預應(yīng)力技術(shù)在高架車站結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用
【摘 要】最近幾年來，軌道交通的高架線因為有著投資比較小而且總體建設(shè)周期相對比較短的優(yōu)勢，得到了很多城市的推廣和應(yīng)用。本文通過筆者對兩個高架車站實際案例的分析，對車站總體結(jié)構(gòu)設(shè)計中的設(shè)計原則、設(shè)計方法以及構(gòu)造設(shè)計等方面進行具體的探討，仔細的論述關(guān)于預應(yīng)力技術(shù)在具體應(yīng)用中的規(guī)范和設(shè)計。
【關(guān)鍵詞】預應(yīng)力技術(shù)；高架車站；框架橫梁；構(gòu)造設(shè)計；抗震設(shè)計
1 概述預應(yīng)力技術(shù)在高架車站結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用
根據(jù)預應(yīng)力技術(shù)在高架車站結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)用的一些特點，需要著重注意預應(yīng)力框架方面的相關(guān)設(shè)計。針對“橋建合一”的車站，其框架橫梁因為要不斷的接受軌道梁傳遞而來的承壓和荷載，因此，在施工和建造的時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)計和建造過程在計算方面比較復雜，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)施時需要有足夠的空間，因此一般在建筑時往往會采用橫向跨距較大的結(jié)構(gòu)形式或者獨柱的形式。這也要求建造時需要采用預應(yīng)力技術(shù)打造整體體系，這樣不僅能降低成本，而且可以增強整體結(jié)構(gòu)的剛度，有效的提高其抗裂性。
在實際的設(shè)計中，站臺層下的框架橫梁和獨柱雙懸臂蓋梁通常會采用預應(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，在計算時，兩者需要不同的計算方法進行研究。比如，在進行工民建項目的計算時，要按照其規(guī)范的相關(guān)計算方式對其承載能力的極限狀態(tài)進行計算，算出極限的強度；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)進行設(shè)計，按照破壞階段計算其截面強度，相對來說安全系數(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)進行論述。
2 從結(jié)構(gòu)形式方面分析預應(yīng)力技術(shù)在高架車站結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(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，一共有三層。第一層是車站和地面的夾層，屬于架空層，高度為六點五米，第二層為站廳層，其高度為四米，第三層為站臺層，高度為二點三米，整個車站的長度為八十米。其中，站臺層下的框架橫梁屬于預應(yīng)力技術(shù)的體現(xiàn)，全為預應(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)計時沒有預留伸縮縫，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支聯(lián)結(jié)。
而天津的本溪路站同樣為三層站臺，但是是屬于中側(cè)式站臺，其立柱的位置是根據(jù)自身路面的橫斷面進行的設(shè)計。車站第一層為地面的正常道路，高度為七點零五米，第二層同樣是站廳層，其高度為四點二五米，這一層的設(shè)計滿足了道路凈空的設(shè)計要求，第三層是站臺層，高度為兩米，車站總長一百二十米，其中第二層夾層的主跨橋墩和蓋梁為預應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用，主跨橋墩是獨柱雙懸臂預應(yīng)力的結(jié)構(gòu)，蓋梁是預應(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支聯(lián)結(jié)。
這兩個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，這兩類車站在計算的時候也不盡相同。
3 從結(jié)構(gòu)計算方面分析預應(yīng)力技術(shù)在高架車站結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用
3.1 預應(yīng)力技術(shù)在應(yīng)用時的計算原則
