津滨轻轨预应力混凝土连续梁设计
摘 要:津滨轻轨以3 25 m 预应力混凝土连续梁为主,设计中对截面形式进行了优选。由于无碴轨道控制徐变上拱度的要求,采用部分预应力体系,设计了能够满足长桥连续施工的A 型、B 型和AB 型3 种梁型。关键词:预应力混凝土梁; 连续梁; 结构设计; 施工顺序1 概述
天津市区至滨海新区快速轨道交通工程区间高架桥以现浇连续箱梁为主,其中预应力混凝土连续箱梁约占全线桥梁长度的70 % 。桥上采用无缝线路,以无碴轨道结构为主。对于超长桥梁预应力混凝土连续梁,不仅要满足使用功能的要求,在工期紧张并且分标段很多的情况下,还要充分考虑连续施工的要求和施工的方便。
2 结构设计计算
(1) 梁部结构形式
考虑到结构本身的受力特点、施工周期、景观效果、施工对环境的影响、经济的合理性,经综合比较,预应力混凝土单箱单室箱梁、预应力混凝土组合箱梁、预应力混凝土双肋板梁比较适用于一般区段。在小跨及曲线段可采用钢筋混凝土箱梁。上述梁型,经济比选结果25 m 为本工程的经济跨度,考虑有利于行车的平稳、减少噪声、景观要求和节约投资等因素,一般地段桥梁采用单箱单室预应力混凝土连续箱梁,部分地段采用20 m 梁用于调整跨度,小半径曲线地段和道岔区采用钢筋混凝土连续梁。梁部施工均采用箱梁是目前国内外广泛采用的高架桥结构形式之一,它具有闭合薄壁截面,抗扭刚度大,整体受力性能好,箱梁外观简洁, 适应性强等特点。箱梁截面刚度大,徐变上拱小,这对于轻轨整体道床来说,是十分有利的。从箱形梁的外形来说最能与下部结构结合,尤其与独柱墩结合更好。
对于预应力混凝土连续梁,在端部张拉预应力钢束时,需要一定的张拉空间,为了保证相邻预应力混凝土梁能同时施工,本次设计预应力梁采用了A 型、B 型以及AB 型3 种梁型。一般区段无碴桥面预应力混凝土连续箱梁横截面为单箱单室截面,梁外轮廓做成了流线形,与流线形的独柱墩协调配合。混凝土采用C50 , 箱梁高1. 5 m , 顶板厚25 cm , 底板厚20 cm , 标准腹板厚40 cm ; 中支点底板厚40 cm , 腹板厚60 cm 。A 型梁端部腹板厚80 cm , 按横向布置2 排OVM15 12 锚具所需最小尺寸确定。由于B 型梁的钢束平弯后在A 型梁的端横梁腹板之间张拉,所以梁端部腹板厚采用150 cm 。全联在端支座及中支座处设4 个横隔板。双线线间距3. 6 m 时, 桥面宽8. 9 m , 标准截面形式见图1 ; 有碴桥面箱梁截面宽为9. 9 m 。
满堂支架就地浇筑梁体混凝土。当联长较长时无缝线路长钢轨作用力较大,相应的墩身截面也较大,桥梁美观也就差。另外, 当一联联长较长时,浇筑混凝土量太大,一次浇筑也比较困难,因此,连续梁联长以3 25 m 为宜。
(2) 截面形式
图1 标准箱梁截面示意(单位:cm)
梁部尽量选用大吨位群锚体系, 以方便施工和减少锯齿板数;同时考虑横截面布筋要均匀, 纵向预应力钢束选用12 7 <5 钢绞线, 极限抗拉强度f pk = 1 860 MPa ,12 根通长筋布置在腹板内, 两端张拉, 锚固于梁端。为满足中支点受力要求, 在中支点顶板内布置7 7 <5 短钢束, 单端张拉。为减少徐变对无碴轨道的影响, 锚下张拉控制应力一般控制在0. 70 f pk ～ 0. 72 f pk 。锚具采用OVM 及其配套的支承垫板, 管道采用金属波纹管成孔。(4) 梁部纵向内力分析
