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1、津滨轻轨预应力混凝土连续刚构桥设计研究摘 要:介绍津滨轻轨一期工程中2座预应力混凝土连续刚构桥的设计、薄壁墩优化与刚构桥合龙措施的研究,结合桥式方案的选择,说明轻轨铁路桥梁的设计特点。关键词:津滨轻轨;预应力混凝土连续刚构桥;薄壁墩;无缝线路;设计 1 概述天津市区至滨海新区快速轨道交通一期工程全长45.409km,在DK36+630.7二跨津塘公路,设42m+62m+62m+42m4跨预应力混凝土连续刚构桥;在DK43+190.6跨新港四号路,设36m+56.8m+56.8m+36m4跨预应力混凝土连续刚构桥。这2处
2、桥位城市轨道交通的活载对大跨度桥梁而言,约相当于公路汽车超20级活载标准的1.5倍,由于轨道交通车辆荷载轴重不大,使得连续刚构的设计较为灵活。关键是主墩的柔度要合理,在保证主墩承载能力的同时,柔度越大,上部结构越接近连续梁,墩臂的内力越小,对基础的影响也越小。对于桥墩的优化比选,后面详细介绍。图1为二跨津塘公路桥的总体布置图。线路情况复杂,且在桥上不能设置无缝线路的温度调节器,反复研究后,决定采用4跨预应力混凝土连续刚构桥方案。本文主要针对2跨津塘公路桥进行介绍。图1 二跨津塘公路桥的布置(单位:cm)2 桥梁结构形式选
3、择2.1 桥式方案选择二跨津塘公路桥与既有道路斜交24.5°,夹角小,桥位范围内地下管线较多。采用预应力混凝土连续刚构方案,可以降低梁部支点的负弯矩以及跨中的正弯矩;施工过程中,无须设临时支墩,有利于悬浇施工;抗震性能好,可免除设置专用大吨位抗震支座以及防震落梁装置。尤其在桥位线路范围内,没有条件设置轨道温度调节器。如采用连续梁体系,必须设置强劲的制动墩来克服长钢轨作用力,造成平面布置困难,而且影响景观效果。采用4跨预应力混凝土连续刚构桥,由于制动力和桥上的长钢轨作用力可由3个主墩共同承担,则很好地解决了这个问题。2.2
4、 连续刚构的结构型式图1 二跨津塘公路桥的布置(单位:cm)上部结构采用预应力混凝土变高度梁,单箱单室截面,由于主跨为中等跨度,仅在纵向施加预应力。本桥地基条件较差,又是无碴轨道线路,为了很好地控制沉降,需采用深基础。考虑现有设备和经济因素,选择<1.0m钻孔灌注桩,持力层选择在fk=280kPa细砂层。3 设计概要3.1 基本设计条件(1)线路类别 轻轨。(2)正线数目 双线。(3)设计最高行车速度 100km/h。(4)轨道 无缝线路,正线轨道采用60kg/m钢轨;轨距1435mm,上建高度52cm。(5)桥面
5、系 无碴无枕,承轨台采用钢筋混凝土支承块。根据结构力学原理,通过等效刚度换算,把群桩基础换算成2根面内等效桩柱,柱底固接,从而建立考虑桩土抗力的弹性约束的计算模型,见图4。近来铁道部组织对桩基础桥墩纵向刚度进行很多研究测试,结果显示,实测的刚度值一般大于理论计算值,但不大于2倍。经过计算分析研究,从安全并适用的角度出发,在实际采用的计算模型中,等效桩柱的理论计算刚度取群桩基础换算刚度的2倍。在具体计算过程中,进行了2排桩、3排桩、图2 单线重车车辆荷载(单位:m)4排桩等多种群桩基础布置方案的计算比选。最终采用的设计方案
6、为,2个边主墩的12根<100cm的桩基础采用3×4(纵×横)的阵列布置,纵向刚度略小于横向刚度,在满足桩基础承载力的前提下,适当增加了桩基础的纵向柔度;中主墩处于全桥的对称中心,承受的纵向弯矩图3 单线空车车辆荷载(单位:m)远小于边主墩,其12根<100cm的桩基础采用 (9)无缝线路作用力 根据不同的孔跨布置作用不同的无缝线路作用力,本项目按表1进行长钢轨作用力的荷载组合计算。 断轨力只考虑单股钢轨断裂的情况。曲线桥上,应计算温度力和伸缩力(或挠曲力)作用于墩台和支座上的横向分力,且这种分力按主力检
7、算。表1 长钢轨作用力kN/轨孔跨布置为(37+56.4+55.9+37)m的长钢轨作用力 (10)风力 风压强度Pa。4 结构设计要点4.1 计算模型正多边形的梅花桩布置,适当增加中主墩基础的整体纵向刚度,有利于在全桥承受纵向水平力的时候,中主墩能够多分担全桥的纵向水平力和弯矩,适当均衡3个主墩的内力分配,提高全桥的整体承载能力。4.2 薄壁墩设计优化(1)墩壁柔度的确定为了选择梁与墩之间合理的刚度比,分别对双壁墩、单壁墩与双壁墩组合、单壁墩形式、以及单壁墩不同壁厚进行了系列计算分析。在同样壁厚的情况下,墩的横向宽度
8、变化对墩的纵向刚度影响较小,计算分析中对2种墩宽3.0、3.4m进行了比较,采用墩宽3.4m与箱梁梁底同宽,构造简洁,横向刚度大,整体效果比墩宽3.0m好。表2列出了在同样墩宽情况下,刚构桥主墩不同壁厚的应力控制情况。通过计算分析,双壁墩与单壁墩相比较,并没有明显优势,而且构造过于复杂,施工难度大。单壁墩在墩宽一定的
