肖杰

（中國中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司 四川成都 610031）

引言

對于城市軌道高架橋梁開展設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)對其景觀效果所產(chǎn)生的影響進(jìn)行考慮，盡可能地使高架橋梁與附近的環(huán)境相得益彰，從而形成一種相對較好的視覺沖擊。例如著名的米約大橋（Millaubridge），該橋既是連通法國南北兩面的重要樞紐，同時(shí)還是一個(gè)相對聞名的旅游勝地。此橋不僅使交通的壓力得到了緩解，同時(shí)還讓“米約”這個(gè)斜拉索式長橋世界聞名。在對高架橋梁進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)對美觀設(shè)計(jì)給以高度的重視，使實(shí)用和美觀相互結(jié)合，使高架橋梁擺脫冷冰冰的鋼筋水泥形象，使其成為極富美感的一道風(fēng)景線。同時(shí)，橋梁附近的綠化也是十分重要的。歷經(jīng)長時(shí)間的行駛，司機(jī)極易產(chǎn)生困乏的現(xiàn)象，進(jìn)而釀成交通悲劇，如果以在橋梁附近種植綠化植物的方式，既能夠美化環(huán)境，還可以緩解司機(jī)的視覺疲勞，進(jìn)而確保行駛的安全性。在綠化上，應(yīng)當(dāng)高度遵循地域的氣候條件，盡可能地挑選抗力性好、耐干耐旱及生命力相對頑強(qiáng)的植物，例如八角金盤等。不同于公路和市政高架橋梁，城市軌道高架橋梁的設(shè)計(jì)，體現(xiàn)了它與眾不同的特點(diǎn)。城市軌道交通高架橋梁是一種采用軌道結(jié)構(gòu)進(jìn)行承重，依據(jù)總體城市交通規(guī)劃要求，設(shè)置專用軌道線路，以列車或單車形式，運(yùn)送相當(dāng)規(guī)?？土髁康墓步煌ńY(jié)構(gòu)形式。

1 城市軌道交通高架橋梁設(shè)計(jì)荷載的特點(diǎn)

1.1 軌道對橋梁的荷載作用

由于軌道發(fā)生變形，導(dǎo)致橋梁產(chǎn)生了斷軌力、撓曲力及伸縮力等荷載。其中，斷軌力是由于長鋼軌發(fā)生折斷，導(dǎo)致鋼軌和橋梁發(fā)生相對位移而生成的縱向力；撓曲力指的是在豎向荷載的作用之下，橋梁和鋼軌發(fā)生撓曲的時(shí)候，二者間存在錯(cuò)動(dòng)趨勢，進(jìn)而生成的縱向力；伸縮力則是因?yàn)槭艿綔囟茸兓挠绊懚率逛撥壆a(chǎn)生了相對位移，進(jìn)而受到橋梁的束縛而產(chǎn)生的縱向力。由于鋼軌對高架橋梁產(chǎn)生的作用力均為通過橋梁的軸向力施加于橋墩之上的，因此在對橋梁墩臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)當(dāng)對該種縱向力所產(chǎn)生的作用加以計(jì)算分析。軌道對于橋梁的產(chǎn)生作用力主要是因?yàn)殇撥壍慕Y(jié)構(gòu)而導(dǎo)致的，以往運(yùn)用多接頭短軌軌道這一結(jié)構(gòu)時(shí)，該種力的作用便相對較小。對于軌道縱向力，在《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50157-2013）、《鐵路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB10002-2017）等規(guī)范中有相應(yīng)的計(jì)算方法。

1.2 列車荷載

對于城市軌道交通的列車荷載而言，其主要特點(diǎn)為：對荷載進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)當(dāng)按照具體使用的車輛及有可能形成的最大軸重來進(jìn)行嚴(yán)格的檢算，即使用不同的軸數(shù)、軸距和車型，其設(shè)計(jì)的荷載通常是不一樣的。相較于軌道交通高架橋梁的設(shè)計(jì)荷載，鐵路橋梁的荷載更大。就干線鐵路來說，主要考慮的是客貨的混跑，運(yùn)用的主要為ZKH荷載形式（中一活載），這屬于一個(gè)相對簡化的荷載。對這種荷載形式來說，不僅需要對已經(jīng)消逝的某種系列荷載進(jìn)行相應(yīng)的模擬，同時(shí)還需要對設(shè)計(jì)荷載的未來發(fā)展趨勢給以分析，因此相較于當(dāng)前實(shí)際的運(yùn)營荷載而言，活載要大得多。而對于公路荷載而言，因?yàn)檐囕v本省具備多樣性，車輛行駛過程中的車距、及其軸距與軸重都是隨機(jī)的。就中小跨度的橋梁而言，軸距、軸重以及排列相對較為規(guī)律的荷載也是致使橋梁發(fā)生豎向振動(dòng)的主要因素。

