城市轨道交通高架桥结构设计研究

GXF360 2019-09-21

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1 前言

近年来，随着我国城镇化的推进及城市经济的发展，城市人口越来越密集，城市轨道交通作为绿色节能交通，在缓解城市交通拥堵方面发挥着越来越重要的作用。城市轨道交通高架桥在外形及景观设计要求方面体现了城市桥梁的特点，而在结构设计方面则有一套有别于一般铁路桥梁的结构设计体系。本文依托贵阳市轨道交通1号线高架桥结构设计，对城市轨道交通高架桥结构设计的关键技术进行分析研究，为今后类似结构的设计和分析提供参考。

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2 工程概况

贵阳市轨道交通1号线高架桥区间（属云贵高原上的低山丘陵地貌）起点位于金阳新区西北端窦官，线路沿城市道路向东敷设，终点在小河区场坝村。1号线全长33.6 km，高架桥总长3.42 km（占线路总长的10.2%），分布于全线6个区间；全线设3座高架站，高架站总长360 m。1号线的一般桥梁上部结构选择预应力斜腹式简支箱梁，遇到上跨河道、道路、山谷时采用大跨度连续梁（刚构），下部结构选择花瓣式桥墩。

3 常规跨度桥梁结构设计研究

3.1 多联现浇箱梁预应力张拉方案选择

贵阳市轨道交通1号线高架桥分布于6个区间，分布零散，总工程体量不大，部分桥梁位于小半径平面曲线上。若梁体采用预制架设施工的方式，则市区需要设置多个预制梁场，经济性低，而且曲线段梁体架设施工难度也较大。综合考虑以上因素，贵阳市轨道交通1号线上部结构采用现浇箱梁方案。

高架桥多联现浇箱梁预应力张拉方式对上部结构、下部结构及施工工期都有较大影响。为了较好地解决1号线高架现浇箱梁的预应力张拉问题，本文对一般城市高架桥预应力张拉方案进行对比分析，具体比较结果如表1所示。

综合表1分析,施工工期较短的现浇梁预应力张拉方案为设后浇带张拉（图1）、顶板开槽张拉（图2）和AB梁端张拉（图3）。其中，顶板开槽张拉方案和AB梁端张拉方案在结构上均存在的不利因素（具体缺点见表1）。因此,贵阳市轨道交通1号线的现浇梁预应力张拉选择对结构影响较小、施工工期较短且施工方便的设后浇带张拉方案。

表1 多联箱梁预应力张拉方案对比分析

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张拉方案设后浇带张拉单端张拉顶板开槽张拉AB梁端张拉施工工艺在梁端设置一定长度后浇带，满足张拉空间要求通过钢束在梁端平弯形成A、B型梁端，可交错张拉优点钢束两端张拉，多联梁体可同时施工，工期较短按设定方向逐跨单端张拉梁体钢束仅在箱梁顶板开槽张拉预应力钢束，梁端互不干扰钢束采用单端张拉，施工简单钢束两端张拉，多联梁体可同时施工，工期较短钢束两端张拉，分联处桥墩顶帽纵向尺寸较小缺点梁端设置后浇带，桥墩顶帽纵向尺寸较大设定方向逐跨施工，工期较长顶板开槽处局部应力较大，施工时需断开横向受力筋，施工难度大预应力钢束在梁端设置较大平弯，预应力损失较大，平弯处局部应力集中

图1 设后浇带张拉（单位：mm）

图2 顶板开槽张拉（单位：cm）

图3 AB梁端张拉（单位：mm）

3.2 小半径箱梁结构设计研究

3.2.1 横向抗倾覆设计

城市轨道交通在城市间穿行，由于受地形、建筑物的影响，线路需要设置较小半径平面曲线以避让建筑物，因此出现了平面半径较小的高架桥。对于小半径的高架桥，结构的横向稳定性是设计中需要重点考虑的1个因素。斜腹式箱梁由于支座间距较小，更应该验算其结构的横向抗倾覆性能是否满足要求。在设计1号线时，对本线最小平面曲线半径（350 m）上的双线简支梁在各种横向支座间距下的横向抗倾覆性能进行了分析研究，计算结果如表2所示。

表2 双线简支箱梁横向抗倾覆计算分析

横向支座间距/m最小支座反力/kN抗倾覆稳定系数1.63661.8 2.09392.58 2.91 3535.24

经过计算分析可知，支座横向间距为1.6～2.9 m时，支座反力均为压力，均未出现支座脱空的情况；但当支座横向间距小于2.0 m时，梁体横向抗倾覆稳定系数小于2.5，不满足规范要求。为确保梁体的横向稳定性，双线简支梁的支座横向间距被确定为2.9 m。

