摘要：介紹大興輕軌40+64+40m預應力混凝土連續剛構橋的設計，結合橋式方案的選擇，從受力特點及結構尺寸的擬定等方面進行受力分析，說明輕軌鐵路橋梁的設計特點。
　　關鍵詞：大興輕軌，連續剛構橋，支架現澆，墩梁固結，橋墩剛度
　　1概述
　　大興輕軌線是北京市城市軌道交通線網規劃中由城市中心向城市外部輻射的一條南北線路，北起豐臺馬家樓，南至大興新城南部建設邊緣的南兆路，與地鐵四號線接軌，形成貫穿北京市海淀區、西城區、宣武區、豐臺區、大興區的軌道交通干線，是一條客流需求和規劃引導兼顧的軌道交通線路，正線全長22.2km。在新宮站至西紅門站區間，設40m+64m+40m三跨預應力混凝土連續剛構橋。由于軌道交通車輛荷載軸重不大，使得連續剛構的設計較為靈活。關鍵是主墩的柔度要合理，在保證主墩承載能力的同時，柔度越大，上部結構越接近連續梁，墩身的內力越小，對基礎的影響也越小。圖1為此橋橋跨總體布置圖。
　　
　　圖1橋跨總體布置圖(單位:cm)
　　2橋梁結構形式選擇
　　2.1上部結構
　　本橋上部結構形式為預應力混凝土連續箱梁，全長143.8m（含兩側梁端至邊支座中心各0.5m）。梁體控制截面梁高分別為：端支座處、邊跨直線段及跨中處為2.0m，中支點處梁高4.0m，梁高按圓曲線變化，圓曲線半徑R=218.5625m；箱梁頂板寬9.0m，底寬：端支座處及邊跨直線段和跨中處為4.314m,中支點處為3.457,箱梁橫截面為單箱單室斜腹板，腹板斜率為3：14。頂板厚30cm，底板厚30變厚至80cm，腹板厚分別為50cm、70cm；全橋共設5道橫隔梁，分別設于中支點、端支點、跨中截面，中支點處設置厚3.0m的橫隔梁，邊支點處設置厚1.5m的端隔梁，跨中設置厚0.5m的中橫隔梁。本橋梁部采用支架現澆施工。全橋采用15－Φj15.2、12－Φj15.2鋼絞線，分為頂板、底板和腹板三種鋼束類型，鋼束均采用兩端張拉方式。錨具分別采用M15－15、M15－12型群錨，張拉機具采用YCW350B和YCW250B型千斤頂。梁部縱、橫斷面布置圖見圖2。
　　圖2粱體縱、橫斷面結構圖(單位:cm)
　　2.2下部結構
　　2.2.1墩身截面
　　由于剛構橋橋墩和上部主梁共同受力，因此設計時應注意主梁與橋墩線剛度匹配的問題，使上、下部結構協調。無縫線路上的連續剛構，其下部結構承受較大的水平力作用（溫度力、收縮徐變、制動力、長鋼軌縱向力、地震力及汽車撞擊力等），如果墩身剛度設計過大，墩底承載能力很難計算通過，對于梁部的受力也較為不利，因此，確定合理的橋墩結構形式和理想的斷面尺寸也是連續剛構設計的關鍵所在。對于橋墩來說，其剛度與墩身高度和截面尺寸有關，在墩身高度一定的條件下，橫向寬度變化對縱向剛度的影響遠小于縱向厚度的變化。為了保證橋墩合理的剛度，在綜合考慮了墩底受力大小、墩身配筋、粱體控制截面應力的大小以及橋下道路的界限要求等因素基礎上，選擇了3.3m×1.3m的截面尺寸。為了保證梁底與墩身截面平順銜接，采用R=354.0m的圓曲線過渡。下部結構布置圖見圖3。
　　
　　圖3下部結構布置圖(單位:cm)
　　2.2.2基礎設計
　　該橋橋位處地質條件較好，從上到下依次為雜填土、素填土、粉土、粉質粘土、粉砂、中砂、圓礫、卵石等。為保證基礎的沉降要求，采用鉆孔灌注摩擦樁。中墩承臺厚度為2.5m，樁徑為φ120cm，6根樁長為30.0m；邊墩承臺厚度為2.0m，樁徑為φ100cm，4根樁長為22.0m。
　　特別需要注意的是進行計算時必須考慮基礎和下部結構橋墩的共同作用，計算基礎的出口剛度，當基礎地質條件較差時，基礎剛度的影響不能忽略。
　　2.2.3墩梁結合部
　　連續剛構由于其結構本身的特點，在墩梁固結處容易產生應力集中，本橋在設計時為了減小局部過大應力導致裂縫的產生，采用了以下幾項措施：①墩頂與梁底結合部位沿橋軸線方向采用85cmx50cm的倒角進行過渡；②橫隔梁處采用比較緩和的倒角過渡；③墩梁固結區域外壁加設一層鋼筋網面。
　　3設計概要
　　3.1基本設計條件
　　（1）線路類別：輕軌
　　（2）正線數目：雙線正線，線間距4.2m
　　（3）設計最高行車速度：80km/h。
　　（4）環境類別及作用等級：一般大氣條件無防護措施的地面結構，環境類別為碳化環境，作用等級為T2級。
　　（5）地震基本烈度：Ⅷ度設防烈度，地震動峰值加速度：0.2g
　　（6）設計正常使用年限：正常使用條件下梁體結構設計使用壽命為100年。
　　3.2主要材料
