浅谈城市轨道交通高架桥的选型论文

摘 要:论述了城市轨道交通高架桥选择的主要影响因素,对常用的高架桥的桥式方案,桥梁的上部结构及下部结构的选型进行了详细论述,为进行城市轨道交通高架桥的设计提供了参考依据。

关键词:城市轨道交通,高架桥,上部结构,下部结构

随着城市化进程加快和城市人口增加,城市交通状况日益恶化,因此我国加快了城市轨道交通的建设。城市轨道交通主要有地铁系统和轻轨系统,目前,国内已经在十几个城市开始了轨道交通工程建设项目,并已在北京、上海、广州、深圳、重庆、南京、武汉、大连、天津等城市开通了城市轨道交通运营。众所周知,地铁的建设成本很高,地铁的地下线造价达到8000元/m2~10000元/m2,而高架线的造价一般为3000元/m2左右。另外,高架线路能充分利用城市空间,节约城市宝贵用地,建设周期相对较短。因此,高架桥在城市轨道交通中被广泛采用。高架桥的选型,是桥梁工程师在进行设计时的首要工作。现就城市轨道交通高架桥选型方面谈一些看法。

　　1 高架桥选择的主要影响因素

1.1 高架桥与景观影响

1)高架桥的结构形式必须根据周边环境,按照桥梁美学的理念,采用合理的线形和高宽比、高跨比。

2)通过景观设计,提高高架桥与城市景观的协调性。

1.2 高架桥与环境影响

1)在人口密集区考虑采用槽形梁,可有效降低列车运行时的噪声影响;基础采用桩基础可以减小振动向远距离的传播;采用抗振动性能好的板式支座能减小列车运行时产生的振动噪音。

2)在线路中间设置T型隔声屏,线路两侧设倒L式隔声屏,在噪声敏感地段的线路两侧或单侧设置大型折板式隔声屏,可以达到很好的降噪效果。

　　2 高架桥桥式方案比选

1) 简支梁结构简单,受力明确,对地基的适应性比较强,当地基发生局部均匀沉降时可以通过调整支座高度或支承垫石标高等方法来恢复桥面标高。2)简支梁的'设计与施工经验比较成熟,能适应现浇、整孔预制吊装、节段预制拼装等多种施工方法。梁体的制造便于工厂化、标准化,安装架设方便,有利于缩短工期,减少轨道交通建设对周围环境的影响。3)简支梁桥建成后维护作业相对简单方便,有利于线路保持良好的运营状态。

　　3 高架桥上部结构选型

3.1 箱梁

目前,国内外大多数城市轨道交通高架桥的梁部都采用箱梁。箱梁具有以下优点:1)箱梁的桥梁建筑高度适中,外观简洁、美观,线型流畅,景观效果比较好。2)具有闭合薄壁截面,抗扭刚度大,整体受力性能好,动力稳定性好,用料较省。箱梁顶板和底板都具有较大的面积,能有效地抵抗正负弯矩,并满足配筋要求。尤其是在偏心荷载作用下,箱梁的整体受力情况较T梁有利。3) 箱梁有嵌固在梁上的悬臂板,悬臂板的长度可以在一定范围内变化,而且腹板的间距也能放大,因此箱梁能适应变宽截面,在区间直线段、曲线段及折返线等处均可采用,便于统一同一条线路的梁型。4)箱梁的适用范围比较广,可用于简支梁体系和连续梁体系,能适用于各种跨度,各种墩形。设计与施工经验成熟,能满足标准化和现代化的施工要求。

3.2 槽型梁

槽型梁是一种下承式结构,在国内应用很少,在美国有工程实例。槽型梁有以下优点:1)桥梁建筑高度低,便于城市道路间立体交叉,适用于净空控制且有特殊跨越要求的地段。由于梁高比较低,能压低线路标高,节约总投资。2)两侧腹板能隔绝部分轮轨运行时产生的噪音,达到类似声屏障的作用,减少车辆的噪声影响。3)断面综合利用率比较高,主梁上翼缘可兼做检修及旅客紧急疏散通道,在车站内部可以作为站台宽度使用,下部空间可布置通信、信号、电力电缆等管线,桥梁的整体景观效果比较好。4)槽型梁两侧主梁可防止脱轨车辆倾覆下落,给行车安全提供了可靠的保证。但槽型梁造价较高,设计、施工经验比较少,而且施工难度大,工期长,施工时对周边环境的影响比较大。

