上海軌道交通8號線二期U型梁高架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

1、1上海軌道交通上海軌道交通8號線二期號線二期Jean Charles VollerySYSTRA亞太地區(qū)亞太地區(qū)土建項(xiàng)目負(fù)責(zé)人土建項(xiàng)目負(fù)責(zé)人U型梁高架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計型梁高架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計Haythem AmamiSYSTRA結(jié)構(gòu)工程師結(jié)構(gòu)工程師 8號線號線U型梁高架優(yōu)化設(shè)計現(xiàn)場協(xié)調(diào)人型梁高架優(yōu)化設(shè)計現(xiàn)場協(xié)調(diào)人 2No communication or reproduction without prior authorisation of SYSTRA3法國法國SYSTRASYSTRA公司公司業(yè)績遍及世界業(yè)績遍及世界140多個國家，多個國家，250多個城市多個城市 June 20064Banques

2、銀行投資銀行投資RATP Group(巴黎大區(qū)地鐵巴黎大區(qū)地鐵-公交總公司公交總公司)SNCF Group(法國國營鐵路總公司法國國營鐵路總公司)投資創(chuàng)建投資創(chuàng)建SYSTRA36%36%28%72%SYSTRA技術(shù)資源技術(shù)資源由法國國營鐵路總公司由法國國營鐵路總公司(SNCF)和巴黎大和巴黎大區(qū)地鐵區(qū)地鐵-公交總公司公交總公司(RATP)共同創(chuàng)建共同創(chuàng)建5SYSTRASYSTRA公司致力于城市公司致力于城市和鐵路交通項(xiàng)目和鐵路交通項(xiàng)目 高速鐵路，普速鐵路，地鐵高速鐵路，普速鐵路，地鐵（MRT），輕軌），輕軌(LRT) ，有軌電車，有軌電車 , 自動導(dǎo)向交通系統(tǒng)，快速公交系統(tǒng)自動導(dǎo)向交通系統(tǒng)，快

3、速公交系統(tǒng)（BRT） ，專線巴士等。，專線巴士等。SYSTRA 公司還積極參與道路、隧公司還積極參與道路、隧道、橋梁等大型土建工程項(xiàng)目。道、橋梁等大型土建工程項(xiàng)目。6主要服務(wù)內(nèi)容主要服務(wù)內(nèi)容 項(xiàng)目管理項(xiàng)目管理 BOT & PPP 技術(shù)培訓(xùn)技術(shù)培訓(xùn) 技術(shù)支持技術(shù)支持 軟件研發(fā)軟件研發(fā): Railsim，Cube (與與Citilabs合作合作) 施工監(jiān)理與設(shè)備監(jiān)造施工監(jiān)理與設(shè)備監(jiān)造 測試和系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試測試和系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試 交通規(guī)劃交通規(guī)劃 可行性研究可行性研究 交通網(wǎng)絡(luò)的重建與改建交通網(wǎng)絡(luò)的重建與改建 方案設(shè)計與初步設(shè)計方案設(shè)計與初步設(shè)計 詳細(xì)（施工）設(shè)計詳細(xì)（施工）設(shè)計 基礎(chǔ)設(shè)施與建筑工

4、程基礎(chǔ)設(shè)施與建筑工程 720052005年公司營業(yè)額地區(qū)分布情況年公司營業(yè)額地區(qū)分布情況 23%25%1.706 億億歐元?dú)W元35%17%8SYSTRASYSTRA公司集團(tuán)的組成公司集團(tuán)的組成 SYSTRA （巴黎總部）（巴黎總部）MVA（英國）（英國）MVA（香港）（香港）SYSTRA Consulting（美國）（美國）CANARAIL（加拿大）（加拿大）SOTEC（法國）（法國）9No communication or reproduction without prior authorisation of SYSTRA10插入業(yè)績圖片插入業(yè)績圖片111插入業(yè)績圖片插入業(yè)績圖片212插入業(yè)

