京滬高速鐵路天津南站站臺梁設計

王 霞，吳大宏

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司橋梁處，天津 300142)

1 概況

京滬高速鐵路天津南站采用高架橋站，全站位于高架橋上，站房綜合樓采用線下橋式站房。其最大亮點是站橋一體，既節約用地，又方便快捷。

為方便放置通信信號電纜、消防管道等設備以及方便檢修，結構采用上層輔梁與下層主梁的雙層結構。上層輔梁采用鋼筋混凝土縱橫梁結構，縱橫梁上設置站臺板，邊縱梁和次邊縱梁與橫梁相交處設置墩柱，橋面板、縱橫梁與墩柱之間采用剛性連接。下層主梁采用預應力混凝土π形簡支梁結構。結合京滬高速鐵路橋梁跨度及到發線線形，梁跨為32 m，梁寬為7.569～12 m。站臺內線路及站臺梁布置見圖1。本文以4號站臺梁為例介紹。

本梁的主要施工步驟為:(1)施工下層主梁;(2)張拉下層主梁預應力鋼束;(3)施工上層墩柱;(4)施工上層縱橫梁;(5)施工橋面板，鋪裝成橋。

2 結構分析

(1)上層輔梁計算

上層輔梁采用鋼筋混凝土結構，梁體采用C40混凝土，普通鋼筋采用HPB235鋼筋及HRB335鋼筋。結構計算采用連續剛構模型，橋面板和縱梁及橫梁分別構成T梁，墩柱為剛臂墩，整個模型共38個單元、39個節點。計算模型見圖2。

圖1 站臺梁布置

圖2 上層結構計算模型

恒載為結構自重，把站臺鋪裝層重力和人群荷載都當成二期加載，根據計算得出墩柱內力以及橋面板、縱梁、橫梁構成的T梁內力，控制內力見表1。根據內力檢算結構配筋，配筋計算結果見表2。

通過表1、表2可知:本結構應力水平、裂縫寬度均滿足規范要求。

(2)下層主梁計算

表1 控制內力

下層主梁采用預應力鋼筋混凝土結構，梁體采用C55混凝土，縱、橫向預應力鋼束采用抗拉強度標準值為1 860 MPa的高強低松弛鋼絞線，公稱直徑15.2 mm，其技術條件應符合GB/T5224—2003標準，普通鋼筋采用HPB235鋼筋及HRB335鋼筋。

表2 結構配筋計算結果

下層結構采用西南交大編制的BSAS程序建立簡支梁平面模型，模型見圖3。全橋共分22個單元，23個節點。結構截面寬度根據有效寬度進行了折減。

圖3 下層主梁計算模型

受結構空間限制，下層主梁梁高2.2 m，梁寬10.5 m。為使結構取得最佳技術、經濟效果，本梁設計過程中擬定了3組腹板厚度:第1組腹板厚度支點處0.8 m，其余位置0.6 m;第2組腹板厚度支點處1 m，其余位置0.7 m;第3組腹板厚度支點處1.2 m，其余位置為0.8 m。計算結果見表3。

由表3可知:第1組在施工壓重加到100 kN/m時，施工過程中出現的混凝土壓應力達到25.63 MPa，超出規范容許值，造成這種情況的原因是由于腹板過薄，預應力鋼束張拉太多導致施工過程中混凝土壓應力過大，這既給施工造成很大困難，又對主梁的頂板局部承壓產生不利影響;第2組和第3組的各個應力指標均滿足規范要求，但是通過比較預應力以及混凝土的用量可以得出，第2組既能滿足受力需要又能做到經濟節約，本文最終采用第2組腹板厚。

表3 結構優化對比

(3)難點分析

“如何確定下層梁支架的拆除時間”以及“怎樣選擇施工步驟以便節約工期”是本設計的難點。下面分別對這兩點進行分析計算。

①下層站臺梁支架拆除時間的確定

為了模擬下層站臺梁支架拆除時間對上層站臺梁內力和應力的影響，應用大型通用有限元程序ANSYS建立空間有限元模型進行分析。共進行了2組計算。

模型一:建立包括下層站臺梁的實體有限元模型(圖4)。單元類型Solid45。節點總數21 383，單元總數75 114。邊界條件為在下層站臺梁下加簡支梁約束。加載方式為在模型上加結構自重和模擬滿布人群荷載的面壓力。

圖4 實體有限元模型一

圖5 實體有限元模型二

模型二:建立不包括下層站臺梁的實體有限元模型，見圖5。單元類型Solid45。節點總數12 178，單元總數43 297。邊界條件為在上層站臺梁柱底加固結約束。加載方式為在模型上加結構自重和模擬滿布人群荷載的面壓力。