2017年4月13日山西省监察委员会根据《全国人民代表大会常务委员会关于在北京市、山西省、浙江省开展国家监察体制改革试点工作的决定》，实施了全国首例留置措施。2017年11月起，全国各试点地区不断深入对留置进行实践探索，为留置取代“两规”，促进反腐措施法治化创造条件，并在宪法修改后最终正式载入国家监察法中。由于留置措施在此前的法律制度体系内并无直接依据，因此有必要对这一法律概念进行词源梳理，为“留置”概念的重构引以旁证。

3.2.2 曲线梁预应力防崩设计

对于平面位于曲线上的预应力箱梁，由于钢束在平面上曲线布置，预应力钢束张拉后会对曲线内侧形成径向力，作用于箱梁腹板。钢束径向力（见图4）较大时会使腹板内侧混凝土产生崩裂。因此，需要对腹板的箍筋进行验算，并设置一定的防崩钢筋。设计时，对1号线最小平面曲线半径为350 m的箱梁腹板进行了腹板箍筋的验算。钢束产生的径向分力集度为：

进入20世纪初，一些生意人开始使用电话了，事实让他们感到，电话确实可以以最快的速度得到商机信息；一些贵者富者也认识到，利用电话交谈较之你来我往省时省力得多，于是纷纷装起了电话。

式（1）中，T 为该点有效预应力，MPa；r 为该点曲率半径，m。

则预应力钢束所产生的最大弯矩为：

采用SPSS 19.0软件对数据进行分析处理，计量资料以（均数±标准差）表示，采用t检验；计数资料以（n，%）表示，采用χ2检验，对所有实验结果进行数据分析，以P值是否＜0.05为判断标准。采用Logistic回归方程计算，以引流管留置时间是否延长（＞7天）为因变量，患者年龄、BMI、重建时机、腋窝淋巴结清除、合并糖尿病、合并高血压、饮食、功能锻炼及疾病知识宣教等一般资料为自变量，α=0.05为逐步筛选变量的标准，以P＜0.05表示差异具有统计学意义。

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图4 腹板钢束径向力（单位：mm）

式（2）中，h0为腹板净高度，m；T为该点有效预应力，MPa；r为该点曲率半径，m。

经验算，在钢束径向力作用下，腹板设计弯矩为22.7 kN·m，箱梁腹板配置直径为16 mm的箍筋，间距为10 cm，抗弯承载力为143 kN·m，腹板结构承载能力满足规范要求。

4 大跨度连续刚构桥设计研究

4.1 结构概述

1号线小关2号桥，主桥采用（40+68+40）m连续刚构跨越沟谷，为全线跨度最大的桥梁。其梁体采用全预应力单箱单室直腹板变高度箱梁，主墩采用双肢实心薄壁墩，单肢截面为横桥向5.5 m，纵桥向1 m，4号主墩高28 m，5号主墩高23 m，上部箱梁采用悬臂浇筑施工。

主梁构造如图5、图6所示。主桥箱梁顶板宽度为10 m，底板宽度5.5 m。端支座处、边跨直线段和跨中处的梁高为2.25 m，中支点处梁高4.5 m，梁高按二次抛物线变化。底板厚度由跨中处的41 cm按二次抛物线变化至中支点梁根部的69.7 cm，顶板厚度在各梁段（除支点处外）等厚为35 cm。箱梁中跨及边跨端部的腹板厚度为40 cm，在主墩墩顶加厚至65 cm，在边墩支点加厚至75 cm。全桥均采用9－Φj15.29钢绞线，竖向预应力筋采用Φ32精轧螺纹钢筋。

4.2 工后徐变控制

城市轨道交通的轨道一般采用无砟轨道结构，对预应力混凝土梁的后期徐变拱度或挠度应严格控制。轨道铺设后，徐变拱度或挠度不宜大于10 mm，以减少徐变拱度或挠度对线路平顺性的影响。对于大跨度连续刚构，除结构的强度、刚度、稳定性应符合规范外，工后徐变也应该满足要求。一般情况下，跨度越大，收缩徐变效应越大，工后徐变越难控制。对于工后徐变，可以采取调整混凝土的配合比、延长铺轨时间和张拉预应力时间、增加截面刚度和减小截面应力等措施加以控制。本次对（40+68+40）m连续刚构的铺轨时间与工后徐变之间的关系进行了计算分析，结果如表3所示。

