預(yù)應(yīng)力技術(shù)在城市軌道交通高架車站中的應(yīng)用

黎家國

【摘要】預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)是在結(jié)構(gòu)承受荷載之前，預(yù)先對其施加壓力，使其在外荷載作用時(shí)的受拉區(qū)混凝土產(chǎn)生壓應(yīng)力，用以抵消或減小外荷載產(chǎn)生的拉應(yīng)力，使結(jié)構(gòu)在正常使用情況下不產(chǎn)生裂縫或者開裂得比較晚。在建筑工程、橋梁工程以及城市軌道交通高架車站中預(yù)應(yīng)力技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，是解決混凝土構(gòu)件受力后撓度過大的有效手段。

【關(guān)鍵詞】城市軌道交通；高架車站；預(yù)應(yīng)力技術(shù)；應(yīng)用

城市軌道交通高架車站按所在位置和城市道路之間的關(guān)系分為路中車站和路側(cè)車站。高架車站根據(jù)行車軌道和站臺之間的關(guān)系分為島式車站和側(cè)式車站，站臺在軌道之間的為島式車站，站臺在軌道兩側(cè)的為側(cè)式車站。島式車站的受力特點(diǎn)是列車荷載作用于橫向蓋梁的端部，蓋梁在非地震作用下受力不利；側(cè)式車站的受力特點(diǎn)是列車荷載作用于橫向蓋梁的中部，蓋梁在非地震作用下受力有利。

1、工程概況

某城際軌道交通一期工程S8線（以下簡稱“S8線”），線路全長45.2km，其中地下線12.2km，高架線33km。全線共設(shè)17座車站，其中地下站6座，高架站11座。列車采用4B編組，最高速度為120km/h，是我國一次性建成里程最長，運(yùn)行速度最快的地鐵線路。本工程已于2014年8月1日正式運(yùn)營，S8線高架車站分為路中高架車站和路側(cè)高架車站，本文以某站為例討論路中側(cè)式高架車站預(yù)應(yīng)力蓋梁的設(shè)計(jì)。

2、橫向蓋梁設(shè)計(jì)

某站橫向柱跨外包尺寸5m，橫向預(yù)應(yīng)力蓋梁全長外包尺寸17.6m，蓋梁凈懸挑長度6.3m，縱向柱距12m共7跨，車站全長軸線距離84m，抗震等級為二級，上部結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度等級C40，結(jié)構(gòu)橫剖面如圖1所示。

該站上行扶梯提升高度為6m，站臺板下層橫向蓋梁高度被限制在1.2m，如此截面高度的梁不足以支承站臺層及站臺板下層荷載，因此，考慮設(shè)置邊框架柱將站臺層與站臺板下層荷載向下傳至站廳層橫向蓋梁?？紤]到站臺板下層橫向蓋梁的截面尺寸相對較小，布置預(yù)應(yīng)力筋較為困難，將站廳層橫向蓋梁設(shè)計(jì)成預(yù)應(yīng)力構(gòu)件。

3、橫向蓋梁預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)

3.1 預(yù)應(yīng)力筋布置

站廳層橫向蓋梁預(yù)應(yīng)力筋布置方式，可以采用倒拋物線+張拉端水平的方式或兩段斜線+一段直線+張拉端水平的方式。結(jié)合現(xiàn)場情況，擬采用無錫地鐵1號線堰橋站的斜線+直線+張拉端水平的布置方式（圖2）。

3.2 預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)

3.2.1 裂縫控制設(shè)計(jì)

蓋梁預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)中，裂縫按二級控制，且在標(biāo)準(zhǔn)荷載組合下受拉邊緣應(yīng)力應(yīng)符合如下規(guī)定：σ ck - σ pc ≤ f tk （1）式（1）中，σ ck 為在荷載標(biāo)準(zhǔn)組合下構(gòu)件抗裂驗(yàn)算邊緣的混凝土法向應(yīng)力；σ pc 為扣除全部預(yù)應(yīng)力損失后在抗裂驗(yàn)算邊緣混凝土的預(yù)壓應(yīng)力；f tk 為容許值。考慮到梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)普通鋼筋密集，如果設(shè)計(jì)成全預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，則節(jié)點(diǎn)區(qū)預(yù)應(yīng)力筋孔道更多或者直徑更大，與墩柱鋼筋更加沖突不便施工，混凝土澆注質(zhì)量難以保證。另外，本站為側(cè)式車站，列車荷載集中在墩柱頂，對懸挑預(yù)應(yīng)力蓋梁根部產(chǎn)生的拉壓應(yīng)力變化不大，即疲勞荷載不明顯。因此，將該蓋梁設(shè)計(jì)成部分預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，既減少了預(yù)應(yīng)力筋孔道和墩柱鋼筋的沖突，也可以避免預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件開裂后疲勞加劇的情況出現(xiàn)。再者，該預(yù)應(yīng)力蓋梁容許應(yīng)力法設(shè)計(jì)，但容許應(yīng)力法設(shè)計(jì)過程繁瑣，計(jì)算配筋量偏大略顯保守。圖 2 給出了站廳層某橫向蓋梁在恒載、活載作用

