槽形梁在城市軌道交通工程中的應(yīng)用形式
摘 要 通過對(duì)槽形梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的分析,提出了槽形梁在城市軌道交通工程中應(yīng)用的幾種結(jié)構(gòu)形式,并對(duì)各種結(jié)構(gòu)形式的特點(diǎn)進(jìn)行了分析。
關(guān)鍵詞 槽形梁,高架軌道交通,結(jié)構(gòu)形式
1 概述
槽形梁是一種下承式橋梁,適用于鐵路橋、公路橋及城市高架橋,目前在國(guó)際上應(yīng)用較多。我國(guó)在鐵路和公路橋梁上也有此種工程實(shí)例。
國(guó)外最早的預(yù)應(yīng)力混凝土槽形梁是英國(guó)1952 年建造的羅什爾漢橋,此后,日本、西德、澳大利亞相繼在鐵路橋梁中應(yīng)用。在軌道交通工程中,法國(guó)的里爾建造了雙線跨度為50 m 的預(yù)應(yīng)力槽形梁; 巴黎的13 號(hào)線在塞納河上建造了跨度為85 m 、腹板為矩形、雙層底板的預(yù)應(yīng)力槽形梁;智利的圣地亞哥已建成雙線槽形梁,運(yùn)行多年情況良好。在日本,已把槽形梁的設(shè)計(jì)計(jì)算方法納入了日本國(guó)有鐵路建筑物設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中。日本和前蘇聯(lián)還做了槽形梁的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。
我國(guó)學(xué)者對(duì)槽形梁的設(shè)計(jì)理論做了大量的研究,并且已經(jīng)應(yīng)用于工程實(shí)踐,運(yùn)行多年情況良好。在鐵路橋上,我國(guó)目前已建成3 座槽形梁橋。它們是位于北京鐵路樞紐雙橋編組站內(nèi)的為京秦線跨越京承線而設(shè)的二孔跨度為24 m 的單線槽形梁、位于京承線雙懷段懷柔車站附近的為跨越京豐公路而設(shè)的一孔跨度為20 m 的雙線槽形梁橋,以及位于浙贛復(fù)線江西弋陽(yáng)葛水河的跨度為25 m + 40 m + 25 m 的單線鐵路連續(xù)槽形梁。
2 槽形梁在軌道交通高架工程中的應(yīng)用形式
在高架城市軌道交通線中為了節(jié)省系統(tǒng)總投資,就要求高架結(jié)構(gòu)有較小的建筑高度。早期,軌道交通高架結(jié)構(gòu)一般采用常見的城市高架橋或公路高架橋型式,建筑高度較大。槽形梁是適合于軌道交通高架結(jié)構(gòu)要求、具有較小建筑高度的結(jié)構(gòu)型式之一,而且槽形梁跨徑的變化只影響兩側(cè)主梁的梁高,基本上不影響槽形梁道床板面的建筑高度, 便于軌道交通系統(tǒng)在線路縱斷面上作定線布置。
2. 1 國(guó)內(nèi)軌道交通高架工程中槽形梁的應(yīng)用現(xiàn)狀
槽形梁在我國(guó)城市軌道交通領(lǐng)域尚無實(shí)際工程應(yīng)用, 但近幾年也做了大量的研究工作。1999 年廣州市地下鐵道設(shè)計(jì)研究院與法國(guó)索非圖公司合作設(shè)計(jì),并進(jìn)行了二孔單線槽形梁的1∶
1 足尺試驗(yàn);2001 年由上海市隧道工程軌道交通設(shè)計(jì)研究院負(fù)責(zé),與原上海鐵道大學(xué)、申通公司合作設(shè)計(jì),并進(jìn)行了一孔雙線槽形梁的1∶1 足尺實(shí)驗(yàn);2002 年我院在上海市軌道交通6 號(hào)線設(shè)計(jì)招投標(biāo)及初步設(shè)計(jì)中采用了槽形梁結(jié)構(gòu),并對(duì)槽形梁理論做了進(jìn)一步研究,初步設(shè)計(jì)已通過專家評(píng)審,現(xiàn)正在施工圖設(shè)計(jì)階段。這標(biāo)志著槽形梁在城市軌道交通工程中的應(yīng)用已成現(xiàn)實(shí)。
2. 2 在軌道交通中應(yīng)用槽形梁的優(yōu)點(diǎn)
(1) 建筑高度低: 直接行駛車輛的槽形梁道床板厚度(即建筑高度) 一般為0. 35～0. 50 m , 較一般的軌道箱梁或T 形梁降低約1. 5 m(以30 m 跨為例) 。在軌道交通中應(yīng)用槽形梁,對(duì)降低車站及區(qū)間建筑高度效果顯著。
(2) 降噪效果好: 軌道交通車輛行駛于槽形梁時(shí),其輪軌走行系統(tǒng)噪聲受到兩側(cè)主梁上翼緣及腹板的阻隔,在一定程度上減少了車輛噪聲對(duì)周圍環(huán)境的影響。相對(duì)箱形梁,槽形梁無箱體共鳴噪聲。
