双线铁路箱型腹板简支槽形梁的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开一种双线铁路箱型腹板简支槽形梁，包括道床板，道床板宽度方向两侧端部对称设置的一组边箱主梁，道床板长度方向两端底部设有端横梁；道床板沿其长度方向间隔设有多个泄水孔；边箱主梁从道床板两侧伸出边箱主梁为中空腔体结构；道床板和底板内设有平行道床板长度方向布设的多根第一纵向预应力筋和平行道床板宽度方向布设的多根横向预应力筋；中空腔体侧壁内设有平行道床板长度方向布设的多根第二纵向预应力筋，中空腔体侧壁内间隔设有多根竖向预应力筋。本实用新型具有更大的抗扭能力及横向抗力，全梁应力水平优异，无腹板开裂问题，不需要额外设置强劲的腹板加劲肋，构造简单，且横向宽度可做到更大。
【专利说明】
双线铁路箱型腹板简支槽形梁
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种铁路桥梁，具体是一种双线铁路箱型腹板简支槽形梁。
【背景技术】
[0002]现有的双线槽型梁结构有以下三种形式:
[0003]1、单腹板槽形梁:目前仅在京承铁路线上建成的一孔20m跨度双线预应力混凝土槽型梁，采用I型单腹板边主梁结构，设置三向预应力体系。桥面宽度(边主梁净距)9.58m。因采用I型单腹板边主梁结构，桥面宽度难以继续加宽，I型单腹板边主梁抗扭能力不足，结构应力状态较差。此外I型单腹板上翼缘宽度小，结构抗弯刚度小，跨越能力不够(仅20m跨)。以上原因导致该梁型在该桥之后没有推广使用。此外，若叠加声屏障或全封闭声屏障基底反力时，受力状态会更差，故也不宜应用于较高的声屏障或全封闭声屏障地段。
[0004]2、城市轨道交通双线肋板式槽形梁:该类型的桥型建成的有上海轨道交通6号线高架区30m简支槽形梁。在槽形梁底部下每隔3.6m设置一道横梁，横梁中设置横向预应力筋，结构体系变为主梁+横梁+桥面板体系。该梁采用纵向和横向预应力体系，取消了竖向预应力。
[0005]首先，城市轨道交通槽型梁荷载远小于铁路荷载，不能适用于铁路桥梁。其次，城轨线间距小，桥面宽度小，结构形式及横梁受力不能适用于铁路达5.3m线间距布置要求。再次，单腹板的形式，不能满足双线铁路宽桥面、重荷载作用下的边主梁扭转及横向受力要求，腹板易开裂。此外，底板采用肋板式虽节约了混凝土用量，但构造复杂，施工难度大，且道床板承载能力降低。此外，同样不适用于高度较高的声屏障或全封闭声屏障地段。
[0006]3、分离式双线预应力槽形梁结构:已经建成的现有兰新二线风区槽形梁，如图1所示，该桥型每线设置一个U形槽，两主梁单独受力。将一片梁分离两片独立式的梁，减小了道床板的宽度，优化了道床板的受力。但为了设置中间腹板，当有砟轨道线间距小于5.4m或者无砟轨道线间距小于5m的时，需人为加大线间距以满足铁路限界要求。从而加大了两头引桥及路基的线间距，增大了整体工程量，当槽型梁布置范围不长时，经济性差。此外随着跨度越大，中间腹板占用净空越大，线间距人为加宽越大，故一般仅适用于16m左右的小跨度。
[0007]上述槽型梁结构在应用于双线铁路桥梁时，都面临着不能适应铁路重载、不能适应双线铁路桥面宽度宽要求、不能满足较大的跨越能力需求等问题，而且均不能适用于较高的声屏障或全封闭声屏障地段。
【实用新型内容】
[0008]本实用新型的目的在于提供一种既能满足双线铁路宽桥面布置要求、又能提供较大跨越能力，且能满足铁路重载及声屏障结构受力要求，结构受力合理、应力状态良好的双线铁路箱型腹板简支槽形梁。
