预应力技术在高架车站结构设计中的应用
【摘 要】最近几年来，轨道交通的高架线因为有着投资比较小而且总体建设周期相对比较短的优势，得到了很多城市的推广和应用。本文通过笔者对两个高架车站实际案例的分析，对车站总体结构设计中的设计原则、设计方法以及构造设计等方面进行具体的探讨，仔细的论述关于预应力技术在具体应用中的规范和设计。
【关键词】预应力技术；高架车站；框架横梁；构造设计；抗震设计
1 概述预应力技术在高架车站结构设计中的应用
根据预应力技术在高架车站结构设计中应用的一些特点，需要着重注意预应力框架方面的相关设计。针对“桥建合一”的车站，其框架横梁因为要不断的接受轨道梁传递而来的承压和荷载，因此，在施工和建造的时候不仅要使其符合铁路相关的建造规范，而且要符合工民建的相关规范，由于设计和建造过程在计算方面比较复杂，所以通常采用的是钢筋混凝土结构。考虑到在布置车站的各种功能和设施时需要有足够的空间，因此一般在建筑时往往会采用横向跨距较大的结构形式或者独柱的形式。这也要求建造时需要采用预应力技术打造整体体系，这样不仅能降低成本，而且可以增强整体结构的刚度，有效的提高其抗裂性。
在实际的设计中，站台层下的框架横梁和独柱双悬臂盖梁通常会采用预应力技术。而与之相比，一般的铁路桥梁本身具有的承载力比较大，其无论是活载还是恒载的比例都比较大，因此，在计算时，两者需要不同的计算方法进行研究。比如，在进行工民建项目的计算时，要按照其规范的相关计算方式对其承载能力的极限状态进行计算，算出极限的强度；而一般的铁路要按照规范，根据钢筋混凝土的结构进行设计，按照破坏阶段计算其截面强度，相对来说安全系数比较大。以下将按照两种规范的不同差异和不同结构进行论述。
2 从结构形式方面分析预应力技术在高架车站结构设计中的应用
以武汉市的崇仁路站和天津的本溪路站为例说明以下预应力技术在结构形式方面的应用。武汉市的崇仁路站是轨道交通一号线的一部分，其正位于京汉大道之上，路的东侧是侧站式的站台，一共有三层。第一层是车站和地面的夹层，属于架空层，高度为六点五米，第二层为站厅层，其高度为四米，第三层为站台层，高度为二点三米，整个车站的长度为八十米。其中，站台层下的框架横梁属于预应力技术的体现，全为预应力混凝土构件，而其他的只是属于钢筋混凝土的一半结构。其纵向的框架柱之间的距离为十米，全站在设计时没有预留伸缩缝，轨道梁的位置在框架横梁之上，其采用的联结方式为板式橡胶支座简支联结。
而天津的本溪路站同样为三层站台，但是是属于中侧式站台，其立柱的位置是根据自身路面的横断面进行的设计。车站第一层为地面的正常道路，高度为七点零五米，第二层同样是站厅层，其高度为四点二五米，这一层的设计满足了道路净空的设计要求，第三层是站台层，高度为两米，车站总长一百二十米，其中第二层夹层的主跨桥墩和盖梁为预应力技术的应用，主跨桥墩是独柱双悬臂预应力的结构，盖梁是预应力混凝土的构件建造，其他的结构均由普通的钢筋混凝土结构和独柱双悬臂盖梁结构组成。全站同样不设伸缩缝，轨道梁的位置在盖梁之上，其采用的联结方式为盆式橡胶支座简支联结。
这两个典型的车站是目前较为常用的两种结构形式，均为桥建合一的轻轨高架车站。其中，武汉的崇仁路站采用的是空间框架结构，形象的说就是普通房屋的结构。而天津的本溪路站采用的是由区间桥梁连续跨过车站，形象的说就是一般的桥梁结构。所以，这两类车站在计算的时候也不尽相同。
3 从结构计算方面分析预应力技术在高架车站结构设计中的应用
3.1 预应力技术在应用时的计算原则
在进行计算时，要遵循相应的计算原则才能建造出合格的车站。对于轨道梁等基础设施以及一些并没有与车站的房建结构互相勾连的桥墩进行计算时，按照一般铁路规范进行计算则可，其他的部分要根据情况按照铁路的规范和工民建的规范进行计算和设计。