計算結果見表4。

由表4可知:

a.若上、下層站臺梁均澆筑完后才拆除下層站臺梁支架，在結構自重和人群荷載作用下，柱頂、底會出現8.9 MPa的主拉應力，僅僅通過配筋無法解決，不予推薦。

表4 柱頂、柱底應力對比

b.若在下層站臺梁澆筑完后，即拆除下層站臺梁支架，在下層站臺梁自由變形的情況下，在下層站臺梁上搭設支架澆筑上層站臺梁，在結構自重和人群荷載作用下，柱頂、底的最大主拉應力減小為3.4 MPa，完全可以通過配筋加以解決。本文推薦采用。

②下層主梁施工步驟的比選

下層結構在設計過程中考慮了2種施工方案:方案一，a.搭設下層結構支架→澆筑下層結構混凝土，待下層結構混凝土強度和彈性模量達到設計值100%→按 N3、N6、N1、N4、N5 順序張拉鋼束。b. 拆除下層結構支架→澆筑上層結構墩柱→搭設上層支架→澆筑上層結構混凝土→鋪裝站臺面。c.拆除上層支架→張拉N2鋼束→鋪裝下層結構防水層和保護層→成橋。

按照施工方案一，站臺梁在施工過程中，受天津南站站房整體布置限制，預應力鋼束沒有張拉空間，只能采用逐孔施工，預應力鋼束單端張拉的施工方法。這種施工方法要求必須待N2預應力鋼束張拉完畢后才能進行下一站臺梁的施工，大大影響了整體施工工期。為縮短施工工期，對施工方案一進行了適當調整，設計了施工方案二:澆筑完下層結構，待混凝土強度達到設計值100%后，按 N3、N6、N1、N4、N5、N2 順序張拉完全部下層結構預應力鋼束，之后在施工本梁上層結構的同時施工下一孔站臺梁的下層結構。該方案需要解決的問題是，在未澆筑上層結構前張拉全部下層結構預應力鋼束會導致下層結構混凝土壓應力過大，以4號站臺為例，達到了25.56 MPa。為解決該問題，對施工方案二進行微調，按 N3、N6、N1、N4、N5 順序張拉鋼束后，拆除下層結構支架，下層梁上加壓重，使壓重達到20 kN/m后張拉N2鋼束，該方案下，以4號站臺梁為例，施工過程中下層結構混凝土最大壓應力降到21.24 MPa。

最終確定施工方案二:a.搭設下層結構支架→澆筑下層結構混凝土，待下層結構混凝土強度和彈性模量達到設計值100%→按N3、N6、N1、N4、N5順序張拉鋼束。b.拆除下層結構支架→下層結構上施加20 kN壓重→張拉N2鋼束→澆筑上層結構墩柱(此節點開始施工下一孔站臺梁下層結構)→搭設上層支架→拆除壓重→澆筑上層結構混凝土→鋪裝站臺面。c.拆除上層支架→鋪裝下層結構防水層和保護層→成橋。以4號站臺梁為例，兩個方案在施工過程的檢算結果見表5。

表5 施工方案應力對比 MPa

由檢算結果可見:

a.方案二施工過程應力水平最大為21.24 MPa，滿足規范要求。

b.方案二既受力合理、各項指標均滿足規范要求同時又能大大縮短了施工周期，證明本方案是合理可行的。

c.本文推薦采用方案二。

3 結論

(1)經計算，本站臺梁結構設計合理，各項指標均滿足規范要求;

(2)綜合考慮技術、經濟因素，站臺梁腹板厚度采用1～0.7～1 m;

(3)澆筑上層站臺梁之前拆除下層站臺梁的支架能夠有效解決上層梁墩柱柱頂(與橋面板固結處)、柱底(與下層主梁固結處)應力超限問題;

(4)施工過程中施加壓重能夠解決由于張拉全部鋼束導致的施工階段混凝土壓應力超限問題，從而有效解決了站房布置復雜、工期要求緊張情況下的施工組織難題。之后的施工過程證實，該施工方法，既保證了結構安全，又保證了施工工期。

［1］TB10002.1—2005 鐵路橋涵設計基本規范［S］.

［2］王德志.甬臺溫鐵路客運專線永嘉高架站橋梁設計［J］.鐵道標準設計，2010(05).

［3］TB10002.3—2005 鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規范［S］.

［4］余艷霞.合肥南環高架站橋梁設計［J］.交通科技，2011(02).

［5］白鴻國，劉祥君，施威.北京南站軌道層橋梁結構特點［J］.鐵道標準設計，2010(07).

［6］TB10005—2010 鐵路混凝土結構耐久性設計規范［S］.

［7］雷素敏.南京南高架站橋梁設計［J］.橋梁建設，2010(1).

［8］TB10621—2009 高速鐵路設計規范(試行)［S］.

［9］任偉，昆山高架站現澆梁施工支架設計［J］.交通世界，2011(17).

［10］CJJ 69—95 城市人行天橋與人行地道規范［S］.