預(yù)應(yīng)力技術(shù)在高架車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
【摘 要】最近幾年來,軌道交通的高架線因?yàn)橛兄顿Y比較小而且總體建設(shè)周期相對(duì)比較短的優(yōu)勢(shì),得到了很多城市的推廣和應(yīng)用。本文通過筆者對(duì)兩個(gè)高架車站實(shí)際案例的分析,對(duì)車站總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)原則、設(shè)計(jì)方法以及構(gòu)造設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行具體的探討,仔細(xì)的論述關(guān)于預(yù)應(yīng)力技術(shù)在具體應(yīng)用中的規(guī)范和設(shè)計(jì)。
【關(guān)鍵詞】預(yù)應(yīng)力技術(shù);高架車站;框架橫梁;構(gòu)造設(shè)計(jì);抗震設(shè)計(jì)
1 概述預(yù)應(yīng)力技術(shù)在高架車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
根據(jù)預(yù)應(yīng)力技術(shù)在高架車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用的一些特點(diǎn),需要著重注意預(yù)應(yīng)力框架方面的相關(guān)設(shè)計(jì)。針對(duì)“橋建合一”的車站,其框架橫梁因?yàn)橐粩嗟慕邮苘壍懒簜鬟f而來的承壓和荷載,因此,在施工和建造的時(shí)候不僅要使其符合鐵路相關(guān)的建造規(guī)范,而且要符合工民建的相關(guān)規(guī)范,由于設(shè)計(jì)和建造過程在計(jì)算方面比較復(fù)雜,所以通常采用的是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)?紤]到在布置車站的各種功能和設(shè)施時(shí)需要有足夠的空間,因此一般在建筑時(shí)往往會(huì)采用橫向跨距較大的結(jié)構(gòu)形式或者獨(dú)柱的形式。這也要求建造時(shí)需要采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)打造整體體系,這樣不僅能降低成本,而且可以增強(qiáng)整體結(jié)構(gòu)的剛度,有效的提高其抗裂性。
在實(shí)際的設(shè)計(jì)中,站臺(tái)層下的框架橫梁和獨(dú)柱雙懸臂蓋梁通常會(huì)采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)。而與之相比,一般的鐵路橋梁本身具有的承載力比較大,其無論是活載還是恒載的比例都比較大,因此,在計(jì)算時(shí),兩者需要不同的計(jì)算方法進(jìn)行研究。比如,在進(jìn)行工民建項(xiàng)目的計(jì)算時(shí),要按照其規(guī)范的相關(guān)計(jì)算方式對(duì)其承載能力的極限狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算,算出極限的強(qiáng)度;而一般的鐵路要按照規(guī)范,根據(jù)鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì),按照破壞階段計(jì)算其截面強(qiáng)度,相對(duì)來說安全系數(shù)比較大。以下將按照兩種規(guī)范的不同差異和不同結(jié)構(gòu)進(jìn)行論述。
2 從結(jié)構(gòu)形式方面分析預(yù)應(yīng)力技術(shù)在高架車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
以武漢市的崇仁路站和天津的本溪路站為例說明以下預(yù)應(yīng)力技術(shù)在結(jié)構(gòu)形式方面的應(yīng)用。武漢市的崇仁路站是軌道交通一號(hào)線的一部分,其正位于京漢大道之上,路的東側(cè)是側(cè)站式的站臺(tái),一共有三層。第一層是車站和地面的夾層,屬于架空層,高度為六點(diǎn)五米,第二層為站廳層,其高度為四米,第三層為站臺(tái)層,高度為二點(diǎn)三米,整個(gè)車站的長(zhǎng)度為八十米。其中,站臺(tái)層下的框架橫梁屬于預(yù)應(yīng)力技術(shù)的體現(xiàn),全為預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件,而其他的只是屬于鋼筋混凝土的一半結(jié)構(gòu)。其縱向的框架柱之間的距離為十米,全站在設(shè)計(jì)時(shí)沒有預(yù)留伸縮縫,軌道梁的位置在框架橫梁之上,其采用的聯(lián)結(jié)方式為板式橡膠支座簡(jiǎn)支聯(lián)結(jié)。