图5 连续刚构立面（单位：mm）

图6 梁体横断面（单位：mm）

表3 大跨度连续刚构工后徐变计算分析结果

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注：负号表示方向向下

梁体完成张拉后存梁时间/天铺设轨道时位移/mm 1 500天后位移/mm铺轨后徐变/mm 304.92-4.149.06 605.34-3.508.84 1206.31-2.378.68 1807.14-1.308.44

由表5可知，梁体完成预应力张拉后存梁时间越长，铺轨后的工后徐变就越小。其原因在于存梁过程中完成了一部分收缩徐变。因此，在工期没有特殊要求的情况下，1号线的预应力箱梁铺轨时间均安排在梁体预应力张拉完成180天后进行。

5 道岔区桥梁结构设计研究

5.1 道岔区结构要求

城市轨道交通高架桥上的道岔区采用合成枕整体道床。根据线路情况，1号线高架桥上采用单开道岔及60 kg/m钢轨。9号道岔全长为28.3 m，前长a=12.57 m，后长b=15.73 m。由于道岔区采用了整体道床，对梁的变形提出了更高要求。对于高架结构，在整个道岔范围内，梁部均应采用连续结构，岔前轨缝向道岔外3 m和岔后轨缝向道岔外6 m的区域内不应有梁缝。当桥梁跨度L≤30 m时，对于一般的区间高架桥，在列车活载作用下，挠度小于L/1 800即可；而在道岔区内，对梁体竖向刚度要求更高，列车活载作用下，挠度须小于L/3 500。根据道岔区要求，本线窦官四线道岔桥采用（6×28.7）m四线连续梁，由于（6×28.7）m四线连续梁联长较长，为确保混凝土及预应力施工质量，采用设置预应力连接器分3段浇筑张拉的施工方案。

5.2 截面环框分析

窦官四线道岔横向采用2幅箱梁并置方案，桥面总宽为19.6 m，在2幅箱梁之间（里程YD1K0+543.74至YD1K0+660.54范围内）设50 cm后浇带连成整体桥面，其余段均留50 cm缝隙。与一般的区间高架桥不同，道岔桥上存在交叉渡线，列车在桥面上行驶轨迹是变化的，除纵向整体结构符合规范外，道岔区截面环框结构设计也应满足要求。道岔区桥梁截面环框需要考虑列车及二期恒载在桥面布置的最不利工况，同时在计算模型中考虑结构的竖向刚度对环框的不利影响。图7为列车过交叉渡线的工况。

通过计算分析，对结构顶板横向配筋进行了加强，采用配筋方案为：顶板上缘22@10 cm；顶板下缘22@10 cm。根据计算结果（表4）可知，结构强度指标满足规范要求。

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图7 道岔梁荷载工况

表4 道岔梁环框结构计算结果

位置截面厚度/cm主力主力加附加力混凝土应力/MPa钢筋应力/MPa裂缝宽/mm混凝土应力/MPa钢筋应力/MPa裂缝宽/mm 3单元303.353.60.066.9100.10.128 6单元504.79128.40.1215.99143.10.152 13单元284.6272.60.099.04155.40.177

6 结语

（1）城市轨道交通高架桥一般采用预应力现浇箱梁施工，多联现浇箱梁施工时，箱梁预应力的张拉方案影响施工工期及上下部结构构造，采用设后浇带的张拉方案可满足多联同时施工的要求且施工方便。

内蒙古农业可持续发展的制约因素与发展对策分析…………………………………………………………………… 郑文哲（135）

（2）城市轨道交通高架桥穿行于城市间，不可避免的出现小半径的曲线梁，结构设计时应分析梁体横向抗倾覆稳定性及腹板防崩性能是否满足要求。

（3）城市轨道交通的轨道一般采用无砟轨道结构，对预应力混凝土梁的后期徐变拱度或挠度应严格控制，在工期不控制的情况下可推迟轨道铺设时间，以减小梁体徐变下挠。

AMAROS试验中将1 425例肿瘤直径≤5 cm，且前哨淋巴结有1～2枚转移的病人随机分为行腋窝淋巴结清扫组和行腋窝放疗组[10]，结果发现，两组间无病生存率及总生存率差异无统计学意义(P>0.05)。AMAROS试验表明两种治疗策略均能够提供很好的局部控制效果，但是并没有指出哪部分前哨淋巴结阳性的患者需要进一步处理。

（4）道岔区桥梁除纵向整体结构分析应满足要求外，横向还应结合列车和轨道可能出现的最不利工况进行截面环框分析，加强横向配筋。

参考文献

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[10]孙汝蛟.多种城市轨道交通制式的高架桥梁结构比较[J].铁道建筑，2016（7）：9-12.