将超出规范规定的最大墩顶位移值。 圈２一组扣件阻力与钢轨纵向位移关系 丧２商架区间段桥墩墩顶纵向位移最大值 １．３计算荷载及其他计算参数 墩顶纵向 墩顶纵 位移／ｒａｍ 水平剐度／ 复合胶垫 普通胶垫 本文计算的城轨桥典型断面采用某建成的单箱 ｋＮ・ｃｍ 螺母扭矩 螺母扭矩 螺母扭矩 螺母扭矩 单窒简支预应力混凝土箱梁结构，基本跨径３０ ｍ， ６０Ｎ・ｍ ８ＯＮ・ｍ ６０Ｎ・ｍ ８０Ｎ・ｍ １６ ３３．８２ ３４．２６ ３４．５７ ３４．７６ 主梁宽８．２ ｍ，梁高１．９ ｍ。桥位处土质较软，基础 ３２ ２４．５３ ２４。９２ ２５．２ｌ ２５．３８ 采用４，６００ ｍｍＰＨＣ管桩，每个墩下９根；高架桥上 ９６ ｌ３．７９ １４．１２ １４．３６ １４。４９ 采用支承块式承轨台无碴轨道结构，铺设无缝线路， ｌ６ｏ １０．４０ ｌＯ。６７ ｌＯ．８９ ｌ１．Ｏｌ ３２０ ６．９３ ７．１６ ７．３４ ７．４３ 采用６０ ｋｇ／ｍ钢轨，７￣Ｊ一２型小阻力弹性扣件。 ６４０ ４．５ｌ ４．６９ ４．８４ ４．９ｌ 常用的轨道交通设计荷载有地铁Ａ型、地铁Ｂ １ ６００ ２．４４ ２．５８ ２．６９ ２．７３ ４９ 维普资讯 http://www.cqvip.com 中国帝蕴ｚ彳兰 蒋鹏，马坤全：城市轨道交通桥梁桥墩纵向水平刚度研究 桥梁论文集 ２）梁轨相对位移：在制动荷载作用下，若按复 合胶垫示梁轨相对位移大于０．５ ｎｕｎ为扣件滑移， 普通胶垫示１ ｍｍ为滑移界限，则采用复合胶垫，当 墩顶纵向水平刚度大于３２０ ｋＮ／ｃｍ时，扣件不会出 现滑移，采用普通胶垫，当墩顶纵向水平刚度大于 的计算模型，仍然取七跨桥梁为对象。计算的结果 仍主要从三方面进行分析。 １）墩顶位移：墩顶位移值偏小，如表５所示。 当墩顶纵向水平刚度降低到１６ ｋＮ／ｃｍ时，墩顶位 移仍没有超出规范规定的最大墩顶位移值５ 。 ３２ ｋＮ／ｃｍ时，扣件不会出现滑移，如表３所示。研 究发现扣件滑移的区域为简支梁梁两端的有限区 域，并未出现大面积的滑移现象。梁轨相对位移最 ２）梁轨相对位移：在制动荷载作用下，梁轨相 对位移值很大，随着墩顶刚度的减小，梁轨相对位移 很快就超出规范规定的４ ｍｍ界限，如表６所示。 研究发现梁轨相对位移最大值的位置在桥梁与路基 交界处路基上的第一个扣件处，此处路基假定为刚 性，相对桥梁下部结构刚度值有个突变。在路基上 有限的区域扣件出现了滑移，滑移程度变化明显，很 快梁轨相对位移就能降低到滑移界限以下。 大值一般出现在制动荷载起始位置。 襄３商架区闻段梁轨快速相对位移最大值 墩顶纵向 梁轨相对位ｇ／ｍｍ 水平剐度／ 复合胶垫 普通胶垫 ｋＮ・ｃＩＩｌ－Ｉ 螺母扭矩 螺母扭矩 螺母扭矩 螺母扭矩 ６０Ｎ・ｍ ｌ６ ３２ ９６ ｌ。０４ ０．９７ ０．８ｏ ８０Ｎ・ｍ ０．９９ ０．９０ Ｏ．７ｌ ６ＯＮ・ｔｄ １．ｏ０ Ｏ．９ｌ ０．７４ ８０Ｎ・ｍ ０。９７ ０．８ｂ ０．７ｌ ３）钢轨最大拉压应力：如表７所示 钢轨拉压 ｊ６ｏ ３２０ ６４０ ｌ ６０ｏ Ｏ．７０ Ｏ．５５ ０。４０ ０．２３ Ｏ．６ｌ ０．４７ ０。３４ ０．２０ ０．６５ ０．５２ ０．３９ ０．２４ ０．６ｌ ０．４８ ０．３６ ０．２３ 应力值相比高架桥跨区段有所增大，当墩顶纵向水 平刚度小于９６ ｋＮ／ｃｍ时，钢轨压应力超出钢轨检 算强度的最大值。拉应力均未超过钢轨检算强度的 界限值。 ３结语 ３）钢轨最大拉压应力：如表４所示。扣件刚度 的变化和墩顶纵向刚度的变化对钢轨拉压应力影响 有限，钢轨最大拉压应力值均未超过钢轨检算强度 的界限值。 ２．