組合下的梁頂應(yīng)力圖，圖 5 給出了站廳層某橫向蓋梁在恒載、活載、預(yù)應(yīng)力作用組合下的梁頂應(yīng)力圖。對比圖 4、圖 5 可見，預(yù)應(yīng)力的施加滿足式（1）的要求，這大大減小了橫向蓋梁懸挑根部梁頂處的拉應(yīng)力，有效減小了站廳層橫向蓋梁的撓度，為站臺板下層邊框架柱提供了可靠的支承，減小了站臺板下層橫向蓋梁的負(fù)彎矩，使車站上部結(jié)構(gòu)整體受力更加合理。

3.2.2 抗震構(gòu)造設(shè)計(jì)

本工程蓋梁還從以下幾方面進(jìn)行了設(shè)計(jì)，以滿足抗震構(gòu)造要求。

（1）設(shè)計(jì)中計(jì)入縱向受壓鋼筋的混凝土受壓區(qū)高度，以符合二級抗震等級框架梁 x≤0.35 h 0 的要求。其中，x 為混凝土受壓區(qū)高度，h 0 為截面有效高度。

（2）普通鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值換算的全部縱向受拉鋼筋配筋率按

不大于 2.5% 設(shè)計(jì)，梁端截面配筋按 要求設(shè)計(jì)。其中，f py 為預(yù)應(yīng)力筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，f y 為普通鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，h p 為預(yù)應(yīng)力筋合力點(diǎn)至截面受壓邊緣的距離， h s 為縱向受拉普通鋼筋合力點(diǎn)至截面受壓邊緣的距離，A s 為受拉區(qū)縱向普通鋼筋截面面積，A p 為受拉區(qū)縱向預(yù)應(yīng)力筋截面面積。

（3）梁端底部縱向普通鋼筋和頂部縱向受力鋼筋截面面積之比按不小于 0.3 設(shè)計(jì)。

（4）框架梁端底面縱向普通鋼筋配筋率按不小于0.2% 設(shè)計(jì)。

4、施工中遇到的問題及處理方法

本站即使將預(yù)應(yīng)力混凝土蓋梁設(shè)計(jì)成部分預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，減少了預(yù)應(yīng)力筋的布置，但是由于蓋梁按能力保護(hù)原則設(shè)計(jì)時(shí)，普通鋼筋很多，梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)鋼筋十分密集，預(yù)應(yīng)力孔道無法按設(shè)計(jì)線型放置。處理的方法：預(yù)應(yīng)力筋孔道在框架柱主筋位置不能穿過時(shí)，可適當(dāng)平移就近穿過，將預(yù)應(yīng)力筋孔道在節(jié)點(diǎn)區(qū)設(shè)平彎段，以保證平彎段平順且偏移量不致過大；遇到柱箍筋可適當(dāng)截?cái)喙拷?，預(yù)應(yīng)力筋孔道穿過后應(yīng)補(bǔ)足開口箍，以保證全截面箍筋肢數(shù)與設(shè)計(jì)相同；預(yù)應(yīng)力筋孔道在蓋梁梁端錨固處應(yīng)保證位置符合原設(shè)計(jì)。

結(jié)語：

預(yù)應(yīng)力技術(shù)是解決城市軌道交通高架車站橫向蓋梁撓度過大的有效途徑，且與區(qū)間橋梁解決梁體撓度問題方法一致，無需采用新工法，經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)勢明顯。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊開屏.高架車站大懸臂預(yù)應(yīng)力蓋梁設(shè)計(jì)探討[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2010（12）.

[2]呂志濤，孟少平.現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1998.