預應力技術在高架車站結構設計中的應用

【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周期相對比較短的優勢，得到了很多城市的推廣和應用。本文通過筆者對兩個高架車站實際案例的分析，對車站總體結構設計中的設計原則、設計方法以及構造設計等方面進行具體的探討，仔細的論述關于預應力技術在具體應用中的規范和設計。

【關鍵詞】預應力技術；高架車站；框架橫梁；構造設計；抗震設計

1 概述預應力技術在高架車站結構設計中的應用

根據預應力技術在高架車站結構設計中應用的一些特點，需要著重注意預應力框架方面的相關設計。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的建造規范，而且要符合工民建的相關規范，由于設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構。考慮到在布置車站的各種功能和設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構形式或者獨柱的形式。這也要求建造時需要采用預應力技術打造整體體系，這樣不僅能降低成本，而且可以增強整體結構的剛度，有效的提高其抗裂性。

在實際的設計中，站臺層下的框架橫梁和獨柱雙懸臂蓋梁通常會采用預應力技術。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，要按照其規范的相關計算方式對其承載能力的極限狀態進行計算，算出極限的強度；而一般的鐵路要按照規范，根據鋼筋混凝土的結構進行設計，按照破壞階段計算其截面強度，相對來說安全系數比較大。以下將按照兩種規范的不同差異和不同結構進行論述。

2 從結構形式方面分析預應力技術在高架車站結構設計中的應用

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力技術在結構形式方面的應用。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，路的東側是側站式的站臺，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力技術的體現，全為預應力混凝土構件，而其他的只是屬于鋼筋混凝土的一半結構。其縱向的框架柱之間的距離為十米，全站在設計時沒有預留伸縮縫，軌道梁的位置在框架橫梁之上，其采用的聯結方式為板式橡膠支座簡支聯結。

而天津的本溪路站同樣為三層站臺，但是是屬于中側式站臺，其立柱的位置是根據自身路面的橫斷面進行的設計。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，這一層的設計滿足了道路凈空的設計要求，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力技術的應用，主跨橋墩是獨柱雙懸臂預應力的結構，蓋梁是預應力混凝土的構件建造，其他的結構均由普通的鋼筋混凝土結構和獨柱雙懸臂蓋梁結構組成。全站同樣不設伸縮縫，軌道梁的位置在蓋梁之上，其采用的聯結方式為盆式橡膠支座簡支聯結。

這兩個典型的車站是目前較為常用的兩種結構形式，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構，形象的說就是普通房屋的結構。而天津的本溪路站采用的是由區間橋梁連續跨過車站，形象的說就是一般的橋梁結構。所以，這兩類車站在計算的時候也不盡相同。

3 從結構計算方面分析預應力技術在高架車站結構設計中的應用

3.1 預應力技術在應用時的計算原則

在進行計算時，要遵循相應的計算原則才能建造出合格的車站。對于軌道梁等基礎設施以及一些并沒有與車站的房建結構互相勾連的橋墩進行計算時，按照一般鐵路規范進行計算則可，其他的部分要根據情況按照鐵路的規范和工民建的規范進行計算和設計。

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造設計，那么建筑結構的安全等級為兩級。

3.2 預應力技術在框架計算方面的應用

按照鐵路相關規范的一些規定，對于鋼筋混凝土的結構要根據容許應力法進行建造和設計，而對于預應力技術介入的混凝土結構則需要根據破壞階段的情況來計算構件的截面強度，根據彈性階段的情況計算截面相關的抗裂性和內應力。兩種計算的規范在機構設計時并不相同，因此對于各成體系的兩種體系，需要根據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，橫向框架結構的設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，要根據不同階段對不一樣的受力工況進行相應的分析和設計，對其束數和束形做進行應力的優化，從而滿足整體結構對于應力、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，在整體上把握結構，得到相應的橫向框架荷載圖。要先按照一般鐵路的規范進行計算，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（預應力程序）對橫向框架進行再次計算；而按照工民建的相關規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 預應力技術在強度計算方面的應用

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，都屬于預應力混凝土靜定機構。所不同的是，崇仁路車站的橫向框架具體上應為預應力混凝土超靜定結構，而本溪路車站的獨柱雙懸臂蓋梁結構在一定意義上可以稱之為預應力混凝土靜定結構。

關于預應力混凝土的結構計算問題，在一般鐵路的規范下，是根據相應的破壞階段對產生的強度進行計算的，而在工民建的相應規范下，是根據承載能力的究極狀態進行強度計算的。而在預應力混凝土超靜定結構的問題上，一般鐵路的規范是不需要加入預應力所引起的相關次效應的，但是在工民建的規范下，則顯得麻煩很多。在以前舊版的《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》中有所規定，在塑性階段計算中則可不計由預加應力引起的二次力。但是，在新版的《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》中則有所修改，要求即便是承載能力極限狀態的計算也應當考慮其產生的次效應。

3.4 預應力技術在應力檢算時的應用

崇仁路車站和本溪路車站兩個車站的預應力混凝土構件全部都是根據部分預應力的情況進行的一系列設計。其中，崇仁路車站的框架橫梁和本溪路辰戰蓋梁的應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規范進行計算會比較合理，而框架柱按照工民建的相關規范進行建造和設計則較為妥當。

3.5 預應力技術在抗震設計時的應用

在我國當前的抗震設計規范中，一般采用的是彈性抗震的相關設計方法，是根據強度的大小為依據的，這符合我國現行的《鐵路工程抗震設計規范》。但是從震害的角度分析，如果只根據強度的大小進行抗震設計是不合理的，但是我國目前并沒有合理的規范和準則，因此，現在可以根據工民建的相應規范進行設計，去掉預應力的相關作用，直接通過SATWE進行計算會比較好。

參考文獻：

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