高架线路区间桥梁结构型式分析

高架线路区间桥梁结构型式分析

1轨道交通线的高架线无论是地铁还是轻轨，城市的轨道交通都有地板和高楼线。对于地铁来说，高架线的成本远低于地下线。因为高架线的成本低于地下线。因此，无论在国外还是在国内，所有适合高架线的地方都采用了高架形。我国已成轨道交通的高架线在轨道交通线中所占比重是相当大的。对于轻轨来讲,有的轻轨线路更是以高架线为主,见表1。而高架区间长度在高架线中又占了大部分,因此,对高架区间桥梁结构选型问题的研究十分重要,高架区间桥梁结构选型是否合理,将直接影响到轨道交通高架线工程造价、施工进度、城市景观,应当认真研讨。2已建成的高架道路结构的采用(1)2m轨道梁重庆轻轨跨座式轨道交通全线采用跨度20、22m轨道梁,在工厂预制(图1)。部分线路PC梁断面呈倒T形,可称为倒T梁(图2)。(2)高架区间梁式结构北京地铁八通线全长18.964km,其中,高架线长11.054km,高架区间梁式结构采用了预应力混凝土工型组合梁。以25m梁跨为主,其横断面见图3。(3)上海松闵路穿越桥上海市莘闵轨道交通线是一条城市轻轨线,工程全长约17.2km,其中高架桥总长约16.7km。莘闵线高架桥型式见图4、图5。(4)上海明珠线轨道交通线高架明珠线全长24.97km,是我国城市轨道交通线建设中大规模采用高架的线路,高架线路长21.52km。明珠线高架桥型式见图6。(5)连续箱形梁全线桥梁基本跨度为3×25m预应力混凝土连续箱形梁。钢筋混凝土连续箱形梁采用单箱双室截面,双线轨道线间距3.6m时,桥面宽8.9m跨中截面见图7,支点截面见图8。(6)高架和高架单箱形梁武汉市轨道交通一号线一期工程全长10.234km,全为高架线路,高架区间标准跨度采用25m和30m简支双线单箱形梁(图9)。(7)y形结构平台工程全长12.45km,其中高架线长8.3km,高架采用Y形结构(图10)。地铁一号线北延伸段,沿共和新路高架,最上面为汽车通行的高架道路,中间为轨道交通一号线,下面是机非混行的地面道路,这种模式在国内是首次采用。(8)中国台北的neihu线桥该线(13km)采用法国索菲图设计的槽形梁(图11)3轨道交通线含地铁和轻轨线路长度、高架所占长度及比例、区间梁式结构类型、施工方法汇总见表2。从表2中可以看出,13条轨道交通线(含地铁和轻轨)总长度337km,其中高架线长度210km,占线路总长度的62%。高架区间桥梁梁式结构中除重庆选择Ⅰ梁或倒T梁跨座、上海磁悬浮选择了简支异型梁、北京八通线选择了Ⅰ型组合梁外,大都采用了25、30m箱形梁(简支、连续)。4梁式结构用于长距离铁路的高度(1)肥梁肥柱求求高架区间梁式结构型式的选择应满足使用、经济、美观、便于施工及桥下道路、河流交通和环保的要求,避免出现肥梁胖柱。根据目前我国轨道交通高架区间桥梁建设的能力和现状,考虑到铁路、公路、城市道路桥梁建设的成熟经验和方法,借鉴国外城市轨道线高架桥建设的经验,适当地选择梁式结构型式。目前,高架区间梁部结构形式重点考虑预应力混凝土箱形梁、T形梁和槽形梁。(2)密市轻轨高架箱形梁适应性强,是目前国内广泛采用的高架结构形式之一,箱形截面抗弯、抗扭刚度大,整体受力性能和动力稳定性好,外观简洁,在区间直线段、曲线段等处均可采用。但箱形梁的梁高及梁重较大。