京沪高速铁路天津南站站台梁设计

2012-09-04吴大宏

铁道标准设计 2012年10期

王霞，吴大宏

(铁道第三勘察设计院集团有限公司桥梁处，天津 300142)

1 概况

京沪高速铁路天津南站采用高架桥站，全站位于高架桥上，站房综合楼采用线下桥式站房。其最大亮点是站桥一体，既节约用地，又方便快捷。

为方便放置通信信号电缆、消防管道等设备以及方便检修，结构采用上层辅梁与下层主梁的双层结构。上层辅梁采用钢筋混凝土纵横梁结构，纵横梁上设置站台板，边纵梁和次边纵梁与横梁相交处设置墩柱，桥面板、纵横梁与墩柱之间采用刚性连接。下层主梁采用预应力混凝土π形简支梁结构。结合京沪高速铁路桥梁跨度及到发线线形，梁跨为32 m，梁宽为7.569～12 m。站台内线路及站台梁布置见图1。本文以4号站台梁为例介绍。

本梁的主要施工步骤为:(1)施工下层主梁;(2)张拉下层主梁预应力钢束;(3)施工上层墩柱;(4)施工上层纵横梁;(5)施工桥面板，铺装成桥。

2 结构分析

(1)上层辅梁计算

上层辅梁采用钢筋混凝土结构，梁体采用C40混凝土，普通钢筋采用HPB235钢筋及HRB335钢筋。结构计算采用连续刚构模型，桥面板和纵梁及横梁分别构成T梁，墩柱为刚臂墩，整个模型共38个单元、39个节点。计算模型见图2。

图1 站台梁布置

图2 上层结构计算模型

恒载为结构自重，把站台铺装层重力和人群荷载都当成二期加载，根据计算得出墩柱内力以及桥面板、纵梁、横梁构成的T梁内力，控制内力见表1。根据内力检算结构配筋，配筋计算结果见表2。

通过表1、表2可知:本结构应力水平、裂缝宽度均满足规范要求。

(2)下层主梁计算

表1 控制内力

下层主梁采用预应力钢筋混凝土结构，梁体采用C55混凝土，纵、横向预应力钢束采用抗拉强度标准值为1 860 MPa的高强低松弛钢绞线，公称直径15.2 mm，其技术条件应符合GB/T5224—2003标准，普通钢筋采用HPB235钢筋及HRB335钢筋。

表2 结构配筋计算结果

下层结构采用西南交大编制的BSAS程序建立简支梁平面模型，模型见图3。全桥共分22个单元，23个节点。结构截面宽度根据有效宽度进行了折减。

图3 下层主梁计算模型

受结构空间限制，下层主梁梁高2.2 m，梁宽10.5 m。为使结构取得最佳技术、经济效果，本梁设计过程中拟定了3组腹板厚度:第1组腹板厚度支点处0.8 m，其余位置0.6 m;第2组腹板厚度支点处1 m，其余位置0.7 m;第3组腹板厚度支点处1.2 m，其余位置为0.8 m。计算结果见表3。

由表3可知:第1组在施工压重加到100 kN/m时，施工过程中出现的混凝土压应力达到25.63 MPa，超出规范容许值，造成这种情况的原因是由于腹板过薄，预应力钢束张拉太多导致施工过程中混凝土压应力过大，这既给施工造成很大困难，又对主梁的顶板局部承压产生不利影响;第2组和第3组的各个应力指标均满足规范要求，但是通过比较预应力以及混凝土的用量可以得出，第2组既能满足受力需要又能做到经济节约，本文最终采用第2组腹板厚。

表3 结构优化对比

(3)难点分析

“如何确定下层梁支架的拆除时间”以及“怎样选择施工步骤以便节约工期”是本设计的难点。下面分别对这两点进行分析计算。

①下层站台梁支架拆除时间的确定

为了模拟下层站台梁支架拆除时间对上层站台梁内力和应力的影响，应用大型通用有限元程序ANSYS建立空间有限元模型进行分析。共进行了2组计算。

模型一:建立包括下层站台梁的实体有限元模型(图4)。单元类型Solid45。节点总数21 383，单元总数75 114。边界条件为在下层站台梁下加简支梁约束。加载方式为在模型上加结构自重和模拟满布人群荷载的面压力。

图4 实体有限元模型一

图5 实体有限元模型二

模型二:建立不包括下层站台梁的实体有限元模型，见图5。单元类型Solid45。节点总数12 178，单元总数43 297。边界条件为在上层站台梁柱底加固结约束。加载方式为在模型上加结构自重和模拟满布人群荷载的面压力。

计算结果见表4。

由表4可知:

a.若上、下层站台梁均浇筑完后才拆除下层站台梁支架，在结构自重和人群荷载作用下，柱顶、底会出现8.9 MPa的主拉应力，仅仅通过配筋无法解决，不予推荐。

表4 柱顶、柱底应力对比

b.若在下层站台梁浇筑完后，即拆除下层站台梁支架，在下层站台梁自由变形的情况下，在下层站台梁上搭设支架浇筑上层站台梁，在结构自重和人群荷载作用下，柱顶、底的最大主拉应力减小为3.4 MPa，完全可以通过配筋加以解决。本文推荐采用。

②下层主梁施工步骤的比选

下层结构在设计过程中考虑了2种施工方案:方案一，a.搭设下层结构支架→浇筑下层结构混凝土，待下层结构混凝土强度和弹性模量达到设计值100%→按 N3、N6、N1、N4、N5 顺序张拉钢束。b. 拆除下层结构支架→浇筑上层结构墩柱→搭设上层支架→浇筑上层结构混凝土→铺装站台面。c.拆除上层支架→张拉N2钢束→铺装下层结构防水层和保护层→成桥。

按照施工方案一，站台梁在施工过程中，受天津南站站房整体布置限制，预应力钢束没有张拉空间，只能采用逐孔施工，预应力钢束单端张拉的施工方法。这种施工方法要求必须待N2预应力钢束张拉完毕后才能进行下一站台梁的施工，大大影响了整体施工工期。为缩短施工工期，对施工方案一进行了适当调整，设计了施工方案二:浇筑完下层结构，待混凝土强度达到设计值100%后，按 N3、N6、N1、N4、N5、N2 顺序张拉完全部下层结构预应力钢束，之后在施工本梁上层结构的同时施工下一孔站台梁的下层结构。该方案需要解决的问题是，在未浇筑上层结构前张拉全部下层结构预应力钢束会导致下层结构混凝土压应力过大，以4号站台为例，达到了25.56 MPa。为解决该问题，对施工方案二进行微调，按 N3、N6、N1、N4、N5 顺序张拉钢束后，拆除下层结构支架，下层梁上加压重，使压重达到20 kN/m后张拉N2钢束，该方案下，以4号站台梁为例，施工过程中下层结构混凝土最大压应力降到21.24 MPa。

最终确定施工方案二:a.搭设下层结构支架→浇筑下层结构混凝土，待下层结构混凝土强度和弹性模量达到设计值100%→按N3、N6、N1、N4、N5顺序张拉钢束。b.拆除下层结构支架→下层结构上施加20 kN压重→张拉N2钢束→浇筑上层结构墩柱(此节点开始施工下一孔站台梁下层结构)→搭设上层支架→拆除压重→浇筑上层结构混凝土→铺装站台面。c.拆除上层支架→铺装下层结构防水层和保护层→成桥。以4号站台梁为例，两个方案在施工过程的检算结果见表5。