摘要：当前，国内地铁高架线路采用的标准桥型主要为简支梁结构，随着人们对城市景观的要求越来越高，连续刚枘桥在地铁高架线路中已逐渐应用。连续刚构桥具有一些自身特点，在地铁中标准化应用存在一一些需要从设计方来克服的问题。本文从跨径选择、墩梁设计、结构风险控制等方面对该类结构进行介绍，为轨道交通标准化桥型选择提供参考。
关键词：轨道交通；连续刚构桥；标准化桥型
引言
随着地铁高架线路的增加，高架桥梁在城市轨道交通中应用日趋广泛。作为地面城市轨道交通结构，景观问题往往被重点关注,因此桥型的选择成了设计首先重点考虑的问题。轨道交通桥梁结构形式主要有简支梁、连续梁、连续刚构等三种形式，目前在国内地铁项目中，桥梁标准跨设计主要采用简支梁体系,但简支梁体系及其配套的桥墩尺寸较大，结构稍显笨重。相比简支梁桥，连续刚构桥经济跨度大，外形简洁美观，同时连续刚构桥梁没有支座，减少了建设及运营维护成本，因此，该类桥型逐渐受建设部门及规划部门的青睐。
连续刚构桥作为标准化设计应用于地铁高架区间具有较高的风险，一方面需要有良好的地质条件，另外，还需要在设计过程中严格控制各种可能产生的风险，并在设计文件中提出严格的控制标准和措施，同时，施工单位需要有较高的施工工艺水平。本文针对该类桥型的特点展开阐述，探讨其在地铁中的应用。
1结构特点
预应力混凝土连续刚构桥相对简支梁体系桥梁，在同等跨度的情况下，其竖向刚度、横向刚度以及纵向刚度都较简支梁结构大，比较符合采用无缝线路的轨道交通对结构刚度要求高的特点。目前国内建成的连续刚构桥截面形式主要为箱梁，箱梁因其具有较大的抗扭刚度和较好的整体性，无疑也是地铁连续刚构桥最好的截面形式。
连续刚构桥梁标准化应用于地铁，首先需采用等跨梁结构，否则就没有景观性的优势，也不叫标准化设计了。轨道交通桥梁桥面宽度相对较小，粱底宽度可以根据腹板斜率设置需要而更小，桥墩截面尺寸宜简洁美观。轨道交通桥梁考虑到车站以 及跨越地面道路的需要，墩高大部分在10m~ 12m范围，在此墩高范围内,标准跨径采用30m ~ 40m的桥型整体比例协调，具有较好的景观效果。
2刚构桥联长的选择
标准化设计的连续刚构桥可采用4X40m、3X40m、2X40、2X30等联长，具体采用何种桥跨组合，主要需考虑 桥墩高度。这主要由以下两点决定:
2.1 桥梁整体纵向刚度
采用无缝线路区间的连续刚构桥，线刚度限值可根据地铁设计规范按不设钢轨伸缩调节器的连续梁取值。以车辆为B型车为例，当联长L < 120米时，线刚度限值为(L/30)*320KN/cm;当联长L>120m时，线刚度限值为(120/30)*320KN/cm=1280KN/cm。
2.2桥墩截面强度、裂缒控制
以4x40m连续刚构桥为例，该桥的边墩、中墩最不利截面在主力+附加力组合工况下，其截面的混凝土压应力、钢筋拉应力、裂缝宽度、稳定性应力均应满足铁路桥涵钢筋混凝土及预应力混凝士结构设计规范中的要求。
桥墩高度小，若采用较大联长，桥梁整体纵向刚度大，在温度力参与组合的工况下，桥墩截面内力偏大，往往是大偏心受压构件，桥墩截面计算将难以达到设计要求;桥墩高度大，若采用较小的联长和较少的跨数，桥梁整体纵向刚度小，线刚度也可能不满足设计要求。因此，连续刚构桥设计首先需要根据墩高拟定合理的跨径以及每联桥的跨数、联长，在此基础上再展开后续的具体计算和设计工作。
3施工工艺
地铁桥梁标准段一般采用支架现浇、整孔架设、节段拼装架设施工等工艺，对于等跨度连续刚构桥梁，可采用支架现浇和节段拼装施工工艺，整孔预制架设工艺在国内尚未应用到连续刚构桥型中。
3.1支架现浇工艺
该工艺较为成熟，可在现场桥位支架立模浇筑，不需预制场地，并且不需大型吊运设备。缺点是围挡宽度宽，占用地面道路时间长。
3.2节段预制拼装
预制节段拼装法，是将粱体纵桥向划分为若干个节段，在工厂或工场附近预制后，将其运至桥位进行组拼，通过施加预应力将节段混凝土整体拼装成为桥梁的一种施工方法。
60年代早期，欧洲首先出现了现今被称作逐段预制的混凝土箱粱。这类结构往往采用平衡悬臂法架设，或通过架桥机进行安装。70年代，该方法流传到美洲，在那里取得了较好的经济和美学效果。目前，该方法已在世界范围内得到普及,我国公路、轨道交通线路已有成功运用经验。
混凝土预制节段箱梁桥的桥面由若千短的箱梁节段组成。节段一般长2.5 ~ 3m,逐段顺序制作，以确保在堆放、运输、拼装、施加预应力等操作前的线形完美。如果气候条件允许，节段接头处可采用干接缝;亦可采用薄薄的环氧树脂层，不会对拼装后的线形成影响。这些接头无需养护，可立即施加预应力。
4梁、墩设计
4.1主梁