5、績圖片插入業(yè)績圖片313插入業(yè)績圖片插入業(yè)績圖片414No communication or reproduction without prior authorisation of SYSTRA15 引言引言 I) 項(xiàng)目概況項(xiàng)目概況 II) SYSTRA優(yōu)化設(shè)計優(yōu)化設(shè)計 2.1. 標(biāo)準(zhǔn)跨的設(shè)計：區(qū)間與車站標(biāo)準(zhǔn)跨的設(shè)計：區(qū)間與車站 2.2. 特殊跨的設(shè)計特殊跨的設(shè)計 III) 結(jié)構(gòu)計算結(jié)構(gòu)計算 IV) 與初步設(shè)計的比較與初步設(shè)計的比較 總結(jié)總結(jié)16No communication or reproduction without prior authorisation of SYSTRA17 SY

6、STRA借助其在各地同類項(xiàng)目中積累的借助其在各地同類項(xiàng)目中積累的經(jīng)驗(yàn)，同時結(jié)合經(jīng)驗(yàn)，同時結(jié)合8號線的實(shí)際情況提出優(yōu)號線的實(shí)際情況提出優(yōu)化設(shè)計建議?；O(shè)計建議。 優(yōu)化設(shè)計的總體目標(biāo)是：優(yōu)化設(shè)計的總體目標(biāo)是： 加快施工速度，加快施工速度， 確保工程質(zhì)量，確保工程質(zhì)量， 統(tǒng)一高架結(jié)構(gòu)形式，統(tǒng)一高架結(jié)構(gòu)形式， 加強(qiáng)與城市景觀的協(xié)調(diào)加強(qiáng)與城市景觀的協(xié)調(diào), 降低建設(shè)成本。降低建設(shè)成本。引言引言在項(xiàng)目中最大化采用在項(xiàng)目中最大化采用U型高架結(jié)構(gòu)型高架結(jié)構(gòu)1819 土建工程計劃于土建工程計劃于2007年年10月底完工月底完工 項(xiàng)目總長項(xiàng)目總長 : 6.347km 車站長度（車站長度（4座）：座）： 137m x

7、 4 = 0.548 km 區(qū)間長度區(qū)間長度 : 6.347km 0.548km = 5.799km 標(biāo)準(zhǔn)跨徑：標(biāo)準(zhǔn)跨徑：30米米 特殊跨徑：道岔特殊跨徑：道岔/交叉渡線區(qū)交叉渡線區(qū) 沒有困難曲線半徑?jīng)]有困難曲線半徑項(xiàng)目概況項(xiàng)目概況 20項(xiàng)目的總體條件項(xiàng)目的總體條件 初步設(shè)計：初步設(shè)計： 大大U ：區(qū)間：區(qū)間 小小U：車站和進(jìn)入車站的區(qū)段：車站和進(jìn)入車站的區(qū)段 箱梁：連接車輛段的交叉渡線區(qū)箱梁：連接車輛段的交叉渡線區(qū) 特殊大特殊大 U ：與小：與小 U的過渡的過渡 2個區(qū)段的結(jié)構(gòu)設(shè)計不同個區(qū)段的結(jié)構(gòu)設(shè)計不同21No communication or reproduction without p

8、rior authorisation of SYSTRA22No communication or reproduction without prior authorisation of SYSTRA23 2.1.1. 區(qū)間的標(biāo)準(zhǔn)跨設(shè)計區(qū)間的標(biāo)準(zhǔn)跨設(shè)計 采用預(yù)制小梁結(jié)構(gòu)采用預(yù)制小梁結(jié)構(gòu) 30m 標(biāo)準(zhǔn)跨徑標(biāo)準(zhǔn)跨徑 (局部可調(diào)整局部可調(diào)整)可方便地縮短跨徑可方便地縮短跨徑可方便地加長跨徑可方便地加長跨徑24區(qū)間型梁結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)斷面區(qū)間型梁結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)斷面30m 跨徑跨徑Plan10625單線型梁標(biāo)準(zhǔn)斷面單線型梁標(biāo)準(zhǔn)斷面plan10626平面圖平面圖plan201曲線段采用相同的設(shè)計曲線段采用相同的設(shè)計27