而天津的本溪路站同樣為三層站臺(tái),但是是屬于中側(cè)式站臺(tái),其立柱的位置是根據(jù)自身路面的橫斷面進(jìn)行的設(shè)計(jì)。車站第一層為地面的正常道路,高度為七點(diǎn)零五米,第二層同樣是站廳層,其高度為四點(diǎn)二五米,這一層的設(shè)計(jì)滿足了道路凈空的設(shè)計(jì)要求,第三層是站臺(tái)層,高度為兩米,車站總長(zhǎng)一百二十米,其中第二層夾層的主跨橋墩和蓋梁為預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用,主跨橋墩是獨(dú)柱雙懸臂預(yù)應(yīng)力的結(jié)構(gòu),蓋梁是預(yù)應(yīng)力混凝土的構(gòu)件建造,其他的結(jié)構(gòu)均由普通的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和獨(dú)柱雙懸臂蓋梁結(jié)構(gòu)組成。全站同樣不設(shè)伸縮縫,軌道梁的位置在蓋梁之上,其采用的聯(lián)結(jié)方式為盆式橡膠支座簡(jiǎn)支聯(lián)結(jié)。
這兩個(gè)典型的車站是目前較為常用的兩種結(jié)構(gòu)形式,均為橋建合一的輕軌高架車站。其中,武漢的崇仁路站采用的是空間框架結(jié)構(gòu),形象的說就是普通房屋的結(jié)構(gòu)。而天津的本溪路站采用的是由區(qū)間橋梁連續(xù)跨過車站,形象的說就是一般的橋梁結(jié)構(gòu)。所以,這兩類車站在計(jì)算的時(shí)候也不盡相同。
3 從結(jié)構(gòu)計(jì)算方面分析預(yù)應(yīng)力技術(shù)在高架車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
3.1 預(yù)應(yīng)力技術(shù)在應(yīng)用時(shí)的計(jì)算原則
在進(jìn)行計(jì)算時(shí),要遵循相應(yīng)的計(jì)算原則才能建造出合格的車站。對(duì)于軌道梁等基礎(chǔ)設(shè)施以及一些并沒有與車站的房建結(jié)構(gòu)互相勾連的橋墩進(jìn)行計(jì)算時(shí),按照一般鐵路規(guī)范進(jìn)行計(jì)算則可,其他的部分要根據(jù)情況按照鐵路的規(guī)范和工民建的規(guī)范進(jìn)行計(jì)算和設(shè)計(jì)。
如果車站的防裂度是七度,而抗震的等級(jí)是三級(jí),并且對(duì)車站采取必須的抗震構(gòu)造設(shè)計(jì),那么建筑結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)為兩級(jí)。
3.2 預(yù)應(yīng)力技術(shù)在框架計(jì)算方面的應(yīng)用
按照鐵路相關(guān)規(guī)范的一些規(guī)定,對(duì)于鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)要根據(jù)容許應(yīng)力法進(jìn)行建造和設(shè)計(jì),而對(duì)于預(yù)應(yīng)力技術(shù)介入的混凝土結(jié)構(gòu)則需要根據(jù)破壞階段的情況來計(jì)算構(gòu)件的截面強(qiáng)度,根據(jù)彈性階段的情況計(jì)算截面相關(guān)的抗裂性和內(nèi)應(yīng)力。兩種計(jì)算的規(guī)范在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)并不相同,因此對(duì)于各成體系的兩種體系,需要根據(jù)具體的情況進(jìn)行分別計(jì)算和同時(shí)計(jì)算。在車站的建造過程中,橫向框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和計(jì)算是非常重要的一點(diǎn),其不僅包括計(jì)算,而且也包括布束和配筋,因此,在計(jì)算過程中,要根據(jù)不同階段對(duì)不一樣的受力工況進(jìn)行相應(yīng)的分析和設(shè)計(jì),對(duì)其束數(shù)和束形做進(jìn)行應(yīng)力的優(yōu)化,從而滿足整體結(jié)構(gòu)對(duì)于應(yīng)力、強(qiáng)度以及變形方面的要求。