预应力结构计算按部分预应力混凝土构件进行设计,受拉区允许出现拉应力,但不容许出现裂缝。由于采用支架现浇施工,结构在施工过程中一次落架,没有体系转换,采用预应力混凝土桥综合分析程序,按有限元方法计算连续梁结构的恒载、活载效应以及支座沉降和温度次应力,考虑了混凝土收缩徐变引起的次内力和对预应力损失的影响,纵向预应力筋根据弯矩包络图计算并设置。在计算恒载时, C50 混凝土容重按26 kN/ m3 考虑, 地基不均匀沉降按1 cm 计,体系温差按温升20 ℃,温降-25 ℃ 考虑,日照温差按桥面板均匀升温5 ℃ 计。张拉钢束时,混凝土有效龄期取14 d , 且混凝土强度达到极限抗压强度f c 。
(5) 箱梁横向内力分析
箱形主梁的横截面, 作为被支承在主梁腹板中心线下缘的箱形刚架进行内力分析, 主梁横向计算按1 m 宽的框架进行, 考虑主梁自重、桥面上二期恒载、人群荷载、列车轮载及列车冲击力, 在设置接触网立柱处,还要考虑其荷载, 必要时局部加厚悬臂。列车活载按单线和双线分别加载, 按最不利荷 位移,绘制不同龄期的徐变拱度曲线,为科学地铺设承轨台提供数据。由于津滨地区软土(粘性土) 分布广泛,基础的工后沉降不仅大,而且沉降发展期较长。设计中综合考虑以上因素,建议从浇筑混凝土算起半年后进行桥面承轨台的施工和整体道床的其他施工工序。此时已经完成8. 43 mm 的徐变上拱度,浇筑承轨台后剩余徐变、昼夜温差影响的总上拱度约为4. 8 mm , 满足整体道床对桥梁上拱度变化(不大于10 mm) 的技术要求。
3 全线梁部施工顺序
相邻两联连续梁施工必须先施工预应力混凝土连续箱梁,然后再施工与预应力混凝土连续箱梁相邻的钢筋混凝土箱梁,车站结构应在梁部结构施工之后施工。为了保证相邻预应力混凝土梁能同时施工,本次设计预应力梁采用了A 型、B 型以及AB 型3 种梁型。A 型梁必须先施工,为给后施工的B 型梁留出千斤顶张拉空间,A 型梁端横梁腹板之间的混凝土在B 型梁张拉完毕后再浇筑,为了保证A 型梁钢束张拉时腹板的稳定和强度,设横向联系钢筋或横梁钢筋部分不截断,在A 型梁钢束张拉完毕后,为了满足B 型梁千斤顶张拉的空间切断部分钢筋,张拉完一束,再按施工规范要求把截断的钢筋焊接,然后再张拉另一束, 依次张拉(阶段一) 。B 型梁张拉完毕后再浇筑A 型梁未浇筑混凝土(阶段二) 。如果A 型梁的邻跨不需要张拉空间(如钢筋混凝土梁或站房及其他梁型),取消预留槽口。为了满足特殊情况下梁的施工,设计了AB 型梁,该梁型一端同A 型梁,一端同B 型梁,施工方法及顺序与A 型梁和B 型梁相同。详见图2 。载组合产生的内力配筋, 横截面均配置普通钢筋。
由于桥上采用无缝线路整体道床,承轨台施工完后, 扣件对轨道升降调节量仅为20 mm , 需要对预应力混凝土梁徐变上拱、工后地基沉降进行严格控制。为控制混凝土收缩徐变产生的后期非弹性变形, 设计时预应力度尽量采用较小值, 一般控制在 0. 70 f pk ～ 0. 72 f pk 。
