城市轨道高架桥选型的探讨

城市轨道高架桥选型的探讨

1梁内墩柱的地质情况城市公路桥的选择主要是指支架和支柱的选择。基础虽受梁部和墩柱型式的影响,但它主要还是由地质情况确定,比较单一。城市轨道高架桥选型时,要考虑景观、经济、功能、施工、占地和工期等几方面问题。1.1大悬索桥造型应以清洁为原则,选用“融和法和消去法”的方法来设计鉴于城市轨道高架桥作为城市的永久建筑,人们期望其会成为城市的一道美丽的景观。但由于城市轨道高架桥长、窄、平的特点,要想达到此目标有一定的困难,而且将城市的着眼点过多吸引在高架桥上也并不可取。笔者以为城市轨道高架桥在造型上应以简洁为原则,采用融和法和消去法,使之从属于城市环境。如上海道路用地范围窄,两侧高楼林立,宜使桥梁造型柔和,色彩暗淡,弱化视角效果;如西安和兰州道路两侧视野比较开阔,宜采用有力度感和色彩鲜艳一些的造型,引起人们的注意。1.2注意不同城市中区别的3.由于我国幅员辽阔,历史悠久,每个城市都积累了深厚的、富有地域性的人文文化特征,在城市轨道高架桥的造型的选型上,必须充分注意这种差别。比如,对江南城市和西北城市的造型就不宜采用同一型式。对于江南城市,如上海,可采用斜腹板箱梁,配以独柱矩墩(采用大圆弧倒角)或双柱圆墩,以体现江南的轻巧柔和;而对于西北名城西安或兰州,则可采用直腹板箱梁,配以独柱矩墩(不倒角),以体现西北豪爽刚直的文化氛围,见图1。1.3纵向上限制桥梁跨长经济指标是确定高架桥选型的主要因素之一。它通常最主要是在纵向上限制桥梁跨长,这也是桥梁在美观上受到限制的一个因素。经济指标一般具体体现在以下几方面。(1)经济的循环经济跨度一般与地质情况和规模化生产有关。如采用箱梁梁型、支架现浇法施工,对于上海,经济跨度在30m左右;而西安则为25m左右。(2)结构体系结合城市轨道长的特点,采用连续结构要比简支结构经济。如3×30m连续箱梁结构约比3孔30m简支梁结构价格低5%～10%。(3)梁子通常梁型越美观,造价也越高。如弧形外腹板箱梁要比直斜腹板的造价高。1.4从梁部结构的收缩徐变来消除梁体的影响目前,我国城市轨道高架桥主要采用现浇法施工。这主要是根据我国施工单位存在许多诸如运输、架设设备等方面问题尚未解决,无法采用预制吊装法施工。比如,对于跨度为30m的简支箱梁,每孔重双线约320t,单线约150t。采用预制吊装法施工容易满足无碴轨道结构对桥梁竖向变形限的要求,它减少现场施工的工期,减少施工现场占地时间和施工中对城市生活的干扰。为减少梁部结构的收缩徐变对梁体的影响,需要通过调整承轨台高度来消除收缩徐变对梁体的影响。这要求承轨台施工与梁体施工的时间间隔不小于一定数值。如跨度为30m简支梁,一般为90d。在时速达250km/h的秦沈客运专线的建设中,铁路系统已在1999年研究成功了MZ32移动模架造桥机、JQ600型架桥机和450t胎式箱梁运输车等专用设备以及相关施工工艺和方法,最大可架设重量达600t。相信,随着城市轨道交通的发展,这些设备和方法迟早也会转向我国城市轨道高架桥的建设方面。2城市公路桥的选择2.1城市高架梁结构形式理论上可采用和国外已采用的梁部结构形式有槽形梁、下承式脊梁、T梁、板梁和箱梁等,见图2。(1)槽形梁。槽形梁桥建筑高度低,便于城市道路间立体交叉。它压低线路标高,节约总投资。它的两侧主梁可起到防噪屏作用,景观程度较好。它需布置多向预应力钢筋,施工复杂,制作时间长,梁片单价较高,且设计和施工经验少。30m跨度的简支双线梁,一般每平方米桥梁面积需要主要材料为:混凝土0.87m3;预应力钢筋51kg;钢筋25kg。(2)下承式脊梁。下承式脊梁的桥梁建筑高度以挑臂板的厚度计,因而其建筑高度低。挑臂板的厚度不受跨度改变的影响,易于线路的线形布置,建筑高度低便于压低线路标高,节约总投资。脊梁、边梁可防噪,脊梁顶可用做检修通道,其造型独特,具现代感。下承式脊梁可采用预制杆件现场拼装,但在我国尚无实践。30m跨度的简支双线梁,一般每平方米桥梁面积需要主要材料为:混凝土0.52m3;预应力钢筋23kg;钢筋61kg。(3)T梁。