城市轨道交通高架桥结构设计研究

文/屈东洋

1 城市轨道交通高架桥结构的概述

1.1 城市轨道交通高架桥的基本介绍

近几年来，随着社会经济水平的不断提升，我国城市轨道交通高架桥的数量、规模以及建设水平都得到了前所未有的快速发展。所谓城市轨道交通高架桥，就是在城市内建立起具有独立权属且指向性明确的跨越路口、河流的构筑物。相较于市政高架桥而言，城市轨道交通高架桥在桥梁结构后期变形程度、水平力等方面有着更高的要求标准。从形式上看，城市轨道交通高架桥属于轨道交通，要求其整体结构刚度高于市政桥梁，结构变形小，且具有一般铁路桥梁的基本特点，主要采用混凝土结构，易于维修且乘坐舒适感良好。与普通铁路桥梁工程不同的是，城市轨道交通往往在景观要求等方面有着更高的需求[1]。

1.2 城市轨道交通高架桥的主要特点

城市轨道交通高架桥的结构特点主要表现：首先，城市轨道交通高架桥与市政高架桥相似之处在于建设工期通常比较短，从设计到通车所需时间一般在3～4年内，但工程整体桥梁长度远超市政桥梁，最多可达几十公里；与此同时，现期的轨道交通建设多依附于城市发展的核心区域，需要穿越大量的城市道路、居民区等人口密集区域，建设难度大，环保要求高。此外，随着人民日益增长的美好生活的需要，人们对轨道交通高架桥的景观需求也更高；其次，城市轨道交通高架桥与铁路桥梁在桥面宽度、后期形变要求以及受力情况等方面也存在着一定的相似度。总之，城市轨道交通高架桥是市政桥与铁路桥的有机结合，能够为人们的日常出行提供便利。

2 国内城市轨道交通高架结构的影响因素分析

2.1 周围景观环境因素对城轨高架桥结构的影响

城市轨道交通高架桥高于现状地形，与周围环境、建筑物形成立体交叉，其突出的外部形象将在未来很长一段时间成为所在城市的一道景观。因此，在城市轨道交通高架桥结构的方案设计过程中，设计人员需要充分考虑工程的占地情况，避免对周围城市景观产生不协调的影响。一般情况下，由于城市轨道交通高架桥的整体结构比较特殊，其通常都具有宽度较窄、总长较长的特点，因此想要将其与城市环境有机融合起来，具有一定的难度。与此同时，鉴于我国历史文化源远流长，各座城市都具有其自身的人文特点及地域性特征，因此在城市轨道交通高架桥的设计过程中，设计人员还应综合考虑该方面的影响因素，设计出符合城市特色的城市轨道交通高架桥结构。

2.2 经济指标因素对城轨高架桥结构设计的影响

在城市轨道交通高架桥工程的实际设计及建设过程中，相关人员还需要仔细做好相关经济指标的核算工作。这里所谓的经济指标，指的是对桥梁跨度进行合理控制，从而达到降低工程造价、提升结构整体美观的效果。具体来看，城市轨道交通高架桥工程中的经济指标问题可以从以下几个方面考虑：首先，在结构体系方面，简支结构受力形式通常劣于连续结构，但综合考虑其建设条件、施工工法、后期的保养维护等方面，简支结构又优于连续结构；其次，在梁型的选择方面，直斜腹板梁体工程造价往往要低于弧形外腹板，但同时造价偏低的梁型往往在美观程度上也处于偏低水平，因此需要工程设计人员及时做好结构选型和设计工作，对性价比及美观情况进行全面综合的考量；最后，经济跨度方面受生产规模及区域地质情况等因素的影响，不同城市中所带来的经济跨度影响往往各不相同，因此设计人员需要充分结合本城市的环境情况以及生产条件等因素，科学选用适宜的梁型及施工方法。

2.3 施工水平对城市轨道交通高架桥的影响

工程施工水平的高低、选用施工方法是否合理，都将在极大程度上对城市轨道交通高架桥结构产生影响。就现阶段国内轨道交通高架桥工程的实际发展情况来看，大多数城市轨道交通高架桥工程所采用的施工方法为现场浇筑法。此类施工方法占地面积大、操作耗时长、施工噪音大、施工现场环境差等，且与现行绿色、生态、环保的理念相悖。相较于现场浇筑法施工，通过合理运用预制吊装法，不仅能更好地满足轨道结构建设的具体要求，还能有效减少由于梁体结构的徐变收缩带来不利影响，从而进一步提高工程施工的质量和效率，减少对周边居民生活的影响。由于现场建设条件受限，预制吊装无法在实际工程中进行大面积的推广应用。但随着近年来国内科技水平的不断提高，在不远的将来，城市轨道交通高架桥结构施工水平必然会迈向更高的台阶。