２高架与地下隧道结合段计算结果分析 城市轨道交通桥梁相比干线铁路桥梁，桥墩纵 向水平刚度最小值的规定是可以放宽的，为此建议： １）城市轨道交通无缝线路桥梁为减少钢轨与 桥梁的相互作用力，一般采用小阻力扣件，加上城轨 对于城市轨道交通桥由高架转人地下轨道的过 渡区域，采用一端考虑后继结构，一端考虑路基影响 墩顶纵向 桥上荷载远小于大铁路的荷载，所以在制动力作用 下，梁轨相对位移一般也偏小，建议在快速制动荷载 钢轨拉压应力／ＭＰａ 衰４商架区闻段钢轨最大拉压应力 水平剐度／ ｋＮ．ｃＩＩｌ一１ １６ ３２ ９６ ｌ６０ ３２Ｏ ６４Ｏ ｌ ６（）ｏ 复台胶垫 螺母扭矩６．９Ｎ・ｍ 拉应力 ３９．７６ ３６．５９ ３１．４８ ２９．１０ ２６．０８ ２３．５８ ２１．Ｏ３ 普通胶垫 螺母扭矩６０Ｎ・ｍ 拉应力 ４２．９０ ３９．６ｏ ３４．２５ ３１．７０ ２８．５９ ２６．０３ ２３．５７ 螺母扭矩８０Ｎ・ｍ 拉应力 ４２．１７ ３８．８９ ３３．６９ ３ｌ。ｌ６ ２８．０９ 』．６６ ７２３．１４ 螺母扭矩８０Ｎ・ｍ 拉应力 “．０９５ ４０。７８０ ３５。３４０ ３２．７８１ ２９．６３５ ２７。０７０ ２４．５７４ 压ｒ直力 —４１．７２ —３８．４３ —３２．７３ —２９．８２ —２６．０８ —２３。５８ —２１．０３ 压应力 —４２．２ —３８．９ —３３．７ —３１．２ —２８．１ —２５。７ —２３。ｌ 压应力 —４２．９０ 一３９．６ —３４．３ —３１．７ —２８．６ —２６．０ —２３。６ 压应力 —４４．０９ —４０．７８ —３５．３４ —３２。７８ —２９。６４ —２７．０７ —２４．５７ 襄５商架与地面结合段墩顶纵向位移最大值 墩顶纵向 墩顶纵向位ｇ／ｍｍ 水平刚度／ 复合胶垫 普通胶垫 ｋＮ・ｃｍ １ 螺母扭矩 螺母扭矩 螺母扭矩 螺母扭矩 ６０Ｎ・ｍ １６ ３２ ２１．１２ ｌ７．７５ ８０Ｎ・ｍ ２０．０８ ｌ７。０５ ６０Ｎ・ｍ ｌ８．０１ ｌ６．８ｌ ８０Ｎ・ｍ ｌ９．３９ ｌ６．６３ 表６商架与地面结合段粱轨快速相对位移最大值 墩顶纵向 梁轨相对位移／ｍｍ 普通胶垫 螺母扭矩 螺母扭矩 ６０Ｎ・ｍ ４．２５ 水平刚 复合胶垫 ｋＮ・ｃＩＩｌ １ 螺母扭矩 螺母扭矩 ６０Ｎ・ｍ ｌ６ ７．２５ ８０Ｎ・ｍ ５．７３ ８０Ｎ・ｍ ４．７ｌ ３２ ５．７７ ４．６ｌ ４．１５ ３。８７ ９６ ｌ６ｏ ３２０ ６４０ ｌ ６０ｏ ｌ２．１７ ９．８ｌ ７。０５ ４。７４ ２．６５ ｌ１．９ｌ ９。７２ ７．１Ｏ ５。ｏ８ ２．ｓ３ ｌ１．８９ ９．７６ ７．１８ ５．０８ ２．９２ ｌ１．８ｌ ９．７ｌ ７．１７ ５．０８ ２．９７ ９６ ｌ６ｏ ３２０ ３．４８ ２。６ｌ １．６９ ２．８４ ２。１４ １．４０ ２．７０ ２。０９ １．４２ ２．４８ １．９２ １．３Ｏ ６４０ ｌ ６０ｏ １．Ｏ５ ０。５５ ０．８８ ０．４６ ０．９４ Ｏ．５３ ０．８６ ０．４８ 维普资讯 http://www.cqvip.com 巾圊布盏Ｚ程 蒋鹏，马坤全：城市轨道交通桥梁桥墩纵向水平刚度研究 表７高架与地面结合段钢轨最大拉压应力 桥梁论文集 钢轨拉压应力／ＭＰａ 墩顶纵向 水平刚度／ ｋＮ．ｃｍ一 １６ ３２ ＮＨ／阱嚣 ，，１，，，，，，，Ｏ Ｏ ０ ９ ８ ７ ６ ５ ４ ３ ２，Ｏ ９ ８ ７ 复合胶垫 螺母扭矩６０Ｎ・Ｉ１１ 螺母扭矩８０Ｎ・ｍ 拉应力 ６３．０５ ５７．Ｏ３ 普通胶垫 螺母扭矩６０Ｎ・Ｉ１１ 螺母扭矩８０Ｎ・Ｉ１１ 拉应力 ６３．Ｉ９ ６２．４＿幸 压应力 —６５．２５ —５８．９９ 拉应力 ６７．１０ ６１．０７ 压应力 —６７．Ｉ —６１．１ 压应力 —６３．２ 一６２．４ 拉应力 ７０．０６ ６３．９３ 压应力 —７０．０６ —６３．９３ ９６ ４６．