[0009]为达到上述目的，本实用新型设计的双线铁路箱型腹板简支槽形梁，其特征在于:包括道床板，所述道床板宽度方向两侧端部对称设置的一组边箱主梁，所述道床板长度方向两端底部设有端横梁;所述道床板沿其长度方向间隔设有多个泄水孔;所述边箱主梁从所述道床板两侧伸出，所述边箱主梁为中空腔体结构;所述道床板和底板内设有平行道床板长度方向布设的多根第一纵向预应力筋和平行道床板宽度方向布设的多根横向预应力筋;所述中空腔体内设有平行道床板长度方向布设的多根第二纵向预应力筋，所述中空腔体内间隔设有多根竖向预应力筋;所述道床板和边箱主梁为一体式预应力混凝土结构。
[0010]优选的，所述边箱主梁(I)为包括顶板(1.1)、底板(1.3)和两道腹板(1.2)围成的中空腔体结构。
[0011]优选的，每道所述腹板跨中的厚度小于其两端的厚度，且最大厚度与最小厚度之间为平滑过渡。
[0012]优选的，对称设置的两个所述边箱主梁之间的夹角为20°?50°。也就是说边箱主梁是向外倾斜设置，这样在铁路线路界限宽度一定的情况下，不但减小了底部道床板的横向宽度，而且边箱主梁外倾形成反向弯矩，从而减小了道床板的跨中横向弯矩，道床板横向受力更为合理。
[0013]优选的，每根所述第二纵向预应力筋两端高于其跨中位置，且是跨中低位保持高度不变一段距离后再逐渐抬高。
[0014]进一步优选的，所述第二预应力筋在跨中的最高点低于所述边箱主梁高度的一半;所述第二预应力筋两端的最低点高于所述道床板顶面，最高点低于所述顶板顶面。
[0015]优选的，所述泄水孔位于道床板宽度方向的两端，且是位于边箱主梁之间。这样利于加快梁面排水。
[0016]优选的，宽度方向上，所述道床板中间高于两侧。这样，积水可以顺着坡度自然流向泄水孔利于排水。
[0017]进一步优选的，所述顶板外侧壁设有突出于所述腹板的突出端，所述突出端沿所述顶板长度方向布满在所述顶板外侧壁。这样，不仅增加了顶板宽度，而且可以增大主梁的抗弯惯性矩，提高跨越能力。
[0018]更进一步优选的，所述顶板顶部及突出端顶部设有栏杆。
[0019]本实用新型的有益效果是:一，边箱主梁用闭口的箱型截面，抗扭能力强，提高了抗扭承载能力，从而优化了铁路重载及宽桥面双重作用下边箱主梁扭转及横向受力下的应力状态，避免了 I型单腹板不利的应力状态;二，在边箱主梁上翼缘外侧设计了外凸的突出端结构形式，与边箱主梁顶板组合，形成了较宽的上翼缘，从而增加了槽形梁的抗弯惯性矩，提高了纵向跨越能力;三，边箱主梁的外腹板向外侧倾斜，在铁路线路界限宽度一定的情况下，不但减小了底部道床板的横向宽度，而且边箱主梁外倾形成反向弯矩，从而减小了道床板的横向弯矩，道床板横向受力更为合理；四，简支槽型梁配置了三向(纵、横、竖)预应力筋，第一纵向预应力筋布置于道床板和底板内，第二纵向预应力筋配置在边箱主梁腹板位置，减小了腹板纵桥向的拉应力;横向预应力筋布置于道床板和底板内，用于抵消列车及结构自重产生的底缘横向拉应力，防止道床板和底板开裂影响耐久性;竖向预应力筋沿边箱主梁腹板高度方向布置，用于进一步改善边箱主梁腹板竖向的应力状态;五，梁端道床板局部加厚形成端横梁，既不影响结构的建筑高度，又满足梁端单向板不利的受力状态，避免了梁端设置多个支座;六，箱型边箱主梁起到了声屏障的作用，可阻挡轨道结构噪音，降低了铁路行车的噪音污染，为环境友好型的绿色桥梁结构，边箱充当了声屏障的作用，在边箱顶部布置的声屏障，减少了声屏障高度，节省了声屏障投资，强劲边箱可作为铁路桥上全封闭声屏障牢固的基础，风荷载与列车荷载组合作用下，可保证槽型梁维持良好的应力状态，可适用于较高的声屏障及全封闭声屏障地段。
