2.2.2 高架区间结构设计
下面以天津地铁一号线某高架区间为例，重点对高架区间桥下部结构设计进行研究。
1.工程概况
天津地铁一号线2标段起始于天津市丁字沽三号路本溪路高架车站，经560 m高架段后进入地下区间敞开段，通过单跨、双跨及三跨地下区间暗埋段后与地下勤俭道车站相接，出地下勤俭道车站后，继续以地下区间暗埋段形式沿丁字沽三号路下穿天津市中环线勤俭道，过勤俭道后弯折，经丁字沽综合批发市场、天骄公寓至光荣道。2标段全长2749 m，其中高架车站及地下车站长267 m，高架区间长642 m，地下区间长1840 m。
2.高架区间桥下部结构
高架区间桥上部结构采用二跨一联为主的预应力混凝土连续箱梁，标准跨径为3 m×28 m及3 m×27 m。高架区间桥下部结构以独柱桥墩为主；与地下区间段衔接的立柱，考虑其高度较小，为减小结构刚度及地震力，采用截面较小的双立柱结构形式。高架区间桥基础承台以5根φ1000 mm钻孔灌注桩的正方形承台为主，制动墩承台考虑纵向力后，采用纵向长横向窄的长方形承台结构形式。
1）设计原则
结合上海市莘闵轻轨交通线工程及共和新路高架工程的成功经验，采用《铁路桥涵设计规范》（TB 10002—2017）进行荷载组合，按“容许应力法”对高架结构构件进行设计。天津地铁一号线是天津市一条重要轨道交通线，因此轨道交通长钢轨纵向水平力、纵向地震力，对独柱桥墩结构的受力以及承台及钻孔灌注桩的平面布置尤为重要。
2）结构计算
（1）结构计算图式。
高架区间独柱桥墩结构计算图式参考上海市莘闵轻轨交通线高架区间独柱桥墩形式，采用下端固定、上端悬臂的单墩结构分析模型，将高架区间上部结构的垂直力、水平力作用于悬臂端，按照《铁路桥涵设计规范》（TB 10002—2017）的“容许应力法”对压弯构件进行断面计算。
（2）计算荷载分析。
高架区间桥墩承受的竖向荷载有桥面系结构自重及6节编组列车等引起的恒载和活载；纵向荷载有无缝线路长钢轨纵向水平力（包括伸缩力T 1、挠曲力T 2、断轨力T 3、制动力T 4）、纵向地震力；横向荷载有横向风力、车辆摇摆力、横向地震力。
荷载组合按照《铁路桥涵设计规范》（TB 10002—2017）可分为三种组合：主力组合、附加力组合、特殊力组合。主力组合中，恒载分别与单线或双线列车活载叠加，同时与伸缩力与挠曲力取大值进行组合。附加力组合包括主力组合后分别与纵向制动力组合成的纵向附加力组合，与横向摇摆力、横向风力组合成的横向附加力组合。特殊力组合包括主力组合后分别与纵向断轨力或纵向地震力组合成的纵向特殊力组合，与横向地震力组合成的横向特殊力组合。荷载组合时必须注意以下几个问题。
①纵向地震力计算参考上海莘闵轨道交通工程及共和新路高架工程的成功经验，采用场地反应谱进行线性多模态反应谱分析时，注意天津场地地震动峰值加速度为0.15g，而上海场地地震动峰值加速度为0.1g。
②纵向制动力组合时，一般考虑单线列车制动力，距高架车站两侧100 m范围内考虑双线制动力。
③所有纵向水平力组合时考虑制动墩承受纵向力，但必须扣除非制动中墩及边墩的支座摩阻力。
④纵向断轨力组合时，纵向伸缩力及挠曲力仅考虑3根钢轨的水平力。
（3）内力计算与分析。
高架区间独柱桥墩实际为空间受力状态，简化为平面受力状态进行分析。按竖向荷载与纵向水平荷载组合后计算出的立柱墩底纵向弯矩及压力，进行立柱矩形截面计算，截面宽度为桥墩立柱的横向宽度，截面高度为桥墩立柱的纵向高度，按压弯构件进行计算；竖向荷载与横向水平荷载组合后按同样原理进行结构计算。同时进行立柱顶面支承垫石处局部应力的有限元分析。
桥墩立柱墩身的纵横向主筋分别由立柱底面的纵向及横向压弯受力控制，立柱墩帽的横向受力钢筋由立柱顶面局部应力控制。另外，在地震时立柱潜在的塑性铰区设置了加密箍筋，以提高塑性铰的转动能力。墩帽配筋图、墩身配筋图以及立柱墩身箍筋加密图见图2.16。
图2.16 墩帽配筋图、墩身配筋图以及立柱墩身箍筋加密图（单位：mm）
经过计算，高架区间独柱桥墩中制动墩考虑纵向水平力引起的墩底弯矩较大，故制动墩墩身截面采用B（横向桥墩宽度）×H（纵向桥墩宽度）为24 m×1.8m的截面尺寸，非制动中墩及边墩墩身截面采用2.4 m×1.6 m的截面尺寸。制动墩承台考虑纵向水平力引起的桩顶弯矩较大，故制动墩基础承台采用纵向3排、横向2排的6根φ1000 mm钻孔灌注桩布置的纵向长横向窄的长方形承台，非制动中墩及边墩承台采用纵横向均3排5根φ1000 mm钻孔灌注桩梅花形布置的纵横向相同的正方形承台。制动墩与普通墩承台结构图见图2.17。
图2.17 制动墩与普通墩承台结构图（单位：mm）