津濱輕軌預應力混凝土連續梁設計
摘 要:津濱輕軌以3 25 m 預應力混凝土連續梁為主,設計中對截面形式進行了優選。由于無碴軌道控制徐變上拱度的要求,采用部分預應力體系,設計了能夠滿足長橋連續施工的A 型、B 型和AB 型3 種梁型。關鍵詞:預應力混凝土梁; 連續梁; 結構設計; 施工順序1 概述
天津市區至濱海新區快速軌道交通工程區間高架橋以現澆連續箱梁為主,其中預應力混凝土連續箱梁約占全線橋梁長度的70 % 。橋上采用無縫線路,以無碴軌道結構為主。對于超長橋梁預應力混凝土連續梁,不僅要滿足使用功能的要求,在工期緊張并且分標段很多的情況下,還要充分考慮連續施工的要求和施工的方便。
2 結構設計計算
(1) 梁部結構形式
考慮到結構本身的受力特點、施工周期、景觀效果、施工對環境的影響、經濟的合理性,經綜合比較,預應力混凝土單箱單室箱梁、預應力混凝土組合箱梁、預應力混凝土雙肋板梁比較適用于一般區段。在小跨及曲線段可采用鋼筋混凝土箱梁。上述梁型,經濟比選結果25 m 為本工程的經濟跨度,考慮有利于行車的平穩、減少噪聲、景觀要求和節約投資等因素,一般地段橋梁采用單箱單室預應力混凝土連續箱梁,部分地段采用20 m 梁用于調整跨度,小半徑曲線地段和道岔區采用鋼筋混凝土連續梁。梁部施工均采用箱梁是目前國內外廣泛采用的高架橋結構形式之一,它具有閉合薄壁截面,抗扭剛度大,整體受力性能好,箱梁外觀簡潔, 適應性強等特點。箱梁截面剛度大,徐變上拱小,這對于輕軌整體道床來說,是十分有利的。從箱形梁的外形來說最能與下部結構結合,尤其與獨柱墩結合更好。
對于預應力混凝土連續梁,在端部張拉預應力鋼束時,需要一定的張拉空間,為了保證相鄰預應力混凝土梁能同時施工,本次設計預應力梁采用了A 型、B 型以及AB 型3 種梁型。一般區段無碴橋面預應力混凝土連續箱梁橫截面為單箱單室截面,梁外輪廓做成了流線形,與流線形的獨柱墩協調配合。混凝土采用C50 , 箱梁高1. 5 m , 頂板厚25 cm , 底板厚20 cm , 標準腹板厚40 cm ; 中支點底板厚40 cm , 腹板厚60 cm 。A 型梁端部腹板厚80 cm , 按橫向布置2 排OVM15 12 錨具所需最小尺寸確定。由于B 型梁的鋼束平彎后在A 型梁的端橫梁腹板之間張拉,所以梁端部腹板厚采用150 cm 。全聯在端支座及中支座處設4 個橫隔板。雙線線間距3. 6 m 時, 橋面寬8. 9 m , 標準截面形式見圖1 ; 有碴橋面箱梁截面寬為9. 9 m 。
滿堂支架就地澆筑梁體混凝土。當聯長較長時無縫線路長鋼軌作用力較大,相應的墩身截面也較大,橋梁美觀也就差。另外, 當一聯聯長較長時,澆筑混凝土量太大,一次澆筑也比較困難,因此,連續梁聯長以3 25 m 為宜。
(2) 截面形式
圖1 標準箱梁截面示意(單位:cm)
梁部盡量選用大噸位群錨體系, 以方便施工和減少鋸齒板數;同時考慮橫截面布筋要均勻, 縱向預應力鋼束選用12 7 <5 鋼絞線, 極限抗拉強度f pk = 1 860 MPa ,12 根通長筋布置在腹板內, 兩端張拉, 錨固于梁端。為滿足中支點受力要求, 在中支點頂板內布置7 7 <5 短鋼束, 單端張拉。為減少徐變對無碴軌道的影響, 錨下張拉控制應力一般控制在0. 70 f pk ～ 0. 72 f pk 。錨具采用OVM 及其配套的支承墊板, 管道采用金屬波紋管成孔。(4) 梁部縱向內力分析