６７ —４７．４４ ５０．４７ —５ｏ．５ ５Ｉ．２２ —５１．２ ５２．７８ —５２．７８ １６０ ３２Ｏ ６４Ｏ １ ６ｏ０ ４２．２１ ３６．８２ ３２．６６ ２７．３６ —４２．２２ —３６．８３ —３２．６６ —２７，３６ ４５．７６ ４０．２１ ３６．６３ ３０．９４ —４５．８ —４０．２ －３６．６ ３Ｏ．９ ６．２０ ４０．１７ ４３５．５７ ３Ｏ．２３ —４６．２ —４０．２ —３５．６ —３ｏ．２ ４７．７８ ４１．７２ ３６．８Ｏ ３１．８４ —４７．７８ —４１．７２ 一３６．８１ —３１，８４ 作用下梁轨相对位移的最大界限值定为２ ｍｍ。 ２）在高架桥区间，当墩的高度较高时，墩的纵 参考文献 【１］广钟岩．铁路无缝线路【Ｍ］．北京：中国铁道出版社，２００１ 【２］蔡成标。高速铁路特大跨度桥上无缝线路纵向附加力计算【Ｊ］． 西南交通大学学报，２００３，３８（５）：６０９－６１４． 向水平刚度可以适当降低。由以上计算可知，仅从 梁轨相互作用纵向水平力作用考虑，当墩的纵向水 平刚度大于３２ ｋＮ／ｍ时，能满足墩顶位移、梁轨相 对位移和钢轨应力的规范要求。 ３）在高架与地面的过渡区间，梁轨相对位移偏 【３］吴定俊．高架轻轨桥梁设计参数取值分析【Ｊ］．城市轨道交通研 究，２００２（２）：３６—３９． 【４］蒋金洲，肖俊恒．上海市共和新路高架一体式结构无缝线路纵向 力分析【Ｒ］．北京：铁道科学研究院北京远通城市轨道交通中 心．２００２． 大，主要原因是地面的刚度大于桥梁下部结构的刚 度，所以在次区间应使下部结构的刚度尽量保持平 缓过渡，尤其是路桥结合段不应出现刚度突变。此 区间桥墩的高度一般逐渐降低至很小，纵向刚度最 小限制一般能满足。 （上接第４７页） 【５］曹雪琴，朱金龙．城市轨道交通桥梁纵向制动力传递分析【Ｊ］． 中国铁道科学，２００４，２５（４）：７３—７９． ［６］马坤全，陈文艳．轨道交通高架桥合理抗震设计参数及抗震措施 研究【Ｊ］．中国铁道科学，２００１，２２（４）：６３—６８． ２）主梁刚度增加， 跨中弯矩和中墩墩顶弯矩增 加，而中跨跨中挠度和塔顶水平位移减小，同时拉索 的应力变幅也有较大程度的减小。 ３）索塔塔根弯矩随着索塔刚度的增加而增大。 ４）适当增加拉索截面积可以很好地降低索塔 塔根弯矩。 ５）三跨部分斜拉桥属于中短周期桥型，其基本 周期小于普通斜拉桥。 ６）主梁刚度变化对主梁面内怪弯的振型影响 Ｏ １Ｏ ２Ｏ ３Ｏ 较大，随着主梁刚度的增加，主梁面内竖弯的振型频 率也有所增大。 ７）主塔刚度和拉索截面积变化对三跨部分斜 拉桥的动力特性影响较小。 参考文献 ２００４（３）． 增幅 圉４拉幕截面积变化的影响 ５结语 通过对部分斜拉桥的主梁刚度、主塔刚度和拉 索截面积等设计参数对其静力和动力性能的影响分 析可以得出以下结论。 ． 【１］陈虎成，石雪飞．部分斜拉桥结构性能研究【Ｊ］．结构工程师， １）部分斜拉桥结构的整体刚度是由主梁刚度、 索塔刚度和拉索刚度三者共同组成的，但从静力和 ［２】申明文．部分斜拉桥静力性能研究（Ｄ］．上海：同济大学，２００２． ［３］蔡鹏程．三跨预应力混凝土部分斜拉桥动力特性及地震反应特 性研究【Ｄ］．福州：福州大学，２００６． 【４］ＭＩＤＡＳ／Ｃｉｖｉｌ Ｖ２００６在线帮助手册【Ｍ／ＯＬ］．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ． Ｍｉｄａｓ Ｕｓｅｒ．ｃｏｉｎ 动力计算结果都可以看出：索塔刚度和拉索刚度对 结构的整体刚度影响较小，而主梁刚度对结构的整 体刚度影响较大。 ５１
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