2 城市軌道高架橋梁上部結(jié)構(gòu)比選與設(shè)計(jì)

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

在對高架橋梁的上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)同時(shí)對多個(gè)因素產(chǎn)生的作用影響進(jìn)行考慮。如：

（1）結(jié)構(gòu)自重、二期恒載、設(shè)備自重、預(yù)加應(yīng)力、上部建筑的重力、基礎(chǔ)沉降變位、混凝土收縮徐變等作用影響；

（2）制動(dòng)力、橫向搖擺力、牽引力、風(fēng)力、附加力等作用影響；

（3）溫度效應(yīng)的作用影響；

（4）若高架橋梁采用的是無縫線路軌道，還應(yīng)當(dāng)對線路橋墩水平方向的附加力所造成影響加以考慮；

（5）站臺(tái)車站、樓板以及樓梯的人群均勻分布的作用影響；

（6）在線路的平曲線上，還應(yīng)著重考慮有關(guān)離心力的作用影響，其主要的作用點(diǎn)為列車的重心部位，距離軌頂1.8m。

2.2 箱梁

對于箱梁而言，目前成熟運(yùn)用于城市軌道交通高架橋梁工程當(dāng)中。箱梁的適用性相對較好，作為高架區(qū)間的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)形式，同時(shí)還能用于大跨、曲線、變寬以及出岔等特殊區(qū)域。除此之外，箱梁的受力性能方面也是最穩(wěn)定的，外觀的線條也是相對順暢的。同時(shí)，箱梁的鋼筋配筋計(jì)算更為安全、更為簡單；同時(shí)，不管是現(xiàn)澆還是預(yù)制，國內(nèi)對箱梁這種結(jié)構(gòu)形式的施工經(jīng)驗(yàn)都十分豐富。

2.3 槽形梁

當(dāng)對軌面到梁底的空間要求較高時(shí)，可以考慮采用槽形梁。槽型梁不僅可以使城市道路之間的立體交叉更為便利，同時(shí)還可以對工程線路的標(biāo)高進(jìn)行優(yōu)化，使投資得以減少。同時(shí)槽形梁的兩側(cè)腹板還起到了降音防噪的重要作用，景觀上也較為美觀。但是由于槽形梁使用較多的預(yù)應(yīng)力鋼束，施工的進(jìn)度相對較慢，施工的環(huán)節(jié)也相對復(fù)雜，施工工藝要求相對較高，造價(jià)也相對較高，相較于箱梁，施工經(jīng)驗(yàn)與設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)相對不夠成熟。

2.4 空心板梁

當(dāng)需要梁高很矮、跨度較小時(shí)，可以適當(dāng)采用空心板梁。對于板梁的受力也十分清晰，施工與設(shè)計(jì)也很成熟。然而因?yàn)槊恳黄目招陌辶洪g均存有鉸接的現(xiàn)象，導(dǎo)致橋梁的整體受力情況較差，橋梁剛度也相對較弱。板梁的跨徑通常需要保持在10～20m之間，不太美觀，也不太經(jīng)濟(jì)。除此之外，在運(yùn)營后，空心板梁的收縮徐變影響也很大，對于城市軌道交通橋梁的后期維護(hù)非常不利。

3 城市軌道高架橋梁下部結(jié)構(gòu)比選與設(shè)計(jì)

城市軌道工程的工期在高架橋梁下部結(jié)構(gòu)型式的比選當(dāng)中起到了決定因素。針對雙柱式橋墩而言，一般使用預(yù)應(yīng)力混凝土蓋梁，但是蓋梁的預(yù)應(yīng)力鋼束一共分為：架梁之前的第一次張拉與架梁之后的第二次張拉。施工準(zhǔn)備與工序相對較為繁雜且時(shí)間也相對較長。然而對于單柱式的橋墩來說，其主要運(yùn)用的為鋼筋混凝土蓋梁，施工速率快，因此此類橋墩形式被城市軌道高架橋梁大量使用。在線路下方有地下管線時(shí)、橋梁下方有不可對其進(jìn)行拆卸的相關(guān)構(gòu)造物時(shí)，橋墩設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)避開。在對橋墩承臺(tái)尺寸進(jìn)行選擇的過程當(dāng)中，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)盡量考慮橋墩尺寸相對較小的雙柱式預(yù)應(yīng)力混凝土蓋梁橋墩。

4 橋梁結(jié)構(gòu)計(jì)算設(shè)計(jì)

