城市軌道交通結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工-周順華課件8第八章

城市軌道交通結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工StructuralDesignandConstructionofUrbanRailTransit主講：周順華教授同濟(jì)大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院第八章高架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

目錄總則第一節(jié)

設(shè)計(jì)荷載第二節(jié)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則第三節(jié)

高架軌道交通的下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第四節(jié)

高架軌道交通的上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第五節(jié)

高架梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程第六節(jié)

高架軌道交通的防噪結(jié)構(gòu)總則構(gòu)造簡(jiǎn)潔、力求標(biāo)準(zhǔn)化，滿足耐久性、列車運(yùn)行安全和乘坐舒適度，建筑形式應(yīng)充分考慮城市景觀的要求；上部結(jié)構(gòu)優(yōu)先采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，有足夠的強(qiáng)度、剛度；墩位布置應(yīng)符合城市規(guī)劃要求；防水、排水、伸縮縫、欄桿、燈桿、防撞墻等配套構(gòu)件的功能完善和外觀鮮明；施工應(yīng)盡可能避免對(duì)城市交通和市民生活的干擾；必要地段要設(shè)置隔聲屏障；橋上應(yīng)設(shè)置養(yǎng)護(hù)、維修人員及疏散旅客的安全通道。第一節(jié)

設(shè)計(jì)荷載設(shè)計(jì)規(guī)范無專門的設(shè)計(jì)規(guī)范，遵照《鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范》、《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》、《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》設(shè)計(jì)荷載分類高架結(jié)構(gòu)荷載一般分為主力、附加力及特殊荷載三類。主力恒載和活載附加力制動(dòng)力、列車橫向搖擺力、風(fēng)荷載、溫度影響力、流水壓力等特殊荷載無縫線路斷軌力、船或汽車的撞擊力、地震力、施工臨時(shí)荷載等車輛荷載的標(biāo)準(zhǔn)圖式（1）活載圖中荷載軸重P1、P2，車軸距D1、D2、D3及連掛車輛相鄰軸距D0應(yīng)根據(jù)所選車型各項(xiàng)數(shù)據(jù)采用。注：無駕駛室動(dòng)車C=2300mm，有駕駛室拖車C=3095mm；重車軸重170kN,輕車80kN。上海明珠線車輛荷載圖式（尺寸單位mm）國家加拿大美國地點(diǎn)多倫多金斯頓斯卡勃羅溫哥華華盛頓亞特蘭大邁阿密活載27.217.1916.3816.3823.3523.7422.47國外某些輕軌高架線路的活載（單位kN)制動(dòng)力或牽引力取豎向靜活載的15%，當(dāng)其與離心力同時(shí)計(jì)算時(shí)，取10%。雙線橋只計(jì)算一線的制動(dòng)力或牽引力。橫向搖擺力可按相鄰兩節(jié)車四個(gè)軸軸重的15%計(jì)，以集中力形式作用于軌頂處，橫向搖擺力不與風(fēng)力或離心力組合。曲線上的列車離心力按靜活載乘以離心力率取值：（2）附加力及特殊荷載風(fēng)荷載、溫度變化的作用及混凝土收縮的影響、船只撞擊力按現(xiàn)行《鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范》的規(guī)定執(zhí)行。線路的縱向水平力、斷軌力作用于墩臺(tái)上的支座中心處，單線及多線橋只計(jì)算一根鋼軌的斷軌力。若考慮汽車對(duì)墩柱撞擊力時(shí)，撞擊力順行車方向采用1000kN，橫行車方向采用500kN，作用在路面以上1.2m高度處。高架橋結(jié)構(gòu)邊緣應(yīng)考慮30kN的脫軌力。車站站臺(tái)、樓板和樓梯等部位的人群均布荷載值應(yīng)采用4.0kPa，設(shè)備用房樓板荷載根據(jù)實(shí)際情況確定，并不小于4.0kPa。高架結(jié)構(gòu)的擋板結(jié)構(gòu)，應(yīng)考慮0.75kN/m的水平推力和0.36kN/m的豎向壓力，水平推力作用于橋面以上1.2m處。設(shè)計(jì)荷載組合主力單獨(dú)作用，即恒載+活載；主力+附加力的作用，即恒載+活載+一個(gè)方向（縱向或橫向）可能同時(shí)出現(xiàn)的附加力，但橫向搖擺力不與離心力、風(fēng)力同時(shí)計(jì)入；地震荷載+恒載。列車豎向活載的動(dòng)力作用以車輛豎向靜荷載乘以動(dòng)力系數(shù)（1+μ）的方式來考慮，μ按現(xiàn)行《鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范》規(guī)定的值乘以0.8。對(duì)于鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁橋，有：第二節(jié)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則計(jì)算原則鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土和鋼結(jié)構(gòu)，應(yīng)按容許應(yīng)力法設(shè)計(jì)，材料、容許應(yīng)力、結(jié)構(gòu)安全系數(shù)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法及構(gòu)造要求應(yīng)符合現(xiàn)行《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB10002.3—2005）和《鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB10002.2—2005）要求。高架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算建議按以下原則進(jìn)行：按彈性受力階段計(jì)算；預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)應(yīng)驗(yàn)算其強(qiáng)度、抗裂性、穩(wěn)定性、應(yīng)力及變形，預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)梁應(yīng)考慮溫度等二次力；結(jié)構(gòu)滿足最小配筋率和最大裂縫寬度的要求；箱梁應(yīng)考慮進(jìn)行抗扭計(jì)算；墩頂容許位移除滿足行車安全及橋梁自身的受力外，應(yīng)還保證軌道結(jié)構(gòu)的正常使用；橋墩內(nèi)力計(jì)算時(shí)考慮無縫線路引起的墩頂水平力；墩臺(tái)身應(yīng)驗(yàn)算強(qiáng)度、縱向彎曲穩(wěn)定、墩頂彈性水平位移；墩頂彈性水平位移、頂帽尺寸及構(gòu)造要求，暫執(zhí)行鐵路橋規(guī)的規(guī)定；樁基設(shè)計(jì)考慮土的彈性抗力，可按K法或m法計(jì)算；摩擦樁設(shè)計(jì)，按土的阻力驗(yàn)算樁的承載力，即材料強(qiáng)度，驗(yàn)算混凝土及鋼筋應(yīng)力，驗(yàn)算樁身開裂寬度；基礎(chǔ)的容許沉降量應(yīng)滿足列車安全運(yùn)營(yíng)和乘客舒適度的要求，并控制在軌道結(jié)構(gòu)允許變形的范圍之內(nèi)。剛度要求梁式橋跨結(jié)構(gòu)豎向撓度容許值跨度撓度容許值跨度撓度容許值L≤30mL/2000L＞30mL/1500橋墩墩頂縱向水平線剛度跨度L(m)最小水平剛度（kN/m）備注L≤20m240不設(shè)鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器；單線橋梁橋墩縱向水平剛度取本表值的一半。20＜L≤30m32020＜L≤30m400墩頂彈性水平位移Δ順橋向橫橋向L—橋梁跨度，采用相鄰跨中的較小跨，L≤25m時(shí)取25m。墩臺(tái)基礎(chǔ)的沉降（靜定）均勻沉降差異沉降50mm20mm注：超靜定結(jié)構(gòu)，相鄰墩臺(tái)不均勻沉降量之差的容許值應(yīng)根據(jù)沉降對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的附加影響來確定。橫向剛度，采用橫向自振頻率控制，取不小于90/L。第三節(jié)