[0020]由此可见，本实用新型的桥型为槽形梁，建筑高度是现有铁路双线桥桥型里面最小的，可适应控制性工点，降低路线标高，节省全线投资;相比单腹板槽型梁结构，本桥采用箱型边箱主梁，从而具有更大的抗扭能力及横向抗力，全梁应力水平优异，无腹板开裂问题，不需要额外设置强劲复杂的腹板加劲肋，构造简单，且横向宽度可做到更大，能适用于5.5m的大线间距双线桥，适用范围更广;相比钢桁梁，本实用新型为混凝土结构造价具有非常明显的优势，且无导电问题及钢结构繁琐的维护养护问题对桥下交通造成的隐患极小，梁底不需设检查车，不占用结构高度;相比框架桥的沉降敏感性，本方案为简支梁体系，结构受力明确，不均匀沉降不影响结构受力，可适应于软土及岩溶地区。
【附图说明】
[0021 ]图1是兰新二线16m跨分离式双线预应力槽形梁结构
[0022]图2是本实用新型双线铁路箱型腹板简支槽形梁的截面示意图
[0023]图3是本实用新型双线铁路箱型腹板简支槽形梁的平面图
[0024]图4是本实用新型双线铁路箱型腹板简支槽形梁的立面图
[0025]图5是本实用新型双线铁路箱型腹板简支槽形梁预应力布置的半立面图
[0026]图6是本实用新型双线铁路箱型腹板简支槽形梁预应力布置的截面图
[0027]图7是本实用新型双线铁路箱型腹板简支槽形梁的横桥向应力图(跨度32m，应力单位MPa)
[0028]图8是双线铁路箱型腹板简支槽形梁的支座处断面横桥向应力图(跨度32m，应力单位MPa)
[0029]图9是双线铁路箱型腹板简支槽形梁的主拉应力P1>1.0MPa区域分布图
[0030]图10是双线铁路箱型腹板简支槽形梁的主压应力P3>10MPa区域分布图
[0031 ]图中:双边箱主梁I (腹板1.1、顶板1.2、底板1.3)、道床板2、突出端3、端横梁4、泄水孔5、栏杆6、第一纵向预应力筋7、第二纵向预应力筋8、横向预应力筋9、竖向预应力筋10、支座安装中心11。
【具体实施方式】
[0032]下面通过图2?图10以及列举本实用新型的一些可选实施例的方式，对本实用新型的技术方案(包括优选技术方案)做进一步的详细描述，本实施例内的任何技术特征以及任何技术方案均不限制本实用新型的保护范围。
[0033]如图2至图4所设计的双线铁路箱型腹板简支槽形梁，结构构造上可分为以下几个主要部分:双边箱主梁1、道床板2、突出端3、端横梁4、泄水孔5、栏杆6、第一纵向预应力筋7、第二纵向预应力筋8、横向预应力筋9、竖向预应力筋I O。
[0034]所述道床板2宽度方向两侧端部对称设置的一组边箱主梁I，所述道床板横桥向宽度可达11m，所述道床板2长度方向两端底部设有端横梁4;所述道床板2沿其长度方向间隔设有多个泄水孔5;道床板2上铺设轨道结构，其位于两道边箱主梁I之间，为预应力混凝土结构。
[0035]所述边箱主梁I从所述道床板2两侧伸出，或者所述边箱主梁I底部与所述道床板2顶部或侧部连接，边箱主梁I由两道腹板1.1、顶板1.2、底板1.3组成，并由两道腹板1.1、顶板1.2、底板1.3围成一个中空腔体结构，边箱主梁I为纵向主要受力构件，采用预应力混凝土结构。边箱主梁I向外倾斜布置，两道对称设置的所述边箱主梁之间的夹角为20°?50°，这样在铁路线路界限宽度一定的情况下，不但减小了底部道床板2的横向宽度，而且边箱主梁I外倾形成反向弯矩，从而减小了道床板2的横向弯矩，道床板2横向受力更为合理。