懸掛式單軌交通與市政橋結合方案研究

張超

（中鐵第六勘察設計院集團有限公司 天津 300308）

1 概述

進入21世紀以來，人們對交通出行的要求越來越高。懸掛式單軌以其建設迅速，周期較短，投資低，方便出行等優點，在景區通行和機場接駁等特殊條件下的適用性較好。但由于國內應用較少，發展較緩，其跨度還維持在25m左右，對于大跨的路口或河道很少應用，因此其大跨度橋梁的問題一直沒有完整系統的解決方案。

本研究將系統的對懸掛式單軌與市政橋結合修建的方案進行研究。由于單獨為了承托懸掛式單軌修建橋梁投資巨大，而功能卻很單一，因此采用在簡支梁橋墩柱中間設置懸掛式單軌的鋼支柱，將支柱基礎連接到橋面上，同時橋面兩側用于公路橋運行。這種利用簡支梁橋承托懸掛式單軌的方案，既有效的搭載了懸掛式單軌，解決了懸掛式單軌跨度制約的問題，同時又可以兼做市政的公路橋，實現了一橋多用，提高了經濟性，對于其普及和發展有十分重要的意義。

圖1 簡支梁結合市政橋承托方案斷面圖

2 模型計算

為了對簡支梁橋和市政橋結合單軌的方案進行分析，選擇了一個實際工程的簡支梁橋建立模型，并將懸掛式單軌墩柱的荷載以集中荷載的形式作用其上，模擬懸掛式單軌對市政橋的影響，從而對專用簡支梁和市政橋結合簡支梁兩個方案的經濟性進行評價。

2.1 模型概況及截面尺寸

本模型為跨徑40m的簡支梁橋，公路等級為二級公路，公路荷載等級為公路-Ⅱ級，橋面布置2條車道，寬度12m，由4片等截面箱梁組成，梁間距2.9m。4片主梁之間采用剛性橫梁法連接。

箱梁梁高2m，支座處底板厚度360mm，腹板厚度320mm；跨中底板厚度180mm，腹板厚度200mm。

2.2 材料及布置

混凝土：采用C50混凝土；橋面鋪裝采用瀝青混凝土，容重24.0kN/m3。

預應力筋：采用fpk=1860MPa、公稱直徑d=15.2mm的低松弛高強度鋼絞線。采用等效荷載法進行模擬，利用midascivil中預應力鋼束布置功能實現。梁內鋼束均采用兩端同時張拉，錨端控制應力為1395MPa。預應力規格為N1～N5采用4As15.2，N6采用5As15.2。

2.3 荷載統計

（1）結構自重：主梁所用預應力混凝土為C50，容重26kN/m3，結構自重由結構體積可以計算得到。

（2）二期恒載：橋面有80mm厚C50混凝土現澆層及100mm厚瀝青混凝土橋面鋪裝。由材料容重換算得12.8kN/m線荷載分別加載在4片主梁上。

（3）車道荷載：根據《公路橋涵設計通用規范》（JTGD60-2015）4.3.1條規定車道荷載的計算圖式施加。

（4）懸掛式單軌墩柱荷載：此墩柱荷載采用等效荷載的方法進行加載，采用成都某空鐵項目雙線橋墩雙線加載時的墩底反力。單個墩柱的等效荷載為：

Fx=114kN；Fy=195.7kN；Fz=1227.8kN；Mx=1252.8kN·m；My=-729.6kN·m；Mz=122.6kN·m；

采用兩種加載方式：①將一組墩柱荷載加載在1/2跨截面頂板中心節點上；②將兩組墩柱荷載分別加載在距簡支梁兩端支座7.5m處，其中一組荷載只考慮墩柱恒載的等效荷載。

2.4 荷載組合

（1）恒載組合：自重+預應力荷載+二期恒載；

（2）恒載+活載組合：組合1+公路活載；

（3）單墩荷載：單墩荷載；

（4）雙墩荷載：雙墩荷載；

（5）恒載+活載+單墩荷載組合：組合2+跨中單墩荷載；

（6）恒載+活載+雙墩荷載組合：組合2+跨中雙墩荷載；

2.5 計算結果

2.5.1 內力結果

內力結果為組合（1）作用下，剪力和彎矩分別為1035kN和3003.6kN·m；組合（5）作用下分別為 1245.9kN 和 6221.0kN·m；組合（6）作用下分別為1451.7kN和5318.6kN·m。

由計算結果可以看到在增加了墩柱荷載后，簡支梁的內力較恒載+活載的工況由明顯增大。其中恒+活+單墩荷載時跨中彎矩增大107.2%，恒+活+雙墩荷載時跨中彎矩增大77.1%。

2.5.2 應力結果

通過計算可以得到，施加墩柱的等效荷載后，簡支梁在跨中部分產生了較大的拉應力。其中，施加跨中單墩荷載時，1/2跨截面產生了5.92MPa的拉應力，施加跨中雙墩荷載時，1/2跨截面產生了4.22MPa的拉應力，均超過了C50混凝土的抗拉強度標準值2.65MPa?？赏ㄟ^加強預應力筋的方法補強。

2.5.3 位移結果

根據《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTGD62-2004）6.5.3條規定，考慮C50混凝土長期撓度增長系數1.425并消除結構自重產生的長期撓度后主梁的最大撓度不超過計算跨徑的1/600。由計算結果可知，施加墩柱的等效荷載后，簡支梁在跨中部分產生了較大的撓度。其中，施加跨中單墩荷載時，1/2跨截面產生了66.2mm的撓度，非常接近容許值，施加跨中雙墩荷載時，1/2截面產生了67.7mm的撓度，超過了容許值。

2.6 改良措施

2.6.1 截面調整

主梁撓度超過容許值表明主梁剛度不足。應力超過容許值可用加強預應力筋的方式解決。將主梁高度增加至2.2m并調整相應預應力布置。調整后的預應力規格為N1～N5采用4As15.2，N6和N7采用5As15.2。

2.6.2 調整后的應力與位移

調整后的主梁應力計算結果可知，由計算結果可以看到截面正應力和主拉應力均未超過規范容許值。

撓度計算結果為施加跨中單墩荷載時，1/2跨截面產生了49.6mm的撓度，滿足要求；施加跨中雙墩荷載時，1/2截面產生了50.7mm的撓度，也同樣滿足。

2.6.3 材料數量變化

可以看到更改梁高和預應力布置后應力和撓度均符合規范要求。但由于截面高度的改變，造成了混凝土和預應力筋用量的增加。用料情況如表1。

表1 更改截面后材料數量變化

3 結論

通過分析可以得出，常規市政橋在橋面上直接安裝懸掛式單軌時，對其有較大的影響，應力和位移都超過了限值，因此需要增加預應力鋼筋和截面尺寸。

經過計算后可以發現，截面需增加5.7%，預應力筋增加20%就可以完全滿足懸掛式單軌的要求。因此對于市政橋來說，只需稍加改造，即可滿足一橋兩用的要求，充分的發揮了市政橋的功效。

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