高架線路區(qū)間橋梁結(jié)構(gòu)型式分析

高架線路區(qū)間橋梁結(jié)構(gòu)型式分析

1軌道交通線的高架線無論是地鐵還是輕軌，城市的軌道交通都有地板和高樓線。對(duì)于地鐵來說，高架線的成本遠(yuǎn)低于地下線。因?yàn)楦呒芫€的成本低于地下線。因此，無論在國外還是在國內(nèi)，所有適合高架線的地方都采用了高架形。我國已成軌道交通的高架線在軌道交通線中所占比重是相當(dāng)大的。對(duì)于輕軌來講,有的輕軌線路更是以高架線為主,見表1。而高架區(qū)間長度在高架線中又占了大部分,因此,對(duì)高架區(qū)間橋梁結(jié)構(gòu)選型問題的研究十分重要,高架區(qū)間橋梁結(jié)構(gòu)選型是否合理,將直接影響到軌道交通高架線工程造價(jià)、施工進(jìn)度、城市景觀,應(yīng)當(dāng)認(rèn)真研討。2已建成的高架道路結(jié)構(gòu)的采用(1)2m軌道梁重慶輕軌跨座式軌道交通全線采用跨度20、22m軌道梁,在工廠預(yù)制(圖1)。部分線路PC梁斷面呈倒T形,可稱為倒T梁(圖2)。(2)高架區(qū)間梁式結(jié)構(gòu)北京地鐵八通線全長18.964km,其中,高架線長11.054km,高架區(qū)間梁式結(jié)構(gòu)采用了預(yù)應(yīng)力混凝土工型組合梁。以25m梁跨為主,其橫斷面見圖3。(3)上海松閔路穿越橋上海市莘閔軌道交通線是一條城市輕軌線,工程全長約17.2km,其中高架橋總長約16.7km。莘閔線高架橋型式見圖4、圖5。(4)上海明珠線軌道交通線高架明珠線全長24.97km,是我國城市軌道交通線建設(shè)中大規(guī)模采用高架的線路,高架線路長21.52km。明珠線高架橋型式見圖6。(5)連續(xù)箱形梁全線橋梁基本跨度為3×25m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱形梁。鋼筋混凝土連續(xù)箱形梁采用單箱雙室截面,雙線軌道線間距3.6m時(shí),橋面寬8.9m跨中截面見圖7,支點(diǎn)截面見圖8。(6)高架和高架單箱形梁武漢市軌道交通一號(hào)線一期工程全長10.234km,全為高架線路,高架區(qū)間標(biāo)準(zhǔn)跨度采用25m和30m簡支雙線單箱形梁(圖9)。(7)y形結(jié)構(gòu)平臺(tái)工程全長12.45km,其中高架線長8.3km,高架采用Y形結(jié)構(gòu)(圖10)。地鐵一號(hào)線北延伸段,沿共和新路高架,最上面為汽車通行的高架道路,中間為軌道交通一號(hào)線,下面是機(jī)非混行的地面道路,這種模式在國內(nèi)是首次采用。(8)中國臺(tái)北的neihu線橋該線(13km)采用法國索菲圖設(shè)計(jì)的槽形梁(圖11)3軌道交通線含地鐵和輕軌線路長度、高架所占長度及比例、區(qū)間梁式結(jié)構(gòu)類型、施工方法匯總見表2。從表2中可以看出,13條軌道交通線(含地鐵和輕軌)總長度337km,其中高架線長度210km,占線路總長度的62%。高架區(qū)間橋梁梁式結(jié)構(gòu)中除重慶選擇Ⅰ梁或倒T梁跨座、上海磁懸浮選擇了簡支異型梁、北京八通線選擇了Ⅰ型組合梁外,大都采用了25、30m箱形梁(簡支、連續(xù))。4梁式結(jié)構(gòu)用于長距離鐵路的高度(1)肥梁肥柱求求高架區(qū)間梁式結(jié)構(gòu)型式的選擇應(yīng)滿足使用、經(jīng)濟(jì)、美觀、便于施工及橋下道路、河流交通和環(huán)保的要求,避免出現(xiàn)肥梁胖柱。根據(jù)目前我國軌道交通高架區(qū)間橋梁建設(shè)的能力和現(xiàn)狀,考慮到鐵路、公路、城市道路橋梁建設(shè)的成熟經(jīng)驗(yàn)和方法,借鑒國外城市軌道線高架橋建設(shè)的經(jīng)驗(yàn),適當(dāng)?shù)剡x擇梁式結(jié)構(gòu)型式。目前,高架區(qū)間梁部結(jié)構(gòu)形式重點(diǎn)考慮預(yù)應(yīng)力混凝土箱形梁、T形梁和槽形梁。(2)密市輕軌高架箱形梁適應(yīng)性強(qiáng),是目前國內(nèi)廣泛采用的高架結(jié)構(gòu)形式之一,箱形截面抗彎、抗扭剛度大,整體受力性能和動(dòng)力穩(wěn)定性好,外觀簡潔,在區(qū)間直線段、曲線段等處均可采用。但箱形梁的梁高及梁重較大。T形梁抗彎性能好,可在工廠或現(xiàn)場預(yù)制。