高架軌道交通的下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)墩身選型強(qiáng)度穩(wěn)定性美學(xué)地形、地物、交通

地面行車視線基礎(chǔ)樁基礎(chǔ)鉆孔樁打入樁擴(kuò)大基礎(chǔ)地質(zhì)好環(huán)境墩身、基礎(chǔ)倒梯形橋墩Y形橋墩倒梯形橋墩與上部結(jié)構(gòu)布置Y橋墩與上部結(jié)構(gòu)布置構(gòu)造簡(jiǎn)單施工容易受力較合理占地少美觀簡(jiǎn)潔構(gòu)造復(fù)雜T形橋墩長(zhǎng)懸臂T形橋墩T形橋墩與上部結(jié)構(gòu)布置占地面積小最常用輕巧美觀雙柱式橋墩雙柱式橋墩雙柱式橋墩與上部結(jié)構(gòu)布置墩質(zhì)量輕節(jié)省圬工材料透空空間大承載能力和穩(wěn)定性均較強(qiáng)鋼筋混凝土墩臺(tái)結(jié)構(gòu)應(yīng)驗(yàn)算強(qiáng)度、整體縱向彎曲穩(wěn)定性、墩臺(tái)頂彈性水平位移；基底應(yīng)驗(yàn)算壓應(yīng)力、合力偏心距、基底傾覆穩(wěn)定性和滑動(dòng)穩(wěn)定性；活載一般按單跨活載、雙跨活載、雙跨空車來考慮，取最不利情況；混凝土空心墩削弱截面面積較多，驗(yàn)算截面壓應(yīng)力、拉應(yīng)力；薄壁空心墩臺(tái)中，考慮溫度變化、空心墩內(nèi)外溫差、混凝土收縮等影響。下部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算拉壓應(yīng)力驗(yàn)算第四節(jié)

