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高架轻轨桥梁设计参数取值研究【摘要】目前我国还没有制定出标准的关于高架桥和城市轻轨的设计规范，在具体设计时主要是参考其他规范。本文对轻轨高架桥梁进行了分析，根据其特点和城市参数的取值进行探讨，并尝试提出了建议。旨在填补我国在这一领域的研究空白。【关键词】高架桥、设计参数、城市轻轨0.引言我国的城市高架轻轨交通建设正在迅速的发展，然而我国在此方面却至今没有一个设计的规划。目前全国各地都使用铁路、桥梁或其他的设计规范来建设轻轨交通高架桥。两者在很多方面都不匹配，这种做法并不合理。而设计参数的合理化与工程造价、安全性能都有直接的关系。因此本文结合以往建设高架轻轨桥梁中的经验，对其参数的合理取值进行了探讨，希望对今后的设计有所裨益。1.高架轻轨桥梁的设计特点与一般的大铁路相比，高架轻轨桥梁的设计中要考虑到几个特点：1.1设计荷载偏小大铁路的设计中一般是客货兼有，因此设计荷载以货车来控制。我国现有的铁路桥梁设计主要考虑的是煤水车、满载货车以及蒸汽机车的概化荷载，其荷载量远大于实际的铁路运营。而轻轨主要应用于客运，其设计荷载更接近于公路[1]。1.2设计的车速偏低车速会影响列车过桥时的动力，影响冲击系数的取值。我国原本的大铁路和桥梁的设计车速一般为120km/h，近年来经过数次提速，绝大部分车速都已达到了设计车速，有些区段甚至超过了设计车速。与此不同的是，高架轻轨的设计车速一般为80km/h。1.3行车的密度大轻轨桥梁在行车密度方面要远高于大铁路。大铁路一般使用的是全自动闭塞信号，行车间隔最小为8min，而轻轨桥梁的行车间隔一般在2.5～6min，最小达到1.5min，这就造成了双线加载的概率也要高于大铁路。1.4设计依据多样化轻轨桥梁的另一个重要特点就是其设计经常与其他类型的结构结合，从而引起争议，在设计时到底该采用哪个具体行业部门的规范来作为轻轨桥梁的设计规范。例如车站上的高架桥梁部分，由于轻轨高架车站的站点多、区间小，站桥联建多，其既可以看做是轻轨高架桥梁的一部分，也可以视为是民用工业建筑的一部分。因此有的采用轻轨高架桥梁的规范来设计，也有的使用的是民用工业建筑部门颁布的规范来设计。两种设计规范的差异必然会引起争议。这是由于真正的高架轻轨桥梁的设计规范还没有出台而造成的。1.5其他方面的特点城市轻轨高架桥除了以上几个特点，对刚度、美观和轻巧等方面都存在着自身的特点。2.参数取值的具体分析和研究2.1设计荷载取值的探讨在设计荷载的取值问题上，在不考虑客货混跑的情况下，基本都是在现有的荷载模式中选取一种。然而，在实际情况中，荷载轴重虽然不尽相同，但均布荷载（一节车厢的总重量车厢长度的比）却保持基本一致。到底是按照均布荷载还是按照轴重荷载，二者在大跨度桥梁中荷载效应的区别很小。然而，在小跨度桥梁中，这个差别就比较明显。在小跨度桥梁中，车辆的轴重越大，其相应的荷载效应也就越大[2]。考虑到同一桥跨结构中同时出现双线荷载的概率很小，因此我国在现有的铁路桥规定中。将取折减系数定为0.9。然而轻轨高架桥梁的情况有所不同，轻轨高架线路上的行车密度要高于大铁路，因此从概率的角度来说其同一桥跨上出现两辆车的概率也就高得多。所以大铁路的实际荷载要远低于设计荷载，但两者在轻轨高架线路中是基本持平的，这与公路的情况更为接近。公路中两车道加载的情况并不折减，由此可见这也同样适用于高架轻轨线路。事实上很多国家在这一问题上也确实没有折减。2.2设计的方法与措施按照相关的设计规范，现有的高架轻轨设计方案中，使用的一般都是容许应力法。然而在一些特殊的设计情况中，例如轻轨与道路交通的一体化墩、高架车站等，在这些特殊情况中采用什么设计方案还没有定论。本人认为极限状态法在上述的这些特殊情况中应该得到广泛的采纳。设计理论的发展过程中，经历了容许应力法、破坏阶段法、极限状态法几个发展阶段。容许应力法有一个最大的缺陷就是难以控制安全度，因为容许应力法的结构设计中的K，也就是安全系数的制定没有一个确切的规范，完全是凭主观经验来设定的。而极限状态法则弥补了此项缺陷。在安全系数的制定中采取分项系数的方法，对结构设计的安全度进行了概率分析，概念清晰，可控度高。极限状态法在交通部门、建设部门等领域中都得到了广泛的应用，效果可观。铁路部门由于疲劳问题严重、荷载量大等原因，至今采用的是容许应力法。然而在高架轻轨的建设中，由于荷载量小，疲劳度也不高，不管从荷载的观点还是从设计的理念来考虑，极限状态法都应该得到采纳和推广。2.3桥梁冲击系数目前我国在大铁路设计中，测定冲击系数的方法一般是测量车速在经过不同跨度的桥梁时产生的冲击系数，经过数据统计制成冲击系数与桥梁跨度的曲线图，再由此来制定数学表达式来计算。经过实践证明这种方法在轻轨高架铁路中并不适用，计算出的冲击系数并实际要大。会对桥梁的冲击系数产生影响的因素不少，现在的研究中主要列举了这几个主要因素：轨道不平顺产生的摩擦影响、周期作用力的影响、列车过桥时产生的速度影响。在轻轨高架铁路中，车辆速度偏低，相较于蒸汽机车，产生的周期作用力也比较小。所以产生的桥梁冲击系数也比铁路要小。由当前世界各国的统计数据可以发现，根据计算公式得出的冲击系数值比实际测量到的要大的多。两个数值最接近的是英国，这是由于英国使用的是BS5400规范。这种规范在制定冲击系数时是按照内燃机车和电力机车的作用，来制定的，而且对轻轨交通荷载也有兼顾。这种规范划分了两个类型的设计荷载：干线铁路中适用于客货混跑的荷载，和轻轨中适用于旅客交通的荷载。并对两种荷载中冲击系数的计算和表达式都做了明确的规定。因此，此规定适合高架轻轨桥梁方面冲击系数的测算，测算出来的结果也与实测值最为接近[2]。3.结语作为城市中的重要建设项目，高架轻轨的建设中设计参数是否合理对工程造价和结构安全都有着重要的影响，是个不容忽视的重要问题。高架轻轨存在行车密度高、速度低、荷载小等特点，其设计参数和现有大铁路的设计参数有很多区别。本文旨在能对在制定适用于高架轻轨的规范起到一些借鉴作用。【参考文献】[1]王冬梅,倪向阳,王慧珺.城市轨道交通双线桥上无缝线路挠曲力研究[J].都市快轨交通.2012(06)[2]苏竹松.城际快速轨道交通桥梁设计荷载图式标准研究[J].铁道标准设计.2009(09)[3]蒋鹏,马坤全.城市轨道交通桥梁桥墩纵向水平刚度研究[J].中国市政工程.2007(S2)