津?yàn)I輕軌預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁設(shè)計(jì)
摘 要:津?yàn)I輕軌以3 25 m 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁為主,設(shè)計(jì)中對截面形式進(jìn)行了優(yōu)選。由于無碴軌道控制徐變上拱度的要求,采用部分預(yù)應(yīng)力體系,設(shè)計(jì)了能夠滿足長橋連續(xù)施工的A 型、B 型和AB 型3 種梁型。關(guān)鍵詞:預(yù)應(yīng)力混凝土梁; 連續(xù)梁; 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì); 施工順序1 概述
天津市區(qū)至濱海新區(qū)快速軌道交通工程區(qū)間高架橋以現(xiàn)澆連續(xù)箱梁為主,其中預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁約占全線橋梁長度的70 % 。橋上采用無縫線路,以無碴軌道結(jié)構(gòu)為主。對于超長橋梁預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁,不僅要滿足使用功能的要求,在工期緊張并且分標(biāo)段很多的情況下,還要充分考慮連續(xù)施工的要求和施工的方便。
2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算
(1) 梁部結(jié)構(gòu)形式
考慮到結(jié)構(gòu)本身的受力特點(diǎn)、施工周期、景觀效果、施工對環(huán)境的影響、經(jīng)濟(jì)的合理性,經(jīng)綜合比較,預(yù)應(yīng)力混凝土單箱單室箱梁、預(yù)應(yīng)力混凝土組合箱梁、預(yù)應(yīng)力混凝土雙肋板梁比較適用于一般區(qū)段。在小跨及曲線段可采用鋼筋混凝土箱梁。上述梁型,經(jīng)濟(jì)比選結(jié)果25 m 為本工程的經(jīng)濟(jì)跨度,考慮有利于行車的平穩(wěn)、減少噪聲、景觀要求和節(jié)約投資等因素,一般地段橋梁采用單箱單室預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁,部分地段采用20 m 梁用于調(diào)整跨度,小半徑曲線地段和道岔區(qū)采用鋼筋混凝土連續(xù)梁。梁部施工均采用箱梁是目前國內(nèi)外廣泛采用的高架橋結(jié)構(gòu)形式之一,它具有閉合薄壁截面,抗扭剛度大,整體受力性能好,箱梁外觀簡潔, 適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。箱梁截面剛度大,徐變上拱小,這對于輕軌整體道床來說,是十分有利的。從箱形梁的外形來說最能與下部結(jié)構(gòu)結(jié)合,尤其與獨(dú)柱墩結(jié)合更好。
對于預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁,在端部張拉預(yù)應(yīng)力鋼束時(shí),需要一定的張拉空間,為了保證相鄰預(yù)應(yīng)力混凝土梁能同時(shí)施工,本次設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力梁采用了A 型、B 型以及AB 型3 種梁型。一般區(qū)段無碴橋面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橫截面為單箱單室截面,梁外輪廓做成了流線形,與流線形的獨(dú)柱墩協(xié)調(diào)配合。混凝土采用C50 , 箱梁高1. 5 m , 頂板厚25 cm , 底板厚20 cm , 標(biāo)準(zhǔn)腹板厚40 cm ; 中支點(diǎn)底板厚40 cm , 腹板厚60 cm 。A 型梁端部腹板厚80 cm , 按橫向布置2 排OVM15 12 錨具所需最小尺寸確定。由于B 型梁的鋼束平彎后在A 型梁的端橫梁腹板之間張拉,所以梁端部腹板厚采用150 cm 。全聯(lián)在端支座及中支座處設(shè)4 個(gè)橫隔板。雙線線間距3. 6 m 時(shí), 橋面寬8. 9 m , 標(biāo)準(zhǔn)截面形式見圖1 ; 有碴橋面箱梁截面寬為9. 9 m 。
滿堂支架就地澆筑梁體混凝土。當(dāng)聯(lián)長較長時(shí)無縫線路長鋼軌作用力較大,相應(yīng)的墩身截面也較大,橋梁美觀也就差。另外, 當(dāng)一聯(lián)聯(lián)長較長時(shí),澆筑混凝土量太大,一次澆筑也比較困難,因此,連續(xù)梁聯(lián)長以3 25 m 為宜。
(2) 截面形式
圖1 標(biāo)準(zhǔn)箱梁截面示意(單位:cm)