9、外觀效果圖外觀效果圖28型梁結(jié)構(gòu)型梁結(jié)構(gòu)3維圖維圖整個跨斷面統(tǒng)一整個跨斷面統(tǒng)一29標(biāo)準(zhǔn)斷面詳細(xì)布置標(biāo)準(zhǔn)斷面詳細(xì)布置Low Voltage強(qiáng)電電纜強(qiáng)電電纜弱電電纜弱電電纜plan20230預(yù)應(yīng)力鋼束的布置預(yù)應(yīng)力鋼束的布置Plan204,2067 x T159 x T1531plan2047 x T159 x T153230m30m最長至最長至10m超出米標(biāo)準(zhǔn)跨徑的情況超出米標(biāo)準(zhǔn)跨徑的情況采用擴(kuò)展蓋梁采用擴(kuò)展蓋梁33施工方法施工方法2臺起重機(jī)吊裝臺起重機(jī)吊裝 150噸的噸的預(yù)制梁預(yù)制梁現(xiàn)場預(yù)制現(xiàn)場預(yù)制采用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備進(jìn)行施工采用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備進(jìn)行施工34臺灣內(nèi)湖線臺灣內(nèi)湖線預(yù)制梁吊裝預(yù)制梁吊裝 -1 小時完

10、成孔小小時完成孔小35臺灣內(nèi)湖線臺灣內(nèi)湖線預(yù)制梁吊裝預(yù)制梁吊裝 -1 小時完成孔小小時完成孔小36臺灣內(nèi)湖線臺灣內(nèi)湖線37 2.1.2 車站標(biāo)準(zhǔn)跨車站標(biāo)準(zhǔn)跨采用預(yù)制小結(jié)構(gòu)采用預(yù)制小結(jié)構(gòu)38plan2239緊急疏散緊急疏散405.224m4.713m41Plan24,2542No communication or reproduction without prior authorisation of SYSTRA43采用現(xiàn)場澆筑的特殊型梁結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)場澆筑的特殊型梁結(jié)構(gòu) 符合軌道的要求符合軌道的要求, 盡可能采用統(tǒng)一的高架結(jié)構(gòu)，減少特殊結(jié)構(gòu)盡可能采用統(tǒng)一的高架結(jié)構(gòu)，減少特殊結(jié)構(gòu), 改善城市景觀，改

11、善城市景觀， 方便施工，方便施工， 滿足橋下凈空要求。滿足橋下凈空要求。 44 2.2.1. 航天公園站前航天公園站前采用現(xiàn)場澆筑的特殊型梁結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)場澆筑的特殊型梁結(jié)構(gòu)45總體布置總體布置plan11046斷面圖斷面圖plan11247斷面圖斷面圖plan11248 2.2.2. 航天公園站后航天公園站后采用現(xiàn)場澆筑的特殊型梁結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)場澆筑的特殊型梁結(jié)構(gòu)49總體布置總體布置plan11450斷面圖斷面圖Plan115,11651No communication or reproduction without prior authorisation of SYSTRA52 3.1. 設(shè)計依據(jù)

12、設(shè)計依據(jù)533.1. 設(shè)計依據(jù)設(shè)計依據(jù)材料：材料：混凝土：混凝土：C55, 其中其中 fc = 37 MPa, fct = 3.3 MPa, Ec = 3.6x104 MPa c = 25 kN/m3鋼筋：鋼筋：HRB335, 其中其中fs = fs = 335 MPa, Es = 2.0 x105 MPa預(yù)應(yīng)力鋼束：預(yù)應(yīng)力鋼束：fpk = 1860 MPa (fp = 0.9fpk = 1674 MPa), Es = 1.95x105 MPa鋼束的截面積：鋼束的截面積： 139 mm (錨具錨具OVM 15A-1)控制張拉應(yīng)力控制張拉應(yīng)力 f=0.75x0.93x1860=0.70 x186

13、0=1300 MPa 荷載：荷載：二期恒載二期恒載(SIDL): 2.53t/m活載（活載（LL）: 14t/essieu沖擊系數(shù)（沖擊系數(shù)（Impact factor）: 1.18離心力（離心力（Centrifugal Force）風(fēng)載（風(fēng)載（Wind）溫度作用（溫度作用（Temperature effect）特殊荷載：地震力，斷軌力，離車沖擊力特殊荷載：地震力，斷軌力，離車沖擊力 54 3.2. 結(jié)構(gòu)計算結(jié)構(gòu)計算553.2.結(jié)構(gòu)計算結(jié)構(gòu)計算 使用有限元模型（使用有限元模型（Robot板殼單元）板殼單元）考慮列車輪載下的局部作用考慮列車輪載下的局部作用 使用有限元模型（桿單元）來考慮恒使用有