橋梁結(jié)構(gòu)可由幾片T梁相互聯(lián)結(jié)而成,吊裝重量輕,施工方便,且構(gòu)件容易修復(fù)或更換。T形梁具有施工速度快、對(duì)既有道路交通干擾少和工程造價(jià)相對(duì)較低等優(yōu)點(diǎn);但其橫向抗扭剛度小,梁的高度較大,外觀欠美觀,因此,我國城市軌道橋梁中很少采用。從調(diào)查情況看,箱形梁、工字梁的梁高為1.5～1.8m,就梁高而言,T形梁可設(shè)計(jì)為低高度、超低高度梁,也可以做到同樣的高度。這對(duì)于T形梁的采用較為有利。加拿大多倫多市、美國邁阿密市輕軌高架橋采用了雙T形梁,梁的高度做到1～1.5m,高跨比接近1/20。由于組合I字梁具有T形梁相近的優(yōu)點(diǎn),景觀比T形梁好,因而便于采用。槽形梁建筑高度較小,與箱形梁、T形梁的上承式梁相比,因?yàn)槭窍鲁惺?最大優(yōu)點(diǎn)是橋面結(jié)構(gòu)建筑高度可以做到很低,且兩側(cè)主梁可作聲屏障。但其結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜,抗扭剛度小,自重大,施工難度大、周期長,工程造價(jià)較高。目前,國內(nèi)公路、鐵路以及已經(jīng)建成或正在建設(shè)的城市軌道交通橋梁還很少采用這種形式,因而設(shè)計(jì)施工經(jīng)驗(yàn)也不多。但早在20世紀(jì)70年代我國已開始研究槽形梁,80年代已在國鐵上試用,90年代設(shè)計(jì)了鐵路槽形梁標(biāo)準(zhǔn)圖。但國內(nèi)鐵路使用槽形梁的座數(shù)很有限。廣州地鐵、上海地鐵已對(duì)槽形梁進(jìn)行了較為深入的研究。在線路高程和橋下凈空受到限制的特定橋位可以采用槽形梁。在這種情況下,使用槽形梁能避免抬高線路,可以減少線路工程量,盡管槽形梁本身工程造價(jià)較高,但整體經(jīng)濟(jì)效益好。表3列出了以上3種梁式結(jié)構(gòu)的工程量和估算參考價(jià)。表3是在同一種跨度簡支梁32m、同一種橋梁材料、列車荷載、計(jì)算理論條件下設(shè)計(jì)的,具有很強(qiáng)的可比性(表3采用鐵道專業(yè)設(shè)計(jì)院數(shù)據(jù))?？梢詴簳r(shí)認(rèn)為,在目前情況下,僅僅就工程數(shù)量、工程造價(jià)相比,T形梁最少、箱形梁次之、槽形梁最多。同樣,梁重的排序也如此。表4給出了3種梁型的性能比較。綜上,我國軌道交通高架區(qū)間大都采用了箱形梁就不足為怪了。這也解釋了為什么上述表2中表明“偏愛”箱形梁的原因。目前認(rèn)為箱形梁的優(yōu)點(diǎn)為力學(xué)性能好,外形簡潔景觀效果好,適用性強(qiáng)。在軌道交通方面箱梁具有相當(dāng)成熟的設(shè)計(jì)、施工水平和經(jīng)驗(yàn)。而T形梁在國內(nèi)應(yīng)用不多,槽形梁尚無成功應(yīng)用先例。對(duì)于線路高程確定不可更改,梁高又受到橋下凈空高度限制而不能采用箱形梁或其他上承梁時(shí),梁高可做得很小的槽形梁或脊形梁可供選擇(當(dāng)然,梁高可做得很小的還有其他梁式)。在城市景觀無特殊要求時(shí),例如遠(yuǎn)郊區(qū),用低高度、超低高度的T形梁仍可作為一種比較方案。由于脊形梁在我國采用更少,本文不做討論。當(dāng)然,要做到高架線經(jīng)濟(jì)美觀,不僅要研究梁式,還應(yīng)研究梁的經(jīng)濟(jì)合理的跨度以及墩柱的選型。不同梁式結(jié)構(gòu)的跨越能力是不同的,各有其經(jīng)濟(jì)合理的跨度。一般將城市軌道交通高架線區(qū)間橋梁跨度選為20～30m。(3)高架線長度泰國曼谷擬建的紅、粉、紫、藍(lán)4條軌道交通線總長99.758km,其中,高架線長79.786km,高架線占總長度的80%。通過以上的調(diào)查分析,推薦這4條軌道交通線高架區(qū)間標(biāo)準(zhǔn)梁采用飛雁式箱形梁方案。5軌道交通高架線要有合理的橋梁結(jié)構(gòu)為滿足橋梁使用和城市景觀的需要,不出現(xiàn)肥梁胖柱,在墩柱選型時(shí)應(yīng)能與梁部結(jié)構(gòu)相適應(yīng),既滿足使用又輕巧美觀,與城市環(huán)境協(xié)調(diào)。墩橋的多少與橋梁跨度有關(guān),梁跨過小(梁高雖小),但橋墩增多,橋墩林立,高架線很不美觀,只有做到梁高、梁跨、橋墩的合