梁部盡量選用大噸位群錨體系, 以方便施工和減少鋸齒板數(shù);同時(shí)考慮橫截面布筋要均勻, 縱向預(yù)應(yīng)力鋼束選用12 7 <5 鋼絞線, 極限抗拉強(qiáng)度f pk = 1 860 MPa ,12 根通長筋布置在腹板內(nèi), 兩端張拉, 錨固于梁端。為滿足中支點(diǎn)受力要求, 在中支點(diǎn)頂板內(nèi)布置7 7 <5 短鋼束, 單端張拉。為減少徐變對無碴軌道的影響, 錨下張拉控制應(yīng)力一般控制在0. 70 f pk ～ 0. 72 f pk 。錨具采用OVM 及其配套的支承墊板, 管道采用金屬波紋管成孔。(4) 梁部縱向內(nèi)力分析
預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)計(jì)算按部分預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì),受拉區(qū)允許出現(xiàn)拉應(yīng)力,但不容許出現(xiàn)裂縫。由于采用支架現(xiàn)澆施工,結(jié)構(gòu)在施工過程中一次落架,沒有體系轉(zhuǎn)換,采用預(yù)應(yīng)力混凝土橋綜合分析程序,按有限元方法計(jì)算連續(xù)梁結(jié)構(gòu)的恒載、活載效應(yīng)以及支座沉降和溫度次應(yīng)力,考慮了混凝土收縮徐變引起的次內(nèi)力和對預(yù)應(yīng)力損失的影響,縱向預(yù)應(yīng)力筋根據(jù)彎矩包絡(luò)圖計(jì)算并設(shè)置。在計(jì)算恒載時(shí), C50 混凝土容重按26 kN/ m3 考慮, 地基不均勻沉降按1 cm 計(jì),體系溫差按溫升20 ℃,溫降-25 ℃ 考慮,日照溫差按橋面板均勻升溫5 ℃ 計(jì)。張拉鋼束時(shí),混凝土有效齡期取14 d , 且混凝土強(qiáng)度達(dá)到極限抗壓強(qiáng)度f c 。
(5) 箱梁橫向內(nèi)力分析
箱形主梁的橫截面, 作為被支承在主梁腹板中心線下緣的箱形剛架進(jìn)行內(nèi)力分析, 主梁橫向計(jì)算按1 m 寬的框架進(jìn)行, 考慮主梁自重、橋面上二期恒載、人群荷載、列車輪載及列車沖擊力, 在設(shè)置接觸網(wǎng)立柱處,還要考慮其荷載, 必要時(shí)局部加厚懸臂。列車活載按單線和雙線分別加載, 按最不利荷 位移,繪制不同齡期的徐變拱度曲線,為科學(xué)地鋪設(shè)承軌臺提供數(shù)據(jù)。由于津?yàn)I地區(qū)軟土(粘性土) 分布廣泛,基礎(chǔ)的工后沉降不僅大,而且沉降發(fā)展期較長。設(shè)計(jì)中綜合考慮以上因素,建議從澆筑混凝土算起半年后進(jìn)行橋面承軌臺的施工和整體道床的其他施工工序。此時(shí)已經(jīng)完成8. 43 mm 的徐變上拱度,澆筑承軌臺后剩余徐變、晝夜溫差影響的總上拱度約為4. 8 mm , 滿足整體道床對橋梁上拱度變化(不大于10 mm) 的技術(shù)要求。
3 全線梁部施工順序
相鄰兩聯(lián)連續(xù)梁施工必須先施工預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁,然后再施工與預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁相鄰的鋼筋混凝土箱梁,車站結(jié)構(gòu)應(yīng)在梁部結(jié)構(gòu)施工之后施工。為了保證相鄰預(yù)應(yīng)力混凝土梁能同時(shí)施工,本次設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力梁采用了A 型、B 型以及AB 型3 種梁型。A 型梁必須先施工,為給后施工的B 型梁留出千斤頂張拉空間,A 型梁端橫梁腹板之間的混凝土在B 型梁張拉完畢后再澆筑,為了保證A 型梁鋼束張拉時(shí)腹板的穩(wěn)定和強(qiáng)度,設(shè)橫向聯(lián)系鋼筋或橫梁鋼筋部分不截?cái)?在A 型梁鋼束張拉完畢后,為了滿足B 型梁千斤頂張拉的空間切斷部分鋼筋,張拉完一束,再按施工規(guī)范要求把截?cái)嗟匿摻詈附?然后再張拉另一束, 依次張拉(階段一) 。B 型梁張拉完畢后再澆筑A 型梁未澆筑混凝土(階段二) 。如果A 型梁的鄰跨不需要張拉空間(如鋼筋混凝土梁或站房及其他梁型),取消預(yù)留槽口。為了滿足特殊情況下梁的施工,設(shè)計(jì)了AB 型梁,該梁型一端同A 型梁,一端同B 型梁,施工方法及順序與A 型梁和B 型梁相同。詳見圖2 。載組合產(chǎn)生的內(nèi)力配筋, 橫截面均配置普通鋼筋。
由于橋上采用無縫線路整體道床,承軌臺施工完后, 扣件對軌道升降調(diào)節(jié)量僅為20 mm , 需要對預(yù)應(yīng)力混凝土梁徐變上拱、工后地基沉降進(jìn)行嚴(yán)格控制。為控制混凝土收縮徐變產(chǎn)生的后期非彈性變形, 設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)應(yīng)力度盡量采用較小值, 一般控制在 0. 70 f pk ～ 0. 72 f pk 。