T形梁抗弯性能好,可在工厂或现场预制。桥梁结构可由几片T梁相互联结而成,吊装重量轻,施工方便,且构件容易修复或更换。T形梁具有施工速度快、对既有道路交通干扰少和工程造价相对较低等优点;但其横向抗扭刚度小,梁的高度较大,外观欠美观,因此,我国城市轨道桥梁中很少采用。从调查情况看,箱形梁、工字梁的梁高为1.5～1.8m,就梁高而言,T形梁可设计为低高度、超低高度梁,也可以做到同样的高度。这对于T形梁的采用较为有利。加拿大多伦多市、美国迈阿密市轻轨高架桥采用了双T形梁,梁的高度做到1～1.5m,高跨比接近1/20。由于组合I字梁具有T形梁相近的优点,景观比T形梁好,因而便于采用。槽形梁建筑高度较小,与箱形梁、T形梁的上承式梁相比,因为是下承式,最大优点是桥面结构建筑高度可以做到很低,且两侧主梁可作声屏障。但其结构受力复杂,抗扭刚度小,自重大,施工难度大、周期长,工程造价较高。目前,国内公路、铁路以及已经建成或正在建设的城市轨道交通桥梁还很少采用这种形式,因而设计施工经验也不多。但早在20世纪70年代我国已开始研究槽形梁,80年代已在国铁上试用,90年代设计了铁路槽形梁标准图。但国内铁路使用槽形梁的座数很有限。广州地铁、上海地铁已对槽形梁进行了较为深入的研究。在线路高程和桥下净空受到限制的特定桥位可以采用槽形梁。在这种情况下,使用槽形梁能避免抬高线路,可以减少线路工程量,尽管槽形梁本身工程造价较高,但整体经济效益好。表3列出了以上3种梁式结构的工程量和估算参考价。表3是在同一种跨度简支梁32m、同一种桥梁材料、列车荷载、计算理论条件下设计的,具有很强的可比性(表3采用铁道专业设计院数据)。可以暂时认为,在目前情况下,仅仅就工程数量、工程造价相比,T形梁最少、箱形梁次之、槽形梁最多。同样,梁重的排序也如此。表4给出了3种梁型的性能比较。综上,我国轨道交通高架区间大都采用了箱形梁就不足为怪了。这也解释了为什么上述表2中表明“偏爱”箱形梁的原因。目前认为箱形梁的优点为力学性能好,外形简洁景观效果好,适用性强。在轨道交通方面箱梁具有相当成熟的设计、施工水平和经验。而T形梁在国内应用不多,槽形梁尚无成功应用先例。对于线路高程确定不可更改,梁高又受到桥下净空高度限制而不能采用箱形梁或其他上承梁时,梁高可做得很小的槽形梁或脊形梁可供选择(当然,梁高可做得很小的还有其他梁式)。在城市景观无特殊要求时,例如远郊区,用低高度、超低高度的T形梁仍可作为一种比较方案。由于脊形梁在我国采用更少,本文不做讨论。当然,要做到高架线经济美观,不仅要研究梁式,还应研究梁的经济合理的跨度以及墩柱的选型。不同梁式结构的跨越能力是不同的,各有其经济合理的跨度。一般将城市轨道交通高架线区间桥梁跨度选为20～30m。(3)高架线长度泰国曼谷拟建的红、粉、紫、蓝4条轨道交通线总长99.758km,其中,高架线长79.786km,高架线占总长度的80%。通过以上的调查分析,推荐这4条轨道交通线高架区间标准梁采用飞雁式箱形梁方案。5轨道交通高架线要有合理的桥梁结构为满足桥梁使用和城市景观的需要,不出现肥梁胖柱,在墩柱选型时应能与梁部结构相适应,既满足使用又轻巧美观,与城市环境协调。墩桥的多少与桥梁跨度有关,梁跨过小(梁高虽小),但桥墩增多,桥墩林立,高架线很不美观,只有做到梁高、梁跨、桥墩的合