14、限元模型（桿單元）來考慮恒載及預(yù)應(yīng)力作用（底板整體撓曲）載及預(yù)應(yīng)力作用（底板整體撓曲） 563.2. 結(jié)構(gòu)計算結(jié)構(gòu)計算 列車荷載列車荷載 用于計算跨中的最大彎矩用于計算跨中的最大彎矩 X XY YZ ZkPakPaCas : 21 (Train moment)Cas : 21 (Train moment)573.2. 結(jié)構(gòu)計算結(jié)構(gòu)計算 X XY YZ ZkPakPaCas : 20 (Train def max)Cas : 20 (Train def max)列車荷載列車荷載 跨中變形最大跨中變形最大DZ 583.2.結(jié)構(gòu)計算結(jié)構(gòu)計算 跨中標(biāo)準(zhǔn)斷面：跨中標(biāo)準(zhǔn)斷面： 59 3.2.結(jié)構(gòu)計算結(jié)構(gòu)計

15、算 S = 1.989 m Iy = 0.757 m4; vz_sup = 1.152 m vz_inf = 0.648 m Iz = 6.765m4; vy_int = 2.582 m vy_ext = 2.642 m603.2.結(jié)構(gòu)計算結(jié)構(gòu)計算 跨端斷面：跨端斷面：61 3.2.結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)計計算算 端橫梁厚度端橫梁厚度: 313mm S = 2.349 m Iy = 0.884 m4; vz_sup = 1.250 m; vz_inf = 0.610 m Iz = 7.621 m4; vy_int = 2.582 m ;vy_ext = 2.642 m623.3. 設(shè)計檢算和結(jié)果設(shè)計檢算和結(jié)

16、果 桿單元模型：桿單元模型：DZ=1.088cmDZlim=2880/2000=1.44cm633.3. 設(shè)計檢算和結(jié)果設(shè)計檢算和結(jié)果X XY YZ ZkPakPaCas : 20 (Train def max)Cas : 20 (Train def max)Dp 0.5cmDp 0.5cm板單元模型板單元模型: Dz= -1.011cm ，規(guī)范要求規(guī)范要求 Dzlim=L/28.8=1.44cm643.3.設(shè)計檢算與結(jié)果設(shè)計檢算與結(jié)果 橫向自振頻率：橫向自振頻率： 在計算橫向自振頻率時，我們考慮了基在計算橫向自振頻率時，我們考慮了基礎(chǔ)剛度以及相鄰兩跨（標(biāo)準(zhǔn)跨徑礎(chǔ)剛度以及相鄰兩跨（標(biāo)準(zhǔn)跨徑30

17、米）米）的質(zhì)量，計算結(jié)果：的質(zhì)量，計算結(jié)果： F=4.14 Hz ，中國地鐵設(shè)計規(guī)范要求：中國地鐵設(shè)計規(guī)范要求：Flim=90/28.8=3.155 653.3.設(shè)計檢算與結(jié)果設(shè)計檢算與結(jié)果對前種振動模式的研究對前種振動模式的研究 自振頻率自振頻率各個方向上參與的質(zhì)量各個方向上參與的質(zhì)量 Cas/Mode Valeur propre Frquence (Hz) Priode (sec) Prcision Pulsation (1/sec) Mas.cour.UX (%) Mas.cour.UY (%) Mas.cour.UZ (%) frquence limite(Hz) 28/ 1 549.

18、13 3.73 0.27 0 23.43 0.64 0 58.9 NC 28/ 2 675.36 4.14 0.24 0 25.99 0.01 16.64 0.03 3.125 28/ 3 4244.38 10.37 0.1 0 65.15 0.11 21.96 0 3.125 28/ 4 5063.63 11.33 0.09 0 71.16 1.3 1.6 0 3.125 28/ 5 5991.45 12.32 0.08 0 77.4 0.08 22.48 0 3.125 28/ 6 6603.61 12.93 0.08 0 81.26 0.26 0.71 0.01 NC 28/ 7 103

19、59.83 16.2 0.06 0 101.78 4.11 0.1 0.16 NC 28/ 8 10666.82 16.44 0.06 0 103.28 1.01 0.26 2.02 NC 28/ 9 15371.75 19.73 0.05 0 123.98 58.73 0.02 0.36 NC 28/ 10 15538 19.84 0.05 0 124.65 0.74 8.67 0.38 NC 663.3. 設(shè)計檢算和結(jié)構(gòu)設(shè)計檢算和結(jié)構(gòu) 二階振型（橫向）頻率：二階振型（橫向）頻率： f=4.14HZX XY YZ ZCas : 28 (Modale )Cas : 28 (Modale )Dp