在進行計算時，要遵循相應(yīng)的計算原則才能建造出合格的車站。對于軌道梁等基礎(chǔ)設(shè)施以及一些并沒有與車站的房建結(jié)構(gòu)互相勾連的橋墩進行計算時，按照一般鐵路規(guī)范進行計算則可，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)范進行計算和設(shè)計。
如果車站的防裂度是七度，而抗震的等級是三級，并且對車站采取必須的抗震構(gòu)造設(shè)計，那么建筑結(jié)構(gòu)的安全等級為兩級。
3.2 預應(yīng)力技術(shù)在框架計算方面的應(yīng)用
按照鐵路相關(guān)規(guī)范的一些規(guī)定，對于鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)要根據(jù)容許應(yīng)力法進行建造和設(shè)計，而對于預應(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算構(gòu)件的截面強度，根據(jù)彈性階段的情況計算截面相關(guān)的抗裂性和內(nèi)應(yīng)力。兩種計算的規(guī)范在機構(gòu)設(shè)計時并不相同，因此對于各成體系的兩種體系，需要根據(jù)具體的情況進行分別計算和同時計算。在車站的建造過程中，橫向框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計和計算是非常重要的一點，其不僅包括計算，而且也包括布束和配筋，因此，在計算過程中，要根據(jù)不同階段對不一樣的受力工況進行相應(yīng)的分析和設(shè)計，對其束數(shù)和束形做進行應(yīng)力的優(yōu)化，從而滿足整體結(jié)構(gòu)對于應(yīng)力、強度以及變形方面的要求。
以武漢市的崇仁路為例，在對崇仁路的站臺進行計算時，首先要使用SATWE程序進行整體的空間計算，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)范進行計算，通過SATWE的程序計算出的值為標準值，之后還需要通過BSAS程序（預應(yīng)力程序）對橫向框架進行再次計算；而按照工民建的相關(guān)規(guī)范進行橫向框架的計算時，直接將荷載值傳給PRCS程序進行計算則可。
3.3 預應(yīng)力技術(shù)在強度計算方面的應(yīng)用
依舊以武漢的崇仁路車站和天津的本溪路車站為例，兩個車站從寬泛的角度來說，都屬于預應(yīng)力混凝土靜定機構(gòu)。所不同的是，崇仁路車站的橫向框架具體上應(yīng)為預應(yīng)力混凝土超靜定結(jié)構(gòu)，而本溪路車站的獨柱雙懸臂蓋梁結(jié)構(gòu)在一定意義上可以稱之為預應(yīng)力混凝土靜定結(jié)構(gòu)。
關(guān)于預應(yīng)力混凝土的結(jié)構(gòu)計算問題，在一般鐵路的規(guī)范下，是根據(jù)相應(yīng)的破壞階段對產(chǎn)生的強度進行計算的，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)進行強度計算的。而在預應(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應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》中有所規(guī)定，在塑性階段計算中則可不計由預加應(yīng)力引起的二次力。但是，在新版的《公路鋼筋混凝土及預應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》中則有所修改，要求即便是承載能力極限狀態(tài)的計算也應(yīng)當考慮其產(chǎn)生的次效應(yīng)。
3.4 預應(yīng)力技術(shù)在應(yīng)力檢算時的應(yīng)用
崇仁路車站和本溪路車站兩個車站的預應(yīng)力混凝土構(gòu)件全部都是根據(jù)部分預應(yīng)力的情況進行的一系列設(shè)計。其中，崇仁路車站的框架橫梁和本溪路辰戰(zhàn)蓋梁的應(yīng)力點位置一個在中下緣的位置，一個在懸臂根部的上半部分。通過具體的計算和分析，框架橫梁如果按照一般鐵路的相關(guān)規(guī)范進行計算會比較合理，而框架柱按照工民建的相關(guān)規(guī)范進行建造和設(shè)計則較為妥當。
3.5 預應(yīng)力技術(shù)在抗震設(shè)計時的應(yīng)用
在我國當前的抗震設(shè)計規(guī)范中，一般采用的是彈性抗震的相關(guān)設(shè)計方法，是根據(jù)強度的大小為依據(jù)的，這符合我國現(xiàn)行的《鐵路工程抗震設(shè)計規(guī)范》。但是從震害的角度分析，如果只根據(jù)強度的大小進行抗震設(shè)計是不合理的，但是我國目前并沒有合理的規(guī)范和準則，因此，現(xiàn)在可以根據(jù)工民建的相應(yīng)規(guī)范進行設(shè)計，去掉預應(yīng)力的相關(guān)作用，直接通過SATWE進行計算會比較好。
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