(3) 斷面空間利用率高: 結(jié)構(gòu)受力需要的主梁上翼緣可兼做檢修及旅客緊急疏散通道,在車站內(nèi)部可以作為站臺(tái)寬度使用,下部空間可布置通信、信號(hào)、電力電纜等管線。
(4) 行車安全:兩側(cè)主梁可防止脫軌車輛傾覆下落,給行車安全提供了可靠的保證。
(5) 外觀美觀、視覺效果好:槽形梁不但本身梁體外型優(yōu)美,而且主梁上翼緣和腹板遮擋了外觀較差的橋面系及車輛走行系統(tǒng),只露出整潔、美觀的上部車體;若采用三軌供電系統(tǒng),則景觀效果更佳。由上可知,槽形梁是適合于軌道交通的一種優(yōu)秀、新型的橋梁結(jié)構(gòu)型式。
2. 3 槽形梁在高架區(qū)間的應(yīng)用
(1) 雙線分離式(單線) 預(yù)應(yīng)力混凝土槽形梁
分離式預(yù)應(yīng)力混凝土槽形梁,每線設(shè)置1 個(gè)“U”形槽,兩主梁分離,如圖1 。
圖1 雙線分離式槽形梁橫斷面圖分離式預(yù)應(yīng)力混凝土槽形梁具有以下特點(diǎn):
① 采用分離式主梁可以降低主梁高度,減小道床板的厚度,結(jié)構(gòu)體量可以做得較輕巧。
② 分離式主梁可適應(yīng)島式車站線路分離的要求,保證站內(nèi)橋梁與站外橋梁協(xié)調(diào)一致。
③ 采用分離式的兩個(gè)槽形梁,道床板的寬跨比較小,剪力滯后效應(yīng)小,道床板可全截面參與主梁受力,提高了截面的利用率。
④ 分離式的兩個(gè)槽形梁其道床板的計(jì)算跨度小,道床板的受力較小。
⑤ 采用分離式的兩個(gè)槽形梁,兩主梁的受力明確,避免了單線加載時(shí)的偏載效應(yīng)。
⑥ 采用分離式的兩個(gè)槽形梁,線間距須加寬, 橋面寬,高架橋整體體量大。
⑦ 分離式的兩個(gè)槽形梁無法進(jìn)行交叉、渡線區(qū)域的橋梁設(shè)計(jì)。
⑧ 采用分離式的兩個(gè)槽形梁,線間距加寬,平面線型要設(shè)置從地下線向高架線的過渡,平面線型較復(fù)雜。
新技術(shù)應(yīng)用
(2) 雙線整體式預(yù)應(yīng)力混凝土槽形梁
雙線預(yù)應(yīng)力混凝土槽形梁,兩線設(shè)置1 個(gè)“U” 形槽,兩片主梁分置在線路兩側(cè),如圖2。
圖2 雙線槽形梁橫斷面圖雙線預(yù)應(yīng)力混凝土槽形梁具有以下特點(diǎn):
① 線間距不變化,平面線型簡(jiǎn)單。
② 線間距可設(shè)置為最小值,橋面寬度減小,高架橋整體體量小,并能有效降低工程造價(jià)。
③ 可滿足交叉、渡線區(qū)域的橋梁設(shè)計(jì),使全線梁型一致。
④ 雙線槽形梁其道床板的計(jì)算跨度大,道床板受力及厚度較大。
⑤ 主梁橫向間距較大,橫向抗扭剛度較差。
⑥ 單線行車時(shí)對(duì)主梁有偏載效應(yīng),主梁受力復(fù)雜。
2. 4 槽形梁在高架車站的應(yīng)用
高架車站站臺(tái)形式一般為側(cè)式站臺(tái)或島式站臺(tái),槽形梁是最適用于高架車站的橋梁結(jié)構(gòu)。由于其建筑高度低,可有效地降低車站的線路高程,減小站臺(tái)的提升高度,方便旅客出行,降低車站造價(jià), 并可改善線路縱斷面。
(1) 側(cè)式站臺(tái)槽形梁結(jié)構(gòu)形式
槽形梁兩側(cè)主梁位于站臺(tái)范圍,主梁上翼緣可作為站臺(tái)功能使用。視站臺(tái)寬度,主梁斷面可采用T 形或箱形結(jié)構(gòu)形式,如圖3 。
采用此結(jié)構(gòu)形式具有以下特點(diǎn):
① 槽形梁主梁斷面的增大,提高了槽形梁的承載能力,增強(qiáng)了槽形梁的橫向抗扭剛度。
② 斷面利用率高,槽形梁主梁下部空腔部分可作為車站通信、信號(hào)、電力電纜通道。
③ 建筑高度改善明顯。不另外設(shè)置站臺(tái)梁,橋墩也就可以不設(shè)置用于支承站臺(tái)梁的橫梁。因此, 建筑高度僅為槽形梁道床板厚度。
④ 槽形梁主梁兼作站臺(tái)使用,取消了站臺(tái)梁, 有望降低車站的工程造價(jià)。
圖3 側(cè)式站臺(tái)槽形梁橫斷面圖
圖4 島式站臺(tái)槽形梁橫斷面圖
參 考 文 獻(xiàn)
1 何宗華. 城市輕軌交通工程設(shè)計(jì)指南. 北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1993
2 胡匡璋. 槽形梁. 北京:中國(guó)鐵道出版社,1987
3 上海市隧道工程軌道交通設(shè)計(jì)研究院. 軌道交通槽形梁研究報(bào)告. 2001
