上海市轨道交通11号线白银路站高架结构总体设计

上海市轨道交通11号线白银路站高架结构总体设计

1胜辛路3层高架侧式站上海轨道交通11号线白银路站位于嘉定区白银路与胜辛路交叉口以南的胜兴路。车站长143m,宽23.6m,沿胜辛路南北走向布置,为3层高架侧式站。车站为纵向单排墩柱,桥墩立柱位于胜辛路中央绿化带中,车站出入口设在胜辛路两侧,通过4处人行天桥上跨道路进出站。本高架车站工程结构设计的技术关键是大悬臂盖梁、独柱桥墩及其基础等桥梁结构,尤其是盖梁的最大悬臂长度超过10m,国内尚不多见,并且其上部超常的设备荷载重量对结构设计带来很大困难。2结构形式和特点2.1下盖梁悬臂式部构造本桥采用“建一桥合一”型结构。由于车站位置的特殊性,所有桥墩均落于胜辛路中央绿化带中,其主要承重结构为独柱墩二层盖梁框架体系(图1)。上盖梁对称双悬臂支承站台层轨道梁、站台梁及部分屋架荷载,悬臂长度4m。下盖梁主要承载站厅层楼面荷载、设备房和其下电缆夹层荷载及通过梁端外墙立柱传递下来的部分站台梁和屋架荷载,悬臂长度达到10.3m,盖梁总长度达到23.6m,与车站宽度相同。上、下层盖梁均采用了预应力混凝土结构,以减小梁高,控制梁端竖向挠度变形和提高抗裂性。2.2纵向轨道梁与区间桥衔接独柱桥墩跨度15m,与车站内轨道梁、站台梁及站厅层的主梁跨度相同。车站结构长143m,站内设9孔15m纵向轨道梁,均为预应力简支梁;两端各设1孔15m梁与区间桥相衔接(图2)。双线轨道梁断面为分离式小箱梁,由预制单线梁架设后,再浇筑后浇段横向固结。站台梁的布置采用框架梁格体系,梁端内侧固结于上盖梁梁端,梁端外侧框架立柱支承于下盖梁外端。站厅层楼面梁板体系固结于下盖梁,每跨设5道纵梁,纵梁间设置多道次梁。2.3缝对称与天墩设计车站总长超过140m,楼面伸缩缝兼抗震缝对称设置于距车站中心37.5m处,缝宽10cm,采用共同基础,纵向双柱式桥墩,见图2中4、5墩和10、11号墩(轴)。2.4高等高等轨道交通桥墩基础建设由于站位处道路沿线管线的施工防护要求较高,同时为了满足高架轨道交通结构及车站框架体系对基础不均匀沉陷的特殊要求,桥墩基础采用Φ80cm钻孔灌注桩群桩基础。3结构设计原则和控制因素3.1“铁路桥合一”结构体系的构建高架轨道交通是近来发展的城市交通体系。根据《地铁设计规范》的指导性规定,在“建一桥合一”型结构体系中,轨道梁、支承轨道梁的横梁、支承横梁的柱等构件及基础应按《铁路桥规》进行设计。除此之外的其余构件均按现行建筑结构规范进行设计。3.2主要的控制要素是设计的主要因素(1)大悬臂盖梁的强度和刚度。(2)主要承重结构的抗震设计。(3)多跨框架柱结构的纵向温度力控制。4结构分析4.1不同荷载内力组合采用空间框架体系进行有限元建模分析,同时考虑基础不均匀沉降、软土地质弹性地基的影响和纵向多跨连续框架结构引起的温度次内力,进行多种荷载内力组合。纵向力(轨道挠曲力、伸缩力、断轨力、列车制动力等)作为主力参与荷载组合。4.2计算内变量和变形的成本4.2.1预应力束张拉盖梁分为上层盖梁和下层盖梁,采用DRbridge结构计算软件进行分析计算。(1)上层盖梁。上层盖梁承受列车动力荷载,按全预应力结构进行设计,见图3。由构件法向抗裂性应力组合控制钢束配置。自重效应/总荷载效应=0.1,预应力束无法1次张拉到位。盖梁预应力束设计分批张拉,与盖梁上部的外荷载加载过程同步进行。盖梁最不利组合应力如图4。(2)下层盖梁。下层盖梁主要承担建筑荷载,受线路轨顶标高和车站下道路净空的限制,梁高不宜太高。设计梁高2.2m,宽2.7m,按部分预应力A类构件设计。盖梁悬臂长度达到10.3m,属于大悬臂结构,需考虑竖向地震力作用。竖向地震作用按结构重力荷载代表值的10%考虑,并参与荷载组合。下盖梁自重效应/总荷载效应=0.15,预应力束设计分批张拉,见图5。预应力材料采用标准型Ⅱ级松弛预应力钢绞线,抗拉标准强度[σ]=1860MPa,实际控制锚下张拉应力σk=0.75[σ]。锚具采用OVM夹片式群锚体系及系列。4.2.2结构体系的设计由于站台梁、站厅楼面梁板体系与盖梁固结在一起,大盖梁的竖向挠度和横向回缩变形量将影响其上部结构的次内力的大小,这对盖梁预应力度和预应力束的分批张拉控制提出了更为严格的要求。根据梁板体系的变形特点,对预应力束张拉顺序和张拉批数等加以细化,各部分结构施工顺序是:①盖梁;②站厅部分楼面;③轨道梁架设;④站台梁框架;⑤站台梁板。同时,采取站厅楼面板纵向设缝、楼面纵向后浇带和站台梁面板后施工等措施,并先释放盖梁端变形,这样盖梁外端的最终挠度和横向张拉回缩等变形可控制在容许值10mm以内。表1列出了7号墩下层大悬臂盖梁各工况梁端竖向挠度计算结果,计算结果表明7号墩最终总变形量为8.2mm,小于变形容许值10mm。4.2.3墩柱截面的土结构模型分析最初的设计中发现,桥墩纵向刚度与温度附加力成正比,如果桥墩截面尺寸采用1.5m×3m(顺×横桥),纵向温度力则相当大,只有减小桥墩刚度才能有效控制温度力。因此,有必要对墩柱截面进行优化设计。以伸缩缝处的5号墩为例,采用MIDAS土木结构软件按有限元空间框架体系对桥墩拟定不同的截面尺寸分别进行温度附加力计算,结果如表2。从表2的第2组数据可以看出,对截面设计起关键作用的纵向弯距通过调整顺桥向尺寸即得到有效控制。考虑到桥墩的横向内力组合和盖梁顶面处的横向位移限值对墩柱截面的横向刚度要求,墩柱截面不可削弱太多,经计算,墩柱截面采用1.25m×3m最为理想,并且通过配置纵向温度力钢筋抵抗温度附加力。4.3结构体系设计本结构为严重不规则的独柱墩框架结构,底层柱属于整个结构的薄弱环节,而最大地震剪力就发生在此层。桥墩的抗震设计采用反应谱理论进行计算,采用MIDAS土木结构软件按照铁路和建筑两种抗震设计规范进行抗震设计,取其大值参与内力组合。该计算结果表明,按建筑抗震规范计算的地震力超过按铁路规范计算值约0.6倍,最终本设计按建筑抗震规范计算的地震力进行墩柱的抗震设计。5桥梁结构体系的确定轨道交通高架车站“建一桥合一”型结构的设计对桥梁结构的分析提出了新的要求,在设计上应当对如下几方面问题做进一步的研究。(1)桥梁下部结构的计算分析应采用多种结构模型,多种荷载