以武漢市的崇仁路為例,在對(duì)崇仁路的站臺(tái)進(jìn)行計(jì)算時(shí),首先要使用SATWE程序進(jìn)行整體的空間計(jì)算,在整體上把握結(jié)構(gòu),得到相應(yīng)的橫向框架荷載圖。要先按照一般鐵路的規(guī)范進(jìn)行計(jì)算,通過SATWE的程序計(jì)算出的值為標(biāo)準(zhǔn)值,之后還需要通過BSAS程序(預(yù)應(yīng)力程序)對(duì)橫向框架進(jìn)行再次計(jì)算;而按照工民建的相關(guān)規(guī)范進(jìn)行橫向框架的計(jì)算時(shí),直接將荷載值傳給PRCS程序進(jìn)行計(jì)算則可。
3.3 預(yù)應(yīng)力技術(shù)在強(qiáng)度計(jì)算方面的應(yīng)用
依舊以武漢的崇仁路車站和天津的本溪路車站為例,兩個(gè)車站從寬泛的角度來說,都屬于預(yù)應(yīng)力混凝土靜定機(jī)構(gòu)。所不同的是,崇仁路車站的橫向框架具體上應(yīng)為預(yù)應(yīng)力混凝土超靜定結(jié)構(gòu),而本溪路車站的獨(dú)柱雙懸臂蓋梁結(jié)構(gòu)在一定意義上可以稱之為預(yù)應(yīng)力混凝土靜定結(jié)構(gòu)。
關(guān)于預(yù)應(yīng)力混凝土的結(jié)構(gòu)計(jì)算問題,在一般鐵路的規(guī)范下,是根據(jù)相應(yīng)的破壞階段對(duì)產(chǎn)生的強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算的,而在工民建的相應(yīng)規(guī)范下,是根據(jù)承載能力的究極狀態(tài)進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算的。而在預(yù)應(yīng)力混凝土超靜定結(jié)構(gòu)的問題上,一般鐵路的規(guī)范是不需要加入預(yù)應(yīng)力所引起的相關(guān)次效應(yīng)的,但是在工民建的規(guī)范下,則顯得麻煩很多。在以前舊版的《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》中有所規(guī)定,在塑性階段計(jì)算中則可不計(jì)由預(yù)加應(yīng)力引起的二次力。但是,在新版的《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》中則有所修改,要求即便是承載能力極限狀態(tài)的計(jì)算也應(yīng)當(dāng)考慮其產(chǎn)生的次效應(yīng)。
3.4 預(yù)應(yīng)力技術(shù)在應(yīng)力檢算時(shí)的應(yīng)用
崇仁路車站和本溪路車站兩個(gè)車站的預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件全部都是根據(jù)部分預(yù)應(yīng)力的情況進(jìn)行的一系列設(shè)計(jì)。其中,崇仁路車站的框架橫梁和本溪路辰戰(zhàn)蓋梁的應(yīng)力點(diǎn)位置一個(gè)在中下緣的位置,一個(gè)在懸臂根部的上半部分。通過具體的計(jì)算和分析,框架橫梁如果按照一般鐵路的相關(guān)規(guī)范進(jìn)行計(jì)算會(huì)比較合理,而框架柱按照工民建的相關(guān)規(guī)范進(jìn)行建造和設(shè)計(jì)則較為妥當(dāng)。
3.5 預(yù)應(yīng)力技術(shù)在抗震設(shè)計(jì)時(shí)的應(yīng)用
在我國(guó)當(dāng)前的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中,一般采用的是彈性抗震的相關(guān)設(shè)計(jì)方法,是根據(jù)強(qiáng)度的大小為依據(jù)的,這符合我國(guó)現(xiàn)行的《鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》。但是從震害的角度分析,如果只根據(jù)強(qiáng)度的大小進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)是不合理的,但是我國(guó)目前并沒有合理的規(guī)范和準(zhǔn)則,因此,現(xiàn)在可以根據(jù)工民建的相應(yīng)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì),去掉預(yù)應(yīng)力的相關(guān)作用,直接通過SATWE進(jìn)行計(jì)算會(huì)比較好。
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