上海轨道交通8号线二期U型梁高架结构优化设计

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3.2.结构计算
• 跨中标准断面：
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3.2.结构计算
• • • • • S = 1.989 m² 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 m
上海轨道交通8号线二期 U型梁高架结构优化设计
Jean Charles Vollery SYSTRA亚太地区 土建项目负责人
Haythem Amami SYSTRA结构工程师 8号线U型梁高架优化设计现场协调人
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SYSTRA 公司简介
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2.0 1.8 1.2 ≤0.75fpk ≤0.65fpk ≤0.60fpk ≤140MN/m2 ≤0.75f’c ≤0.70f’ct ≤0.5fc
TB10002.3-2005 $6.3.16 TB10002.3-2005 $6.3.17 TB10002.3-2005 $6.3.9 TB10002.3-2005 $6.4.1 TB10002.3-2005 $6.4.3 TB10002.3-2005 $6.3.13 TB10002.3-2005 $6.3.14 TB10002.3-2005 $6.4.4 TB10002.3-2005 $6.4.4 TB10002.3-2005 $6.3.10
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法国SYSTRA公司
… 业绩遍及世界140多个国家， 250多个城市
3
June 2006
技术资源
由法国国营铁路总公司(SNCF)和巴黎大 区地铁-公交总公司(RATP)共同创建
RATP Group (巴黎大区地铁-公交总公司) SNCF Group (法国国营铁路总公司)
36%
投资创建 SYSTRA
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台湾内湖线 预制梁吊装 -1 小时完成１孔小Ｕ
35
台湾内湖线
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2.1.2 车站标准跨
采用预制小Ｕ结构
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38
plan22
紧急疏散
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5.224m
4.713m
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41
Plan24,25
II - 8号线U型梁高架结构优化设计 2.2. 特殊跨的设计 航天公园站前后道岔区
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SYSTRA （巴黎总部） MVA（英国）
MVA（香港）
SYSTRA Consulting（美国） CANARAIL（加拿大） SOTEC（法国）
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SYSTRA U 型梁高架结构应用实例
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3.2. 结构计算
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3.2.结构计算
• 使用有限元模型（Robot板壳单元） 考虑列车轮载下的局部作用 • 使用有限元模型（杆单元）来考虑恒 载及预应力作用（底板整体挠曲）
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3.2. 结构计算
• 列车荷载 – 用于计算跨中的最大弯矩
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3.2. 结构计算
•列车荷载 – 跨中变形最大DZ
荷载：
• • • • • • • 二期恒载(SIDL): 2.53t/m 活载（LL）: 14t/essieu 冲击系数（Impact factor）: 1.18 离心力（Centrifugal Force） 风载（Wind） 温度作用（Temperature effect） 特殊荷载：地震力，断轨力，离车冲击力
• 交通规划
• 可行性研究 • 交通网络的重建与改建 • 项目管理 • BOT & PPP • 技术培训 • 技术支持 • 软件研发: Railsim， Cube (与Citilabs合作) • 施工监理与设备监造 • 测试和系统联合调试
• 方案设计与初步设计
• 详细（施工）设计 • 基础设施与建筑工程
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3.2.结构计算
• 跨端断面：
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3.2.结构计算
• • • • • • 端横梁厚度: 313mm S = 2.349 m² 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 m
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8号线U型梁高架结构优化设计 引言
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引言
• SYSTRA借助其在各地同类项目中积累的 经验，同时结合8号线的实际情况提出优 化设计建议。 • 优化设计的总体目标是：
– – – – – 加快施工速度， 确保工程质量， 统一高架结构形式， 加强与城市景观的协调, 降低建设成本。
在项目中最大化采用U型高架结构
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I - 8号线U型梁高架结构优化设计 项目概况
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项目概况 • • • • • • • 土建工程计划于2007年10月底完工 项目总长 : 6.347km 车站长度（4座）： 137m x 4 = 0.548 km 区间长度 : 6.347km – 0.548km = 5.799km 标准跨径：30米 特殊跨径：道岔/交叉渡线区 没有困难曲线半径
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2005年公司营业额地区分布情况
23%
25%
Amériques / MoyenOrient / Afrique Asie/Pacifique
1.706 亿 欧元
35% 17%
Europe France
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SYSTRA公司集团的组成
SYSTRA S.A. MVA Ltd MVA HK/Asie SYSTRA Consulting CANARAIL SOTEC
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3.3.设计检算与结果
• 对前１０种振动模式的研究
• 自振频率 • 各个方向上参与的质量
Cas/Mode
Valeur propre 549.13 675.36 4244.38 5063.63 5991.45 6603.61 10359.83 10666.82 15371.75 15538
Fré quence (Hz) 3.73 4.14 10.37 11.33 12.32 12.93 16.2 16.44 19.73 19.84
可方便地缩短跨径 可方便地加长跨径
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区间Ｕ型梁结构标准断面
30m 跨径
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Plan106
单线Ｕ型梁标准断面
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plan106
平面图
