跨坐式單軌交通連續(xù)軌道梁設(shè)計(jì)與施工

跨坐式單軌交通連續(xù)軌道梁設(shè)計(jì)與施工

0跨徑設(shè)計(jì)重慶2號(hào)線（新山村-比較站，以下簡(jiǎn)稱“比較站”）采用單軌運(yùn)營(yíng)。其總體形式上借鑒了日本的跨坐式單軌方式,橋跨結(jié)構(gòu)采用22m左右的簡(jiǎn)支梁。根據(jù)已建成的一期工程來看,市民及社會(huì)各界對(duì)此反響較大,普遍認(rèn)為22m的跨徑偏小,特別是在橋墩比較高的地段,比例嚴(yán)重失調(diào),影響了城市的景觀。在較新線二期工程的設(shè)計(jì)中,根據(jù)各界反映盡量加大跨徑。但軌道梁由于限界控制,寬度只有850mm,結(jié)構(gòu)的橫向受力及橫向穩(wěn)定比較難以保證,故簡(jiǎn)支軌道梁的跨徑也不能太大。在這種背景下,應(yīng)各方的要求,在較新線二期工程中特提出了連續(xù)梁方案。由于較新線為國(guó)內(nèi)首條跨坐式單軌線路,而連續(xù)軌道梁作為本次設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容,更是國(guó)內(nèi)首創(chuàng),在跨坐式單軌技術(shù)比較成熟的日本也沒有應(yīng)用;在馬來西亞和新加坡有過利用,但其軸重較本次設(shè)計(jì)的小。本次設(shè)計(jì)的連續(xù)梁只作為一次嘗試,旨在為今后建設(shè)連續(xù)軌道梁積累設(shè)計(jì)及施工經(jīng)驗(yàn),同時(shí)檢驗(yàn)連續(xù)梁對(duì)景觀的改善程度,以便在以后的跨坐式單軌線路中推廣使用,故只在二期工程的文體路附近設(shè)一聯(lián)3×30m的連續(xù)梁。1設(shè)計(jì)負(fù)荷荷載分類見表1所示;車輛設(shè)計(jì)荷載圖見圖1。2跨坐式單軌軌道結(jié)構(gòu)橋梁基本跨徑的選擇應(yīng)結(jié)合線路走向、橋梁高度及橋跨結(jié)構(gòu)受力性能等因素綜合考慮?？缱絾诬壐呒軜蛄捍蠖喾笤O(shè)在道路中央分隔帶上。結(jié)合道路限界要求,跨坐式單軌軌面與地面高差在10m左右;從橋梁美學(xué)來講,合理的高跨比為1/3,即一般路段的軌道梁跨徑在30m左右較為合適。由于多聯(lián)不等跨連續(xù)梁在一起時(shí)的景觀效果較差,不利于推廣,所以提出了三種3×30m等跨連續(xù)梁的方案供選擇。2.1梁底曲線方案3×30m連續(xù)梁采用變截面形式,支點(diǎn)處梁高為2.8m,跨中梁高為1.8m,梁底曲線采用二次拋物線。變截面形式使結(jié)構(gòu)輕盈、流暢。該方案的上、下行軌道梁間橫向無聯(lián)系,軌道梁橫向穩(wěn)定稍差,支座抗拉、抗扭;上下行軌道梁均獨(dú)立受力,互不影響,傳力路徑較簡(jiǎn)單,但承載能力稍差。2.2上、下行軌道梁間聯(lián)系方案3×30m連續(xù)梁采用變截面形式,支點(diǎn)處梁高為2.8m,跨中梁高為1.8m,梁底曲線采用二次拋物線(見圖2)。該方案在支點(diǎn)附近的上、下行軌道梁間各設(shè)2.85m寬的橫向聯(lián)系梁(以下簡(jiǎn)為“橫梁”),中間約25m長(zhǎng)的梁跨內(nèi)無橫向聯(lián)系。橫梁為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu),將上、下行軌道梁連為一體,共同受力,承載能力較強(qiáng)。由于在上、下行軌道梁間傳遞內(nèi)力,橫梁及軌道梁支點(diǎn)處的應(yīng)力較集中,受力較復(fù)雜。此方案的軌道梁橫向穩(wěn)定較好,支座不抗拉、不抗扭。2.3軌道梁的結(jié)構(gòu)與分布3×30m連續(xù)梁采用等截面形式(見圖3),梁高為2.5m,橫梁采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),每聯(lián)用10處橫梁將雙線連成一體,上、下行軌道梁完全共同受力,承載能力強(qiáng)。由于橫梁數(shù)量較多,分布均勻,軌道梁上無應(yīng)力很集中之處;軌道梁橫向穩(wěn)定性好,支座不抗拉、不抗扭。