T梁建筑高度为目前高架桥梁部结构型式中最高的一种,但不便于城市道路立体交叉。它适宜预制吊装法施工。用T梁架设的城市轨道高架桥每线2片T梁,T梁受力清晰,设计、施工经验相当成熟。T梁桥梁底部呈网格状,美观性最差;特别是2片T梁间铰接,整体受力性差。(4)板梁。板梁桥梁建筑高度较低,便于压低线路标高,但梁高较低,相应刚度较小,梁部后期收缩徐变较大,不利于轨道交通线路轨道调高要求。每线采用2片或4片空心板梁,受力清晰,设计、施工经验相当成熟,可采用预制、吊装施工,但各片板梁间铰接,整体受力性差。经济跨度一般在16～20m,跨度小,景观性差。(5)箱梁。箱梁桥梁建筑高度适中,由于其抗扭性能好,适用于斜桥和曲线梁桥。它既可作为标准区段,也可用于变宽、出岔区段。箱梁桥外观线形流畅、美观,设计、施工经验成熟,通常采用现浇法施工。对长达20～30km的城市轨道桥梁,现浇法施工存在对周围环境干扰多、施工成本高和工期长等缺点。跨度为30m的简支双线梁,一般每平方米桥梁面积需要主要材料为:混凝土0.51m3;预应力钢筋19.5kg;钢筋95kg。上述几种梁型的特点和其适用性等技术指标比较见表1:根据表1中各项指标比较,笔者推荐高架桥梁部采用箱梁形式,理由如下:(1)箱梁的闭合薄壁截面刚度大,整体受力性能好,适宜斜桥与弯桥。箱梁顶、底板具有较大的面积,通过适当配筋,可有效地抵抗正负弯矩,适用连续梁结构形式。箱梁具有良好的动力性能,收缩变形数值小。(2)箱梁截面外形简洁,底面平整光洁,线条流畅,景观效果好。(3)箱梁适用性强,它适于中跨度和大跨度桥梁。它可采用简支结构形式,也可采用连续结构形式,它适于各种地段,如直线段、曲线段、出岔段和变宽段等,便于同一条线路上减少桥梁类型。(4)我国在箱梁桥的设计和施工方面,经验已相当成熟。箱梁的现浇施工法虽有施工工期长的缺点,但如设计中采用预应力钢束锚固于梁内而不是锚固在梁端,使得施工中可以多个工作面同时施工,达到缩短工期的目的。(5)从持续发展角度看,箱梁只要解决了大吨位的运输、吊装设备的研制和相关施工工艺问题,实现工厂化、规模化生产,经济指标将会大幅下降。2.2梁型设计推荐的方案墩台基础除应有足够的强度和稳定性,避免在荷载作用下的过大位移外,其造型应能使上下部结构协调一致,轻巧美观,与城市环境和谐、匀称。墩台选型一般服从梁部形式,此外,也受占地、道路、通视等的限制。通常有:T形墩、倒梯形墩、Y形墩、单柱墩、双柱墩等基本形式及其变型(见图3)。(1)T形墩:适于板梁、T梁和槽形梁等梁部为分片结构或梁部支承点相距较远的梁型,用于箱梁时,一般为一线一箱的分离式箱梁。由于有托盘,一般在满足梁部支承需要的前期下,可以减少墩柱的尺寸,节约圬工,减轻墩身重量。主要优点为受力合理,但上下部过渡有转折,造型一般。(2)倒梯形墩:主要适于单箱单室箱梁和脊梁等梁部支承点相距稍远的梁型。特别是对于外腹板微斜的箱梁,如墩高适宜,则可使梁的腹板和墩的边线斜度一致,使上下部浑然一体,造型美观。但该墩受力上较合理,材料有浪费,投资增加;在墩高相差较大时,整体造型不易协调。(3)Y形墩:适于情况同T形墩,但较T形墩材料更省、受力更合理。但由于高架桥墩高一般都在5.5～6.0m以下,Y形墩在外形上显得较滞重。(4)单柱墩:主要适于单箱单室箱梁和脊梁等梁部支承点相距较近的梁型。特别是对直腹板箱梁,可使箱梁底宽同墩横向宽度一致,从而使上下部浑然一体,显得挺拔有力度,对墩高的变化适应性极强。受力合理,材料较节省,施工方便。(5)双柱墩:适于各种梁型,用于多线或出岔地段。承载能力及稳定性较强,墩可以做得纤细,材料利用率高。但对桥宽仅8.0m左右的高架桥来讲,造型上显得不够简洁。综上,为与箱梁配合,笔者推荐采用单柱形墩和变形单柱墩,见图3(f),理由如下:(1)与箱梁配合,上下协调,景观性很好。(2)受力合理,比较经济。(3)占地较少,施工方便、快速。(4)适应性强,既适于墩高差别较大的情况,也由于横向刚度较大,尤其适于曲线地段。箱梁与上述几种墩型的配合效果,见图4。其中图4(e)为上海市轨道交通明珠线一期采用的桥梁造型