城市地铁与轻轨工程（第二版）课件：高架结构工程

高架结构工程

第一节概述第二节高架区间桥梁结构第三节

高架车站结构第四节

高架结构墩与基础第五节

高架结构设计计算第六节

桥上附属结构第七节

轨道高架桥梁施工技术第八节

单轨交通的高架结构城市轨道交通系统采用的高架线工程包括

第一节概述

高架区间高架车站城市永久性建筑结构设计时必须考虑以下几点内容

桥梁孔径及桥下净空应满足有关规定必要地段需设置隔音屏障并设置安全通道造型要与城市景观相协调施工尽可能避免对城市交通和市民生活的干扰安全护轮设施主要技术标采用1435mm的标准轨距当跨越一般河流时，桥梁孔径应保证安全要求高架区间的桥梁可以分为

第二节高架区间桥梁结构

a）系杆拱连续梁b）三跨连续中承式拱跨漕溪路桥跨苏州河桥一般地段的桥梁主要工程节点的桥梁例上海轨道交通明珠线一期工程

一、高架桥立面和横断面布置

桥梁立面布置的内容桥下净空及梁高的选择桥长及分跨布置体系的选择景观上考虑，应尽量采用等跨等高度梁应结合周围环境和工程地质条件，从景观、经济和施工等方面综合考虑确定，标准区间梁的合理跨度为20～30m应符合《城市道路设计规范》(CJJ37-1990)以及城市景观对桥梁净空的要求桥下净空及梁高的选择景观上考虑，应尽量采用等跨等高度梁横断面布置要求桥两侧设挡板，挡板内侧设电缆支架，挡板上设人行步道，作为检修及紧急疏散之用，步道边设栏杆

曲线地段及道岔区的桥面宽度，根据曲线半径和渡线形式分别进行加宽根据高架桥的限界及设备安装位置而定车站宽度根据站台形式及宽度、限界及设备位置而定，并考虑施工误差

二、高架桥梁断面形式

5、组合箱梁结构4、预应力混凝土T形梁结构3、预应力混凝土板梁结构2、预应力混凝土箱梁结构1、槽形梁结构1、槽形梁结构槽形梁示意图1-主梁；2-车道板；3-端横梁类型桥宽车道板厚单线，不设检修道4.10.30

单线，桥内设检修道4.8~5.00.35

双线，接触网电杆在桥中央9.50.55

双线，接触网电杆在

两侧，且不设检修道8.90.50槽形梁桥宽及板厚(m)加拿大斯卡勃罗的双槽形梁截面示意图项目单线双线跨度(m)102025304020253040梁高(m)1.01.51.82.22.91.72.12.23.1车道板厚(m)0.30.330.330.330.330.550.550.550.55桥宽(m)4.14.84.85.05.08.98.98.98.9城市轨道交通高架槽形梁桥的工程数量

例：2、预应力混凝土箱梁结构目前比较先进且已被广泛采用优点

具有良好的动力特性，其收缩、变形数值小从经济上讲，箱梁材料用量最小从美观上讲，箱梁截面外形简洁，箱底面平整，线条流畅分类

下承式脊梁结构上承式箱梁结构优点①建筑高度低。②施工方便，可采用预制构件拼装的方法。③结构上的某些部分能同时满足其他需要。④脊梁自身就是一个防噪体系，同时，脊梁和两边梁组成的防噪体系。⑤外形美观。下承式（又称脊梁式）箱梁结构（单位：cm）下承式（脊梁）结构形式示意图在支承区域，由于约束扭转的作用，结构的剪应力相当大，通常设置一段实体脊梁下承式脊梁翼板式结构的另一重要组成部分——悬臂板悬臂梁悬臂板悬臂板形式示意图：上承式箱梁结构的受力性能比脊梁结构合理单室双箱梁（尺寸单位：mm）双室单箱梁（尺寸单位：mm）3、预应力混凝土板梁结构板梁结构建筑高度小，外形简洁，结构简单，便于吊装施工。预应力板梁的经济跨度为16～20m。板梁梁截面主要有空心板，低高度板和异形板4、预应力混凝土T形梁结构T形梁与箱梁同属肋梁式结构,它兼具箱梁刚度大、材料用量省的特点，同时主梁采用工厂或现场预制，可提高质量,减薄主梁尺寸，从而减轻整个桥梁自重。简支T形梁经济跨度为20～50m5、组合箱梁结构在预制厂内用先张法制造槽形梁,架立后，再在它上面现浇钢筋混凝土连续桥面板,将槽形梁连成整体,形成组合式箱梁总结从构件标准化、便于工厂预制和机械化施工等原则考虑，同一条高架线路的桥梁结构类型不宜过多;在预制和现浇施工方案的选择上,因现浇施工模板工作量大、施工速度慢等缺点,宜优先推荐预制施工方案。另外，钢梁方案由于其造价高、车辆过桥时噪声大、维修工作量大等缺点,一般不宜采用