3.3 空心板梁

空心板梁曾应用于深圳的铁路高架桥,主要有以下优点:1)桥梁建筑高度较低,自重轻,受力清晰。设计、施工经验相当成熟,适合于整孔预制,施工进度快。2)空心板梁适宜在高架线路道岔区采用。在高架道岔区,线路走向及道岔布置的方式多样,结构受力情况比较复杂,采用整体预应力混凝土空心板梁,有利于结构整体受力,有利于灵活调整道岔的布设位置,同时能提高结构满足线路和道岔布设造成异形结构的适应性。

但空心板梁的缺点也很明显:1)板梁若采用预制安装,各片板梁间铰接,横向连接不强,使用时容易引起桥面开裂。2)由于板梁的梁高比较低,相应刚度较小,预应力度大则容易上拱,预应力度小则容易下挠,梁部后期收缩徐变较大,不利于轨道交通线路轨道调高要求。

3.4 下承式脊梁

下承式脊梁在我国的城市轨道交通高架桥中尚无应用。其主要特点有:1)桥梁建筑高度即为挑臂板的厚度,高度低,不受跨度改变的影响,有利于线路专业的选线。2)可以综合利用各种构造,提高结构的利用率。如脊梁、边梁可防噪,脊梁顶可用做检修通道等。3)可采用预制杆件拼装施工,进度快,受干扰少,但设计、施工经验少。

3.5 T梁

T型梁在我国的普通铁路桥中广泛运用,主要优点有:1)结构简单,用料省,受力明确,其抗弯性能好,设计、施工经验成熟。2)主梁预制方便,吊装重量轻,施工方便,且构件容易修复或更换。但T梁的建筑高度高,在线路标高受限的区段不宜使用,而且美观性差,在铰接处整体受力性差。

　　4 高架桥下部结构选型

4.1 单柱式墩

4.1.1 方柱式T墩

适用于T梁,板梁和槽形梁等,应用于箱梁时一般为一线一箱的分离式箱梁。墩柱上设托盘,可以减少墩柱的尺寸,受力简单、结构简洁、施工简单。但由于造型较普通,上下部过渡段有转折,城市景观效果较差。

4.1.2 板式T型墩

适用于箱梁、T梁、板梁和脊梁等各种梁型。板式T型墩在景观上得到很大的改善,墩柱上部设圆弧倒角曲线顺接,与上部梁体线条的流畅一致,减少视觉错位感。墩四周设圆弧倒角,增加了结构线条的柔和性,适当消除了混凝土构件的凝重感。

4.1.3 板式Y型桥墩

适用于T梁、箱梁、板梁和槽型梁等各种梁型。采用独柱板式桥墩,上部采用Y型双墩支撑,结构受力得到改善,用料较省,造型艺术化,外观较好。墩柱表面进行雕塑化处理,能充分改善土建结构的景观效果,达到美化城市环境的目的。适用于线间距比较大的地段,横向盖梁能用于支撑线间距较大的梁。

4.2 双柱式墩

双柱式桥墩适用于T梁、箱梁、板梁和槽型梁等各种梁形。多用于线间距比较大、多线或出岔地段。墩柱较纤细,多根并列,承载能力好,稳定性较强。桩可以是铅直的或斜置的,墩柱顶部可以通过曲线处理使上下部平顺连接。但双柱式桥墩在斜向视点会感觉墩柱较多,造型显得不够简洁,形成局部零乱的不良景观效果。

4.3 刚架墩

刚架墩宽度大(横桥方向)而厚度小;它的外观立面可呈门形、倒L型和梯形等。刚架墩的受力比较复杂,必须配置普通钢筋或预应力钢筋,钢筋用量比较大。在控制地段桥梁跨越道路或建筑物时,可根据实际情况结合城市景观要求采用刚架墩。

　　5 结语

在进行城市轨道交通高架桥设计时,首先应该考虑对景观的影响,在考虑结构自身的构造要求及强度要求的同时,应注重桥梁的艺术造型,把对结构的美化设计放在突出位置,尽量与周边环境统一协调,融为一体。结构造型与各部位尺寸比例应相互协调,梁体结构舒展流畅,讲究其线型,下部构造简洁轻巧,通透性好,使高架桥成为城市的一道靓丽风景线。

参考文献:

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