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［摘要］本文結合廣珠城際軌道交通橋梁設計具有輕軌、地鐵和鐵路網(wǎng)的特點，分析了國內外橋梁設計規(guī)范極限狀態(tài)法的各項基本技術參數(shù)取值，通過實例對不同設計計算方法進行比較，闡明廣珠城際橋梁設計不僅可以采用容許應力法，還可以采用極限狀態(tài)法，并提出廣珠城際橋梁荷載分類與組合形式。

［關鍵詞］廣珠城際橋梁設計極限狀態(tài)法

引言

新建鐵路廣州至珠海(含中山至江門)城際快速軌道交通橋梁具有類似城市軌道交通橋梁的特點，且在我國剛剛起步，無相應的設計方法與規(guī)范。我們有必要對國內外相關規(guī)范和設計方法進行充分的研究分析比較，加強對本線的橋梁結構的設計計算方法的認識，才能有利于推進城際快速軌道交通橋梁設計技術的進步與發(fā)展。本文著重根據(jù)各國極限狀態(tài)法的一些規(guī)定，對相應的技術參數(shù)進行分析比較，并與其他計算方法進行荷載效應的對比。

國內自2000年上海明珠線一期建成通車以后，北京、廣州、武漢等城市也相繼進行城市軌道交通建設。目前國內尚無城市高架軌道交通橋梁的設計規(guī)范，結構設計參照鐵路橋涵設計規(guī)范按容許應力法進行計算。

國外的軌道交通在七十年代就得到了發(fā)展，且各國相繼修訂設計規(guī)范，納入了結構設計最新的成果，計算方法也從容許應力法、破壞階段法發(fā)展到極限狀態(tài)法。國外除了個別規(guī)范外，一般都采用極限狀態(tài)設計，運用荷載分項系數(shù)法作為設計表達式。

經(jīng)過對本線橋梁設計荷載圖式的初步研究認為采用0.6UIC較為合適，其實，本線設計概化的運營車輛荷載對簡支梁的跨中換算靜活載效應與0.4UIC的作用效應相當，因此，活載相對來說較輕，歐洲聯(lián)盟的設計方法是完全值得借鑒的；同時本線的橋梁比重占全線95%以上，在對設計方法進行初步分析比較的基礎上，認為采用極限狀態(tài)法進行橋梁結構設計其經(jīng)濟效益可觀，從投資方面考慮也有必要對極限狀態(tài)法進行論證。

1極限狀態(tài)法技術參數(shù)比較與分析

極限狀態(tài)法中各規(guī)范技術參數(shù)差別較大，但分類基本一致，即：荷載、材料與工作條件等，著重從這三個方面技術參數(shù)，綜合分析國內外規(guī)范取值，尋求適合本線技術參數(shù)。國內外規(guī)范使用階段極限狀態(tài)工況其技術參數(shù)取值均為1，承載能力極限狀態(tài)工況下的技術參數(shù)取值如表1～表4。

從表1可以明確，恒載參數(shù)各種標準的差別很大。同時一個國家不同時期的差別也是很大的(其中帶*者為原有規(guī)范)。但是結構自重在橋建成以后，基本是不變的，誤差可能性較小，因此取1.2作為自重恒載參數(shù)。

各國規(guī)范的活載參數(shù)取值如表3,活載是橋梁設計中最基本的技術條件。比較各國規(guī)范當中的活載參數(shù)，根據(jù)活載在橋梁設計當中所起的主導作用，在不同的組合方式下，分別取1.4、1.2、1.0等不同的值。

按極限狀態(tài)法設計的橋梁結構設計，根據(jù)規(guī)定須進行兩類極限狀態(tài)計算，以保證結構安全、適用、耐久。由于城際快速軌道交通在國內剛剛起步，不可能從可靠度理論分析來制訂各技術參數(shù)取值，主要參考國內外現(xiàn)有設計規(guī)范，按荷載的離散程度不同制訂相應參數(shù)。推薦的技術參數(shù)取值如表5～表7。