第三节

高架车站结构

高架车站常见的结构形式钢筋混凝土空间框架结构桥梁式结构框架＋桥梁式结构

一、空间框架结构

原理缺点优点空间框架结构属桥梁、房建结合方案。高架车站先形成空间框架,再于其上形成连续板梁,同时将桥墩作为房屋框架结构的一部分柱网简单,受力合理,结构整体性和稳定性好框架纵横梁对桥墩均能起到约束作用，减少了桥墩计算高度，降低了线路高程和建筑高程,可节省工程造价1.桥建合一没有现行统一的规范与标准可循，设计时，对不同的构件需采用不同的规范,结构计算也较复杂。2.荷载中活载占的比重大，而且受荷点不断变化。3.振动控制成为结构分析和设计的关键问题之一钢筋混凝土框架车站结构示意图（尺寸单位：mm）

二、桥梁结构

桥梁结构常用断面形式墩柱常用结构形式箱梁槽形梁T形梁板梁Y形墩V形墩双柱墩T形墩T形梁刚度大，材料用量省，还可采用预制吊装法施工，宜优先采用高架车站中的墩柱应具有足够的强度和稳定性，应避免在轨道列车作用下产生较大位移桥梁式车站结构示意图（尺寸单位：mm）

三、框架桥梁结构

框架桥梁结构属于桥建分离方案！原理主体结构分为两个部分，即车站建筑和高架桥。车站建筑包在高架桥之外，高架桥从房屋建筑中穿过，两者在结构上完全分离，受力明确，传力简洁优点车站建筑和高架桥受力分别自成系统，可防止列车运行对车站的不利影响，以解决基础的不均匀沉降和车站建筑的的振动问题框架桥梁式车站结构示意图三种结构的适用范围比较从使用功能上看，空间框架结构体系和框架桥梁结构体系适用于大中型车站；桥梁结构体系适用于小型车站和中间站就大型车站而言，从结构性能上进行对比，框架桥梁结构优于空间框架结构，原因框架桥梁结构体系可解决高架车站最突出的力学问题框架桥梁结构体系可发挥桥梁结构和框架结构各自的特点和优越性框架桥梁结构体系使高架车站的结构设计大为简化

第四节

高架结构墩与基础

一、高架桥桥墩形式

适用于城市高架桥的桥墩形式1、T形桥墩2、双柱式桥墩3、Y形桥墩1、T形桥墩T形桥墩T形桥墩占地面积少，是城市轨道交通高架桥中最常用的桥墩形式。这种桥墩既为桥下交通提供最大的空间，又能减轻墩身质量，节约圬工材料，轻巧美观，特别适用于高架桥和地面道路斜交的情况T形桥墩2、双柱式桥墩双柱式桥墩在横向形成钢筋混凝土刚架，受力情况清晰，稳定性好，其盖梁的工作条件比T形桥墩的盖梁有利，无需施加预应力，其使用高度一般在30m以内3、Y形桥墩Y形桥墩结合了T形桥墩和双柱式桥墩的优点，下部呈单柱式，占地面积小，有利于桥下交通，空透性好；而上部则呈双柱式，对盖梁工作条件有利，无须施加预应力，造型轻巧美观，施工虽然比较复杂，尚无太大困难

二、高架桥和车站的基础形式

高架桥和高架车站的基础形式应根据当地地质资料确定当地质情况良好时，应尽可能采用扩大基础（适用岩石及持力层较浅的地基）；若为软土地基，为了保证基础的承载能力，防止基础沉降，宜采用桩基础经验表明，在设计中选择合适的桩基持力层，以及桩径、桩长、桩间距等参量，可以使各桩基的总沉降量大致相等