如果车站的防裂度是七度，而抗震的等级是三级，并且对车站采取必须的抗震构造设计，那么建筑结构的安全等级为两级。
3.2 预应力技术在框架计算方面的应用
按照铁路相关规范的一些规定，对于钢筋混凝土的结构要根据容许应力法进行建造和设计，而对于预应力技术介入的混凝土结构则需要根据破坏阶段的情况来计算构件的截面强度，根据弹性阶段的情况计算截面相关的抗裂性和内应力。两种计算的规范在机构设计时并不相同，因此对于各成体系的两种体系，需要根据具体的情况进行分别计算和同时计算。在车站的建造过程中，横向框架结构的设计和计算是非常重要的一点，其不仅包括计算，而且也包括布束和配筋，因此，在计算过程中，要根据不同阶段对不一样的受力工况进行相应的分析和设计，对其束数和束形做进行应力的优化，从而满足整体结构对于应力、强度以及变形方面的要求。
以武汉市的崇仁路为例，在对崇仁路的站台进行计算时，首先要使用SATWE程序进行整体的空间计算，在整体上把握结构，得到相应的横向框架荷载图。要先按照一般铁路的规范进行计算，通过SATWE的程序计算出的值为标准值，之后还需要通过BSAS程序（预应力程序）对横向框架进行再次计算；而按照工民建的相关规范进行横向框架的计算时，直接将荷载值传给PRCS程序进行计算则可。
3.3 预应力技术在强度计算方面的应用
依旧以武汉的崇仁路车站和天津的本溪路车站为例，两个车站从宽泛的角度来说，都属于预应力混凝土静定机构。所不同的是，崇仁路车站的横向框架具体上应为预应力混凝土超静定结构，而本溪路车站的独柱双悬臂盖梁结构在一定意义上可以称之为预应力混凝土静定结构。
关于预应力混凝土的结构计算问题，在一般铁路的规范下，是根据相应的破坏阶段对产生的强度进行计算的，而在工民建的相应规范下，是根据承载能力的究极状态进行强度计算的。而在预应力混凝土超静定结构的问题上，一般铁路的规范是不需要加入预应力所引起的相关次效应的，但是在工民建的规范下，则显得麻烦很多。在以前旧版的《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》中有所规定，在塑性阶段计算中则可不计由预加应力引起的二次力。但是，在新版的《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》中则有所修改，要求即便是承载能力极限状态的计算也应当考虑其产生的次效应。
3.4 预应力技术在应力检算时的应用
崇仁路车站和本溪路车站两个车站的预应力混凝土构件全部都是根据部分预应力的情况进行的一系列设计。其中，崇仁路车站的框架横梁和本溪路辰战盖梁的应力点位置一个在中下缘的位置，一个在悬臂根部的上半部分。通过具体的计算和分析，框架横梁如果按照一般铁路的相关规范进行计算会比较合理，而框架柱按照工民建的相关规范进行建造和设计则较为妥当。
3.5 预应力技术在抗震设计时的应用
在我国当前的抗震设计规范中，一般采用的是弹性抗震的相关设计方法，是根据强度的大小为依据的，这符合我国现行的《铁路工程抗震设计规范》。但是从震害的角度分析，如果只根据强度的大小进行抗震设计是不合理的，但是我国目前并没有合理的规范和准则，因此，现在可以根据工民建的相应规范进行设计，去掉预应力的相关作用，直接通过SATWE进行计算会比较好。
参考文献：
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[3]王凤元.预应力技术在高架车站结构设计中的应用[J].房屋建筑,2007(03).
