规划设计 Planning and design
56 磁悬浮轨道交通上部U 型梁优化设计
安里鹏1 刘 特1 周永礼2
（1.湖南省交通规划勘察设计院有限公司， 湖南 长沙） （2.中铁第二勘察设计院集团有限公司， 四川 成都）李云迪是朗朗吗
与君歌结局中图分类号：TU7 文献标识码：B 文章编号1007-6344（2019）07-0056-01
摘要：针对目前已实际应用U 型梁所存在的问题，创新U 型梁截面形式，提出一种新型优化U 箱梁结构。采用有限元软件对优化后的U 梁结构进行数值模拟分析，结果表明，该U 型梁结构受力满足设计规范要求，并具有较优的力学性能，同时也具有较好的景观效果。所得结论可为U 型梁在磁悬浮轨道交通中的应用提供参考。
关键词：U 形梁；优化；关键技术；有限元分析
作为下承结构的ｕ型梁（也叫槽形梁），由于其力学性能方面的原因而没有得到足够重视，从而使该梁型在磁悬浮轨道交通领域中的应用很少。然而，由于U 形梁在美观、 降噪、 建筑高度低等方面优势明显， 已经在城市轨道交通工程中（如轻轨）的应用越来越广泛[1]，并已经在国内外取得了大量工程实践[2,3]。但由于国内引进和使用U 箱梁的时间还较短，故在实际使用中，我们发现：U 型梁为开口截面，相对与小箱梁而言，抗扭刚度和稳定性较差；梁体受压区混凝土面积较小，受拉区则集中了较多的混凝土；对于大U 型梁，为保证结构安全和稳定性，U 箱梁体存在预应力钢束布置数量过多，预应力指标偏高的问题，对于横向宽度较大的梁体，一般还需设置横向预应力钢束，导致费用和施工复杂性的增加；目前所使用的的U 箱梁梁高较高，为保证桥下净空，则需要提高桥面的设计标高[4]
。
为解决该问题，同时为增强U 型梁在磁悬浮轨道交通中的应用，本文提出了一种新型U 型梁结构，该结构对以往U 箱梁截面进行优化，并以某旅游文旅项目中跨径3×30m 的连续 U 梁为依托，建立三维有限元模型，对其预应力钢束布置进行优化，同时对其结构受力行为进行分析。
1 依托工程
关之琳老公某磁浮文旅项目计划采用中低速磁悬浮交通，该项目中某一跨径3×30m 的连续梁桥，为小半径(曲线半径为100m)连续梁，计划采用本文所提的优化后U 型梁结构。该U 型梁为开口大U 型梁，中间设中腹板。U 梁总长24.9m，计算跨径为24.1m，标准段梁高1.8m，顶宽10.2m，底宽8.78m，边腹板厚度0.4m，中腹板厚度
0.6m。
刘特图1 U 形梁标准段示意图
2 U 型梁钢束布置
优化后的U型梁结构按全预应力构件考虑，不允许出现拉应力。钢绞线采用符合GB5224标准的φs 15.
2mm低松弛钢绞线，抗拉强度标准值fpk＝1860MPa，弹性模量Ep＝1.95×105MPa。恒载及二期恒载按实际作用位置加载荷载，磁浮列车活载按影响线加载。依据《中低速磁浮交通设计规范》（CJJ/T 262-2017），加载离心力、列车牵引力、风力、温度荷载（含整体升降温和梯度升降温）等附加力。为分析预应力钢束优化布置方案，采用主力组合的方式进行结构分析计算。
经理论分析和计算，优化后的U箱梁共计采用31束钢绞线，钢绞线指标21.4kg/m 3。其中，顶板束7束（9-φs 15.2mm），分别在边腹板各2束，中腹板3束；腹板束9束（12-φs 15.2mm），分别在边腹板和中腹板各3束；底板采用15束12-φ
s
15.2mm低松弛钢绞线。
3 梁格法建模
U 型梁为开口截面，与箱梁相比，抗扭性能差。为分析U 箱梁的抗扭稳定性，采用梁格法建模，以U 型梁左右线中心线为界限，分别建立左侧梁体、中间梁体
和右侧梁体，左右侧梁体与中间梁体之间采用虚拟横梁进行连接。建立的有限元牛年祝福语2021最火朋友圈
图2 梁格法建立U 箱梁模型
共计建立节点数量：246，单元数量：329（含虚拟横梁单元），边界条件数量12个。
4 有限元计算分析
经有限元计算分析，静活载作用下，U 型梁体跨中最大竖向位移为3.829mm，挠跨比1/6294.1，小于1/4600。梁端的竖向转角为0.457‰rad，小于1‰rad。一阶竖弯固有频率n 0=5.053＞64/L=2.66Hz，满足《中低速磁浮交通设计规范》（CJJ/T 262-2017）8.1.8条规定。
在主力、主力+附加力及主力+特殊荷载组合下，U 梁梁体主要计算结果如下。经计算，U 型梁体在运营阶段的强度安全系数为2.47（K≥2.2，括号内为规范容许值，下同），抗裂安全系数为1.68（Kf≥1.2），其跨中上缘最大压应力为6.9 Mpa （σc≤0.50fc=18.5Mpa），跨中下缘最小压应力为1.7Mpa（σc≥0），支点上缘最小压应力为 2.0MPa（σc ≥0），支点下缘最大压应力为 2.7MPa（σc ≤0.50fc=18.5Mpa），混凝土最大剪应力1.94 Mpa（τc≤0.17fc=6.29MPa），抗裂荷载下的混凝土主拉应力为-2.62 Mpa （σtP≤fct=-3.3MPa），主压应力11.9 Mpa （σcP≤0.6fc=22.2MPa），均可满足设计规范要求。从优化后U 梁梁体有限元计算分析结果中可以看出，优化后的U 梁结构受力性能可以满足设计规范要求，同时具有较好的力学性能，可为U 箱梁设计提供一定的借鉴意义。
5 结语
本文所推荐的新型U梁截面形式，结构简约，预应力钢束配置也更为优化，减少了梁体宽度和高度，减轻了梁体重量，节约了工程造价。通过有限元数值模拟计算表明，该U型梁结构受力可满足设计规范要求，具有较好的力学行为和景观效果，可为U型梁在磁悬浮轨道交通中的应用提供参考。
参考文献
[1]Mart í J V, Garc ía-Segura T, Yepes V. Structural design of precast-prestressed concrete U-beam road bridges Based on embodied energy[J]. Journal of Cleaner Production, 2016,120:231 240.
[2]朱琛.迪拜地铁线轻轨高架桥设计[J].世界桥梁，2011(2):1-4.
淘宝怎么团购[3]张蕾.青岛地铁13号线连续U 梁设计研究[J].铁道标准设计, 2017, 61(7):8083. [4]魏亮道. U 形梁在城市轨道交通应用中的优化及关键技术[J]. 科技创新与应用,2017(16):1 3.
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