曲线段采用相同的设计
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plan201
外观效果图
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Ｕ型梁结构3维图
整个跨断面统一
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标准断面详细布置
强电电缆 弱电电缆 Low Voltage
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plan202
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3.1. 设计依据
项目 活载条件下的挠度 预应力系数 强度安全系数 强度 K（纵向钢筋达到抗拉计算 强度，受压区混凝土达到抗压极 限强度） 抗剪力 K2 （混凝土主拉应力达到 抗拉极限强度） 剪力钢筋 K1（非预应力箍筋达到 计算强度） 抗裂安全系数 Kf 预应力钢束的 应力 最大控制应力 初始应力 预应力损失 疲劳应力范围 混凝土应力 张拉过程（压应力） 张拉过程（拉应力） 运营条件（压应力） 运营条件（拉应力） 剪应力 主要压应力 主要拉应力 限值 ≤L/2000 0.7 2.0 规范 设计基本规定 TB10002.3-2005 $6.1.3 TB10002.3-2005 $6.2.3
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项目的总体条件 • 初步设计：
– – – – – 大U ：区间 小U：车站和进入车站的区段 箱梁：连接车辆段的交叉渡线区 特殊大 U ：与小 U的过渡 2个区段的结构设计不同
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II - 8号线U型梁高架结构优化设计 SYSTRA优化设计
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II - 8号线U型梁高架结构优化设计 2.1. 标准跨的设计
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2.1.1. 区间的标准跨设计
采用预制小Ｕ梁结构 – 30m 标准跨径 (局部可调整)
Pé riode (sec) 0.27 0.24 0.1 0.09 0.08 0.08 0.06 0.06 0.05 0.05
Pré cision Pulsation Mas.cour. Mas.cour.UY Mas.cour.UZ (1/sec) UX (%) (%) (%) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 23.43 25.99 65.15 71.16 77.4 81.26 101.78 103.28 123.98 124.65 0.64 0.01 0.11 1.3 0.08 0.26 4.11 1.01 58.73 0.74 0 16.64 21.96 1.6 22.48 0.71 0.1 0.26 0.02 8.67 58.9 0.03 0 0 0 0.01 0.16 2.02 0.36 0.38
≤0.70fct
≤0.17fc ≤0.60fc ≤fct
TB10002.3-2005 $6.3.11
TB10002.3-2005 $6.3.15 TB10002.3-2005 $6.3.9 TB10002.3-2005 $6.3.9
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3.1. 设计依据
材料：
• 混凝土：C55, 其中 fc = 37 MPa, fct = 3.3 MPa, Ec = 3.6x104 MPa ρc = 25 kN/m3 • 钢筋：HRB335, 其中fs = f’s = 335 MPa, Es = 2.0x105 MPa • 预应力钢束：fpk = 1860 MPa (fp = 0.9fpk = 1674 MPa), Es = 1.95x105 MPa • 钢束的截面积： 139 mm² (锚具OVM 15A-1) • 控制张拉应力 f=0.75x0.93x1860=0.70x1860=1300 MPa
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采用现场浇筑的特殊Ｕ型梁结构
– – – – – 符合轨道的要求, 尽可能采用统一的高架结构，减少特殊结构, 改善城市景观， 方便施工， 满足桥下净空要求。
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2.2.1. 航天公园站前
采用现场浇筑的特殊Ｕ型梁结构
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总体布置
45
plan110
断面图
46
plan112
断面图
47
plan112
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3.3. 设计检算和结果
杆单元模型： DZ=1.088cm<DZlim=2880/2000=1.44cm
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3.3. 设计检算和结果
板单元模型: Dz= -1.011cm ，
规范要求 Dzlim=L/28.8=1.44cm
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3.3.设计检算与结果
• 横向自振频率： 在计算横向自振频率时，我们考虑了基 础刚度以及相邻两跨（标准跨径30米） 的质量，计算结果： F=4.14 Hz ， 中国地铁设计规范要求： Flim=90/28.8=3.155
2.2.2. 航天公园站后
采用现场浇筑的特殊Ｕ型梁结构
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总体布置
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plan114
断面图
50
Plan115,116
III - 8号线U型梁高架结构优化设计 结构计算
No communication or reproduction without prior authorisation of SYSTRA
72%
Banques 银行投资
36%
28%
SYSTRA
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SYSTRA公司致力于城市 和铁路交通项目
…高速铁路，普速铁路，地铁 （MRT），轻轨(LRT) ，有轨电车 , 自动导向交通系统，快速公交系统 （BRT） ，专线巴士等。
SYSTRA 公司还积极参与道路、隧 道、桥梁等大型土建工程项目。
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主要服务内容
预应力钢束的布置
7 x T15
9 x T15
30
Plan204,206
7 x T15
9 x T15
31
plan204
超出３０米标准跨径的情况
30m
最长至10m
≤30m
采用扩展盖梁
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施工方法
采用标准设备进行施工 2台起重机吊装 150吨的 预制梁 现场预制
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台湾内湖线 预制梁吊装 -1 小时完成１孔小Ｕ
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插入业绩图片1
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插入业绩图片2
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插入业绩图片4
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上海轨道交通8号线 U型梁高架结构优化设计
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U型梁高架结构优化设计
• 引言 • I) 项目概况 • II) SYSTRA优化设计 2.1. 标准跨的设计：区间与车站 2.2. 特殊跨的设计 • III) 结构计算 • IV) 与初步设计的比较 • 总结