20、 0.2cmDp 0.2cm67 3.3.設(shè)計檢算與結(jié)果設(shè)計檢算與結(jié)果預(yù)應(yīng)力度預(yù)應(yīng)力度標(biāo)準(zhǔn)跨單線型梁標(biāo)準(zhǔn)跨單線型梁位置位置cObs. limitlimit檢算檢算結(jié)果結(jié)果跨中跨中-10.911.31.04腹板腹板0.7OK1/4 1/4 跨跨-9.0511.41.260.7OK跨中跨中-12.6611.30.89底板底板0.7OK1/4 1/4 跨跨-10.8111.41.05考慮局考慮局部作用部作用0.7OK683.3.設(shè)計檢算與結(jié)果設(shè)計檢算與結(jié)果強(qiáng)度檢算強(qiáng)度檢算截面位置截面位置 荷載組合荷載組合 計算彎矩計算彎矩抗力彎矩抗力彎矩KKmin 檢算結(jié)果檢算結(jié)果（kN.m）（kN.m）跨中跨中強(qiáng)

21、度檢算強(qiáng)度檢算 112732276922.172OK強(qiáng)度檢算強(qiáng)度檢算 214321.11276921.931.8OK1/4 1/4 跨跨強(qiáng)度檢算強(qiáng)度檢算 19822276922.812OK強(qiáng)度檢算強(qiáng)度檢算 211033.89276922.51.8OK693.3.設(shè)計檢算與結(jié)果設(shè)計檢算與結(jié)果U型梁上緣的應(yīng)力型梁上緣的應(yīng)力 =15.9 MPa （主力荷載組合下的應(yīng)力）（主力荷載組合下的應(yīng)力）703.3.設(shè)計檢算與結(jié)果設(shè)計檢算與結(jié)果U型梁型梁上緣的應(yīng)力上緣的應(yīng)力 =16.14 MPa （主力附加力荷載組合下的應(yīng)力）（主力附加力荷載組合下的應(yīng)力）713.3.設(shè)計檢算與結(jié)果設(shè)計檢算與結(jié)果U型梁型梁下緣的

22、應(yīng)力下緣的應(yīng)力 =0.425 MPa（主力荷載組合下的應(yīng)力）（主力荷載組合下的應(yīng)力）723.3.設(shè)計檢算與結(jié)果設(shè)計檢算與結(jié)果U型梁型梁下緣的應(yīng)力下緣的應(yīng)力 =0.291 MPa （主力附加力荷載組合下的應(yīng)力）（主力附加力荷載組合下的應(yīng)力）733.3.設(shè)計檢算與結(jié)果設(shè)計檢算與結(jié)果結(jié)構(gòu)下緣結(jié)構(gòu)下緣恒載恒載+預(yù)應(yīng)力作用下的應(yīng)力：預(yù)應(yīng)力作用下的應(yīng)力： SW+SIDL+P結(jié)構(gòu)上緣結(jié)構(gòu)上緣743.3.設(shè)計檢算與結(jié)果設(shè)計檢算與結(jié)果U型梁底板型梁底板下緣下緣僅活載作用下的應(yīng)力：僅活載作用下的應(yīng)力： 有限元模型有限元模型底板下緣底板下緣753.3.設(shè)計檢算與結(jié)果設(shè)計檢算與結(jié)果U型梁底板型梁底板上緣上緣=(9.88-3.83)*0.23/1.80+3.832.59x1.18=1.54 MPa 僅活載作用下的應(yīng)力：僅活載作用下的應(yīng)力： 有限元模型有限元模型底板上緣底板上緣763.3.設(shè)計檢算與結(jié)果設(shè)計檢算與結(jié)果抗裂檢算：抗裂檢算：底板頂面最大混凝土應(yīng)力：底板頂面最大混凝土應(yīng)力： = 1.54 MPa （壓應(yīng)力）（壓應(yīng)力）底板底面最大混凝土應(yīng)力：底板底面最大混凝土應(yīng)力： = -0.49 M