槽形梁在城市軌道交通工程中的應用形式
摘 要 通過對槽形梁結構特點的分析,提出了槽形梁在城市軌道交通工程中應用的幾種結構形式,并對各種結構形式的特點進行了分析。
關鍵詞 槽形梁,高架軌道交通,結構形式
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,目前在國際上應用較多。我國在鐵路和公路橋梁上也有此種工程實例。
國外最早的預應力混凝土槽形梁是英國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用。在軌道交通工程中,法國的里爾建造了雙線跨度為50 m 的預應力槽形梁; 巴黎的13 號線在塞納河上建造了跨度為85 m 、腹板為矩形、雙層底板的預應力槽形梁;智利的圣地亞哥已建成雙線槽形梁,運行多年情況良好。在日本,已把槽形梁的設計計算方法納入了日本國有鐵路建筑物設計標準中。日本和前蘇聯還做了槽形梁的標準設計。
我國學者對槽形梁的設計理論做了大量的研究,并且已經應用于工程實踐,運行多年情況良好。在鐵路橋上,我國目前已建成3 座槽形梁橋。它們是位于北京鐵路樞紐雙橋編組站內的為京秦線跨越京承線而設的二孔跨度為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的一孔跨度為20 m 的雙線槽形梁橋,以及位于浙贛復線江西弋陽葛水河的跨度為25 m + 40 m + 25 m 的單線鐵路連續槽形梁。
2 槽形梁在軌道交通高架工程中的應用形式
在高架城市軌道交通線中為了節省系統總投資,就要求高架結構有較小的建筑高度。早期,軌道交通高架結構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構要求、具有較小建筑高度的結構型式之一,而且槽形梁跨徑的變化只影響兩側主梁的梁高,基本上不影響槽形梁道床板面的建筑高度, 便于軌道交通系統在線路縱斷面上作定線布置。
2. 1 國內軌道交通高架工程中槽形梁的應用現狀
槽形梁在我國城市軌道交通領域尚無實際工程應用, 但近幾年也做了大量的研究工作。1999 年廣州市地下鐵道設計研究院與法國索非圖公司合作設計,并進行了二孔單線槽形梁的1∶
1 足尺試驗;2001 年由上海市隧道工程軌道交通設計研究院負責,與原上海鐵道大學、申通公司合作設計,并進行了一孔雙線槽形梁的1∶1 足尺實驗;2002 年我院在上海市軌道交通6 號線設計招投標及初步設計中采用了槽形梁結構,并對槽形梁理論做了進一步研究,初步設計已通過專家評審,現正在施工圖設計階段。這標志著槽形梁在城市軌道交通工程中的應用已成現實。
2. 2 在軌道交通中應用槽形梁的優點
(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) 。在軌道交通中應用槽形梁,對降低車站及區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,其輪軌走行系統噪聲受到兩側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周圍環境的影響。相對箱形梁,槽形梁無箱體共鳴噪聲。
(3) 斷面空間利用率高: 結構受力需要的主梁上翼緣可兼做檢修及旅客緊急疏散通道,在車站內部可以作為站臺寬度使用,下部空間可布置通信、信號、電力電纜等管線。
(4) 行車安全:兩側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,只露出整潔、美觀的上部車體;若采用三軌供電系統,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秀、新型的橋梁結構型式。
2. 3 槽形梁在高架區間的應用
(1) 雙線分離式(單線) 預應力混凝土槽形梁
分離式預應力混凝土槽形梁,每線設置1 個“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應力混凝土槽形梁具有以下特點:
① 采用分離式主梁可以降低主梁高度,減小道床板的厚度,結構體量可以做得較輕巧。
② 分離式主梁可適應島式車站線路分離的要求,保證站內橋梁與站外橋梁協調一致。
③ 采用分離式的兩個槽形梁,道床板的寬跨比較小,剪力滯后效應小,道床板可全截面參與主梁受力,提高了截面的利用率。
④ 分離式的兩個槽形梁其道床板的計算跨度小,道床板的受力較小。
⑤ 采用分離式的兩個槽形梁,兩主梁的受力明確,避免了單線加載時的偏載效應。
⑥ 采用分離式的兩個槽形梁,線間距須加寬, 橋面寬,高架橋整體體量大。
⑦ 分離式的兩個槽形梁無法進行交叉、渡線區域的橋梁設計。
⑧ 采用分離式的兩個槽形梁,線間距加寬,平面線型要設置從地下線向高架線的過渡,平面線型較復雜。
新技術應用
(2) 雙線整體式預應力混凝土槽形梁
雙線預應力混凝土槽形梁,兩線設置1 個“U” 形槽,兩片主梁分置在線路兩側,如圖2。
圖2 雙線槽形梁橫斷面圖雙線預應力混凝土槽形梁具有以下特點:
① 線間距不變化,平面線型簡單。
② 線間距可設置為最小值,橋面寬度減小,高架橋整體體量小,并能有效降低工程造價。
③ 可滿足交叉、渡線區域的橋梁設計,使全線梁型一致。
④ 雙線槽形梁其道床板的計算跨度大,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 單線行車時對主梁有偏載效應,主梁受力復雜。
2. 4 槽形梁在高架車站的應用
高架車站站臺形式一般為側式站臺或島式站臺,槽形梁是最適用于高架車站的橋梁結構。由于其建筑高度低,可有效地降低車站的線路高程,減小站臺的提升高度,方便旅客出行,降低車站造價, 并可改善線路縱斷面。
(1) 側式站臺槽形梁結構形式
槽形梁兩側主梁位于站臺范圍,主梁上翼緣可作為站臺功能使用。視站臺寬度,主梁斷面可采用T 形或箱形結構形式,如圖3 。
采用此結構形式具有以下特點:
① 槽形梁主梁斷面的增大,提高了槽形梁的承載能力,增強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、電力電纜通道。
③ 建筑高度改善明顯。不另外設置站臺梁,橋墩也就可以不設置用于支承站臺梁的橫梁。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使用,取消了站臺梁, 有望降低車站的工程造價。
圖3 側式站臺槽形梁橫斷面圖
圖4 島式站臺槽形梁橫斷面圖
參 考 文 獻
1 何宗華. 城市輕軌交通工程設計指南. 北京:中國建筑工業出版社,1993
2 胡匡璋. 槽形梁. 北京:中國鐵道出版社,1987
3 上海市隧道工程軌道交通設計研究院. 軌道交通槽形梁研究報告. 2001