2.4 结构体系选择对城市轨道交通高架桥的影响

一般情况下，城市轨道交通高架桥的整体设计方案可分为3 种形式，即连续刚构型、连续梁型以及简支梁型。其中，连续刚构通常对下部结构的刚度要求较低，而无缝线路对结构刚度的要求普遍偏高。由于在轨道交通中墩柱普遍在5～8m，平均墩柱高度偏低，这就导致该类结构在刚度要求方面产生了一定的矛盾，因此该类结构通常应用于部分跨度较小的高架工程中。连续梁结构通常应用于一些桥梁长度较短、墩台不均匀沉降小的工程中，该类结构的施工期限往往比较长，并且基本采用现浇的方式进行作业。由于简支梁具有良好的适应性，通常应用于施工期限较短且桥梁总体长的工程中，该类结构受力比较明确，能够为工程预制架设以及工程的建设质量提供保障。

3 加强城市轨道交通高架桥优化设计的有效策略

3.1 梁型及结构体系的科学选择

在城市轨道交通高架桥工程结构的选择过程中，常见的梁型主要包括空心板梁、箱梁以及槽形梁等。其中，空心板梁在工程施工周期以及成本方面具有一定的优势，它可以采用预制安装的形式进行施工；然而该类梁型在结构刚度以及跨径方面并不占优势，且无法与现代化城市的景观要求相适应。槽形梁的应用优势主要表现在其隔音效果上，且其整体结构高度也相对偏低，但该类结构的经济性相对偏低，整体视觉效果不佳，因此在城市轨道交通高架桥工程中的应用相对较少。箱梁的结构形式为闭合截面型，其整体的动力稳定性及受力性能较高，且具有一定的可观赏性，因此建议应用于城市高架桥工程建设中。

3.2 不断提高对整体景观设计效果的重视程度

城市轨道交通高架桥结构设计工作要求设计人员在保证工程结构合理、性能良好且经济性相对较高的前提下，应尽可能提升工程整体的美观程度，做到与城市主题相吻合，与地区发展相协调。在实际设计过程中，设计人员需要从梁部、桥墩以及整体协调性三个角度着手，对整体景观进行优化设计。首先，要注重对墩高、梁高以及跨度的比例进行合理调整，一般情况下，梁体跨度可控制在30m；与此同时，在梁高的设置过程中，设计人员需要依据梁体的刚度、受力情况来确定具体梁高，避免因梁高设置不合理而导致桥体发生形变；其次，在梁部的景观设计阶段，应尽可能将梁部的体量缩小，避免给周边环境造成拥挤感；同时，想要进一步提升景观效果，可以通过对腹板斜率合理调整优化梁部外形。此外，在高架桥下部结构的设计环节中，设计人员还应注重墩顶形状以及墩柱截面的设计，单柱桥墩立面的形状可根据梁底宽的实际情况进行调整，一般情况下为花瓣型；最后，在梁墩整体景观协调性的处理过程中，设计人员需要确保桥梁各个部分的机构保持一致，整体结构线条连贯，从而提升城市轨道交通高架桥的整体景观效果。

3.3 注重加强以人为本的设计理念

城市轨道交通高架桥工程的建设施工以及后期的投入应用，必然会带来一定的噪音问题，并对附近交通造成阻碍，给周边居民的工作生活带来不同程度的影响。因此，为了避免给普通居民的生活带来不必要的影响，在工程初设阶段，工作人员需要全面考虑该方面的问题。针对噪声问题，设计人员可以从源头及传播途径等各个方面着手，通过铺设橡胶减震垫、设置声音屏障等方式，将噪声影响降到最低[2]。

3.4 加大对基础沉降及桥梁形变设计的关注

由于轨道交通高架桥工程对结构后期变位有着较高的要求，因此在基础设计过程中，设计人员需要全面考虑桥墩基础承载力、墩顶位移、墩身刚度及强度等多方面因素带来的影响，并对工程基础沉降、桥梁变形以及轨道力作用情况进行准确把握。在工程实际设计过程中，设计人员应积极采用减小基础沉降的方案，依据工程所在地区的地质情况对基础形式进行优化设计，通常情况下采用桩基础形式进行施工。总而言之，在工程结构形式的具体选择过程中，设计人员务必须严格把控好轨道交通高架桥后期的形变，确保工程整体水平能够得到提升，从而进一步为人们的生命财产安全提供保障。

4 结语

综上所述，在城市轨道交通高架桥结构的设计及应用过程中，设计者应始终贯彻以人为本的设计理念，首先要考虑桥身结构的稳定性与合理性，确保整体强度能够达到标准水平，为人们的出行安全提供绝对的保障；其次，在此基础上，综合考虑工程造价及整体的景观效果，注重提升与周边环境的协调性，通过对梁体、桥墩等部位的比例和形状进行调整，突出对桥梁结构的美化设计，从而进一步提升城市轨道交通高架桥的整体实用性和观赏性。