厦门BRT岛内1号线高架桥设计荷载取值分析

蔡润楷

(中铁第四勘察设计院集团有限公司厦门分院，福建 厦门 361004)

1 BRT设计荷载取值分析

我国首条BRT线路于2005年12月30日在北京正式建成通车。目前，中国一线城市几乎全都进行了BRT规划建设方面的设想。BRT车辆相对普通公交车辆，其特点:速度快、可靠度高、安全性好。从规范而言，BRT大容量公交系统车辆的选取目前均无相应规范的支持，而应根据实际情况选取，而且从目前市面上流行的桥梁设计软件来看，也没有直接针对BRT的设计荷载。为了今后类似的工程项目创造可以借鉴的材料，有必要对BRT相关工程的设计荷载进行探讨。

参照国内已建成的快速公交系统所采用的车辆，BRT车辆荷载考虑按三轴布置，P=100kN;荷载图式如图1所示。

图1 BRT荷载图式

2 轻轨设计荷载取值分析

城市高架轻轨交通在我国是一项方兴未艾的工程，但与此不相适应的是:我国至今尚无城市轻轨高架桥梁设计规范，设计时均参考其他规范作为依据。全国各地已建成的轻轨交通高架桥大都采用铁路桥梁设计规范和其他设计规范(如地铁规范)作为设计依据。1号线设计活载拟采用直线电机车辆，远期及远景均采用4辆编组。直线电机A型车与B型车相差不大，参照国内外已使用的轻轨车辆，1号线拟采用直线电机B型车，考虑其轴重:有利时为P=80kN，不利时为P=130kN。列车按四节编组，荷载图式如图2所示。

图2 直线电机B型车荷载图式

3 设计荷载比较

1号线高架桥采用预应力箱型连续梁，桥梁标准跨径为30m，梁高1.8m，采用单箱单室斜腹板截面。箱梁顶宽9.8m，底宽4.45m;箱梁翼缘板挑臂长2.0m，翼缘板端部厚18cm，与腹板交接处加厚到45cm;顶板厚28cm，底板厚25cm，腹板厚度40cm，在中支点两侧各4.5m范围内腹板加厚为60cm。1号线高架桥实际采用城－B级活载及直线电机B型车活载双重检算。

根据计算比较论证，1号线设计标准区间梁确定合理孔跨布置为3×30m，联长90m，故本次活载作用的影响比较以3×30m为例。比较活载采用三种:BRT活载;城－B级活载;轻轨活载。

3.1 纵向计算比较

纵向计算采用桥梁博士v3.1软件，计算模型均分为三个施工阶段，第一施工阶段浇注混凝土，施工周期为30天。第二施工阶段张拉预应力钢筋，施工周期为20天。第三施工阶段加铺二期恒载及运营阶段，施工周期为3650天。使用阶段升温温差和降温温差为25°和－25°，非线性正温差按公路规范中的正温差T1=14°，T2=5.5°，非线性负温差取正温差的一半。支座不均匀沉降按5mm。BRT荷载、城－B荷载横向分布系数按2.3考虑;轻轨荷载按直线电机B型车荷载计算，横向分布系数按2.32考虑。主要比较各单项荷载作用下，跨中弯矩及支点剪力值区别(按实际计算进行内力比较)，假设在BRT活载下弯矩、剪力系数为1，表1为三种荷载内力比较系数结果。

表1 3×30m不同车辆载重引起桥梁内力系数比较表

3.2 箱梁框架横向计算比较

横向计算按桥面板上荷载的实际加载位置进行计算，并考虑恒载(结构自重按26.5KN/m3;混凝土调平层6～12.75cm，按线性荷载施加;桥面铺装10cm沥青砼，按均布荷载施加;防撞护栏及声屏障每米重20.5KN，按集中力施加)及活载的横向分配系数。列车活载考虑桥上线路的分布作用，活载横向分布宽度计至顶板顶。横向计算按被支承在主梁腹板中心线下的框架结构计算。

箱梁框架横向计算取用单位宽度的跨中断面进行计算，分别采用BRT荷载、城－B荷载和轻轨荷载进行结构分析，采用桥梁博士v3.1进行计算，计算模型如图3所示。

图3 计算模型

通过计算，表2是箱梁顶板各节点在各单项荷载作用下桥面板最小弯矩值比较结果(BRT和轻轨荷载作用效果已经过折算，三者均为标准值)。

表2 不同车辆载重引起桥面板最小弯矩值比较表 单位:KN.m

4 结束语

BRT线路预留了远期为轨道交通的荷载条件，轨道交通活载作用效应较BRT活载及城－B荷载的作用效应大出许多，故1号线桥梁设计应由轻轨活载作用效应作为控制设计。采用城－B荷载代替BRT荷载进行BRT专用车道计算结果会偏大一些，但考虑到BRT专用车道在高峰期车辆密度要低于城－B级车辆间距(15m)以及BRT专用车道必要的消防、应急交通的功能，采用城－B荷载代替BRT荷载进行验算是合理可行的，其计算结果通过了设计监理单位北京市市政工程设计研究总院论证验算。因此1号线设计最终采用城－B荷载及直线电机B型车活载双重检算。由于设计荷载的合理取值关系到结构安全和工程造价的问题，本文仅对其桥梁设计的荷载取值进行了分析与讨论。而作为控制设计荷载的轻轨活载作用效应与大铁路采用的活载存在较大差别，如列车制动力和牵引力问题、横向摇摆力的问题等都需要认真地进行研究，使得设计取值更加合理。目前，我国有关建设部门已开始城市快速公交系统和高架轻轨交通设计规范的研究与编写。相信不久的将来，分别适应城市快速公交系统和高架轻轨交通设计规范将制定出来执导城市交通桥梁的设计。