第五节

高架结构设计计算

三、设计荷载

作用在高架桥和高架车站上的主要荷载活载恒载附加力因无缝线路产生的对桥墩的水平附加力特殊荷载高架桥结构边缘应考虑30kN/m脱轨力人群荷载应考虑0.75kN/m的水平推力1.车辆荷载城市轨道交通车辆选型受到各方面条件的制约，因此，车辆荷载难以确定，一般建议轻轨车辆荷载的标准图式如下图轻轨车辆荷载标准图式2.车辆制动力、牵引力及横向摇摆力城市轨道交通车辆的制动力或牵引力可按竖向静荷载的10%计算，当其与离心力或冲击力同时计算时，可按竖向静荷载的7%计算；双线只计算一线的制动力或牵引力车辆的横向摇摆力作用于轨顶处，其值可按2.5kN/m考虑。横向摇摆力不与风力或离心力组合3.长钢轨纵向力当桥上铺设无缝线路时，长钢轨本身除受温度力作用之外，还受梁、轨相互作用的两项纵向附加力作用，即伸缩力和挠曲力所谓挠曲力，是指梁在列车荷载作用下产生挠曲，此挠曲引起梁上缘即钢轨平面的纵向位移，此纵向位移同样不能实现而引起长钢轨中的纵向水平力所谓伸缩力，是指梁因温度变化而产生伸缩，但受长钢轨的阻挡而不能实现，因而在长钢轨中引起纵向附加力概念：4.混凝土收缩徐变作用混凝土收缩是指构件尺寸随时间而干缩徐变则是指构件尺寸在永久荷载（包括自重、附加恒载、附加力及不均匀沉降作用）作用下，随时间而压缩令工程师们感到困惑的是构件在预加力作用下预拱度随时间变化越来越大。部分预应力混凝土构件容许构件在最不利荷载作用下出现少许裂缝（但在恒载作用下不容许出现裂缝），从而可以适当降低预加力，既节约材料，又能使构件在永久荷载作用下保持不拱、不挠的状态，从根本上解决了预拱度随时间而发展的问题。5.荷载组合及其分项系数荷载组合基本组合Ⅰ：永久荷载的一种或数种（视可能同时出现的情况而定，下同），加基本可变荷载的一种或数种，加其他可变荷载的一种或数种基本组合Ⅱ：永久荷载中的自重、附加恒载和不均匀沉降（根据设计需要参与组合），加基本可变荷载（不计制动力或牵引力），加其他可变荷载中的风荷载基本组合Ⅲ：永久荷载和基本可变荷载同基本组合Ⅱ，加其他可变荷载中的温度作用；此类组合也只需验算强度极限状态撞击力组合Ⅳ：除永久荷载的一种或数种及列车活载外，只需考虑船只或车辆的撞击力施工组合V：除永久荷载的一种或数种加其他可变荷载的一种或数种外，再加上施工荷载，分别给出强度极限状态和施工状态的分项系数地震力组合Ⅵ：除永久荷载的一种或数种加基本可变荷载的一种或数种外，再加上地震力荷载，分别给出强度极限状态和正常使用极限状态的分项系数荷载组合各组合分项系数见书中表8-4

三、高架结构计算

高架结构尚无设计规范，目前暂用《铁路桥涵设计规范》(TB10002-2017)、《地铁设计规范》(GB50157-2013)、《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)并参考其他有关规范,建议按以下12条原则进行设计（略）

第六节

桥上附属结构

一、桥上接触网电杆

架空线接触网电杆在高架桥上的布置方式接触网电杆设在两股道的中间接触网电杆设在桥梁两侧接触网电杆高度及工作荷载接触悬挂方式及车辆限界取决于桥上接触网电杆接触网悬挂简单悬挂方式链形悬挂方式接触网悬挂方式接触线悬挂高度接触线悬挂高度是指接触线在电杆悬挂点处与两钢轨顶面连线间的距离接触线悬挂高度一般取5m接触网支持装置的类型硬横跨软横跨腕臂柱支持装置在高架桥上一般选用硬横跨，它具有稳定性好、减少电杆高度及荷载、美观等优点接触网的跨距接触网的跨距即相邻两电杆间的距离是根据悬挂方式、电杆类型、受电弓类型、线路条件及气象条件等因素确定的。在经济上，希望增大跨距以节约投资，技术上则要求确保安全可靠，受流质量良好。常用的跨距有20m、25m、30m、35m、40m、45m、50m等几种二、桥上轨下基础

城市轨道交通高架混凝土桥上的轨道结构，大多数采用无砟无枕承轨台结构上海轨道交通明珠线承轨台基础1-支承块；2-道床板；3-护轮矮墙上海轨道交通明珠线第七节

轨道高架桥梁施工技术一、基础施工

基础施工1.桩基施工2.承台施工桩基主要有:①预应力钢筋混凝土PHC桩，桩径Φ600；②预制钢筋混凝土方桩，一般为450mm×450mm的断面；③钻孔灌注桩和挖孔桩，桩径有Φ800、Φ1200和Φ1500三种，桩长视地质情况和承载力要求，由设计单位确定承台的测量放样采用极坐标方法，在临近的高层顶上设置控制点，然后由上至下投点。这样既可以控制较大的区域，又可以避免因线路较长而使视线受阻的影响。承台轴线的临时控制点校正后再使用二、立柱施工