2.4軌道梁橫向穩(wěn)定性控制較新線是國(guó)內(nèi)第一條跨坐式單軌線路,其連續(xù)軌道梁在國(guó)內(nèi)從未使用過。跨坐式單軌的軌道梁兼有“軌道功能”和“承重功能”。作為承重結(jié)構(gòu),軌道梁首先要滿足其受力要求,保證結(jié)構(gòu)的安全。軌道梁由于限界控制,寬度只有850mm,如何保證結(jié)構(gòu)的橫向受力及橫向穩(wěn)定是保證結(jié)構(gòu)成敗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。三種連續(xù)梁方案均能滿足系統(tǒng)要求,但各有優(yōu)缺點(diǎn),詳見表2。30m連續(xù)梁的支座反力比22m簡(jiǎn)支梁的支座反力要大得多,其抗拉支座需專門設(shè)計(jì),在設(shè)計(jì)工期緊張的情況下比較難以實(shí)現(xiàn)。連續(xù)梁是為了改善景觀而設(shè)計(jì),是為今后連續(xù)梁橋的大范圍使用積累設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn),為評(píng)價(jià)連續(xù)梁的景觀提供一個(gè)實(shí)物,故對(duì)景觀的要求高。在施工質(zhì)量能夠保證的前提下,綜合考慮景觀、支座以及工期的要求,最后選擇方案二作為實(shí)施方案。3列車行駛舒適性指標(biāo)的控制跨度較小的連續(xù)梁的常用施工方法主要有現(xiàn)澆、簡(jiǎn)支變連續(xù)及節(jié)段拼裝等三種。軌道梁的制作、架設(shè)、安裝精度控制,特別是相鄰梁端標(biāo)高差的控制,對(duì)列車行駛舒適度指標(biāo)特別重要。高架橋梁施工方案應(yīng)考慮最大限度地減少對(duì)現(xiàn)有交通的干擾和對(duì)城市環(huán)境的影響,盡量加快施工速度,盡量節(jié)約資源,做到安全、經(jīng)濟(jì)和美觀。3.1現(xiàn)澆方案的挑戰(zhàn)現(xiàn)澆施工由于方法簡(jiǎn)單、質(zhì)量容易保證,故在連續(xù)梁施工中被經(jīng)常使用。由于軌道梁施工工藝復(fù)雜、精度要求高,現(xiàn)澆方案需要采取許多措施來滿足軌道梁的線型要求,其施工費(fèi)用高,而且施工工期較長(zhǎng);其次,混凝土的收縮、徐變比較難以控制;此外,現(xiàn)澆方案的支架影響現(xiàn)有交通的正常運(yùn)行,對(duì)環(huán)境造成較大的干擾?，F(xiàn)澆方案的施工工序較簡(jiǎn)單,無體系轉(zhuǎn)換。3.2預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土節(jié)段充填全聯(lián)分5段在工廠預(yù)制。5段分別長(zhǎng)25、10、20、10和25m。在預(yù)制時(shí),25m及20m的節(jié)段張拉第一批預(yù)應(yīng)力鋼筋;10m長(zhǎng)的節(jié)段由于在后期連續(xù)梁體系中位于中支點(diǎn)附近,張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋與后期體系的預(yù)應(yīng)力鋼筋沖突,只能預(yù)制成鋼筋混凝土節(jié)段或設(shè)置臨時(shí)預(yù)應(yīng)力鋼筋。預(yù)制梁段運(yùn)送到現(xiàn)場(chǎng)后,設(shè)置臨時(shí)墩,用環(huán)氧樹脂干接梁段,張拉二期預(yù)應(yīng)力鋼筋,完成體系轉(zhuǎn)換。10m節(jié)段在體系轉(zhuǎn)換間承受正彎矩,在體系轉(zhuǎn)換后承受負(fù)彎矩,內(nèi)力變化幅度較大,受力較為不利。3.3回射線全聯(lián)分5段在工廠預(yù)制。5段分別長(zhǎng)24.6、9.2、19.2、9.2和24.6m。與方案二相比,除拼接采用0.8m的濕接頭代替環(huán)氧樹脂外,其余施工過程、梁的受力特點(diǎn)均基本相同。3.4預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉和體系轉(zhuǎn)換全聯(lián)分3段在工廠預(yù)制。3段分別長(zhǎng)為29.6、29.2和29.6m,預(yù)制時(shí)張拉第一批預(yù)應(yīng)力鋼筋。