4.1 梁格法計(jì)算

表1主要闡明了板殼有限元方法與梁格理論在同一片梁的不同工況之下，各個(gè)截面的變形情況以及受力計(jì)算的結(jié)果。從表1能夠得出結(jié)論，二者相較而言差異相對較小，然而梁格的橫縱梁的剛度取值相較要大一些。

表1 不同工況關(guān)鍵位置的受力情況

4.2 柱基的計(jì)算

工程當(dāng)中的柱基通常都是按照群樁來進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)使用“m”法。計(jì)算柱基的過程當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)對恒載、活載、制動(dòng)力、支座摩阻力及溫度力最為不利的結(jié)合進(jìn)行嚴(yán)格的檢算，并對墩身的強(qiáng)度與裂縫寬度相應(yīng)的驗(yàn)算工作。

4.3 蓋梁縱向的計(jì)算

在對普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的橋墩來說，其蓋梁縱向鋼筋的抗彎配筋行設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中，一般能夠使用平面桿系有限元的軟件來對其計(jì)算。在有關(guān)計(jì)算的過程當(dāng)中運(yùn)用縱向抗剪設(shè)計(jì)，記錄有關(guān)剪力方面的數(shù)據(jù)，然后再按照高架橋梁的有關(guān)要求來對斜筋及箍筋的進(jìn)行配備普通鋼筋，最后檢驗(yàn)是否能夠達(dá)到有關(guān)規(guī)范的要求。

4.4 蓋梁橫向的計(jì)算

雙柱式的預(yù)應(yīng)力混凝土蓋梁主要是為了確保預(yù)應(yīng)力鋼束可以有彎起的高度，因此梁截面通常運(yùn)用倒T的鋼束布置形式，如此能夠使得橋梁截面的高度得到相應(yīng)的提升，還可以節(jié)省混凝土的用料。從蓋梁底部伸出的墩柱部位是蓋梁截面相對而言較為薄弱的部位，對該部位應(yīng)當(dāng)展開全方位的驗(yàn)算工作，并進(jìn)行配筋加強(qiáng)處理。

4.5 墩柱和承臺(tái)的計(jì)算

針對墩柱橫縱向截面來說，應(yīng)對其強(qiáng)度與裂縫寬度進(jìn)行相應(yīng)的驗(yàn)算。墩柱作為產(chǎn)生偏心受壓的物體，若墩柱的高度相對較高時(shí)，則需要對縱向彎曲系數(shù)所致使的偏心增大系數(shù)進(jìn)行考慮。在具體的施工當(dāng)中，因?yàn)槭艿浆F(xiàn)場施工條件的約束，使墩柱遭受了巨大的彎矩，特別是高架橋梁的上部結(jié)構(gòu)的跨徑度較大時(shí)，則需要運(yùn)用某些臨時(shí)措施，如在墩柱的附近搭建滿堂鋼管支架。除此之外，針對承臺(tái)的橫縱向截面來說，針對強(qiáng)度與裂縫寬度的驗(yàn)算也是十分重要的，承臺(tái)是由墩柱結(jié)構(gòu)傳下來的承載力用于驗(yàn)算，通常彎矩取樁截面的中心位置至墩柱結(jié)構(gòu)邊緣位置的距離。

4.6 施工過程的抗剪抗扭驗(yàn)算

在對上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行架設(shè)的過程當(dāng)中，由于現(xiàn)場條件的限制，致使難以根據(jù)設(shè)計(jì)方面的需順利展開，在此種情形之下，橫向架設(shè)是從蓋梁的一端向著另外一端進(jìn)行架梁，縱向則是以單跨架梁的施工辦法來展開的。除此之外，還應(yīng)當(dāng)對于蓋梁挑臂展開相對應(yīng)的截面抗剪抗扭方面的驗(yàn)算。在驗(yàn)算的過程當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)先將其劃分為多個(gè)部分，之后按照（cd2/Σcd2）來對各個(gè)單元剪力與扭矩展開相應(yīng)的分配。

5 結(jié)束語

綜上所述，城市軌道交通中的高架橋梁作為一道十分獨(dú)特的風(fēng)景線，而對此類橋梁設(shè)計(jì)而言，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與美觀設(shè)計(jì)均是十分重要的，這兩種設(shè)計(jì)直接影響著高架橋梁的視覺效果和利用成效。所以，在設(shè)計(jì)城市軌道高架橋梁的過程當(dāng)中，不僅需要考慮到視覺上的協(xié)調(diào)，還需要對其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更為重視，如此方可使高架橋梁的施工和后期維護(hù)得到更好的保障。