高架軌道交通的上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上部結(jié)構(gòu)的截面形式城市軌道交通常用橋梁截面形式a)箱梁；b)空心板梁；c)T形梁；d)槽形梁；e)脊梁式箱梁每種梁型都有自身的適應(yīng)性；同一條高架線路的結(jié)構(gòu)類型不宜過多，考慮構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化、便于工廠制造和機(jī)械化施工。上部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算原則（1）板的計(jì)算雙向彎曲、扭轉(zhuǎn)計(jì)算彎矩計(jì)算跨度為兩梗間凈距加板的厚度，但不大于兩梗間凈距加梁梗寬度。計(jì)算剪力計(jì)算跨度為梗間凈距，剪力按簡(jiǎn)支板計(jì)算。由于剪力滯現(xiàn)象，計(jì)算主梁的彎曲縱向正應(yīng)力時(shí)，取一定寬度的車道板作為主梁翼緣，這個(gè)寬度被稱為計(jì)算寬度。城市輕軌橋單線跨徑12m以上，雙線跨徑22m以上可取車道板全寬作為主梁翼緣。此外，在預(yù)加應(yīng)力作用下可以取車道板全寬作為主梁翼緣。（2）梁的計(jì)算形截面梁受彎時(shí)，只有當(dāng)板厚滿足一定要求時(shí)，方可按T形截面計(jì)算，否則應(yīng)按不計(jì)翼緣懸出部分的矩形截面計(jì)算。根據(jù)國內(nèi)外資料，板的計(jì)算寬度采用下列三項(xiàng)中的最小值：T形截面梁受彎時(shí)，受壓翼緣懸臂端部應(yīng)力呈三角形分布，采用有效寬度簡(jiǎn)化計(jì)算，假定有效寬度范圍內(nèi)的應(yīng)力圖形與腹板內(nèi)的應(yīng)力圖形相同。超靜定結(jié)構(gòu)，力的計(jì)算僅與剛度比有關(guān)，翼緣寬度大小對(duì)剛度比影響很小，可近似取全寬計(jì)算；箱形梁也可按T形梁的規(guī)定計(jì)算。計(jì)算連續(xù)梁時(shí)應(yīng)考慮截面變化的影響。連續(xù)梁要考慮因多余約束而產(chǎn)生的次內(nèi)力；分階段施工的連續(xù)梁，做施工階段驗(yàn)算。設(shè)計(jì)中箱形梁應(yīng)考慮截面溫差所引起的縱向和橫向溫差應(yīng)力。連續(xù)梁中間支承處負(fù)彎矩圖理論上呈尖形，實(shí)際情況支點(diǎn)負(fù)彎矩呈圓滑的曲線形。式中：g—梁的支承力R在支承兩側(cè)向上按45°分布于中心軸G-G水平處的荷載;a—在支承兩側(cè)按45°向上擴(kuò)散交于中心軸G-G的長(zhǎng)度。第五節(jié)

高架梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程設(shè)計(jì)基礎(chǔ)資料平、立面布置依據(jù)、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范內(nèi)力計(jì)算、組合配筋，校核剛、強(qiáng)度墩、臺(tái)、基礎(chǔ)等設(shè)計(jì)附屬設(shè)施的設(shè)計(jì)施工方法施工圖繪制第六節(jié)

高架軌道交通的防噪結(jié)構(gòu)噪聲源（1）輪軌噪聲源（2）空氣動(dòng)力性噪聲源影響因素列車頭尾車底、轉(zhuǎn)向架空調(diào)裝置通過臺(tái)速度大噪聲大（3）集電系統(tǒng)噪聲受電系統(tǒng)電弧噪聲滑動(dòng)聲風(fēng)切聲高頻振動(dòng)（4）線路結(jié)構(gòu)物噪聲源二次輻射墩臺(tái)振動(dòng)梁體振動(dòng)動(dòng)載生理影響血管收縮內(nèi)分泌失調(diào)心理影響失眠煩躁工作效率能力降低錯(cuò)誤率增加噪聲的危害噪聲危害降噪措施降噪噪源改善輪軌接觸傳播路徑浮置板聲屏障其他措施接收體振動(dòng)噪音在聲傳播途徑中，在聲源與接受點(diǎn)之