Presentar el diseño de vigas de vía de PC simplemente apoyadas para la segunda fase de la nueva línea de tren ligero de Chongqing y compararlo con el diseño de la primera fase del proyecto para discutir las ideas de diseño de las vigas de vía. .
1 Descripción general
Las vigas de vía tienen la doble función de soportar cargas de vehículos y formar vías de tren. La estructura de la viga de vía es principalmente una viga de PC simplemente apoyada. La vida útil de diseño de las vigas de vía es de 100a.
La segunda fase de la nueva línea de tren ligero de Chongqing tiene una longitud total de 4.708 kilómetros, con un radio de curva mínimo de 100 metros y un peralte máximo del 12%. En el diseño de vigas de vía del proyecto de la segunda fase, basándose en la prueba de vigas de vía lineal de 25 m y teniendo en cuenta el encofrado existente de la fábrica de vigas, la luz estándar de la viga de vía de sección recta se establece en 24 m, y todas las vigas de vía Tienen 0,85 m de ancho y 1,5 m de alto, lo que coincide con el proyecto de la primera fase. Los soportes de viga de PC con soporte simple son todos soportes de acero fundido.
2 Establecimiento del modelo de cálculo
Las características de tensión espacial de las vigas de vía son obvias, principalmente en los dos aspectos siguientes: (1) El radio de curva mínimo es de 100 m y la superaltura es del 12% (2 ) el límite requiere que el ancho lateral de la viga de vía sea de solo 0,85 m. Debido a la complejidad de la viga del monorraíl, se compiló un programa especial RTV para su cálculo y análisis. El programa utiliza elementos de vigas rectas tridimensionales. Existen las siguientes dificultades para establecer un modelo de viga de vía: (1) Simulación del soporte de la viga de vía (2) Simulación del efecto pretensado de la viga de vía (3) Simulación del proceso de construcción (4) Simulación de carga de operación;
2.1 Simulación de soporte de viga de vía
Para vigas curvas, la dirección de soporte del límite de la estructura no parecerá paralela a la dirección del eje de coordenadas general de la estructura. Para describir las condiciones de restricción de los nodos de soporte oblicuo, se puede establecer un sistema de coordenadas de nodo para introducir restricciones a lo largo de la dirección de soporte del soporte oblicuo.
(1) Establecer el sistema de coordenadas del nodo.
△i=L△*i, Pi=LP*i
Donde: L es la matriz de transformación del sistema de coordenadas del nodo al sistema de coordenadas global;
△ I y P*i son los vectores de desplazamiento de nodos en el sistema de coordenadas de nodos;
△i y Pi son los vectores de desplazamiento de nodos en el sistema de coordenadas global;
φ es el sistema de coordenadas del nodo y el sistema de coordenadas global El ángulo entre sistemas de coordenadas.
(2) Modificar la ecuación de rigidez general
La matriz de rigidez unitaria se corrige antes de fusionarse con la rigidez total, y se corrige la matriz de rigidez unitaria en el sistema de coordenadas general. como un nodo en la dirección de soporte diagonal La matriz de rigidez del elemento en el sistema de coordenadas. El método para modificar la matriz de rigidez unitaria es el siguiente:
Donde: ke es la matriz de rigidez unitaria en el sistema de coordenadas global;
K*e es la matriz de rigidez unitaria en el sistema de coordenadas del nodo.
De manera similar, antes de que el vector de fuerza del nodo unitario se fusione con el vector de fuerza del nodo total, el vector de fuerza del nodo unitario se corrige de acuerdo con la relación entre el sistema de coordenadas del nodo y el sistema de coordenadas total.
(3) Resuelva la fuerza interna de la unidad
Primero, resolviendo la ecuación de rigidez general, se obtiene el desplazamiento del nodo en el sistema de coordenadas del nodo de soporte inclinado. Condición del nodo de soporte inclinado, el desplazamiento del nodo se multiplica por la matriz de rigidez del elemento, se obtiene la fuerza interna del elemento en el sistema de coordenadas del nodo de soporte inclinado. Luego, a través de la relación entre el sistema de coordenadas del nodo de soporte oblicuo y el sistema de coordenadas global, se puede obtener la fuerza interna en el sistema de coordenadas global. Finalmente, de acuerdo con la relación entre el sistema de coordenadas global y el sistema de coordenadas local, se puede obtener la fuerza interna de la unidad en el sistema de coordenadas local.
2.2 Simulación del efecto pretensado de vigas de vía
La estructura de hormigón pretensado es un sistema en el que el pretensado y el hormigón interactúan para conseguir el equilibrio de fuerzas internas. Para analizar la interacción entre ellos, los tendones pretensados y el hormigón pueden considerarse como cuerpos separados independientes. Al analizar el equilibrio de fuerzas internas de los cuerpos separados de los tendones pretensados, se puede obtener la carga equivalente de los tendones pretensados sobre la estructura. La carga equivalente de estructuras pretensadas incluye cargas nodales y cargas no nodales. Las fuerzas internas estructurales resultantes se pueden calcular utilizando mecánica estructural.
En la actualidad, existen muchos documentos sobre la simulación de pretensado de vigas curvas bajo unidades de viga curva, pero hay muy pocos documentos sobre la simulación de pretensado de unidades de viga recta. Este artículo deriva esto y aplica bien la programación de RTV.
2.3 Simulación del proceso constructivo
Los principales pasos de construcción de vigas de vía se muestran en la Tabla 1.
La fuerza interna en la etapa final de la estructura se puede obtener superponiendo la fuerza interna generada por la carga o movimiento de fulcro en cada etapa constructiva.
