城市轨道交通高架大跨度桥梁结构的设计研究

杨志华

(黑龙江省公路勘察设计院，黑龙江 哈尔滨 150080)



城市轨道交通高架大跨度桥梁结构的设计研究

杨志华

(黑龙江省公路勘察设计院，黑龙江 哈尔滨 150080)

城市轨道交通高架大跨度桥梁结构的设计及应用现状，对基于城市轨道交通高架大跨度桥梁结构的设计进行研究。

轨道交通；高架大跨度；桥梁结构；优化设计

1 城市轨道交通高架大跨度桥梁结构

1.1 城市轨道交通的含义

城市轨道交通主要指服务于城市中电力带动的车辆，以行走在钢轨之间的的轨道形式。城市轨道交通的运载量较大，主要是用于客运，是加快城市化进程的重要因素。我国城市轨道交通的发展比较缓慢，各方面技术还不够完善，主要应用于大中城市，由于资金技术等多方面因素，小城市轨道交通的数量较少。北京、上海、广州等大城市已基本建成完整的轨道交通线路，沈阳、济南等一些城市的轨道交通也取得了重大的成就。

1.2 城市轨道交通高架大跨度桥梁结构

城市轨道交通是一种在城市范围内应用较广的运输形式，城市轨道交通高架大跨度桥梁结构作为城市轨道交通的重要构成要素，对城市轨道交通的发展具有重要意义。城市轨道交通高架大跨度桥梁结构主要由主梁、上部结构、桩基等构成，主要应用于城市人力的承载，其设计过程，应当根据城市轨道交通高架大跨度桥梁所在地的地理环境及特征，进行城市轨道交通高架大跨度桥梁的具体设计，设计内容不仅包括斜拉桥、悬索桥等形式上的分析，还涉及桥梁主梁、上部结构设计、上部结构、桩基等多个方面。

2 城市轨道交通高架大跨度桥梁结构的设计

2.1 桥梁主梁设计

桥梁的主梁是整个轨道交通高架大跨度桥梁的主要构成部分。桥梁主梁形式的选择，应充分考虑高架桥所在地的地势、经济效益、地理位置等，例如上海高架桥梁的主梁形式为空心板梁，空心板梁的横截面图。这是结合上海的地理位置、地势条件等特点进行选择的。上海处于中国的东部沿海位置，其地质比较疏松，空心板梁的内模采用充气橡胶芯囊，跨径为22m，梁高为0.90m，具有较高的稳定性，能够避免地质疏松引起的地面沉降。空心板梁按照预应力混凝土进行设计，制作比较简单，外模主要应用材料为钢板，能够进行快速的大批量生产，符合城市轨道交通的整体设计要求，减少桥梁工程的完工时间，提高城市轨道交通的效率。

2.2 上部结构设计

在桥梁的上部结构设计的过程中，应当充分考虑城市轨道交通高架大跨度桥梁的具体应用与受力情况，尤其在对大跨度桥梁的上部结构进行设计的时候，更应进行详细的分析。城市轨道交通高架大跨度桥梁的桥墩数量较多，对其受力的要求也比较大。桥梁形式一般为多联多跨连续梁和多跨简支梁。多联多跨连续梁会造成桥梁的整体承重增加，此外，对于钢轨接头的要求也比较高，因为接头起着连接各桥梁的作用，对钢轨接头的作用力较大，加大了维修与管理的难度。而在我国城市轨道交通高架大跨度桥梁结构中，通常采用多跨简支梁，种桥梁的优势为组合比较统一，易于维修与管理。

2.3 合理的减震设计

首先，应对桥梁进行合理的的减震处理，城市轨道交通的运输量较大，对城市轨道交通桥梁的抗震性能要求较高，减、隔震技术作为一种有效减少城市轨道交通桥梁震动的抗震技术，对城市轨道交通高架桥的稳定性具有重要意义。其次，减、隔震技术的主要抗震形式为增大结构面积，增大桥梁的整体结构，对上、下部结构进行连接设计，从而分散对于桥梁结构的作用力，在进行技术应用时，对城市轨道交通高架大跨度桥梁的人流量及物流量进行分析，选取合理的桥墩形式，采用跨简支梁，增加城市轨道交通高架大跨度桥梁的稳定性。最后，对城市轨道交通高架大跨度桥梁进行合理的设计，还体现在过渡孔处的设计，采用正确的抗震材料，以提高城市轨道交通高架大跨度桥梁的抗震能力。

例如某城市轨道交通高架大跨度桥梁采用倾斜桩抗震设计，这是目前在国内轨道交通设计中极少应用的一种技术，指利用混凝土进行桩顶与承台连接的形式进行设计，能够有效的减少水平位移，其受到的作用力较小，增大基础的水平承载力，进而增强城市轨道交通高架大跨度桥梁的抗震能力。

2.4 桩基设计

对于城市轨道交通高架大跨度桥梁桩基的设计，应对当地的地质条件进行正确的分析，对地下管道、线路进行合理的设计，钻孔灌注桩是其中比较常用的一种形式。例如贵阳市城市轨道交通轨道一号线桥梁桩基采用钻孔灌注桩，该地区地质情况比较复杂，高架大跨度桥梁主要建设在起止点及中段位置；城区中段岩层在5m以上，基本的材料容易受到水的侵蚀。浦东国际机场进场高架道路时，则是采用PHC桩进行桩基的建设，PHC桩的强度较高，耐性强。其具体情况为：在采用打入方桩时, 设计与实际标高相差5m左右,后采用锤击的形式进行改造，反而造成部份桩因锤击数过大造成破损,PHC桩则改变了这种现状。

2.5 经济经济效益分析

城市轨道交通高架大跨度桥梁的设计与施工还涉及许多接口问题，对接口相关设施的修建可以减少城市轨道交通高架大跨度桥梁的成本，轨道承轨台、接触网、排水管等一系列设计优化，能够减少城市轨道交通高架大跨度桥梁的维修成本。对城市轨道交通高架大跨度桥梁的经济效益分析，涉及的因素较多，一般采用模拟的形式对其进行经济效益分析与评估。例如某城市城市轨道交通高架大跨度桥梁工程，其地质环境比较复杂，地质好的路段，桩长为26m左右；地质较复杂的路段，则应用40m左右的桩。地质情况等方面的差异，是城市轨道交通高架大跨度桥梁经济效益分析的一个重要因素。

综上所述，城市轨道交通高架大跨度桥梁的优化设计，对于城市交通具有重要意义。城市轨道交通高架大跨度桥梁的设计及优化，应从具体的桥梁结构入手，通过桥梁主梁设计、上部结构设计、合理的减震设计、桩基设计的综合分析，还应结合具体的经济效益分析，对城市轨道交通高架大跨度桥梁进行整体的分析与局部的把握，进而研究出符合当地地质条件的城市轨道交通高架大跨度桥梁的合理化设计案。

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2015-12-13

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