主梁截面一般情况宜采用整体性较好且具有较强抗扭刚度的箱形截面，标准化设计的箱梁跨度小于40米，一般采用等高梁，梁高的选择可采用跨度的1/15 ~ 1/20。箱梁顶面宽度根据线间距及线路限界、桥面附属确定，箱梁底面宽度需要在 确保箱梁整体抗扭刚度的前提下，粱底宽度最好与桥墩墩顶同宽，确保结构整体简洁美观。为减少梁体内预应力钢束的平弯，腹板与竖直线的夹角不宜太大。
箱梁顶底板厚度的设置不仅要考虑混凝土受压、抗裂性要求，还应考虑钢束的布置净空，保证钢束管道的混凝土保护层厚度满足要求。箱梁腹板设置除应满足混凝土斜截面抗剪强度及抗裂性要求外，也要确保钢束间距及管道保护层厚度满足要求。
对于翼缘板悬挑较长的箱型梁，还需要设置一定数量的横向预应力钢束，横向预应力钢束的纵向间距可采用0.5米左右，钢束的纵横向预应力相交处应处理好其相互净空关系，确保管道净距满足要求。
对于采用节段拼装工艺的连续刚构桥，因节段缝间采用环氧树脂粘结，所以梁体的纵向受力主要靠预应力钢束及其产生的预压应力来承受。该类桥梁体纵向计算中最重要的一个指标为正截面抗裂性计算。根据《铁路桥涵混凝土结构设计规范》第7.3.9 条规范，对不允许出现拉应力的构件，其正截面抗裂性应按下列公式计算:
Kfσ< σc+γfct
上式中，Kf为抗裂安全系数，不应小于1.2，σ为计算荷载在截面受拉边缘混凝土中产生的正应力，σc为扣除预应力损失后混凝土的预压应力。
4.2桥墩
连续刚构桥墩不但承受竖向压力，同时还承受上部粱传来的弯矩和剪力，还需要与梁体保持协同变形，作为超静定结构的连续刚构，在温度影响、混凝土收缩徐变的作用下，桥墩要承担较大的弯矩，可见，连续刚构桥墩受力复杂，也是该类桥的设计重点。桥墩设计应注意以下几点。
4.2.1墩梁刚度比及桥墩战面形式
对于墩梁刚接的连续刚构桥，墩和梁的弯矩分配决定于两者的刚度。合理的刚度比例既能满足全桥的整体线刚度，又能改善梁体的内力分布，充分发挥拆了的受力性能。因此在连续刚构桥设计中必须重视墩梁刚度比。墩柱截面的选择除要满足桥梁的整体纵向、横向刚度外，还应具有较大的抗弯刚度和较小的纵向抗推刚度，在墩柱较矮的情况小，双薄壁墩是比较好的结构形式，双薄壁桥墩既能承受梁体较大的弯矩，同时又具有较小的纵向水平刚度，可减小墩柱对梁体纵向变形的约束，释放大部分梁体的收缩内力及温度内力。
所以，从结构受力合理性来说，双薄壁桥墩较单薄壁桥墩具有明显的优势。如图1所示。
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图1 3X40m双潮壁墩连续刚构立面
4.2.2墩梁固结处设计
墩粱固结处是连续刚构受力最为复杂的一个节点，在主力与附加力(温度影响力等)同时作用下，该节点承担较大的弯矩、剪力和轴力。
该节点截面计算时应严格控制钢筋的拉应力和裂缝，根据经验，结合设计规范,墩顶截面钢筋的拉应力不宜大于140MPa。
墩粱固结节点配筋设计既要违照设计计算的要求配置足够的竖向钢筋和箍筋，还应避免因钢筋布置过密过多而影响混凝土施工。桥墩钢筋应锚入梁体横隔板顶部，满足墩粱在弯矩作用下的内力分配。
5风险控制
优化和细化设计方案，重点对桥梁的整体刚度、桥墩墩底和墩顶截面的混凝土、钢筋应力、桥墩截面裂缝、梁的正截面抗裂等方面加强计算和控制，确保结构整体安全可靠。
重视基础设计，摸清地质情况，控制好基础沉降，防止不均匀沉降产生对结构的不良影响。
采取安全合理的施工工艺，合理安排施工工序，对施工过程中可能存在的问题提前做好预防，在设计文件对施工技术要求作出明确。
6结论与建议
连续刚构桥在地铁中能否成功标准化应用，设计环节非常重要。设计中必须首先摸清楚场地条件、墩高范围、地质情况、施工工艺等，设计过程中必须严格控制设计标准，预
先了解结构的风险点并采取可靠措施，进行精细化设计，同时在设计文件中提出严格的施工工艺要求。只有在设计、施工这两道程序上控制好，连续刚构桥梁方能在地铁中成功应用。
连续刚构桥因其为超静定结构体系，基础不均匀沉降容易引起结构体系内力的改变甚至引起裂缝产生，而且产生的后果往往是难以修复和改变的，因此，轨道交通高架区间在桥型结构选择的时候应慎重考虑，若采用等跨连续刚构作为标准化设计，必须要求有良好的地质条件作为基础。
论文作者:齐富国
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第26期
论文发表时间:2018/12/17
标签：桥墩论文; 刚度论文; 截面论文; 结构论文; 桥梁论文; 预应力论文; 混凝土论文; 《建筑学研究前沿》2018年第26期论文;