跨坐式單軌交通連續(xù)軌道梁設(shè)計與施工

跨坐式單軌交通連續(xù)軌道梁設(shè)計與施工

0跨徑設(shè)計重慶2號線（新山村-比較站，以下簡稱“比較站”）采用單軌運營。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左右的簡支梁。根據(jù)已建成的一期工程來看,市民及社會各界對此反響較大,普遍認為22m的跨徑偏小,特別是在橋墩比較高的地段,比例嚴重失調(diào),影響了城市的景觀。在較新線二期工程的設(shè)計中,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,故簡支軌道梁的跨徑也不能太大。在這種背景下,應各方的要求,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)計的重要內(nèi)容,更是國內(nèi)首創(chuàng),在跨坐式單軌技術(shù)比較成熟的日本也沒有應用;在馬來西亞和新加坡有過利用,但其軸重較本次設(shè)計的小。本次設(shè)計的連續(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)計及施工經(jīng)驗,同時檢驗連續(xù)梁對景觀的改善程度,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)計負荷荷載分類見表1所示;車輛設(shè)計荷載圖見圖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;上下行軌道梁均獨立受力,互不影響,傳力路徑較簡單,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(以下簡為“橫梁”),中間約25m長的梁跨內(nèi)無橫向聯(lián)系。橫梁為預應力混凝土結(jié)構(gòu),將上、下行軌道梁連為一體,共同受力,承載能力較強。由于在上、下行軌道梁間傳遞內(nèi)力,橫梁及軌道梁支點處的應力較集中,受力較復雜。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。由于橫梁數(shù)量較多,分布均勻,軌道梁上無應力很集中之處;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內(nèi)第一條跨坐式單軌線路,其連續(xù)軌道梁在國內(nèi)從未使用過?？缱絾诬壍能壍懒杭嬗小败壍拦δ堋焙汀俺兄毓δ堋薄Ｗ鳛槌兄亟Y(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,詳見表2。30m連續(xù)梁的支座反力比22m簡支梁的支座反力要大得多,其抗拉支座需專門設(shè)計,在設(shè)計工期緊張的情況下比較難以實現(xiàn)。連續(xù)梁是為了改善景觀而設(shè)計,是為今后連續(xù)梁橋的大范圍使用積累設(shè)計和施工經(jīng)驗,為評價連續(xù)梁的景觀提供一個實物,故對景觀的要求高。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施方案。3列車行駛舒適性指標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,特別是相鄰梁端標高差的控制,對列車行駛舒適度指標特別重要。高架橋梁施工方案應考慮最大限度地減少對現(xiàn)有交通的干擾和對城市環(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)濟和美觀。3.1現(xiàn)澆方案的挑戰(zhàn)現(xiàn)澆施工由于方法簡單、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,其施工費用高,而且施工工期較長;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)有交通的正常運行,對環(huán)境造成較大的干擾?，F(xiàn)澆方案的施工工序較簡單,無體系轉(zhuǎn)換。3.2預應力鋼筋混凝土節(jié)段充填全聯(lián)分5段在工廠預制。5段分別長25、10、20、10和25m。在預制時,25m及20m的節(jié)段張拉第一批預應力鋼筋;10m長的節(jié)段由于在后期連續(xù)梁體系中位于中支點附近,張拉預應力鋼筋與后期體系的預應力鋼筋沖突,只能預制成鋼筋混凝土節(jié)段或設(shè)置臨時預應力鋼筋。預制梁段運送到現(xiàn)場后,設(shè)置臨時墩,用環(huán)氧樹脂干接梁段,張拉二期預應力鋼筋,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段在工廠預制。5段分別長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、梁的受力特點均基本相同。3.4預應力鋼筋張拉和體系轉(zhuǎn)換全聯(lián)分3段在工廠預制。3段分別長為29.6、29.2和29.6m,預制時張拉第一批預應力鋼筋。梁運送到現(xiàn)場后,在橋墩上現(xiàn)澆0.8m的濕接頭,張拉第二批預應力鋼筋,完成體系轉(zhuǎn)換。3段預制梁在完成體系轉(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)置臨時墩,會對地面道路產(chǎn)生一定影響;兩者的主要差別在于方案二不能調(diào)整誤差且施工費用較大,而方案三能調(diào)整誤差但施工工期較長。方案四雖然有預制段重量較大、運輸和架設(shè)相對較困難的缺點,但它結(jié)合了方案二、三的優(yōu)點;此外,由于連續(xù)梁應用在地面交通比較好、景觀要求較高的地段,故在梁的運輸和架設(shè)上不會有太大的難度。軌道梁的運輸、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)計后,選定變截面連續(xù)梁(上下行軌道梁在支點附近設(shè)橫梁)作為最后實施方案。施工方法為先簡支后連續(xù)。以下簡單介紹施工圖設(shè)計的部分技術(shù)要點。4.1軌道梁間設(shè)軌道梁間主梁支點處梁高為2.85m,跨中梁高為1.8m,上、下行軌道梁間在中支點附近設(shè)高0.95m、寬2.85m的橫梁(如圖4、圖5所示)?？紤]到中支點附近有一期和二期鋼束交錯,在支點兩側(cè)各5m范圍內(nèi)均為實心段,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應力鋼束布置見圖6。主梁縱向鋼束分兩期,鋼束配置主要考慮以下因素:①一期鋼束滿足簡支段的受力要求;②一期鋼束的束形應考慮二期鋼束的管道位置及錨固位置。③二期鋼束應設(shè)置部分長束,以便調(diào)節(jié)梁體的線形;④一、二期縱向束應考慮橫向鋼束的管道位置及錨固位置。4.3較大的拉應力經(jīng)過對連續(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,有較大的拉應力。所以在每個橫梁上設(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格,而軌道梁的變形與混凝土的收縮、徐變、應力狀況、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)計的一項重要任務。設(shè)計中主要采用以下措施。5.1軸系預應力鋼筋混凝土收縮徐變控制采用軸心受壓法設(shè)計預應力混凝土軌道梁,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。通過計算,配置軸心預應力鋼筋能很好地控制混凝土的收縮和徐變,同時也縮短軌道梁的儲梁期。計算結(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張拉預應力鋼束軌道梁預制時,張拉第一批預應力鋼束以滿足軌道梁在場內(nèi)吊裝運輸?shù)囊?待軌道梁達到一定齡期后,張拉第二批預應力鋼束。通過延長混凝土受荷齡期的辦法,來控制混凝土的收