1 概述
槽形梁是一种下承式桥梁,适用于铁路桥、公路桥及城市高架桥,目前在国际上应用较多。我国在铁路和公路桥梁上也有此种工程实例。
国外最早的预应力混凝土槽形梁是英国1952 年建造的罗什尔汉桥,此后,日本、西德、澳大利亚相继在铁路桥梁中应用。在轨道交通工程中,法国的里尔建造了双线跨度为50 m 的预应力槽形梁; 巴黎的13 号线在塞纳河上建造了跨度为85 m 、腹板为矩形、双层底板的预应力槽形梁;智利的圣地亚哥已建成双线槽形梁,运行多年情况良好。在日本,已把槽形梁的设计计算方法纳入了日本国有铁路建筑物设计标准中。日本和前苏联还做了槽形梁的标准设计。
我国学者对槽形梁的设计理论做了大量的研究,并且已经应用于工程实践,运行多年情况良好。在铁路桥上,我国目前已建成3 座槽形梁桥。它们是位于北京铁路枢纽双桥编组站内的为京秦线跨越京承线而设的二孔跨度为24 m 的单线槽形梁、位于京承线双怀段怀柔车站附近的为跨越京丰公路而设的一孔跨度为20 m 的双线槽形梁桥,以及位于浙赣复线江西弋阳葛水河的跨度为25 m + 40 m + 25 m 的单线铁路连续槽形梁。
2 槽形梁在轨道交通高架工程中的应用形式
在高架城市轨道交通线中为了节省系统总投资,就要求高架结构有较小的建筑高度。早期,轨道交通高架结构一般采用常见的城市高架桥或公路高架桥型式,建筑高度较大。槽形梁是适合于轨道交通高架结构要求、具有较小建筑高度的结构型式之一,而且槽形梁跨径的变化只影响两侧主梁的梁高,基本上不影响槽形梁道床板面的建筑高度, 便于轨道交通系统在线路纵断面上作定线布置。
2. 1 国内轨道交通高架工程中槽形梁的应用现状
槽形梁在我国城市轨道交通领域尚无实际工程应用, 但近几年也做了大量的研究工作。1999 年广州市地下铁道设计研究院与法国索非图公司合作设计,并进行了二孔单线槽形梁的1∶
1 足尺试验;2001 年由上海市隧道工程轨道交通设计研究院负责,与原上海铁道大学、申通公司合作设计,并进行了一孔双线槽形梁的1∶1 足尺实验;2002 年我院在上海市轨道交通6 号线设计招投标及初步设计中采用了槽形梁结构,并对槽形梁理论做了进一步研究,初步设计已通过专家评审,现正在施工图设计阶段。这标志着槽形梁在城市轨道交通工程中的应用已成现实。
2. 2 在轨道交通中应用槽形梁的优点
(1) 建筑高度低: 直接行驶车辆的槽形梁道床板厚度(即建筑高度) 一般为0. 35～0. 50 m , 较一般的轨道箱梁或T 形梁降低约1. 5 m(以30 m 跨为例) 。在轨道交通中应用槽形梁,对降低车站及区间建筑高度效果显著。
(2) 降噪效果好: 轨道交通车辆行驶于槽形梁时,其轮轨走行系统噪声受到两侧主梁上翼缘及腹板的阻隔,在一定程度上减少了车辆噪声对周围环境的影响。相对箱形梁,槽形梁无箱体共鸣噪声。
(3) 断面空间利用率高: 结构受力需要的主梁上翼缘可兼做检修及旅客紧急疏散通道,在车站内部可以作为站台宽度使用,下部空间可布置通信、信号、电力电缆等管线。
(4) 行车安全:两侧主梁可防止脱轨车辆倾覆下落,给行车安全提供了可靠的保证。
(5) 外观美观、视觉效果好:槽形梁不但本身梁体外型优美,而且主梁上翼缘和腹板遮挡了外观较差的桥面系及车辆走行系统,只露出整洁、美观的上部车体;若采用三轨供电系统,则景观效果更佳。由上可知,槽形梁是适合于轨道交通的一种优秀、新型的桥梁结构型式。
2. 3 槽形梁在高架区间的应用
(1) 双线分离式(单线) 预应力混凝土槽形梁
分离式预应力混凝土槽形梁,每线设置1 个“U”形槽,两主梁分离,如图1 。
图1 双线分离式槽形梁横断面图分离式预应力混凝土槽形梁具有以下特点:
① 采用分离式主梁可以降低主梁高度,减小道床板的厚度,结构体量可以做得较轻巧。
② 分离式主梁可适应岛式车站线路分离的要求,保证站内桥梁与站外桥梁协调一致。
③ 采用分离式的两个槽形梁,道床板的宽跨比较小,剪力滞后效应小,道床板可全截面参与主梁受力,提高了截面的利用率。
④ 分离式的两个槽形梁其道床板的计算跨度小,道床板的受力较小。
⑤ 采用分离式的两个槽形梁,两主梁的受力明确,避免了单线加载时的偏载效应。
⑥ 采用分离式的两个槽形梁,线间距须加宽, 桥面宽,高架桥整体体量大。
⑦ 分离式的两个槽形梁无法进行交叉、渡线区域的桥梁设计。
⑧ 采用分离式的两个槽形梁,线间距加宽,平面线型要设置从地下线向高架线的过渡,平面线型较复杂。
新技术应用
(2) 双线整体式预应力混凝土槽形梁
双线预应力混凝土槽形梁,两线设置1 个“U” 形槽,两片主梁分置在线路两侧,如图2。
图2 双线槽形梁横断面图双线预应力混凝土槽形梁具有以下特点:
① 线间距不变化,平面线型简单。
② 线间距可设置为最小值,桥面宽度减小,高架桥整体体量小,并能有效降低工程造价。
③ 可满足交叉、渡线区域的桥梁设计,使全线梁型一致。
④ 双线槽形梁其道床板的计算跨度大,道床板受力及厚度较大。
⑤ 主梁横向间距较大,横向抗扭刚度较差。
⑥ 单线行车时对主梁有偏载效应,主梁受力复杂。
2. 4 槽形梁在高架车站的应用
高架车站站台形式一般为侧式站台或岛式站台,槽形梁是最适用于高架车站的桥梁结构。由于其建筑高度低,可有效地降低车站的线路高程,减小站台的提升高度,方便旅客出行,降低车站造价, 并可改善线路纵断面。
(1) 侧式站台槽形梁结构形式
槽形梁两侧主梁位于站台范围,主梁上翼缘可作为站台功能使用。视站台宽度,主梁断面可采用T 形或箱形结构形式,如图3 。
采用此结构形式具有以下特点:
① 槽形梁主梁断面的增大,提高了槽形梁的承载能力,增强了槽形梁的横向抗扭刚度。
② 断面利用率高,槽形梁主梁下部空腔部分可作为车站通信、信号、电力电缆通道。
③ 建筑高度改善明显。不另外设置站台梁,桥墩也就可以不设置用于支承站台梁的横梁。因此, 建筑高度仅为槽形梁道床板厚度。
④ 槽形梁主梁兼作站台使用,取消了站台梁, 有望降低车站的工程造价。
图3 侧式站台槽形梁横断面图
图4 岛式站台槽形梁横断面图
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