2荷載分類與組合

2.1荷載分類

荷載的分類按荷載隨著時間變化性能的不同以及出現(xiàn)機率的大小,將作用在城際軌道交通橋梁上的荷載分為下列幾類:永久荷載、可變荷載和偶然荷載，如表7。

2.2荷載組合

（1）按承載能力極限狀態(tài)組合:

組合Ⅰ：永久荷載的一種或幾種與基本可變荷載的一種或幾種效應組合；

組合Ⅱ：永久荷載的一種或幾種與基本可變荷載的一種或幾種與其它可變荷載的一種或幾種效應組合；

組合Ⅲ：永久荷載一種或幾種與施工、養(yǎng)護、維修狀態(tài)荷載的效應組合；

組合Ⅴ：永久荷載的一種或幾種與基本可變荷載的一種或幾種,再加上一種偶然荷載的效應組合。

（2）按正常使用極限狀態(tài)組合組合Ⅳ:永久荷載的一種或幾種與基本可變荷載的一種或幾種效應組合。

3算例

3.1基本資料

在不同的活載形式作用下，計算示例一為一輕軌30m雙線預應力混凝土簡支梁，梁部采用C50混凝土，檢算跨中截面進行強度；計算示例二為鋼筋混凝土連續(xù)剛構，計算跨度為(10.28+2×12.56+10.28)m，梁部采用C50混凝土，墩身采用C35混凝土，檢算其墩頂梁截面與墩頂墩身截面。輕軌活載圖式如圖1，廣珠城際運營車輛荷載圖式如圖2，動車組荷載圖式與圖2相同，軸重≤150KN。

3.2計算結果

計算結果如表8～表10。從表8可以看出，輕軌與汽—超20活載效應相當，采用按極限狀態(tài)法，在輕軌活載作用下，可節(jié)約鋼材約24%，在廣珠城際快速軌道車輛荷載作用下節(jié)省鋼材14%。表9的計算結果表明，要滿足規(guī)范要求，截面鋼筋的最小根數(shù)，采用容許應力法計算需60Φ25Ⅱ級鋼筋,極限狀態(tài)法需53Φ25Ⅱ級鋼筋。表10的計算結果均滿足規(guī)范要求，截面有足夠的安全儲備。

3.3計算分析及結論

以上示例，分別對鋼筋混凝土的受彎構件、偏心受壓構件以及預應力混凝土構件進行了檢算，包含了橋梁結構設計的大部分內容。經(jīng)過以上計算，可以看出：

(1)對推薦的各項技術參數(shù)進行的極限狀態(tài)法與容許應力法、破壞內力法進行了計算比較，結果表明滿足規(guī)范要求。

(2)采用極限狀態(tài)法比采用容許應力法、破壞內力法要節(jié)省材料。當然，在實際的工程設計當中，不僅僅是按截面的最大承載能力去進行橋梁結構設計，還要考慮截面砼和鋼索應力以及位移等要求。

(3)推薦的技術參數(shù)雖然是在參照各國結構設計規(guī)范或橋梁設計規(guī)范的基礎之上選取，但是荷載與材料的分項安全系數(shù)、工作條件系數(shù)的取值，在安全度方面的保證率比較明確，較之容許應力法、破壞內力法對內力憑經(jīng)驗取安全系數(shù)設計，要科學、明確。

(4）將結構的受力區(qū)分為兩類極限狀態(tài)來計算，既保證了結構的安全，又保證了它的使用功能和耐久性，概念清楚，計算目標明確，兼有按容許應力法和按破壞內力法設計的優(yōu)點。

4結語

廣珠城際快速軌道交通工程橋梁設計采用采用極限狀態(tài)法的計算方法，通過上面的計算，無論是對廣珠城際快速軌道交通工程運營車輛荷載還是對動車組荷載，結果表明都是可行的。隨著結構設計理論不斷發(fā)展以及極限狀態(tài)設計法的日趨成熟，對于高架軌道交通橋跨結構來說，荷載和結構抗力的變異性小，計算模式確定性好，更適合采用極限狀態(tài)的設計方法。

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