为保证立柱外观的光滑、平整及内在质量，又能加快施工进度，因此采用拆装方便的大型整体式钢模。施工时在现场预拼装，符合要求后，再由吊车整体吊装就位。在吊装前，先对拼缝进行嵌密处理，钢模内表面涂两次脱模剂。立柱混凝土浇筑派专人负责，保证适当速度供料，防止间隔时间过长而产生冷缝。对于双柱有连系梁的立柱，由于立柱模板的模数不可能相当精确，为了保证立柱混凝土外观质量，故采用立柱一次成型再做连系梁的施工方法。横梁内预留16mm长的钢筋，采用预埋钢筋接驳器施工三、桥梁施工

1.盖梁施工2.板梁施工3.箱梁的施工

1.盖梁施工盖梁分为预应力钢筋混凝土盖梁和普通钢筋混凝土盖梁两种，盖梁自重荷载较大，其支架下的地基需进行预先处理。先对原状土进行压实，铺设30mm厚的砾石砂压实，再在支架投影范围内铺设15cm厚的C25素混凝土2.板梁施工板梁分为先张法预应力空心板梁和后张法预应力空心板梁。板梁长度长，质量大，吊装一般采用双机台吊的方法3.箱梁的施工

施工技术3)预制节段拼装施工技术2)桩基支墩和贝雷架平台支模方案1)满堂脚手支架现场浇筑施工技术(1)基础处理(2)支模体系(3)扎筋及预应力波纹管(4)混凝土施工(5)预应力张拉和压浆对于特别软弱的地基，又要跨越一定跨度的障碍时，可以选用桩基支墩和贝雷架平台支模方案。跨中布置两排桩基支墩，两侧用原结构系梁作为支墩，实际形成8m+9m+8m=25m的跨度布置全桥施工的主要步骤为：第一步，施工下部结构，同时预制上部结构的箱梁节段；第二步，上部结构开始逐跨施工，拼装桥墩支架、架设梁，在架设梁上拼装一跨的所有预制的箱梁节段；第三步，张拉体外预应力钢束，形成整跨结构；第四步，前移桥墩支架和架设梁，进行下一跨施工

第八节

单轨交通的高架结构

单轨交通的高架桥结构首次是在我国的重庆市采用，机车的胶轮与单轨的两侧面接触运行，噪声小，安全可靠一、主要设计原则

根据设计范围内的地形地貌、线路高度、工程地质、水文条件、既有及规划建筑情况等因素，进行桥跨方案及结构形式的合理选择，在设计中主要遵循的原则（略）二、主要技术标准与要求

行车速度：车辆构造速度80km/h，最高行车速度75km/h；设计荷载：车轴荷载轴重P=110kN，其活载图式如图所示；线间距及限界：一般直线段标准线间距为3.7m，曲线段根据平曲线半径加宽，当曲线半径R>500m时，线间距不加宽；当曲线半径R≤500m时需加宽活载图式三、单轨桥梁结构设计原则

结构按各种荷载组合及加载方式进行计算，取其最不利情况，主要荷载产生的结构各部分应力控制按照《铁路桥涵设计规范》（TB10002-2017）规定的材料容许应力采用；考虑附加荷载时的容许应力，根据荷载组合种类的不同分别采用不同的荷载组合提高系数。结构的强度、刚度、稳定性以及构造要求、裂缝计算宽度、配筋率等均应满足规范要求。四、单轨桥梁结构计算分析

(1)桥梁结构分析采用通用有限元程序（例如ANSYS）进行计算，并可用另外一种空间结构分析通用程序（例如SAP2000）进行复核。(2)钢筋混凝土桥墩配筋、墩身变形及基础检算均采用《桥梁墩台与基础计算程序》，并以部分手算核对。(3)预应力混凝土结构按照《铁路桥涵混凝土结构设计规范》（TB10092-2017）的有关规定计算。单轨桥梁结构首次是在我国的重庆市采用五、重庆轻轨2号线单轨主要结构控制尺寸

桥墩盖梁根据构造要求采用2.2m（顺桥向）×5.4m（横桥向）×1.4m（高），位于R≤500m曲线上的盖梁横桥向加宽。桥墩墩身截面统一采用矩形截面，并设R=20cm的圆倒角。六、重庆轻轨2号线单轨桥梁施工方法及施工组织

由于本段区间无大跨特殊结构，故采用常