一种轻量化钢-混组合轨道梁构造及设计方法与流程

本发明涉及单轨制作，尤其是涉及一种轻量化钢-混组合轨道梁构造及设计方法。

背景技术：

1、采用钢-混凝土组合结构可以在全钢结构、混凝土结构基础上进行组合，扬长避短，进行构造优化设计。钢-混凝土组合轨道梁上部走行面板采用混凝土面板，增加轨道梁梁体整体结构阻尼，缓解梁体局部振动，降低运营噪声污染，跨座式单轨列车走行轮和导向轮与上部混凝土面板接触，增加轮轨摩擦力，提高车辆运行平稳舒适度。大跨径的钢-混凝土组合轨道梁在技术、经济指标以及环保社会效益上应具备综合优势。

2、目前关于钢混组合轨道梁的研究，大多集中在等高(混凝土支撑板厚及钢结构高度均不变)的情况，且均采用钢板工厂或者现场组拼焊接。公开号为cn108842530b的专利公开了一种跨座式单轨双线组合轨道梁结构，包括两个相对设置的轨道梁，每个轨道梁包括钢箱和预制优化性能混凝土支撑板，钢箱包括相对设置的两个腹板，每个腹板顶部连接顶板形成t形板结构，每个所述钢箱内沿轨道梁的纵向设置上下两个水平隔板。然而轨道梁跨中主要承受弯矩、剪力较小，受拉区需要更多的钢材用于抗拉；从跨中向支点方向弯矩逐步减小，支点附近主要承受剪力，弯矩较小，受拉区不需要那么多钢材；若轨道梁从支点到跨中钢结构高度不变，造成钢结构的浪费；另一方面，为了提高钢结构的局部稳定性，钢板组合梁(工字钢)需要沿纵向间隔一定间距(一般为2m左右，具体根据计算确定)焊接竖向加劲肋，钢板之间的连接也均为焊接，焊接工作量大，钢结构综合单价高；再者，大量的焊接工作导致轨道梁残余应力较大，严重影响结构的承载力、疲劳性能和耐久性。

技术实现思路

1、(一)要解决的技术问题

2、基于此，本发明提出一种轻量化钢-混组合轨道梁构造及设计方法，用以解决现有的钢混组合梁的造价高及结构受力不合理的问题。

3、(二)技术方案

4、本发明为克服上述问题或者至少部分地解决上述问题，提供一种轻量化钢-混组合轨道梁构造，包括设置在两个支点之间的走行面板，所述走行面板的下端固定有支撑梁，所述支撑梁包括钢支撑和混凝土支撑板，所述钢支撑包括：第一平直段、斜面段、第二平直段、腹板和翼板，所述第一平直段和第二平直段分别设置在单轨钢混组合梁的支点处和跨中处，所述第二平直段的水平位置高于第一平直段的水平位置，所述斜面段由第一平直段斜向上延伸至第二平直段，所述混凝土支撑板由走行面板向下分别延伸至第一平直段、斜面段和第二平直段，所述斜面段和第二平直段均通过腹板固定在翼板上，所述第一平直段固定在翼板上，两个所述腹板之间固定有钢横梁，两个所述第一平直段之间固定有混凝土横梁。

5、优选的，所述第一平直段、斜面段和第二平直段上均固定有剪力连接键。

6、优选的，所述第一平直段、斜面段和第二平直段的上端均设置有多个凸起，所述剪力连接键固定在凸起上。

7、优选的，相邻的两个凸起之间形成有限位槽，所述限位槽的槽宽由槽口处向槽底逐渐变大。

8、优选的，所述凸起的两侧均固定着剪力连接键。

9、优选的，所述第一平直段与走行面板之间的混凝土支撑板的两侧形成有减重槽。

10、优选的，所述走行面板上固定有挡板，所述挡板位于两个走行面板之间。

11、优选的，所述挡板通过固定板固定在走行面板上，所述固定板和挡板呈l型分布，所述挡板的上端面与走行面板的上端面平齐设置。

12、优选的，所述第二平直段的长度等于第一平直段的2倍。

13、本发明还提供了一种轻量化钢-混组合轨道梁构造的设计方法，包括如上述所述的轻量化钢-混组合轨道梁构造，所述走行面板和混凝土支撑板构成混凝土梁，所述混凝土梁和钢支撑构成纵梁，还包括如下步骤：