梁運(yùn)送到現(xiàn)場(chǎng)后,在橋墩上現(xiàn)澆0.8m的濕接頭,張拉第二批預(yù)應(yīng)力鋼筋,完成體系轉(zhuǎn)換。3段預(yù)制梁在完成體系轉(zhuǎn)換前后其內(nèi)力方向基本不變,但數(shù)值有一定變化,相比方案二、三受力更為有利。3.5運(yùn)輸和鋪設(shè)方案比選根據(jù)上述方案的介紹,可基本排除現(xiàn)澆施工方案。方案二和方案三均為節(jié)段拼裝,均需設(shè)置臨時(shí)墩,會(huì)對(duì)地面道路產(chǎn)生一定影響;兩者的主要差別在于方案二不能調(diào)整誤差且施工費(fèi)用較大,而方案三能調(diào)整誤差但施工工期較長(zhǎng)。方案四雖然有預(yù)制段重量較大、運(yùn)輸和架設(shè)相對(duì)較困難的缺點(diǎn),但它結(jié)合了方案二、三的優(yōu)點(diǎn);此外,由于連續(xù)梁應(yīng)用在地面交通比較好、景觀要求較高的地段,故在梁的運(yùn)輸和架設(shè)上不會(huì)有太大的難度。軌道梁的運(yùn)輸、吊裝可考慮利用現(xiàn)有城市道路在夜間操作。經(jīng)綜合考慮,決定采用簡(jiǎn)支變連續(xù)方案(方案四)。4下下行軌道梁施工經(jīng)方案設(shè)計(jì)后,選定變截面連續(xù)梁(上下行軌道梁在支點(diǎn)附近設(shè)橫梁)作為最后實(shí)施方案。施工方法為先簡(jiǎn)支后連續(xù)。以下簡(jiǎn)單介紹施工圖設(shè)計(jì)的部分技術(shù)要點(diǎn)。4.1軌道梁間設(shè)軌道梁間主梁支點(diǎn)處梁高為2.85m,跨中梁高為1.8m,上、下行軌道梁間在中支點(diǎn)附近設(shè)高0.95m、寬2.85m的橫梁(如圖4、圖5所示)。考慮到中支點(diǎn)附近有一期和二期鋼束交錯(cuò),在支點(diǎn)兩側(cè)各5m范圍內(nèi)均為實(shí)心段,主梁設(shè)0.8m的現(xiàn)澆段。4.2合理設(shè)置鋼束束形主梁縱向預(yù)應(yīng)力鋼束布置見圖6。主梁縱向鋼束分兩期,鋼束配置主要考慮以下因素:①一期鋼束滿足簡(jiǎn)支段的受力要求;②一期鋼束的束形應(yīng)考慮二期鋼束的管道位置及錨固位置。③二期鋼束應(yīng)設(shè)置部分長(zhǎng)束,以便調(diào)節(jié)梁體的線形;④一、二期縱向束應(yīng)考慮橫向鋼束的管道位置及錨固位置。4.3較大的拉應(yīng)力經(jīng)過對(duì)連續(xù)梁的整體分析,發(fā)現(xiàn)橫梁在單向列車荷載及其橫向荷載的作用下,有較大的拉應(yīng)力。所以在每個(gè)橫梁上設(shè)置7束(每束7根?15.20mm)鋼絞線,為了避讓縱向鋼束,端橫梁與中橫梁的布置方式稍有區(qū)別,詳見圖7。5軌道梁的結(jié)構(gòu)控制跨坐式單軌軌道梁的線型要求非常嚴(yán)格,而軌道梁的變形與混凝土的收縮、徐變、應(yīng)力狀況、齡期及材料的均勻性等因素有關(guān)。控制軌道梁的線型也是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要任務(wù)。設(shè)計(jì)中主要采用以下措施。5.1軸系預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土收縮徐變控制采用軸心受壓法設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力混凝土軌道梁,控制梁的收縮徐變方向。采用該方法可有效地控制混凝土的收縮徐變。通過計(jì)算,配置軸心預(yù)應(yīng)力鋼筋能很好地控制混凝土的收縮和徐變,同時(shí)也縮短軌道梁的儲(chǔ)梁期。計(jì)算結(jié)果顯示,邊跨在使用階段由收縮徐變引起的豎向位移約9mm,通過設(shè)置反拱能很好地滿足要求。5.2張拉預(yù)應(yīng)力鋼束軌道梁預(yù)制時(shí),張拉第一批預(yù)應(yīng)力鋼束以滿足軌道梁在場(chǎng)內(nèi)吊裝運(yùn)輸?shù)囊?待軌道梁達(dá)到一定齡期后,張拉第二批預(yù)應(yīng)力鋼束。通過延長(zhǎng)混凝土受荷齡期的辦法,來控制混凝土的收