边箱主梁I采用闭口的中空箱型截面，抗扭能力强，提高了抗扭承载能力，从而优化了铁路重载及宽桥面双重作用下，边箱主梁I扭转及横向受力下的应力状态，避免了 I型单腹板不利的应力状态。箱型边箱主梁I起到了声屏障的作用，可阻挡轨道结构噪音，降低了铁路行车的噪音污染，为环境友好型的绿色桥梁结构，边箱充当了声屏障的作用，在边箱顶部布置的声屏障，减少了声屏障高度，节省了声屏障投资，强劲边箱可作为铁路桥上全封闭声屏障牢固的基础，风荷载与列车荷载组合作用下，可保证槽型梁维持良好的应力状态，可适用于桥上高度较高的声屏障及全封闭声屏障地段。
[0036]如图6所示，优选的，每道所述腹板1.2跨中的厚度小于其两端的厚度，且最大厚度与最小厚度之间为平滑过渡。也就是说腹板1.2在跨中的厚度最小，然后逐渐增大，在梁端厚度达到最大。
[0037]所述突出端3位于边箱主梁I顶部外侧，沿所述顶板I长度方向布满在所述顶板I夕卜侦_，如此，边箱主梁I上翼缘外侧设计的外凸与腹板1.2的突出端3结构形式，与箱型(中空腔体)边箱主梁I顶板1.1组合，形成了较宽的上翼缘，从而增加了槽形梁的抗弯惯性矩，提高了纵向跨越能力。
[0038]所述端横梁4位于道床板2梁端，因受力需要，相比普通道床板2增高，也就是说，端横梁4可以由道床板3在梁端局部加厚形成，既不影响结构的建筑高度，又满足梁端单向板不利的受力状态，避免了梁端设置多个支座，支座安装中心11见2、3、4、6所示。
[0039]如图5和图6所示，所述道床板2和底板1.3内设有平行道床板2长度方向布设的多根第一纵向预应力筋7和平行道床板2宽度方向布设的多根横向预应力筋9，第一纵向预应力筋7梁端张拉，横向预应力筋9左右交替单端张拉;每道所述腹板1.2内设有平行道床板2长度方向布设的多根第二纵向预应力筋8，每道所述腹板1.2内间隔设有多根竖向预应力筋10，第二纵向预应力筋8可梁端张拉，竖向预应力筋在顶板1.3顶面张拉。
[0040]再如图5所示。优选的，每根所述第二纵向预应力8筋两端高于其跨中位置，且是跨中低位保持高度不变一段距离后再逐渐抬高。进一步优选的，所述第二预应力筋8在跨中的最高点低于所述边箱主梁I高度的一半;所述第二预应力筋8两端的最低点高于所述道床板2顶面，最高点低于所述顶板1.1顶面:也就是说位于最顶上的第二预应力筋8两端的最高点低于所述顶板1.1顶面，并且位于最顶上的第二预应力筋8在跨中的最高点低于所述边箱主梁I高度的一半;位于最底下的第二预应力筋8两端的最低点高于所述道床板2顶面。
[0041]本实用新型设计了三向(纵、横、竖)预应力筋，第二纵向预应力筋8配置在边箱主梁I腹板1.2位置，减小了腹板1.2纵桥向的拉应力;第一纵向预应力筋7和横向预应力筋布9置于道床板2和底板1.3内，用于抵消列车及结构自重产生的底缘横向拉应力，防止道床板2和底板1.3开裂影响耐久性;竖向预应力筋10沿边箱主梁I腹板1.2高度方向布置，用于进一步改善边箱主梁I腹板1.2竖向的应力状态；
[0042]再如图3和图4所示，所述泄水孔5位于道床板2宽度方向的两端，且是位于边箱主梁I之间，这样利于加快梁面排水。
[0043]再如图2和图6所示，宽度方向上，所述道床板2中间高于两侧，这样，积水可以顺着坡度自然流向泄水孔5利于排水。
[0044]再如图2所示，所述顶板1.1顶部、所述顶部设有栏杆6。
[0045]优选的，边箱主梁I和所述道床板2为一体式预应力混凝土结构。
[0046]如图7?10所示，为线间距5.3m时，32m跨度的双线铁路箱型腹板简支槽形梁空间应力分析结果，从空间有限元应力分析结果可知:运营荷载作用下混凝土横向应力0.48?