　　(1)混凝土：主梁C50，中墩C50，邊墩C35，中墩承臺C40，邊墩承臺C30，樁基C30。
　　(2)鋼筋：Ⅱ級，HRB335。
　　(3)預應力鋼材：低松弛高強度預應力鋼絞線，<15.24mm，fpk=1860MPa。
　　4結構縱向計算與分析
　　4.1恒載
　　（1）結構重力：梁體自重：γ取26.0kN/m3。
　　（2）二期恒載：包括線路設備重、接觸軌、聲屏障、罩棚、管線及其支撐設備、欄桿、橋面防水層和保護層等重量。其數值按99.56KN/m計。
　　（3）預應力參數：孔道摩阻系數0.17，孔道偏差系數0.0015
　　（4）混凝土收縮徐變：
　　環境條件按野外一般條件計算，相對濕度取70%。
　　根據老化理論計算混凝土的收縮徐變，系數如下：
　　徐變系數終極極值：2.0
　　徐變增長速率：0.0055
　　收縮速度系數：0.00625
　　收縮終極系數：0.00015
　　（5）支座不均勻沉降差：按10mm考慮。
　　4.2活載
　　（1）設計活載：
　　活載加載最大長度按一列車六輛編組設計，重車軸重P=140kN，空車軸重P=85kN。單線重車車輛荷載如圖4所示，單線空車車輛荷載如圖5所示（長度單位：m）。
　　
　　圖4
　　
　　圖5
　　（2）列車豎向活載：
　　計算豎向動力作用時，該列車豎向活載等于列車豎向靜活載乘以動力系數（1＋μ），其值為：
　　1＋μ＝1＋1.6×6/(30＋L)；
　　L—橋梁跨度(m)，不等跨連續梁為大跨跨度。
　　（3）列車離心力：按《地鐵設計規范》（第9.2.6條）辦理。車輛重心取軌面以上2m。
　　（4）長鋼軌縱向力：117.8kN/軌。
　　4.3附加力
　　（1）制動力：按豎向靜活載的15%計算，但當與離心力同時計算時，制動力或牽引力應按豎向靜活載的10%計算。雙線橋采用一線的制動力或牽引力（車站兩側與車站相鄰100m范圍內雙線橋按雙線制動力）。制動力或牽引力作用在列車重心處，當計算橋梁墩臺時可移至支座中心處，計算剛架結構時移至橫梁中心處。
　　（2）列車橫向搖擺力：列車橫向搖擺力作用在鋼軌頂面處，其值為相鄰兩節車四個軸軸重的15％計算。
　　（3）風荷載：按《鐵路橋涵設計基本規范》要求進行計算，基本風壓取0.6kPa。
　　（4）溫度力：
　　a、均勻溫差取值按升溫25℃、降溫20℃計算溫度應力影響。
　　b、日照溫差的影響參照《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規范》（TB10002.3-2005）附錄B執行。
　　（5）活動支座摩阻力：
　　F＝μ•N
　　μ——支座摩阻系數，取值0.05
　　N——豎向支反力
　　4.4特殊荷載
　　（1）地震力：設計地震基本烈度采用Ⅷ度，地震動峰值加速度：0.2g。按《鐵路工程抗震設計規范》進行計算。
　　（2）施工荷載：采用現澆施工的橋梁應考慮施工荷載在施工期間對結構的影響。
　　（3）無縫線路斷軌力：526.8kN/軌。
　　（4）汽車撞擊力：順行車方向為1000kN，垂直行車方向為500kN，作用在路面以上1.2m處。
　　4.5荷載組合
　　荷載按主力、主力+附加力、主力+特殊荷載進行組合，在每種組合中又分別按無車、一線有車一線無車以及雙線有車三種工況考慮加載計算，具體組合件表1。
　　表1荷載組合
　　
　　
　　4.6計算模型
　　該橋縱向采用西南交大“橋梁結構分析系統BSAS4.23”進行計算，結構離散圖見圖6。
　　
　　圖6結構離散圖
　　5結語
　　連續剛構橋現已廣泛應用于城市軌道交通中，采用預應力混凝土連續剛構方案，可以降低梁部支點的負彎矩以及跨中的正彎矩；抗震性能好，可免除設置專用大噸位抗震支座以及防震落梁裝置。尤其在橋位線路范圍內，沒有條件設置軌道溫度調節器。如采用連續梁體系，必須設置強勁的制動墩來克服長鋼軌作用力，造成平面布置困難，而且影響景觀效果。采用3跨預應力混凝土連續剛構橋，由于制動力和橋上的長鋼軌作用力可由2個主墩共同承擔，則很好地解決了這個問題。設計中充分考慮了這種結構形式的受力特點，并對關鍵技術進行了充分的研究。兩橋于2009年6月完成施工圖設計，預計2010年10月建成通車。這種結構形式在方案選取與結構分析等方面，可為其他軌道交通項目類似工程的應用提供經驗參考。
　　
　　參考文獻
　　[1]GB50157地鐵設計規范[S]
　　[2]范立礎.橋梁抗震[M].上海:同濟大學出版社,1997.
　　[3]徐岳.王亞君.萬振江.預應力混凝土連續梁橋設計.北京：人民交通出版社，2000