跨坐式單軌交通連續軌道梁設計與施工

0跨徑設計重慶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,橋跨結構采用22m左右的簡支梁。根據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,影響了城市的景觀。在較新線二期工程的設計中,根據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,結構的橫向受力及橫向穩定比較難以保證,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梁方案。由于較新線為國內首條跨坐式單軌線路,而連續軌道梁作為本次設計的重要內容,更是國內首創,在跨坐式單軌技術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,但其軸重較本次設計的小。本次設計的連續梁只作為一次嘗試,旨在為今后建設連續軌道梁積累設計及施工經驗,同時檢驗連續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一聯3×30m的連續梁。1設計負荷荷載分類見表1所示;車輛設計荷載圖見圖1。2跨坐式單軌軌道結構橋梁基本跨徑的選擇應結合線路走向、橋梁高度及橋跨結構受力性能等因素綜合考慮。跨坐式單軌高架橋梁大多敷設在道路中央分隔帶上。結合道路限界要求,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。由于多聯不等跨連續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等跨連續梁的方案供選擇。2.1梁底曲線方案3×30m連續梁采用變截面形式,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。變截面形式使結構輕盈、流暢。該方案的上、下行軌道梁間橫向無聯系,軌道梁橫向穩定稍差,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、下行軌道梁間聯系方案3×30m連續梁采用變截面形式,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2.85m寬的橫向聯系梁(以下簡為“橫梁”),中間約25m長的梁跨內無橫向聯系。橫梁為預應力混凝土結構,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定較好,支座不抗拉、不抗扭。2.3軌道梁的結構與分布3×30m連續梁采用等截面形式(見圖3),梁高為2.5m,橫梁采用鋼筋混凝土結構,每聯用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;軌道梁橫向穩定性好,支座不抗拉、不抗扭。2.4軌道梁橫向穩定性控制較新線是國內第一條跨坐式單軌線路,其連續軌道梁在國內從未使用過。跨坐式單軌的軌道梁兼有“軌道功能”和“承重功能”。作為承重結構,軌道梁首先要滿足其受力要求,保證結構的安全。軌道梁由于限界控制,寬度只有850mm,如何保證結構的橫向受力及橫向穩定是保證結構成敗的關鍵環節之一。三種連續梁方案均能滿足系統要求,但各有優缺點,詳見表2。30m連續梁的支座反力比22m簡支梁的支座反力要大得多,其抗拉支座需專門設計,在設計工期緊張的情況下比較難以實現。連續梁是為了改善景觀而設計,是為今后連續梁橋的大范圍使用積累設計和施工經驗,為評價連續梁的景觀提供一個實物,故對景觀的要求高。在施工質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梁的常用施工方法主要有現澆、簡支變連續及節段拼裝等三種。軌道梁的制作、架設、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有交通的干擾和對城市環境的影響,盡量加快施工速度,盡量節約資源,做到安全、經濟和美觀。3.1現澆方案的挑戰現澆施工由于方法簡單、質量容易保證,故在連續梁施工中被經常使用。由于軌道梁施工工藝復雜、精度要求高,現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,現澆方案的支架影響現有交通的正常運行,對環境造成較大的干擾。現澆方案的施工工序較簡單,無體系轉換。3.2預應力鋼筋混凝土節段充填全聯分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的節段張拉第一批預應力鋼筋;10m長的節段由于在后期連續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段或設置臨時預應力鋼筋。預制梁段運送到現場后,設置臨時墩,用環氧樹脂干接梁段,張拉二期預應力鋼筋,完成體系轉換。10m節段在體系轉換間承受正彎矩,在體系轉換后承受負彎矩,內力變化幅度較大,受力較為不利。3.3回射線全聯分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換全聯分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。梁運送到現場后,在橋墩上現澆0.8m的濕接頭,張拉第二批預應力鋼筋,完成體系轉換。3段預制梁在完成體系轉換前后其內力方向基本不變,但數值有一定變化,相比方案二、三受力更為有利。3.5運輸和鋪設方案比選根據上述方案的介紹,可基本排除現澆施工方案。方案二和方案三均為節段拼裝,均需設置臨時墩,會對地面道路產生一定影響;兩者的主要差別在于方案二不能調整誤差且施工費用較大,而方案三能調整誤差但施工工期較長。方案四雖然有預制段重量較大、運輸和架設相對較困難的缺點,但它結合了方案二、三的優點;此外,由于連續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上不會有太大的難度。軌道梁的運輸、吊裝可考慮利用現有城市道路在夜間操作。經綜合考慮,決定采用簡支變連續方案(方案四)。4下下行軌道梁施工經方案設計后,選定變截面連續梁(上下行軌道梁在支點附近設橫梁)作為最后實施方案。施工方法為先簡支后連續。以下簡單介紹施工圖設計的部分技術要點。4.1軌道梁間設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高0.95m、寬2.85m的橫梁(如圖4、圖5所示)。考慮到中支點附近有一期和二期鋼束交錯,在支點兩側各5m范圍內均為實心段,主梁設0.8m的現澆段。4.2合理設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。③二期鋼束應設置部分長束,以便調節梁體的線形;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較大的拉應力經過對連續梁的整體分析,發現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別,詳見圖7。5軌道梁的結構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。控制軌道梁的線型也是結構設計的一項重要任務。設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吊裝運輸的要求;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