4.6Mpa，没有出现拉应力;全桥除预应力锚固点后方存在局部点主拉应力超过1.0Mpa外，其余主拉均小于1.5Mpa;梁体主压应力在13MPa以下；有限元分析结果充分表明，在中等跨度(32m)、大线间距(5.3m)的情况下，全桥应力状态仍能达到优异水平，满足全预应力结构要求。
【主权项】
1.一种双线铁路箱型腹板简支槽形梁，其特征在于:包括道床板(2)，所述道床板(2)宽度方向两侧端部对称设置的一组边箱主梁(I)，所述道床板(2)长度方向两端底部设有端横梁(4);所述道床板(2)沿其长度方向间隔设有多个泄水孔(5);所述边箱主梁(I)从所述道床板(2)两侧伸出，所述边箱主梁(I)为中空腔体结构;所述道床板(2)和底板(1.3)内设有平行道床板(2)长度方向布设的多根第一纵向预应力筋(7)和平行道床板(2)宽度方向布设的多根横向预应力筋(9);所述中空腔体侧壁内设有平行道床板(2)长度方向布设的多根第二纵向预应力筋(8)，所述中空腔体侧壁内间隔设有多根竖向预应力筋(10);所述道床板(2)和边箱主梁(I)为一体式预应力混凝土结构。2.根据权利要求1所述的双线铁路箱型腹板简支槽形梁，其特征在于:所述边箱主梁(I)为包括顶板(1.1)、底板(1.3)和两道腹板(1.2)围成的中空腔体结构。3.根据权利要求2所述的双线铁路箱型腹板简支槽形梁，其特征在于:每道所述腹板(1.2)跨中的厚度小于其两端的厚度，且最大厚度与最小厚度之间为平滑过渡。4.根据权利要求1或2或3所述的双线铁路箱型腹板简支槽形梁，其特征在于:对称设置的两个所述边箱主梁(I)之间的夹角为20°?50°。5.根据权利要求1所述的双线铁路箱型腹板简支槽形梁，其特征在于:每根所述第二纵向预应力筋(8)两端高于其跨中位置，且是跨中低位保持高度不变一段距离后再逐渐抬高。6.根据权利要求5所述的双线铁路箱型腹板简支槽形梁，其特征在于:所述第二纵向预应力筋(8)在跨中的最高点低于所述边箱主梁(I)高度的一半;所述第二纵向预应力筋(8)两端的最低点高于所述道床板(2)顶面，最高点低于所述边箱主梁(I)顶面。7.根据权利要求1所述的双线铁路箱型腹板简支槽形梁，其特征在于:所述泄水孔(5)位于道床板(2)宽度方向的两端，且是位于边箱主梁(I)之间。8.根据权利要求1所述的双线铁路箱型腹板简支槽形梁，其特征在于:宽度方向上，所述道床板(2)中间高于两侧。9.根据权利要求2所述的双线铁路箱型腹板简支槽形梁，其特征在于:所述顶板(1.1)外侧壁设有突出于所述腹板(1.2)的突出端(3)。10.根据权利要求9所述的双线铁路箱型腹板简支槽形梁，其特征在于:所述顶板(1.1)顶部、所述突出端(3)顶部设有栏杆(6)。
【文档编号】E01D19/00GK205443907SQ201521131623
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2015年12月30日
【发明人】高文军, 刘振标, 曾敏, 郝武, 郝武一, 马广
【申请人】中铁第四勘察设计院集团有限公司