14、步骤一：计算斜面段的斜率

15、其中，tw为翼板的厚度，

16、l2为斜面段的上方的走行面板的长度，

17、h1为第二平直段和走行面板的厚度之和，

18、h为单轨钢混组合梁的高度；

19、步骤二：计算各截面参数，以跨中梁底作为圆点可得任意截面x的参数；

20、h1'为任意截面混凝土高度，

21、

22、任意截面x中性轴距梁底的距离ycx：

23、

24、其中-2l1-l2≤x≤2l1+l2

25、其中，k为钢材弹性模量es与opc混凝土弹性模量ec的比值，即

26、h2为第二平直段的厚度，

27、h3为限位槽的槽底到第二平直段的底部的距离，

28、l1为第一平直段的长度，

29、t为腹板的宽度，

30、b为单轨钢混组合梁的宽度，

31、b1为走行面板的宽度，

32、b2为翼板的宽度；

33、通过下式计算任意截面惯性矩ix：

34、

35、步骤三：计算各分项荷载值

36、通过下式计算自重作用下荷载集度g1x：

37、

38、其中，为提高系数，

39、γc是opc混凝土的容重，

40、γs为钢材的容重，

41、二恒g2(均布荷载)和活载gk可由附属设施和车辆活载得到；通过下式获得弯矩mx：

42、mx＝m1x+m2x+mk

43、其中m1x、m2x及m3x分别为自重、二恒和活载作用下的弯矩；步骤四：计算各分项应力及挠度控制指标

44、纵梁钢支撑底板应力：

45、纵梁混凝土梁顶板应力：

46、其中[σs]、[fcd]分别为钢材受拉强度设计值和opc混凝土抗压强度设计值；

47、步骤五：拟定h，h1，h2，t，tw，l1，l2，b，b1，b2，γc，γs，k的值，通过步骤一、步骤二和步骤三，验算步骤四的纵梁钢支撑底板应力和纵梁混凝土梁顶板应力是否满足要求；

48、步骤六：若步骤五验算成功，则单轨钢混组合梁满足建造要求；否则转到步骤五重新拟定各参数值进行验算。

49、(三)有益效果

50、本发明的轻量化钢-混组合轨道梁构造有如下的优点：本发明混凝土梁高度和钢支撑高度均随梁的长度方向变化，能更好地适应桥梁内力分布，充分发挥混凝土和钢材的性能，材料利用率高，能节省大量钢材，造价低。其次，不需要焊接竖向加劲肋，钢焊接工作量少，单价更低，可进一步降低造价。第三，避开了传统纯钢梁结构焊接工作量大，对环境影响大，较大的焊接量使得钢梁应力集中现象较多，安全储备低等缺点。第四，在支点处采用混凝土横梁，能够有效提高轨道梁横向稳定性。

技术特征：

1.一种轻量化钢-混组合轨道梁构造，其特征在于，包括设置在两个支点之间的走行面板，所述走行面板的下端固定有支撑梁，所述支撑梁包括钢支撑和混凝土支撑板，所述钢支撑包括：第一平直段、斜面段、第二平直段、腹板和翼板，所述第一平直段和第二平直段分别设置在单轨钢混组合梁的支点处和跨中处，所述第二平直段的水平位置高于第一平直段的水平位置，所述斜面段由第一平直段斜向上延伸至第二平直段，所述混凝土支撑板由走行面板向下分别延伸至第一平直段、斜面段和第二平直段，所述斜面段和第二平直段均通过腹板固定在翼板上，所述第一平直段固定在翼板上，两个所述腹板之间固定有钢横梁，两个所述第一平直段之间固定有混凝土横梁。

2.根据权利要求1所述的轻量化钢-混组合轨道梁构造，其特征在于，所述第一平直段、斜面段和第二平直段上均固定有剪力连接键。

3.根据权利要求2所述的轻量化钢-混组合轨道梁构造，其特征在于，所述第一平直段、斜面段和第二平直段的上端均设置有多个凸起，所述剪力连接键固定在凸起上。

4.根据权利要求3所述的轻量化钢-混组合轨道梁构造，其特征在于，相邻的两个凸起之间形成有限位槽，所述限位槽的槽宽由槽口处向槽底逐渐变大。

5.根据权利要求4所述的轻量化钢-混组合轨道梁构造，其特征在于，所述凸起的两侧均固定着剪力连接键。

6.根据权利要求1所述的轻量化钢-混组合轨道梁构造，其特征在于，所述第一平直段与走行面板之间的混凝土支撑板的两侧形成有减重槽。

7.根据权利要求1所述的轻量化钢-混组合轨道梁构造，其特征在于，所述走行面板上固定有挡板，所述挡板位于两个走行面板之间。

8.根据权利要求8所述的轻量化钢-混组合轨道梁构造，其特征在于，所述挡板通过固定板固定在走行面板上，所述固定板和挡板呈l型分布，所述挡板的上端面与走行面板的上端面平齐设置。

9.根据权利要求1-8任一项所述的轻量化钢-混组合轨道梁构造，其特征在于，所述第二平直段的长度等于第一平直段的2倍，所述第一平直段的高度等于第二平直段的高度。

10.一种轻量化钢-混组合轨道梁构造的设计方法，其特征在于，包括如权利要求9所述的轻量化钢-混组合轨道梁构造，所述走行面板和混凝土支撑板构成混凝土梁，所述混凝土梁和钢支撑构成纵梁，还包括如下步骤：

技术总结本发明公开了一种轻量化钢‑混组合轨道梁构造及设计方法，其包括设置在两个支点之间的走行面板，走行面板的下端固定有支撑梁，支撑梁包括钢支撑和混凝土支撑板，钢支撑包括：第一平直段、斜面段、第二平直段、腹板和翼板，第一平直段和第二平直段分别设置在单轨钢混组合梁的支点处和跨中处，第二平直段的水平位置高于第一平直段的水平位置，斜面段由第一平直段斜向上延伸至第二平直段，混凝土支撑板由走行面板向下分别延伸至第一平直段、斜面段和第二平直段。与现有技术相比，本发明混凝土梁高度和钢支撑高度均随梁的长度方向变化，能更好地适应桥梁内力分布，充分发挥混凝土和钢材的性能，材料利用率高，能节省大量钢材，造价低。技术研发人员：周帅,李璋,樊健生,于鹏受保护的技术使用者：中国建筑第五工程局有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/2