預應力結構計算按部分預應力混凝土構件進行設計,受拉區允許出現拉應力,但不容許出現裂縫。由于采用支架現澆施工,結構在施工過程中一次落架,沒有體系轉換,采用預應力混凝土橋綜合分析程序,按有限元方法計算連續梁結構的恒載、活載效應以及支座沉降和溫度次應力,考慮了混凝土收縮徐變引起的次內力和對預應力損失的影響,縱向預應力筋根據彎矩包絡圖計算并設置。在計算恒載時, C50 混凝土容重按26 kN/ m3 考慮, 地基不均勻沉降按1 cm 計,體系溫差按溫升20 ℃,溫降-25 ℃ 考慮,日照溫差按橋面板均勻升溫5 ℃ 計。張拉鋼束時,混凝土有效齡期取14 d , 且混凝土強度達到極限抗壓強度f c 。
(5) 箱梁橫向內力分析
箱形主梁的橫截面, 作為被支承在主梁腹板中心線下緣的箱形剛架進行內力分析, 主梁橫向計算按1 m 寬的框架進行, 考慮主梁自重、橋面上二期恒載、人群荷載、列車輪載及列車沖擊力, 在設置接觸網立柱處,還要考慮其荷載, 必要時局部加厚懸臂。列車活載按單線和雙線分別加載, 按最不利荷 位移,繪制不同齡期的徐變拱度曲線,為科學地鋪設承軌臺提供數據。由于津濱地區軟土(粘性土) 分布廣泛,基礎的工后沉降不僅大,而且沉降發展期較長。設計中綜合考慮以上因素,建議從澆筑混凝土算起半年后進行橋面承軌臺的施工和整體道床的其他施工工序。此時已經完成8. 43 mm 的徐變上拱度,澆筑承軌臺后剩余徐變、晝夜溫差影響的總上拱度約為4. 8 mm , 滿足整體道床對橋梁上拱度變化(不大于10 mm) 的技術要求。
3 全線梁部施工順序
相鄰兩聯連續梁施工必須先施工預應力混凝土連續箱梁,然后再施工與預應力混凝土連續箱梁相鄰的鋼筋混凝土箱梁,車站結構應在梁部結構施工之后施工。為了保證相鄰預應力混凝土梁能同時施工,本次設計預應力梁采用了A 型、B 型以及AB 型3 種梁型。A 型梁必須先施工,為給后施工的B 型梁留出千斤頂張拉空間,A 型梁端橫梁腹板之間的混凝土在B 型梁張拉完畢后再澆筑,為了保證A 型梁鋼束張拉時腹板的穩定和強度,設橫向聯系鋼筋或橫梁鋼筋部分不截斷,在A 型梁鋼束張拉完畢后,為了滿足B 型梁千斤頂張拉的空間切斷部分鋼筋,張拉完一束,再按施工規范要求把截斷的鋼筋焊接,然后再張拉另一束, 依次張拉(階段一) 。B 型梁張拉完畢后再澆筑A 型梁未澆筑混凝土(階段二) 。如果A 型梁的鄰跨不需要張拉空間(如鋼筋混凝土梁或站房及其他梁型),取消預留槽口。為了滿足特殊情況下梁的施工,設計了AB 型梁,該梁型一端同A 型梁,一端同B 型梁,施工方法及順序與A 型梁和B 型梁相同。詳見圖2 。載組合產生的內力配筋, 橫截面均配置普通鋼筋。
由于橋上采用無縫線路整體道床,承軌臺施工完后, 扣件對軌道升降調節量僅為20 mm , 需要對預應力混凝土梁徐變上拱、工后地基沉降進行嚴格控制。為控制混凝土收縮徐變產生的后期非彈性變形, 設計時預應力度盡量采用較小值, 一般控制在 0. 70 f pk ～ 0. 72 f pk 。