Con base en las fuerzas internas generadas en cada etapa de construcción y las características de la sección transversal de la estructura en esa etapa de construcción, se puede calcular la nueva tensión de la sección transversal en esta etapa. Al superponer los incrementos de tensión de la sección transversal en cada etapa de construcción, se puede obtener la tensión de la sección transversal de la estructura en la etapa final.
Al multiplicar el desplazamiento elástico de la estructura en cada etapa de construcción por el coeficiente de fluencia de cada etapa correspondiente al momento en que ocurre el desplazamiento, se obtiene la deformación por fluencia de la estructura en cada etapa de construcción correspondiente al desplazamiento elástico. se puede obtener.
En la fórmula: φij es el coeficiente de deformación por fluencia de la I-ésima etapa de construcción correspondiente a la deformación elástica al comienzo de la J-ésima etapa de construcción; XEj es la deformación elástica al comienzo de la etapa de construcción; I-ésima etapa de construcción.
2.4 Simulación de carga operativa
Hay dos métodos que se pueden utilizar para calcular la fuerza interna y el desplazamiento de la estructura bajo carga operativa:
(1) Método de línea de influencia
Primero encuentre las líneas de influencia de fuerza interna y desplazamiento del punto de cálculo, y luego calcule la fuerza interna o el desplazamiento más desfavorable de la estructura en ese punto en función de la posición de carga más desfavorable.
(2) Método de simulación de operación del tren
Simule la operación real del tren y registre las condiciones de carga de un determinado punto de la estructura desde el primer eje hasta el último eje bajo el condiciones de carga de cada paso. El cambio de fuerza interna o desplazamiento con el tiempo, y luego encontrar la fuerza interna o desplazamiento más desfavorable en ese punto.
Los dos métodos de cálculo anteriores tienen sus propias ventajas y desventajas. En el diseño de la viga de vía de la segunda fase del proyecto, se seleccionaron los dos métodos de cálculo anteriores para los procedimientos de cálculo y calibración.
3 Cálculo del haz de vía
El cálculo del haz de vía utiliza dos conjuntos de programas al mismo tiempo, uno es el programa autoescrito RTV y el otro es el programa SOFISTIK (secundario correspondiente el desarrollo se lleva a cabo según sea necesario). Tomando como ejemplo una viga de vía con una luz de 20 m (radio R = 100 m), se presentan los resultados del cálculo de los dos programas. A menos que se especifique lo contrario, los puntos seleccionados son aquellos que se encuentran alrededor de 1/4 del tramo.
(1) Cálculo de fuerzas internas bajo carga muerta en cada etapa (ver Tabla 2)
(2) Cálculo de desplazamiento en cada etapa (ver Tabla 3)
(3) Cálculo de las fuerzas internas de carga viva durante la operación (ver Tabla 4)
(4) Cálculo de la tensión normal en las esquinas bajo combinaciones de carga de trabajo (ver Tabla 5).
Según los cálculos anteriores, se puede ver que los resultados del cálculo de los dos programas son consistentes.
4 Diseño de vigas de vía
4.1 Clasificación de vigas de vía
En comparación con la primera fase del proyecto, la clasificación de las vigas de vía se ha reducido. Según el análisis de fuerzas, las fuerzas internas de la viga de vía R=4000 m y de la viga de vía R=∞ son muy diferentes, y los dos tipos de vigas de vía se pueden clasificar y fusionar. Consulte la Tabla 8 para obtener más detalles.
4.2 Diseño de barras de acero pretensadas
(1) Cuando el número de cordones de acero requeridos excede 40, use 15-5 cordones de acero y el número máximo de anclajes de extremo de viga es 5 Fila. Aunque el anclaje del 15-5 es ligeramente mayor que el del 15-4, en general, se reducirá la probabilidad de colisión de piezas incrustadas como barras de acero ordinarias y barras de acero pretensadas.
(2) Dado que el peso axial de la carga viva es mayor que la carga muerta de la viga de vía, la tensión en los bordes superior e inferior de la viga de vía puede controlar el diseño bajo la combinación más desfavorable. de las condiciones de trabajo. Para proporcionar una cierta reserva de tensión de compresión en los bordes superior e inferior de la viga, algunos tipos de vigas deben moverse hacia arriba a través del centro de las barras de acero pretensadas según sea necesario para acercarlas a la distribución axial de la viga.
4.3 Diseño de barras de acero ordinarias
En comparación con el proyecto de la primera fase, basado en los resultados del cálculo de fuerzas internas y refuerzos, la configuración de barras de acero ordinarias para las vigas de vía en El proyecto de la segunda fase fue optimizado, como se muestra en la Tabla 9.
El diseño optimizado de las barras de acero ordinarias se refleja en los siguientes aspectos:
(1) Cancelar los estribos diagonales.
(2) Partiendo de la premisa de cumplir primero con los requisitos para los estribos de corte, considerando que el efecto de torsión de los estribos internos en la viga de vía es pequeño, excepto para la viga de vía con r = 100 m, el El diámetro del estribo interior es: ф16 se cambió a ф12.
(3) Dado que el par de torsión de la viga de oruga R=100 m es mucho mayor que el de otras vigas de oruga, y la tensión normal en el Las esquinas son más desfavorables, el diámetro de las barras de acero longitudinales se cambió de ф16 en la primera fase del proyecto a ф18.
5 Conclusión
Este artículo trata sobre algunas experiencias de diseño de vigas monorriel tipo pórtico, con el objetivo de comunicarse con colegas de diseño, para lograr el propósito de un diseño de vía económico y seguro. vigas y brindar mejor servicio de Monorriel.
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